GPRS业务应用

  
   自从首次实现文本信息传输以来,无线数据应用已经历了飞跃式的增长,单是看看欧美知名厂商大肆宣传通用分组无线业务(GPRS)的劲头,似乎也能让人感到下一代移动数据应用时代的行将来临。将在99年底或是2000年初开启的通用分组无线业务GPRS,作为迈向第三代个人多媒体业务的重要里程碑,将使移动通信与数据网络合二为一,使IP业务得以引入广阔的移动市场。尽管目前移动数据的使用相对较少,但在某些市场中,不同的用户群却正在快速发展,其推动力量主要是在移动领域中采用数据业务的商业市场。不论是爱立信、诺基亚还是阿尔卡特,几乎所有宣传GPRS的厂商都以商业用户市场的快速成长来游说运营商。 GSM系统的分组移动数据通信(即GPRS)是基本分组无线业务,采用分组交换的方式,数据速率最高可达164kb/、它可以给GSM用户提供移动环境下的高速数据业务,还可以提供收发Emai1、Internet例览等功能。
  GPRS的功能和业务
    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。
  GPRS的网络结构
    ■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。
  GPRS协议模型
    ■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。 GPRS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。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。
  
    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。
     上述功能中最为显著的是TCP/IP和X.25功能。GPRS的主要应用集中于“移动办公室”领域。移动办公室应可支持任何基于Internet的传统应用,如文件传输、个人管理器、电子邮件的发送和接收以及利用万维网在Internet上进行冲浪等。
  2. GPRS的技术优势
    (1) 资源利用率高在GSM网络中,GPRS首先引入了分组交换的传输模式,使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化,这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。按电路交换模式来说,在整个连接期内,用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道。在会话期间,许多应用往往有不少的空闲时段,如上Internet浏览、收发E-mail等等。对于分组交换模式,用户只有在发送或接收数据期间才占用资源,这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道,从而提高了资源的利用率。GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据,体现了“得到多少、支付多少”的原则。实际上,GPRS用户的连接时间可能长达数小时,却只需支付相对低廉的连接费用。
    (2) 传输速率高 GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率(最高值为171.2kbit/s,不包括FEC)。这意味着在数年内,通过便携式电脑,GPRS用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览,同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。
    (3) 接入时间短分组交换接入时间缩短为少于1