GPRS网络概述.ppt

1、GPRS移动通信理论,姚勇,主要内容 什么是GPRS GPRS网络,GPRS移动通信理论,1什么是GPRS ?,1什么是GPRS ?主要内容,目标 ： 能了解 GPRS技术的优点和特点 内容 ： 定义 整体结构 手机的等级 GPRS技术的优点 用户QoS配置项目 服务,GPRS是GSM在phase 2阶段提供的通用分组数据业务 GPRS以一种有效的方式，采用分组模式传送高速和低速的数据和信令 GSM/GPRS是GSM网络的升级 成为第二代公共移动数据网 2G数字移动网向3G过渡的重要阶段 MSPDN 通过IP/X25通信,定义,网络结构,BSS,MS的类别,Class A ： 可同时进行GSM

2、和GPRS的业务 Class B ： 不可同时进行GSM和GPRS的业务，但在一个业务进行时，可挂起去进行另一个业务 Class C ： 只能执行一个业务（GSM或GPRS）,GPRS 的优点（1）,按需分配无线资源 无线资源用户共享 多时隙分配（max = 160 kbps） 多手机共享一个时隙（1个PDCH 最大16个MS） 无线资源的优化利用 动态资源分配 ：使用时才占用 上下行不对称传输 优先级定义,Internet,Radio interface,Access node,GSMnetwork,GPRS 的优点（2）,电路交换的资源利用方式,GPRSnetwork,Packetdata

3、network,Radio interface,GPRS 的优点（3）,电路交换的资源利用方式,GPRS network,GPRS 的优点（4）,无线资源的动态共享,GPRS 的优点（5）,计费方式灵活（数据量收费） GSM BSS结构变动小 手机可在呼叫时进行GPRS业务 （由手机类型决定）,Service priority 3类优先级分类：1 （high）, 2 （normal）和3 （low） Transfer delay 四种定义：1 （最短） to 4 （尽量满足） Bit rate 最大支持的传送速率 Reliability 五类：（1 = 最可靠）,个人签约质量服务项目,服务,L

4、ocation services Traffic Conditions Itineraries Nearest Restaurant, Cinema, Chemist, Parking, ATM,Fun Games （Hangman, Poker, ） Screen Saver Ring Tone Horoscope Biorhythm,Media,Vertical application Traffic Management Automation Mobile branches Health,Music Downloading ofmusic files orvideo clips,Non

5、physical on-line Banking Ticketing Auction Gambling,GPRS 与 其 它 技 术 比 较,1997,1998,1999,2000,2001,2002,2003,Bandwidth （Bits/Sec）,Technology,$+$,UMTS,GPRS,HSCSD,SMS,判断 ? GPRS 是电路交换技术 允许按数据量收费 GPRS 不支持在线银行 GPRS网络就是一个X25网络 数据传送速率可变 可连接电脑上网 class B 手机在下载时能够通话 GPRS 是如何实现可变比特的 ?,自测题,2GPRS 网络,2 GPRS 网络 主要内容,

6、目的： 了解GPRS network ：architecture, interfaces,protocols, 内容： 网络组成 手机状态 基本流程 GPRS Mobility Management （GMM） GPRS Session Management （SM） 计费 安全性,GPRS网络结构,MSC/VLR,HLR （+GR）,SGSN,GGSN,GPRS IP Backbone,BSS with PCU,DNS/DHCP,BG,Frame Relay,Mobile GPRS,NTP,3 个 新 的 网 络 元 件,PCU, Packet Control Unit（分 组 控 制 单

7、元）管 理 数 据 分 组 和 重 组 以 及 发 送 安 排 无 线 信 道 接 入 控 制 和 管 理 传 输 错 误 诊 断 和 重 发 （ARQ） 功 率 控 制 SGSN，Serving GPRS Support Node（服 务 GPRS 支 持 节 点） 负 责 GPRS 移 动 性 管 理，加 密 和 计 费 GGSN，Gateway GPRS Support Node（ 路 由 GPRS 支 持 节 点） 提 供 向 分 组 数 据 网 的 接 口,SGSN和GGSN,GSS,Border Gateway,Home PLMN,Visited PLMN,Packet DataN

8、etwork,GGSNs,BG,SGSN,private或public connection,SGSN,BG,Gp,接口,Gn,Signaling + data,Pure Signaling,Mobile GPRS,MSC,SMS- GMSC,Gd,GPRS network,BSS,HLR,PDN,网络操作模式,网络操作模式 I 该模式下，Gs接口必须存在于核心网中，网络在PPCH、PCH或GPRS业务信道（PDCH）上，给附着于GPRS的MS发送CS电路交换寻呼信息；在PPCH、PCH上发送PS寻呼信息。 网络操作模式 II 无论有无Gs接口或Master Channel，该模式都能执行，是

9、B6.2采用的唯一模式，网络在PCH上给附着于GPRS的MS发送CS寻呼信息和PS寻呼信息。然而，当Class B的MS在进行GPRS业务时，会无法收到CS寻呼信息 网络操作模式III 网络只能在PCH上给附着于GPRS的MS发送CS寻呼信息，但是既可以在PPCH上，也可以在PCH上发送PS寻呼信息。这种模式不需要Gs接口，但必须有GPRS Master Channel,协议层模型(1),relay,relay,SNDCP,GTP,Um,Gb,Gn,Gi,Application,Application,IP/X25,IP/X25,IP/X25,SNDCP,GTP,LLC,LLC,UDP/TCP

10、,UDP/TCP,Physical,Layer,Physical,Layer,Physical,Layer,Physical,Layer,Physical,Layer,Physical,Layer,Physical,Layer,MS,BSS,SGSN,GGSN,协议层模型(2),Header,Data,LLC,PHYSICAL,RLC MAC,IP/X25,SNDCP,Division of the SDU in 2 blocks,Compression of each part,Label added for each block,LLC Encapsulation,RLC Encapsul

11、ation,LLC frame splittedinto blocks,基本流程 IP通信,基本流程,SGSN,MS1,GGSN1,GGSN2,基本流程 分层模型,TLLI,TLLI,移动状态,Idle,HLR用户数据存储,Dynamic data,网络访问模式（GPRS | NSS | both） SM 传送选项 “PDP 上下文： PDP 类型 （IP或X25） PDP 地址 （IP或X121） 访问点名称 （APN）或* QoS 配置文件 APN FPLMN-GGSN ?,当前 SGSN的标识 标志： SGSN 恢复 （done/not） 漫游限制 当前的SGSN是否支持SMS-MT 手

12、机不可达 （MNRG） etc,HLR,GMM - GPRS和NSS 同时通过 Gs接口登记 （1）,SGSN,HLR,Attach_request （IMSI）,MS idle,SGSN,HLR,GMM - GPRS和NSS 同时通过 Gs接口登记 （2）,Location Area,RA,Location_Update_req （IMSI, LAI）,GMM - SGSN 内的RA更新,SGSN,RA1,RA2,MS stand-by or ready,GMM - SGSN 之间的RA更新（1）,new SGSN2,GGSN,oldSGSN,GMM - SGSN 之间的RA更新（2）,ol

13、dSGSN,HLR,newSGSN,SM - PDP 上下文激活 （1）,MS stand-by or ready,DNS,SGSN,GGSN1,SM - PDP 上下文激活 （2）,GGSN1,DHCPoffer （proposed IP ）,DHCPdiscover （TID）,DHCP server,DHCPack,DHCPrequest （proposed IP ）,透明模式,非透明模式,SM 网络发起的PDP 上下文激活,PDP_PDU,Request_PDP_ctxt_activation （IMSI, PDP_type, PDP_）,HLR,SGSN,SRI_for_GPRS （

14、IMSI）,SRI_for_GPRS_res （SGSN,error）,GGSN,PDU_Notification （IMSI, PDP_type, PDP_）,PDU_Notification_res （cause）,PDP context activation procedure,SM - PDP 上下文激活综述,IMSI + NSAPI = TID,- MS + IP/X25 - APN - QoS,SM 上行数据包传送,TLLI IMSI NSAPI1 TID1 + GGSN1,PDP network,SGSN,GGSN,NSAPI1 TLLI,NSAPI1,TLLI,TID1,SM

15、下行数据包传送,type和 of MS TID1 current SGSN,TID1 NSAPI1 TLLI + current RA,if MS in stand-by, paging over the RA,TID1,NSAPI1,TLLI,PDP network,SGSN,GGSN,不同的计费策略： 固定价格 （per Multimedia Message for instance） 按时计费 （similarly to ISP charging policy） 按数据量计费 （advised by the standard） 三类CDR M_CDR （Mobility） 从登记在SGS

16、N 时开始，在“detach”时或更换SGSN时结束 S_CDR SGSN，从登记在SGSN 时开始， 每激活一个PDP上下文 G_CDR 从登记在GGSN 时开始，每激活一个PDP上下文 CDR的重要内容 IMSI + PDP 上下文识别 数据收发 QoS选择 PDP 地址 （呼出和呼入） PDP 上下文周期和启动时间 APN,计费,加密,1- 网络访问加密 手机鉴权 用户数据加密 在EIR 中识别IMEI （Gf）,2- IP 骨干网络加密 Firewall = 应用层加密 （in the GGSNs）,3- 内部网访问加密 APN mandatory subscription APN w

17、ith access lists APN with tunneling on Gi （IPsec）,判断题 GGSN检查来自PDN的用户数据包的头 SGSN 直接将用户定义的数据包解成 LLC帧 GPRS HLR中存放MS的RA信息 每下载一个网页，一定会激活一个新的PDP上下文 用户数据可以被加密 在 “Ready”状态下的手机不需要被寻呼 网络登记过程不包括GGSN 为什么 RA小于LA ?,自测题,3GPRS无线部分介绍,主要内容,目的： 了解空中接口的结构 内容： 标准位置 分层模型 Gb接口 无线接口,BSS系统,BSC,PCU,PCU,BSC,BTS,BTS,Um,Abis,Gb,

18、CCU = 信道控制单元 PCU = 分组控制单元,SGSN,PCU,Gb,CCU,CCU,CCU,CCU,CCU,CCU,BTS,BSS间的信令层信令,BSS间的信令层用户,Physical,layer,L2-GCH L1-GCH,MS,BTS,MFS,SGSN,relay,relay,BSS GP,Um,Abis/Ater,Gb,Physical layer,Physical layer,Frame relay,BSSGP,PCU,IP,LLC,GMM,SM,LLC,GMM,SM,30,40,50,51,0,Multiframe : 52 frames (= 240 ms.),52 Fra

19、me - Multiframe on pdch:,Radio Interface 4.3.2 Time Division Multiplexing,1 TDMA frame = 120/26 # 4.615 ms,GPRS (Packet Switching) (1),Block 9,Block 10,Block 11,0,GPRS 空中接口帧结构,TFI: 临时数据流识别码:用于当前数据流传送的识别,BSN: 数据块序列号,BSN =21,GPRS 的物理信道可在 GSM 和GPRS之间分配 PDCH （Packet Data CHannels） 既承载业务信道（Slave PDCH）又承载

20、公共 GPRS信令（Master PDCH） SPDCH = PTCH （Packet Traffic CHannel） PDTCH + PACCH（Packet Data Traffic CHannel） （Packet Associated Control CHannel） Master PDCH Primary MPDCH ：PBCCH + PCCCH + PTCH Secondary MPDCH ：PCCCH + PTCH 信道复用是以块为单位的 注：PRACH 可位于任意UL Master PDCH上,空中接口逻辑信道（1）,空中接口逻辑信道（2）,链接到 Master Channe

21、l的特性： GPRS重选 重选 + GPRS 邻区列表 快速GPRS接入 PRACH 与 MS容量有关 Multi-slot uplink TBFs can be established using the “one phase access” procedure No need of CCCH GSM when Master is activated Less GPRS signaling on CCCH of GSM The PCCCH can carry signaling或GPRS traffic Alcatel的特性：由操作者配置GPRS的信令信道预留块数,空中接口逻辑信道（3）,（

22、1）业务信道 PDTCH（分组数据业务信道）：单向（上、下行）传送数据业务 （2）控制信道 PBCCH：广播分组数据专用的系统信息 PCCCH：传送分组数据的公共控制信令 PDCCH：传送分组数据的专用控制信令,空中接口逻辑信道（4）,PCCCH又分4种： PRACH（分组随机接入信道,上行）：用于MS请求 接入网络时,以突发形式传送数据与命令 PPCH（分组寻呼信道,下行）：在下行分组传送之前寻呼MS PAGCH（分组接入准许信道,下行）：在分组传送建立阶段、分组传送之前,利用该信道发送资源分配信息给MS PNCH（分组通知信道,下行）：在PTM-M分组传送之前,利用该信道送一个PTM-M通

23、知给一组MS,空中接口逻辑信道（5）,PDCCH包括3种 PACCH（分组随路控制信道）：传送与MS有关的信令信息 PTCCH（分组定时提前量控制信道）：传送定时信息,使MS与基站能比较准确估计时延,以正确接收信息 PTCCH分为2种： PTCCH/U使BTS能准确估计一个MS的时延 PTCCH/D用于多个MS同时更新传输时延,空中接口逻辑信道（6）,Abbreviation,Name,Type,Role/Info carried,Burst format,Frequency Correction CHannel,MP - MS,Frequency for synthesizer alignm

24、ent,Frequency,Synchronization CHannel,MP - MS,Timing sync - Frame N,Sync,Broadcast Common CHannel,MP - MS,Broadcast system information,Normal,Random Access CHannel,PP - MS,Network access (Channel request),Access,Paging CHannel,PP - MS,Subscriber paging (paging),Normal,Access Grant CHannel,PP - MS,SD

25、CCH channel assignment (Imm.Ass),Normal,Cell Broadcast Control CHannel,MP - MS,Broadcast short messages (SMS/CB),Normal,DedicatedSignalling(out of call),Standalone Dedicated Ctrl CH.,PP ,Out of call signalling,Normal,Slow Associated Control CH.,PP ,Measurements - P Contr. - Timing adv.,Normal,Traffi

26、c / Full Rate CHannel,PP ,13 kbit/s traffic,Normal,Traffic / Half Rate CHannel,PP ,5.6 kbit/s traffic (phase 2),Normal,Slow Associated Control CH.,PP ,Measurements - P Contr. - Timing adv.,Normal,Fast Associated Control CH.,PP ,In call signalling (cycle stealing),Normal,Family,FCCH,SCH,BCCH,Broadcas

27、t,CommonControl,DedicatedTraffic + Signalling(during call),RACH,PCH,AGCH,CBCH,SDCCH,SACCH,TCH/F,TCH/H,SACCH,FACCH,GSM (circuit switching),空中接口逻辑信道（7）,Abbreviation,Name,Type,Role/Info carried,Burst format,Packet Broadcast Common CH.,MP - MS,Broadcast system information,Normal,Random Access CHannel,PP

28、 - MS,Network access (Channel request),Access,Packet Paging CHannel,PP - MS,Subscriber paging (paging),Normal,Access Grant CHannel,PP - MS,SDCCH channel assignment (Imm.Ass),Normal,Packet Data Transfer Channel,PP ,Normal,Packet Associated Control Ch.,PP ,Normal,Packet Timing Control Ch.,PP ,Timing a

29、dvance,Normal,Family,PBCCH,Broadcast,PCCCH,pdch,PRACH,PPCH,PAGCH,PDTCH,PACCH,PTCCH,Acknowledge - Power Control,User Data,GPRS,空中接口编码方式,数据传送概念 数据在 Temporary Block Flow （TBF） 对于 TBF来说，可占用一个或更多的PDCH去传送一套连续的 LLC 块。 A TBF 是临时的，仅在数据传送期间存在。每个 TBF 是单向的 上下行的TBF 是不相关的 每个用户的TBF由 Temporary Flow Identity （TFI）来识

30、别 PDCH的数量由 O&M 参数或 MS决定，TBF由 O&M 参数控制,空中接口临时数据块流（TBF）,PDCH 复用 TFI=24 和17的 TBF占用了几个PDCHs，而 TFI=5的用户仅支持一个时隙，故分配一个PDCH， 而三个TBF又复用在对应的 PDCH上。,空中接口TBF复用,TS0,TS1,TS2,空中接口上行传送,Packet Channel Request,Packet Resource Allocated （PDCHi列表, token=T,TFIk）,MS 开始倾听在PDCHi上包括所分配令牌值（USF3bits） 的下行数据块,MFS,DL PDCHi,UL PD

31、CHi,空中接口下行传送,PS Paging,MS ready,MS stand-by,MFS,SGSN,UL TBF：refer toprevious slide,MS 倾听所有 PDCHj上分配的下行 TFI值,DL PDCHj,判断题 ? SGSN 与 BSS之间采用帧中继协议 每个小区，GPRS所用的信道数由操作者配置 在 Gb接口，如果数据包丢失，帧中继协议可以将其恢复 小区中，所有的时隙都能作为PDCH 一个TRX最多可以有8个时隙用于PDCH 一个PDCH仅能用于一个TBF 如果可能的话，一个TBF可在不同PDCH中传送,自测题,缩略语： A to L,APN：Access Po

32、int Name BG：Border Gateway BSC：Base Station Controller BSS：Base Station Subsystem BSCGP：BSC-Gprs Protocol BSSGP：BSS-Gprs Protocol BVCI：Bssgp Virtual Connection Identifier CCBS：Customer Care and Billing Center CCU：Channel Codec Unit CDR：Call Detail Record CG：Charging Gateway CS：Circuit Switching DHCP

33、：Dynamic Host Configuration Protocol DL：Down Link DLCI= Data Link Connection Identifier DNS：Domain Name System EDGE：Enhanced Data rates for Gsm Evolution,FR：Frame Relay GPRS：General Packet Radio Service GGSN：Gateway GSN GMM：Gprs Mobility Management GR：Gprs Register GSL：Gprs Signaling Link GSM：Global

34、 System for Mobile communication GSN：Gprs Support Node GSS：Gprs Sub-System GTP：Gprs Tunneling Protocol HLR：Home Location Register HSCSD：High Speed Circuit-Switching Data IMSI：International Mobile Subscriber Identity IP：Internet Protocol,缩略语：M to R,ISDN ：Integrated Service Digital Network ISP：Interne

35、t Service Provider LAN：Local Area Network LLC：Logical Link Control MAC：Medium Access Control MFS：Multi-Bsc Fast packet Server MNRG：Mobile Not Reachable for Gprs MS：Mobile Station MSC：Mobile Switching Center MT：Mobile Terminal NDL ： NE：Network Element NMC：Network Management Center NNM：Network Node Ma

36、nager NRPA ：Network Requested PDP Context Activation NSAPI：Network Service Access Point Identifier NSC：Network Service Control layer NSEI：Network Service Entity Identifier,NSS：Network Sub-System NS-VC：Network Service- Virtual Circuit NTP：Network Time Protocol DB ：On Demand Bandwidth OMC：Operation & Maintenance Center OS：Operation System PAGCH：Packet- Access Grant Channel PCCCH：Packet- Common Control CHannel PCO：Protocol Configuration Options PCU：Packet Control Unit PDCH：Packet Data CHannel PDN：Packet