GPRS技术特点

  GPRS功能和业务
  
   GPRS是一种新的GSM数据业务,它可以给移动用户提供无线分组数据接入股务。GPRS主要是在移动用户和远端的数据网络(如支持TCP/IP、X.25等网络)之间提供一种连接,从而给移动用户提供高速无线IP和无线X.25业务。
    ■GPRS采用分组交换技术,它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。如果把空中接口上的TDMA帧中的8个时隙都用来传送数据,那么数据速率最高可达164kb/8.GSM空中接口的信道资源既可以被话音占用,也可以被GPRS数据业务占用。当然在信道充足的条件下,可以把一些信道定义为GPRS专用信道。
    ■要实现GPRS网络,需要在传统的GSM网络中引入新的网络接口和通信协议。目前GPRS网络引入GSN(GPRS Surporting Node)节点。移动台则必须是GPRS移动台或GPRS/GSM双模移动台。
    ■根据欧洲ETSI的GSM第2+阶段的建议,GPRS分为两个发展阶段(即Phase 1和Phase2)。
    GPRS的Phase l阶段将能支持下列功能和业务:
    TCP/IP和X.25业务
    全新的GPRS空中接口加密技
    GPRS附加业务
    增强型的短信业务(E一SMs)
    GPRS分组数据计费功能,即根据数据量而采取计费上述功能业务中最显著的是TCP/IP和X.25功能。GSM网络可以通过TCP/IP和X.25为用户提供电子邮件、WWW浏览、专用数据、LAN接入等业务。
    GPRS Phase 2阶段的规范尚在制订之中,它将能提供更多的新功能和新业务。
  
  3.2、 GPRS网络结构
  
  ■GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在现有的GSM网络中需要增加一些节点,如GGSN(Gateway GPRS Supporting Node,网关GPRS支持节点)和SGSN(Serving GSN,服务GPRS支持节点)。
    ■GPRS网络参考模型如图1所示。GSN是GPRS网络中最重要的网络节点。GSN具有移动路由管理功能,它可以连接各种类型的数据网络,并可以连到GPRS寄存器。GSN可以完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。GSN可以是一种类似于路由器的独立又备,也可以与GSM中的MSC集成在一起。
    ■GSN有两种类型:一种为SGSN(Serving GSN,服务GSN),另一种为GGSN(Gateway GSN,网关GSN),SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息,并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN主要是起网关作用,它可以和多种不同的数据网络连接,如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文献中,把GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换,从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络
    ■另外,有的厂商提出了GR(GSMRegister,GPRS数据库)的概念。GR类似于GSM中的HLR,是GPRS业务数据库。它可以独立存在,也可以和HLR共存,由服务器或程控交换机实现。GR这个名称在ETSI的建议中没有专门提及。
    ■GPRS网络结构中还引入了下列新的网络接口:
    Gn,GSN主干网接口,用于各种GSN之间
    Gb,BSS和sGsN之间的接口。
    Gr,SGSN和HLR之间的接口。
    Gp,不同的GSM网络(不同的PLMN)之间的接口。
    Gs,SGSN和MSC之间的接口。
  
  3.3 GPRS协议模型
  
  ■移动台(MS)和SGSN之间的GPRS分层协议模型如图2所示。Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信协议有5层,自下而上依次为物理层、MAC Mdium Access Control)层、LLC(Logical Link Control)层、SNDC(Subnetwork Dependant Convergence)层和网络层。
    ■Um接口的物理层为射频接口部分,而物理链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。GSM空中接口的载频带宽为20OkHz,一个载频分为8个物理信道。
    ■如果8个物理信道都分配为传送GPRS数据,则原始数据速率可达20Okb/s。考虑前向纠错码的开销,则最终的数据速率可达164kb/s左右。
    ■MAC为媒质接入控制层。MAC的主要作用是定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道,使得这些信道能被不同的移动台共享。GPRS的逻辑信道共有3类,分别是公共控制信道、分组业务信道和GPRS广播信道。公共控制信道用来传送数据通信的控制信令,具体又分为寻呼和应答等信道。分组业务信道用来传送分组数据。广播信道则是用来给移动台发送网络信息。
    ■LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议。LLC层负责在高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段,从而生成完整的LLC帧。另外,LLC可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制。
    ■BSS中的LLR层是逻辑链路传递层。这一层负责转送MS和SGSN之间的LLC帧。LLR层对于SNDC数据单元来说是透明的,即不负责处理SNDC数据。
    ■SNDC被称为子网依赖结合层。它的主要作用是完成传送数据的分组、打包,确定TCP/IP地址和加密方式。在SNDC层,移动台和SGSN之间传送的数据被分割为一个或多个SNDC数据包单元。SNDC数据包单元生成后被放置到LLC帧内。
    ■网络层的协议目前主要是Phase l阶段提供的TCP/IP和L25协议。TCP/IP和X.25协议对于传统的GSM网络设备(如BSS和NSS等设备)是透明的。
  
  3.4GPRS的路由管理
  
  ■GPRS的路由管理是指GPRS网络如何进行寻址和建立数据传送路由。GPRS的路由管理表现在以下3个方面:移动台发送数据的路由建立;移动台接收数据的路由建立;以及移动台处于漫游时数据路由的建立。
    ■对于第一种情况,如图3中的路径1所示。当移动台产生了一个PDU(分组数据单元),这个PDU经过SNDC层处理,称为SNDC数据单元。然后经过LLC层处理为LLC郑通过空中接口送到GSM网络中移动台所处的SGSN。SGSN把数据送到GGSN。GGSN把收到的消息进行解装处理,转换为可在公用数据网中传送的格式(如PSPDN的PDU),最终送给公用数据网的用户。为了提高传输效率,并保证数据传输的安全,可以对空中接口上的数据做压缩和加密处理。
    ■在第二种情况中,一个公用数据网用户传送数据到移动台。首先通过数据网的标准协议建立数据网和GGSN之间的路由。数据网用户发出的数据单元(如PSPDN中的PDU),通过建立好的路由把数据单元PDU送给GGSN。而GGSN再把PDU送给移动台所在的SGSN上GSN把PDU封装成SNDC数据单元,再经过LLC层处理为LLC帧单元,最终通过空中接口送给移动台。
    ■第三种情况是一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户。这种情况下的数据传送路由如图3的路由3所示。其数据必须要经过归属地的GGSN,然后送到移动用户A。 空中按口的信道构成 GPRS空中接口的信道构成如下:
    ■PDTCH(Pachet Data Traffic Channe1),分组数据业务信道。这种信道用来传送空中接口的GPRS分组数据。
    ■PPCH(Packet Paging Channe1),分组寻呼信道PPCH用来寻呼GPRS被叫用户。
    ■PRACH(Packet Randem Access Channel),分组随机接入信道。GPRS用户通过PRACH向基站发出信道请求。
    ■PAGCH(Packet Access Grant Channel),分组接人应答信道。PAGCH是一种应答信道,对PRACH作出应答。
  
  ■PACCH(Packet Asscrchted Control Channel),分组随路控制信道。这种信道用来传送实现GPRS数据业务的信令。
  
   3.5、 GPRS服务
  
  根据欧洲ETSI的GSM2+阶段的建议,GPRS可分为两个发展阶段(即Phase1和Phase2)。
     其中GPRS的Phase1阶段能支持下列功能和业务:
  ● TCP/IP和X.25业务;
  ● 全新GPRS空中接口加密技术;
  ● GPRS附加业务;
  ● 增强型的短信业务(E-SMS);
  ● GPRS分组数据计费功能,即根据数据量计费。
  
  3.6 GPRS与IP
  
  GPRS的技术的引进,把电信网络和计算机网络有机地连接在一起,朝未来的全IP网络平台发展。
     ——编者 从GPRS结构可以看出,基站与 SGSN设备之间的连接一般通过帧中继连接,SGSN与 GGSN设备之间通过IP网络连接。
     GGSN可以由具有 NAT(网络地址翻译)功能的路由器承担内部IP地址与外部网络IP地址的转换, MS可以访问GPRS内部的网络,也可以通过 APN(外部网络接入点名)访问外部的PDN/Internet网络
     在标识 GPRS设备中,如手机 MS的标识除了在 GSM中使用的IMSI、MSISDN等号码外,还需要分配IP地址。网元设备SGSN、GGSN的标识既有7号信令地址,又有数据GGSN的IP地址,GSN(SGSN或GGSN)之间的通信采用IP地址,而GSN与MSC、HLR等实体的通信采用 7号信令地址。在GPRS系统中,有两个重要的数据库记录信息。一是用户移动性管理上下文,用于管理移动用户的位置信息,另一是用户的PDP上下文(分组数据协议上下文),用于管理从手机MS到网关GGSN及到ISP(Internet服务提供商)之间的数据路由信息。当 MS访问 GPRS内部网络或外部PDN/ Internet网络时, MS向SGSN发激活PDP上下文请求消息,MS可以与运营商签约选择固定服务的GGSN。或根据APN选择规则,由 SGSN选择服务的GGSN,SGSN再向GGSN发建立PDP上下文请求消息。GGSN分配 MS一个IP地址(静态或动态、公用或私有),在建立 PDP上下文过程中,需要对用户的身份,需要的服务质量进行鉴权和论证,在成功地建立和激活PDP上下文后, MS、 SGSN和 GGSN都存储了用户的 PDP上下文信息。有了用户的位置信息和数据的路由信息, MS就可以访问该网络的资源。 二代半产品GPRS的问世,在开发和部署GPRS业务时会遇到一些新的概念。
     ——GPRS系统容量概念
     GPRS的系统容量包括GSN