第一讲 GPSR 简介 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 概述 GPRS 的主要特点 GPRS 的业务 GPRS 的具体应用 GPRS 的优势及存在问题 GPRS 标准和业务的发展 GPRS 的网络结构第二讲2.1 GPRS 网络总体结构 2.2 GPRS 逻辑体系结构 2.3 GPRS 网络的主要实体 第三讲 GPRS 传输平台
和信令平台3.1 传输平台 3.2 信令平台 第四讲 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 GPRS 的高级功能网络访问控制功能 分组选路和传输功能 移动性管理(MM)功能 逻辑链路管理功能 无线资源管理功能 网络管理功能 GPRS 的主要接口第五讲5.1 无线接口 Um 5.2 Gb 接口 5.3 Abis 接口 第六讲 GPRS 计费管理6.1 计费管理 6.2 计费信息 6.3 计费网关 第七讲 GPRS 组网7.1 GPRS 系统的无线网络结构 7.2 GPRS 系统的组网7.3 GPRS 无线网组网 7.4 GPRS 骨干网组网 第八讲 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 GPRS 系统规划GPRS 系统容量的规划 SGSN 的规划 GGSN 的规划 PCU 的规划 IP 地址的规划 网络建设需考虑的问题第九讲典型例子---Nokia GPRS 系统解决方案1．概述 GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称。 GPRS 是 GSM Phase2.1 规范实现的内容之一，能提供比现有 GSM 网 9.6kbit/s 更高的数据率。GPRS 采用与 GSM 相同的频段、 频带宽度、 突发结构、 无线调制标准、 跳频规则以及相同的 TDMA 帧结构。因此，在 GSM 系统的基础上构建 GPRS 系统时，GSM 系统中的绝大部分部件都 不需要作硬件改动，只需作软件升级。 构成 GPRS 系统的方法是： (1) 在 GSM 系统中引入 3 个主要组件 GPRS 服务支持结点(SGSN, Serving GPRS Supporting Node) GPRS 网关支持结点(GGSN, Gateway GPRS Support Node) 分组控制单元(PCU) (2) 对 GSM 的相关部件进行软件升级 GPRS 系统原理如图 1.1 所示图。图 1.1 GPRS 系统原理图 ETSI 指定了 GSM900、1800 和 1900 三个工作频段用于 GSM，其中 GSM900 频段还 有 G1(E-GSM)频段和 P 频段。相应地，GPRS 也工作于这三个频段，包括 GSM900 的 G1 频段和 P 频段， 当然， GPRS 可以限制每个小区只工作于 P 频段。 如表 1.1 所示了 GSM 和 GPRS 的工作频段。 表 1.1 GSM 和 GPRS 的工作频段G1 频段上行频率(原 E－ GSM) P 频段上行频率 900MHz 频段 G1 频段下行频率(原 E－ GSM) P 频段下行频率 双工间隔 载频间隔 上行频率 1800MHz 频段 下行频率 双工间隔 载频间隔 上行频率 1900MHz 频段 下行频率 双工间隔 载频间隔880 --- 890MHz 890 --- 915MHz 925 --- 935MHz 935 --- 960MHz 45MHz 200kHz 1710 ---1785MHz 1805 ---1880MHz 95MHz 200kHz 1850 ---1910MHz 1930 ---1990MHz 80MHz 200kHz现有的 GSM 移动台(MS)，不能直接在 GPRS 中使用，需要按 GPRS 标准进行改造(包括 硬件和软件)才可以用于 GPRS 系统。GPRS 定义了 3 类 MS： A 类可同时工作于 GPRS 和 GSM； B 类可在 GPRS 和 GSM 之间自动切换工作； C 类可在 GPRS 和 GSM 之间人工切换工作。 GPRS 被认为是 2G 向 3G 演进的重要一步，不仅被 GSM 支持，同时也被北美的 IS-136 支持。 1.2 GPRS 的主要特点 (1) GPRS 采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，优化了对网络资源和无线 资源的 利用。 (2) 定义了新的 GPRS 无线信道， 且分配方式十分灵活： 每个 TDMA 帧可分配 1 到 8 个无 线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上链路和向下链路的分配是独立的。 (3) 支持中、高速率数据传输，可提供 9.05 ---171.2kbit/s 的数据传输速率(每用户)。 GPRS 采用了与 GSM 不同的信道编码方案，定义了 CS-1、CS-2、CS-3 和 CS-4 四种编 码方案。 (4) GPRS 网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。 (5) GPRS 支持基于标准数据通信协议的应用，可以和 IP 网、X.25 网互联互通。支持特定 的点到点和点到多点服务， 以实现一些特殊应用如远程信息处理。 GPRS 也允许短消息业务 (SMS)经 GPRS 无线信道传输。 (6) GPRS 的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传 输。 它支持四种不同的 QoS 级别。 GPRS 能在 0.5 ---1 秒之内恢复数据的重新传输。 GPRS 的计费一般以数据传输量为依据。 (7) 在 GSM PLMN 中，GPRS 引入两个新的网络节点：一个是 GPRS 服务支持节点(SGSN)，它和 MSC 在同一等级水平，并跟踪单个 MS 的存储单元，实现安全功能和接入 控制。节点 SGSN 通过帧中继连接到基站系统。另一个是 GPRS 网关支持节点 GGSN， GGSN 支持与外部分组交换网的互通，并经由基于 IP 的 GPRS 骨干网和 SGSN 连通。 (8) GPRS 的安全功能同现有的 GSM 安全功能一样。身份认证和加密功能由 SGSN 来执 行。其中的密码设置程序的算法、密钥和标准与目前 GSM 中的一样，不过 GPRS 使用的 密码算法是专为分组数据传输所优化过的。GPRS 移动设备(ME)可通过 SIM 访问 GPRS 业务，不管这个 SIM 是否具备 GPRS 功能。 (9) 蜂窝选择可由一个 MS 自动进行，或者基站系统指示 MS 选择某一特定的蜂窝。MS 在 重选择另一个蜂窝或蜂窝组(即一个路由区)时会通知网络。 (10) 为了访问 GPRS 业务，MS 会首先执行 GPRS 接入过程，以将它的存在告知网络。在 MS 和 SGSN 之间建立一个逻辑链路， 使得 MS 可进行如下操作： 接收基于 GPRS 的的 SMS 服务、经由 SGSN 的寻呼、GPRS 数据到来通知。 (11) 为了收发 GPRS 数据，MS 会激活它所想用的分组数据地址。这个操作使 MS 可被相 应的 GGGSN 所识别，从而能开始与外部数据网络的互通。 (12) 用户数据在 MS 和外部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术： 数据包用特定的 GPRS 协议信息打包并在 MS 和 GGSN 之间传输。 这种透明的传输方法缩 减了 GPRS PLMN 对外部数据协议解释的需求，而且易于在将来引入新的互通协议。用户 数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据传输高效且可靠。 (13) GPRS 可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级(QoS)的计费功能，计费方 式更加合理，用户使用更加方便。 (14) GPRS 的核心网络层采用 IP 技术，底层款可使用多种传输技术，很方便地实现与高 速发展的 IP 网无缝连接。 1.3 GPRS 的业务 GPRS 是一组新的 GSM 承载业务，是以分组模式在 PLMN 和与外部网络互通的内部网上 传输。在有 GPRS 承载业务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS 网络管理可以提供(或 支持)一系列的交互式电信业务。 1. 承载业务 支持在用户与网络接入点之间的数据传输的性能。 提供点对点业务、 点对多点业务两种承载 业务。 a. 点对点业务(PTP) 点对点业务在两个用户之间提供一个或多个分组的传输。 由业务请求者启动， 被接收者接收。 包括两种点到点业务： b. 点对多点业务(PTM) 点对多点业务是将单一信息传送到多个用户。GPRS PTM 业务能够提供一个用户将数据发 送给具有单一业务需求的多个用户的能力。包括有三种 PTM 业务： 点对多点广播(PTM-M)业务---是将信息发送给当前位于某一地区的所有用户的业务。 点对多点群呼(PTM-G)业务---是将信息发送给当前位于某一区域的特定用户子群的业 务。 IP 多点传播(IP-M)业务---是定义为 IP 协议序列一部分的业务。2. 用户终端业务 GPRS 支持电信业务，提供完全的通信业务能力，包括终端设备能力。用户终端业务可以分 为基于 PTP 的用户终端业务和基于 PTM 的用户终端业务。如表 1-1 所示。 表 1-1 GPRS 用户终端业务分类 会话 基于 PTP 的用户终端业务 报文传送 检索 遥信 分配 调度 基于 PTM 的用户终端业 会议 务 预定发送 地区选路 3. 附加业务 GSM 第 2 阶段附加业务支持所有的 GPRS 基本业务 PTP-CONS、PTP-CLNS、IP-M 和 PTM-G 的 CFU(无条件呼叫转送)。GSM 第 2 阶段附加业务不适用于 PTM-M。如表 1-2 所示。 表 1-2 GPRS 附加业务的应用 简称 CLIP CLIR CoLP CoLR CFU CFB CFNRy CFNRc CW HOLD MPTY CUG AoCI BAOC BOIC BAIC 名称 主叫线路识别表示 主叫线路识别限制 连接线路识别表示 连接线路识别限制 无条件呼叫转移 移动用户遇忙呼叫转移 无应答呼叫转移 无法到达的移动用户呼叫转移 呼叫等待 呼叫保持 多用户业务 封闭式的用户群 资费信息通知 禁止所有呼叫 禁止国际呼出 禁止所有呼入1.4 GPRS 业务的具体应用 GPRS 业务主要有以下应用。 (1) 信息业务 传送给移动电话用户的信息内容广泛，如股票价格、体育新闻、天气预报、航班信息、新闻 标题、娱乐、交通信息等等。 (2) 交谈 人们更加喜欢直接进行交谈， 而不是通过枯燥的数据进行交流。 目前因特网聊天组是因特网 上非常流行的应用。有共同兴趣和爱好的人们已经开始使用非话音移动业务进行交谈和讨 论。由于 GPRS 与因特网的协同作用，GPRS 将允许移动用户完全参与到现有的因特网聊 天组中， 而不需要建立属于移动用户自己的讨论组。 因此， GPRS 在这方面具有很大的优势。 (3) 网页浏览 移动用户使用电路交换数据进行网页浏览无法获得持久的应用。 由于电路交换传输速率比较 低，因此数据从因特网服务器到浏览器需要很长的一段时间。因此 GPRS 更适合于因特网 浏览。 (4) 文件共享及协同性工作 移动数据使文件共享和远程协同性工作变得更加便利。 这就可以使在不同地方工作的人们可 以同时使用相同的文件工作。 (5) 分派工作 非话音移动业务能够用来给外出的员工分派新的任务并与他们保持联系。 同时业务工程师或 销售人员还可以利用它使总部及时了解用户需求的完成情况。 (6) 企业 E-mail 在一些企业中， 往往由于工作的缘故需要大量员工离开自己的办公桌， 因此通过扩展员工办 公室里的 PC 上的企业 E-mail 系统使员工与办公室保持联系就非常重要。GPRS 能力的扩 展，可使移动终端接转 PC 机上的 E-mail，扩大企业 E-mail 应用范围。 (7) 因特网 E-mail 因特网 E-mail 可以转变成为一种信息不能存储的网关业务，或能够存储信息的信箱业务。 在网关管业务的情况下，无线 mail 平台将信息从 SMTP 转化成 SMS，然后发送到 SMS 中心。 (8) 交通工具定位 该应用综合了无线定位系统， 该系统告诉人们所处的位置， 并且利用短消息业务转告其他人 其所处的位置。任何一个具有 GPS 接收器的人都可以接收他们的卫星定位信息以确定他们 的位置。且对被盗车辆进行跟踪等功能。 (9) 静态图像 例如照片、 图片、 明信片、 贺卡和演讲稿等静态图像能在移动网络上发送和接收。 使用 GPRS 可以将图像从与一个 GPRS 无线设备相连接的数字相机直接传送到因特网站点或其他接收 设备，并且可以实时打印。 (10) 远程局域网接入 当员工离开办公桌外出工作时， 他们需要与自己办公室的局域网保持连接。 远程局域网包括 所有应用的接入。 (11) 文件传送 文件传送业务包括从移动网络下载量比较大的数据的所有形式。1.5 GPRS 的优势及存在问题 1. GPRS 的技术优势 资源利用率高 GPRS 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。而对于分组交换模式，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。 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。 接入时间短 分组交换接入时间缩短为少于 1 秒，能提供快速即时的连接，可大幅度提高一些事务（如 信用卡核对、 远程监控等） 的效率， 并可使已有的 Internet 应用 （如 E-mail、 网页浏览等） 操作更加便捷、流畅。 支持 IP 协议和 X.25 协议 GPRS 支持因特网上应用最广泛的 IP 协议和 X.25 协议。而且由于 GSM 网络覆盖面广， 使得 GPRS 能提供 Internet 和其它分组网络的全球性无线接入。 2. 存在的问题 GPRS 会发生包丢失现象 由于分组交换连接比电路交换连接要差一些，因此，使用 GPRS 会发生一些包丢失现象。 而且，由于话音和 GPRS 业务无法同时使用相同的网络资源，因此，用于专门提供 GPRS 使用的时隙数量越多，能够提供给话音通信的网络资源就越少。对用户来说其容量有限 GPRS 确实对网络现有的小区容量产生影响， 对于不同的用途而言只有有限的无线资源可供 使用。例如，话音和 GPRS 呼叫都使用相同的网络资源，这势必会相互产生一些干扰。其 对业务影响的程度主要取决于时隙的数量。当然，GPRS 可以对信道采取动态管理，并且能 够通过在 GPRS 信道上发送短信息来减少高峰时的信令信道数。 实际速率比理论值低 GPRS 数据传输速率要达到理论上的最大值 172.2kbps，就必须只有一个用户占用所有的 8 个时隙， 并且没有任何防错保护。 运营商将所有的 8 个时隙都给一个用户使用显然是不太 可能的。另外，最初的 GPRS 终端预计可能仅支持 1 个、2 个或 3 个时隙，一个 GPRS 用 户的带宽因此将会受到严重的限制，所以，理论上的 GPRS 最大速率将会受到网络和终端 现实条件的制约。 终端不支持无线终止功能 目前还没有任何一家主要手机制造厂家宣称其 GPRS 终端支持无线终止接收来电的功能， 这将是对 GPRS 市场是否可以成功地从其他非语音服务市场抢夺用户的核心问题。 启用 GPRS 服务时， 用户将根据服务内容的流量支付费用， GPRS 终端会装载 WAP 浏览器。 但是，未经授权的内容也会发送给终端用户，更糟糕的是用户要为这些垃圾内容付费。 调制方式不是最优 GPRS 采用基于 GMSK（Gaussian Minimum-Shift Keying）的调制技术，相比之下， EDGE 基于一种新的调制方法 8PSK（eight-phase-shift keying） ，它允许无线接口支持更高的速率。8PSK 也用于 UMTS。网络营运商如果想过渡到第三代，必须在某一阶段改用 新的调制方式。 存在转接时延 GPRS 分组通过不同的方向发送数据， 最终达到相同的目的地， 那么数据在通过无线链路传 输的过程中就可能发生一个或几个分组丢失或出错的情况。 1.6 GPRS 标准和业务的发展 1. ETSI 的标准制订工作 欧洲最早是在 1993 年就提出了在 GSM 网上开通 GPRS 业务，1997 年 GPRS 的标准化 工作取得重大进展，10 月份 ETSI 发布了 GSM02.60 GPRS Phase1 业务描述。1999 年 底完成 GPRS Phase2 的工作。 GPRS 的标准分 3 个阶段， 3 个阶段分别制订了 18 个新的标准并对几十个现有标准进行 这 修订，以实现 GPRS。表 1-3 列出了这 3 个阶段。 表 1-3 GPRS 的标准的 3 个阶段 阶段 1 02.60 业务描述 阶段 2 03.60 系统描述和网络结构 03.64 无线接口描述 03.61 点对多点-广播业务 03.62 点对多点-群呼 阶段 3 04.60 RLC/MAC 协议 04.61 PTM-M 业务 04.62 PTM-G 业务 04.64 LLC04.65SNDCP 07.60 用户互通 08.14 Gb 层 1 08.16 Gb 层网络业务 08.18 BSSGP、Gb 接 口 09.16 Gb 层 2 09.18 Gb 层 3 09.60 Gn&Gp 接口 09.61 外部网路互通 按照 ETSI 的设想，GPRS 应首先实现： PTP 业务 PTP TCP/IP 的用户互通 从 MS 至 GGSN 的 X.28 协议，GGSN 至外部 PDN 的 X.25 协议 Gn、Gb、Gr、Gp、Gs、Gi 接口 对 PTP 和漫游的安全保障 计费 运营者决定的呼叫闭锁和呼叫终止，运营者呼叫过滤 为 PTM 无线接口作准备工作 匿名接入 通过 GPRS 支持 SMS-MO 和-MT2. 我国 GPRS 标准化工作的进展概况 我国从 1996 年开始跟踪研究 GPRS 的相关标准。着重组织开展了一系列 GPRS 相关标准 研究工作。 2000 年 4 月， 于 已经完成了&900/1800MHz TDMA 数字蜂窝移动通信网 GPRS 隧道协议(GTP)规范&，由信息产业部电信传输所提出了&GPRS 业务研究&的前期的预研成 果。从 1998 年开始，我国运营者开始酝酿在国内兴建 GPRS 的试验网络工作，标准化的 工作就显得极为迫切了。在 2000 年内和 2001 年上半年，已颁布以下 900/1800MHz TDMA 蜂窝移动通信网通用分组无线业务相关的系列标准。 接口规范 基站子系统与 SGSN 接口规范 无线接口规范 设备规范 交换子系统设备规范 基站子系统设备规范 移动台的技术要求 测试规范 隧道协议(GTP)规范 基站子系统与 SGSN 间接口测试规范 交换子系统设备测试规范 基站子系统设备测试规范 移动台的测试规范 由于 GPRS 的相关标准的研究工作在 ETSI SMG 以及 3GPP 等组织中仍然处于不断的更改 和制订过程中， 在我国标准研究和设备开发工作中都存在着不断调整和解决不同版本之间兼 容性的问题。 3. GPRS 的发展动向 GPRS 是 GSM 向 3G 迈进的一个重要步骤，根据 ETSI 对 GPRS 发展的建议，GPRS 从试 验到投入商用后，分为两个发展阶段，第一阶段可以向用户提供电子邮件、因特网浏览等数 据业务；第二阶段是 EDGE 的 GPRS，简称 E-GPRS。 从移动通信市场的走势来看， 国外移动通信运营商已开始涉及多媒体服务的领域， 使用户可 以用手机在股票市场上进行交易， 办理银行转账业务等。 目前全世界已有近百个运营商开通 了 GPRS 商用系统、试商用系统或实验系统。较为著名的有英国的 BTCellNET、德国的 T-Mobile 等地的运营商。 2000 年 12 月 21 日， 中国移动通信集团公司在京宣布： 正式启动称为&移动梦网& 的 GPRS 网络建设。 2001 年 6 月， 中国移动 GPRS 一期工程已完成， 2001 年 10 月正式投入商用。 2.1 GPRS 网络总体结构 GPRS 网络是在现有 GSM 网络中增加 GGSN 和 SGSN 来实现的，使得用户能够在端到 端分组方式下发送和接收数据。 其系统结构如图 2-1 所示。图 2-1 GPRS 系统结构 图中，笔记本电脑通过串行或无线方式连接到 GPRS 蜂窝电话上；GPRS 蜂窝电话与 GSM 基站通信，但与电路交换式数据呼叫不同，GPRS 分组是从基站发送到 GPRS 服务支持节 点(SGSN)，而不是通过移动交换中心(MSC)连接到语音网络上。SGSN 与 GPRS 网关支 持节点(GGSN)进行通信；GGSN 对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如因 特网或 X.25 网络。 来自因特网标识有移动台地址的 IP 包，由 GGSN 接收，再转发到 SGSN，继而传送到移 动台上。 SGSN 是 GSM 网络结构中的一个节点，它与 MSC 处于网络体系的同一层。SGSN 通过帧 中继与 BTS 相连，是 GSM 网络结构与移动台之间的接口。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 通过基于 IP 协议的 GPRS 骨干网连接到 SGSN， 是连接 GSM 网络和外部分组交 换网(如因特网和局域网)的网关。GGSN 主要是起网关作用，也有将 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。 SGSN 和 GGSN 利用 GPRS 隧道协议(GTP)对 IP 或 X.25 分组进行封装，实现二者之间 的数据传输。 图 2－2 给出了 GPRS 网络结构的接入与参考点的简图。图 2-2 GPRS 总体结构及接入接口和参考点 GGSN 到外部分组网络是通过 Gi 参考点连通的， 而其他 GPRS 网络是通过 Gp 接口连通的。 另外，从 MS 端到 GPRS 网络有两个接入点，Um 接口用于无线通信接入而 R 参考点用于 信息的产生或接收。移动终端 MT(例如手机)通过 Um 接口接入 GPRS PLMN，R 则是 MT 和 TE(如笔记本电脑)之间的参考点。这里的 MS 由 TE 和 MT 两部分组成，它们通过 R 参 考点组成一个整体，另外，MS 也可单独由一个移动终端(MT)组成。 对于一个支持 GPRS 的公共陆地移动网络(PLMN)，当它运行 GPRS 业务时可能涉及到任 何其他网络，这时就产生了网络互通的需求。GPRS 网络通过 Gi 参考点和 Gp 接口实现同其他网络的互通。 对于具有 GPRS 业务功能的移动终端， 它本身具有 GSM 和 GPRS 业务运营商提供的地址， 这样，分组公共数据网的终端利用数据网识别码即可向 GPRS 终端直接发送数据。另外 GPRS 支持与基于 IP 的网络互通，当在 TCP 连接中使用数据报时，GPRS 提供 TCP/IP 报 头的压缩功能。 由于 GPRS 是 GSM 系统中提供分组业务的一种方式，所以它能广泛应用于 IP 域。其移动 终端通过 GSM 网络提供的寻址方案和运营商的具体网间互通协议实现全球网间通信。 2.2 GPRS 逻辑体系结构 从逻辑上来说，GPRS 通过在 GSM 网络结构中增添 SGSN 和 GGSN 两个新的网络节点来 实现。由于增加了这两个网络节点，需要命名新的接口。图 2-3 说明了 GPRS 逻辑体系结 构。表 2-1 给出了 GPRS 体系结构中的接口及参考点。图 2-3 GPRS 逻辑体系结构一览 表 29-5-5 GPRS 体系结构中的接口及参考点 接口或参考点 R Gb Gc Gd Gi Gn Gp Gr Gs Gf 说明 非 ISDN 终端与移动终端之间的参考点 SGSN 与 BSS 之间的接口 GGSN 与 HLR 之间的接口 SMS-GMSC 之间的接口，SMS-IWMSC 与 SGSN 之间的接口 GPRS 与外部分组数据之间的参考点 同一 GSM 网络中两个 GSN 之间的接口 不同 GSM 网络中两个 GSN 之间的接口 SGSN 与 HLR 之间的接口 SGSN 与 MSC/VLR 之间的接口 SGSN 与 EIR 之间的接口UmMS 与 GPRS 固定网部分之间的无线接口除了这些接口和参考点之外， GPRS 还新增加了分组控制单元(PCU, Packet Control Unit) 和 Gb 接口单元(GBIU, Gb Interface Unit)。 其中 PCU 使 BSS 提供数据功能、控制无线接口、使多个用户使用相同的无线资源。GBIU 提供从 BSS 到 SGSN 的标准接口。可以和 PCU 合并在同一个物理实体中。 由于 GPRS 在 GSM 网络中引入了两个 GPRS 支持节点和新的接口及单元， 会对 GSM 网 络设备产生以下的影响。 HLR 现有软件需更新，以支持 Gc、Gr 接口； MSC 现有软件需更新，以支持 Gs 接口； 在 BSC 中引入 PCU，并且软件需要升级； BTS 配合 BCF 进行相应的软件升级。 2.3 GPRS 网络主要实体 GPRS 网络主要实体包括 GPRS 支持节点、GPRS 骨干网、本地位置寄存器 HLR、短消息 业务网关移动交换中心(SMS-GMSC)和短消息业务互通移动交换中心(SMS-IWMSC)、 移 动台、移动交换中心(MSC)/拜访位置寄存器(VLR)、分组数据网络(PDN)等。 1. GPRS 支持节点(GSN) GPRS 的支持节点 GSN 是 GPRS 网络中最重要的网络节点，包含了支持 GPRS 所需的功 能。GSN 具有移动路由管理功能，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 是一种类似于 路由器的独立设备，也与 GSM 中的 MSC 集成在一起。在一个 GSM 网络中允许存在多个 GSN。GSN 有两种类型：SGSN 和 GGSN。 SGSN 是为移动终端(MS)提供业务的节点(即 Gb 接口由 SGSN 支持)。在激活 GPRS 业 务时，SGSN 建立起一个移动性管理环境，包含关于这个移动终端(MS)的移动性和安全性 方面的信息。SGSN 的主要作用就是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和 SGSN 之间完成移动分组数据的发送和接收。 GGSN 通过配置一个 PDP 地址被分组数据网接入。它存储属于这个节点的 GPRS 业务用 户的路由信息，并根据该信息将 PDU 利用隧道技术发送到 MS 的当前的业务接入点，即 SGSN。GGSN 可以经 Gc 接口从 HLR 查询该移动用户当前的地址信息。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 和 LAN 等。另外，GGSN 也又被 称作 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。 SGSN 与 GGSN 的功能既可以由一个物理节点全部实现，也可以在不同的物理节点上分别 实现。它们都应有 IP 路由功能，并能与 IP 路由器相连。当 SGSN 与 GGSN 位于不同的 PLMN 时，通过 Gp 接口互联。SGSN 可以通过任意 Gs 接口向 MSC/VLR 发送定位信息， 并可以经 Gs 接口接收来自 MSC/VLR 的寻呼请求。 2. GPRS 骨干网 GPRS 中有内部 PLMN 骨干网和外部 PLMN 骨干网两种。 内部门 PLMN 骨干网是指位于同一个 PLMN 上的并与多个 GSN 互联的 IP 网。外部 PLMN 骨干网是指位于不同的 PLMN 上的并与 GSN 和内部 PLMN 骨干网互联的 IP 网，如图 2-4 所示。图 2-4 内部 PLMN 骨干网和外部 PLMN 骨干网 每一个内部 PLMN 骨干网都是一个 IP 专网，且仅用于传送 GPRS 数据和 GPRS 信令。IP 专网是采用一定访问控制机制以达到所需安全级别的 IP 网。 两个内部 PLMN 骨干网是使用 边界网关(BG，Border Gateways)和一个外部 PLMN 骨干网并经 Gp 接口相连的，外部 PLMN 骨干网的选择取决于包含有 BG 安全功能的漫游协定，BG 不在 GPRS 的规范之列。 外部 PLMN 可以是一个分组数据网。 在同一个 PLMN 骨干网内，骨干网是图 2-5 中虚线方框内的部分。在 GPRS 骨干网内部， 各 GSN 实体之间通过 Gn 接口相连，它们之间的信令和数据传输都是在同一传输平台中进 行的，所利用的传输平台可以在 ATM、以太网、DDN、ISDN、帧中继等现有传输网中选 择。图 2-5 GPRS 网络骨干网的组成3. 本地位置寄存器(HLR) 在 HLR 中有 GPRS 用户数据和路由信息。从 SGSN 经 Gn 接口或 GGSN 经 Gc 接口均都 可访问 HLR，对于漫游的 MS 来说，HLR 可能位于另一个不同的 PLMN 中，而不是当前的 PLMN 中。 4. 消息业务网关移动交换中心（SMS-GMSC）和短消息业务互通移动交换中心（SMS－ IWMSC） SMS-GMSC 和 SMS-IWMSC 经 Gd 接口连接到 SGSN 上，这样就能让 GPRS MS 通过 GPRS 无线信道收发短消息(SM)。 5. GPRS 移动台 GPRS MS 能以三个运行模式中的一个进行操作， 其操作模式的选定由 MS 所申请的服务所 决定：即仅有 GPRS 服务，同时具有 GPRS 和其他 GSM 服务，或依据 MS 的实际性能同 时运行 GPRS 和其他 GSM 服务。 A 类(Class-A)操作模式： 申请有 GPRS 和其他 GSM 服务， MS 而且 MS 能同时运行 GPRS 和其他 GSM 服务。 B 类(Class-B)操作模式：一个 MS 可同时监测 GPRS 和其他 GSM 业务的控制信道，但同 一时刻只能运行一种业务。 C 类(Class-C)操作模式：MS 只能应用于 GPRS 服务。 6. 移动交换中心(MSC)和拜访位置寄存器(VLR) 在需要 GPRS 网络与其他 GSM 业务进行配合时选用 Gs 接口，如利用 GPRS 网络实现电 路交换业务的寻呼， GPRS 网络与 GSM 网络联合进行位置更新， 以及 GPRS 网络的 SGSN 节点接收 MSC/VLR 发来的寻呼请求等。同时 MSC/VLR 存储 MS(此 MS 同时接入 GPRS 业务和 GSM 电路业务)的 IMSI 以及 MS 相连接的 SGSN 号码。 7. 分组数据网络(PDN) PDN 提供分组数据业务的外部网络。移动终端通过 GPRS 接入不同的 PDN 时，采用不同 的分组数据协议地址。 3.1 传输平台 传输平台由一个分层协议结构组成，如图 3-1 所示。其用于用户信息传输以及与此相关的 信息传输中的过程控制(例如：流量控制、检错、纠错和错误恢复等)。传输平台通过底层无 线接口和网络子系统(NSS)平台连接，这种独立性是通过保留 Gb 接口来实现的。图 3-1 传输平台 其中： 1. GPRS 隧道协议(GTP) GPRS 骨干网中 GSN 间的用户数据和信令利用 GTP 进行隧道传输。所有的点对点 PDP 协 议数据单元(PDU)将由 GTP 协议进行封装。GTP 是 GPRS 骨干网中 GSN 节点之间的互联 协议，它是为 Gn 接口和 Gp 接口定义的协议。在 GSM09.60 中对 GTP 作了规范。 2. TCP 在 GPRS 骨干网中需要一个可靠的数据链路(如 X.25)进行 GTP PDU 的传输时，所用的传 输协议是 TCP 协仪。 如果不要求一个可靠的数据链路(如 IP)， 就使用 UDP 协议来承载 GTP PDU。 TCP 提供流量控制功能和防止 GTP PDU 丢失或破坏的功能。 UDP 提供防护 GTP PDU 受到破坏的功能。 3. IP 这是 GPRS 骨干网络协议，用以用户数据和控制信令的选路。GPRS 骨干网最初是建立在 IPv4 协议基础上的，随着 IPv6 的广泛使用，GPRS 会最终采用 IPv6 协议。 4. 子网相关融合协议(SNDCP) 这个传输功能将网络级特性映射到底层网络特性中去。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。 SNDCP 在 GSM04.65 中有说明。 5. 逻辑链路控制(LLC) LLC 是一种基于高速数据链路规程 HDLC 的无线链路协议，能够提供高可靠的加密逻辑链 路。LLC 层负责从高层 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。LLC 独立于 底层无线接口协议，这是为了在引入其他可选择的 GPRS 无线解决方案时，对网络子系统 NSS 的改动程度最小。GSM04.64 对 LLC 进行了规范。 6. 中继转发(Relay) 在 BSS 中，这项功能中继转发 Um 和 Gb 接口间的 LLC PDU，在 SGSNN 中，这项功能 是转发 Gb 和 Gn 接口间的 PDP PDU。 7. GPRS 基站系统协议(BSSGP)这个层用来传输在 BSS 和 SGSN 之间与选路服务质量有关的信息。 BSSGP 没有纠错功能。 GSM08.18 对 BSSGP 进行了规范。 8. 网络服务(NS) 这个层传输 BSSGP PDU。NS 以 BSS 和 SGSN 之间的帧中继连接为基础，而且有多跳功 能，并能横贯有帧中继交换节点的网络。GSM08.16 对 NS 进行了规范。 9. 无线链路控制(RLC)/介质访问控制(MAC) 这个层具备两个功能： 一是无线链路控制功能， 它能提供一条独立于无线解决方案的可靠链 路。二是介质访问控制功能，它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。MAC 除了控制着信令传输所用无线信道外，还将 LLC 帧映射到 GSM 物理信道中去。GSM04.60 对 RLC/MAC 进行了规范。 10. GSM RF Um 接口的物理层为射频接口部分，而逻辑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 200kHz，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 200kbit/s。考虑前向纠错码的开销，最终 的数据速率可达 164kbit/s 左右。 3.2 信令平台 信令平台描述了信令传输的层次结构， 由一些用于控制和支持传输平台功能的协议组成。 信 令平台按其应用可以分为 7 个种类。 1. MS-SGSN 如图 3-2 所示。图中的 GMM/SM 是指 GPRS 移动性管理和会话管理，支持移动性管理， 如 GPRS 服务连接、GPRS 服务断开。安全、路由区更新、定位更新、PDP 环境激活、PDP 环境去活等。图 3-2 信令平台 MS-SGSN 2. SGSN-HLR 如图 3-3 所示。图中，MAP 表示移动应用部分(MAP, Mobile Application Part)，这个协 议支持与 HLR 的信令交换。图 3-3 信令平台 SGSN-HLR 3. SGSN-MSC/VLR 如图 3-4 所示。图中 BSSAP+表示基站系统应用部分(BSSAP, Base Station System Application+),它是 BSSAP 过程的一个子集， 支持 SGSN 与 MSC/VLR 之间的信令传送。图 3-4 信令平台 SGSN-MSC/VLR 4. SGSN-EIR 如图 3-5 所示的信令平台表示移动应用部分支持 SGSN 与 EIR 间的信令传送。图 3-5 信令平台 SGSN-EIR 5. SGSN-SMS-GMSC 或 SMS-IWMSC 如图 3-6 所示的信令平台表示移动应用部分支持 SGSN 与 SMS-GMSC 或 SMS-IWMSC 之间的信令传送。图 3-6 信令平台 SGSN-SMS-GMSC 或 SMS-IWMSC 6. GSN-GSN 如图 3-7 所示。图中 GTP 表示 GPRS 隧道协议，在 GPRS 骨干网中，利用 GTP 隧道传输 SGSN 与 GGSN 之间或两个 SGSN 之间的用户数据和信令信息。用户数据报协议(UDP) 用来传输两个 GPRS 支持节点之间的信令信息。图 3-7 信令平台 SGSN-GSN 7. GGSN-HLR 当任选信令路径时， 允许一个 GGSN 与一个 HLR 交换信令信息。 通常有两种可供选择的信 令路径实现方法： 基于 MAP 的 GGSN-HLR 信令 如果在 GGSN 上安装有 SS7 接口，则在 GGSN 和 HLR 之间就可以使用 MAP 协议。如图 3-8 所示表示了移动应用协议支持 HLR 的信令交换。图 3-8 信令平台使用 MAP 的 GGSN-HLR 基于 GTP 和 MAP 的 GGSN-HLR 信令 如果在 GGSN 上没有安装 SS7 接口，与 GGSN 在同一 PLMN 中的任一具备 SS7 接口的 GSN 都能用作一个 GTP 到 MAP 协议的转换器，以便在 GPRS 骨干网中，在 GGSN 和有协议转换功能的 GSN 之间通过隧道传输信令信息。图中的互联(Interworking)功能提供 GTP 和 MAP 间的互联，以进行 GGSN-HLR 间的信令传输。图 3-9 信令平台 应用 GTP 的 SGSN-HLR 和 MAP 在 GPRS 网络中执行的逻辑功能中，主要有网络访问控制功能、分组选路和传输功能、移 动性管理功能、逻辑链路管理功能、无线资源管理功能和网络管理功能 7 个功能组，每一 个功能组都包含许多相对独立的功能。4.1 网络访问控制功能 网络访问就是用户连接到电信网中以使用由这个网络所提供的服务或者设施的途径。 访问协 议是一组己定义了的过程，它能让用户使用到电信网络提供的服务或设施。 访问控制功能的各项主要功能如表 4-1 所示。 表 4-1 网络访问控制功能说明 功能 功能说明 通过注册公功能，用户的移动 ID 和用户在 PLMN 范围内的分 组数据协议及其地址联系起来，还与连到外部 PDP 网的用户 访问点联系在一起。这种联系可以是静态的，即存储在一个 HLR 中，还可以是动态的，即分布于每一个所必需的基站。 该功能进行服务请求者的身份认证和识别，并验证服务请求类 型以确保某个用户使用某特定网络服务的权限。 许可证控制的目的是为了计算需要那些网络资源以提供所要 求的服务质量， 并判断这些资源是否可用， 然后预定这些资源。 许可证控制与无线资源管理功能相辅相成，以估计每一个蜂窝 对无线资源的需求程度。 用于滤除未授权或不请自来的消息，这可通过分组过滤功能来 实现。 该功能使从终端设备接收或向终端设备发送的数据分组经过 适配，以适合于在 GPRS 网络中传输。注册功能身份认证和授权许可证控制功能消息筛选 分组终端适配功能计费数据收集功能 收集有关按用户计费和按流量计费的必要数据。4.2 分组选路和传输功能 路由是一个有序的节点列表，用于在 PLMNN 内或 PLMN 之间传递信息。每一个路由均由 源节点、零个或多个中继节点和目的节点所组成。路由选择是指根据一定规则，判断或选择 在 PLMN 之内或之间传输消息所用路由的过程。如表 4-2 说明了分组选路和传输功能中的 主要项目功能说明。 表 4-2 分组选路和传输功能 功能 中继功能 功能说明 是指一个节点接收来自第二个节点的信息，然后以一定路由把 它转发到第三个节点。 该功能决定要发送到目的地址的消息应经哪一个网络节点转 发，以及决定使用哪一个底层服务来到达 GPRS 支持节点。且 选择传输路径的下一跳 GSN 之间的数据传输可以通过具备内 部选路功能的外部数据网进行。路由选择功能地址转换就是将一个地址转换成另一个不同类型的地址，地址 翻译可以将一个外部网络协议地址转换成一个内部网络地址， 地址转换和映射功 以便在 PLMN 之间选择路由来发送分组。地址映射用于将一个 能 网络地址映射成同类型的另一个网络地址已进行路由选择，并 在 PLMN 之间或之内中继转发消息。 封包功能 是指将地址和控制信息加入到一个数据单元中，用以在 PLMN 之间或其内部为分组选择路由。解包是指将分组中地址和控制 信息删除，还原出原始数据单元。 是指将封包的数据单元在 PLMN 内部从封包点到解包点的传 输。隧道是一个双向的点对点路径。 以传输尽可能小的外部 PDP PDU 来优化无线信道容量的利 用。 对要在无线信道中传输的用户数据和信令加密，并保护 PLMN 不受入侵。 用来把 GSN 逻辑域名解析成 GSN 地址。解析 PLMN 中位于 GPRS 骨干网的 GSN 和其他 GPRS 节点的任何名字。隧道传输功能 压缩功能 加密功能 域名服务器功能4.3 移动性管理(MM)功能 移动性管理功能用于跟踪在本地 PLMN 或其他 PLMN 中 MS 的当前位置。 GPRS 网络中 在 的移动性管理涉及到新增的网络节点和接口以及参考点，这与 GSM 网中的有很大的不同。 1. 移动性管理状态的定义 与 GPRS 用户相关的移动性管理定义了空闲(Idle)、等待(Standby)、就绪(Ready)三种 不同的移动性管理状态，每一种状态都描述了一定的功能性级别和分配的信息。这些由 MS 和 SGSN 所拥有的信息集合称作移动性管理环境。(1) 空闲状态 在 GPRS 空闲状态中，用户没有激活 GPRS 移动性管理。MS 和 SGSN 环境中没有存储与 这个用户相关的有效的位置信息或路由信息。 因此在这个状态下不能进行与用户有关的移动 性管理过程。 在这个状态下， 完成 PLMN 选择、 MS GPRS 选择和重选择过程。 除了只能收到 PTM-M MS 的信息外，移动用户不能进行 PTP 数据的接收或发送，也不能进行 PTM-G 数据的传输， 对用户的寻呼等功能也是不可用的。 MS 通过执行 GPRS 激活过程在 MS 和 SGSN 中建立 MM 环境。 (2) 等待状态 在等待状态下，用户可进行 GPRS 移动性管理。在 MS 和 SGSN 中的 MM 环境已经创建了 用户的 IMSI，此时 MS 可以接收 PTM-M 和 PTM-G 数据，也可以接收对 PTP 或 PTM-G 数据传输所进行的寻呼， 以及经由 SGSN 发送的 CS 寻呼。 但在这个状态下， 不能进行 PTP 数据收发和 PTM-G 数据的发送。 MS 执行 GPRS 路由区(RA)选择、GPRS 蜂窝选择和本地重选功能。当 MS 进入一个新的 路由区时 MS 会执行移动性管理过程来通知 SGSN。而在同一路由区中改变蜂窝时就不需 通知 SGSN。因此，在等待状态下 SGSN MM 环境中的位置信息仅包含 MS 的 GPRS 路由 区标识(GPRS RAI)。 在等待状态时，MS 启动 PDP 环境的激活或去活。一个 PDP 环境将会在数据发送或接收前 被激活。 如果 PDP 环境己被激活， SGSN 可在 MM 等待状态下接收移动终端的 PTP 或 PTM-G 分组， 并且 SGSN 会在这个 MS 所处的路由区中发送一个寻呼请求。 MS 响应了这个寻呼， 当 MS 中的 MM 伽状态就会转变到就绪(Ready)状态。在 SGSN 中，如果它收到了 MS 对寻呼的 回应信息，其 MM 状态也会转变到就绪状态。同样，当数据或信令从 MS 处发送时，MS 的 MM 状态会改变到就绪状态。相应地，当 SGSN 收到 MS 发来的数据和信令时，其 MM 状 态也会改变到就绪状态。 MS 可以运行 GPRS 断开(Detach)过程进入空闲状态。 (3) 就绪状态 在就绪状态下，SGSN MM 环境会对在相应的等待状态下的 MM 环境进行扩充，它扩充了 在蜂窝级的用户位置信息。MS 执行移动性管理过程向网络提供实际所选择的蜂窝，GPRS 的蜂窝选择和重选由 MS 在本地完成，或可以选择由网络控制来完成。 在就绪状态下，MS 可以收发 PTP PDU。在此状态下，网络启动对 MS 的 GPRS 业务寻呼， 但对其他业务的寻呼由 SGSN 来完成。SGSN 传送下行链路数据到当前负责用户蜂窝的 BSS。 在就绪状态下， 能收到 PTM-M 和 PTM-G 数据， MS 而且 MS 还可以激活或去活 PDP 环境。 不管某一无线资源是否已分配给了用户，即使没有数据传送，MM 环境也总保持就绪状态。 就绪状态由一个计时器监控，当就绪状态计时器超时时，MM 环境就会从就绪状态转移到等 待状态。MS 可以启动一个 GPRS 业务断开过程，来实现从就绪状态向空闲状态的转移。 2. 状态转移和功能 一个状态向另一个状态的转移，主要依据的是当前状态(空闲、等待或就绪)和当前所发生的 事件(例如接入 GPRS 业务)，如图 4-1 描述了下列状态的变化。图 4-1 移动性管理状态模型 (1) 从空闲状态转移到就绪状态 MS 请求接入 GPRS 业务，开始建立一个到 SGSN 的逻辑链路，在 MS 和 SGSN 中分别建 立了 MM 环境。 (2) 从等待状态转移到空闲状态 等待状态计时器超时，在 MS 和 SGSN 中的 MM 环境和 PDP 环境均返回到空闲状态即非 激活状态。 SGSN 中的 MM 和 PDP 环境可能被删除， GGSN PDP 环境将一定被删除。 在 而 位置取消时，SGSN 收到一个来自 HLR 的 MAP 位置取消消息，它的 MM 和 PDP 环境会被 删除。 (3) 从等待状态转移到就绪状态 PDU 发送时， 为了响应一个呼叫， 会向 SGSN 发送一个 LLC PDU。 MS PDU 接收时， SGSN 接收来自 MS 的 LLC PDU。 (4) 从就绪状态转移到等待状态 就绪状态计时器超时时，MS 和 SGSN 中的 MM 环境均返回到等待状态。 强制返回等待状态时，在就绪状态计时器超时之前，MS 或 SGSN 可能会发出一个返回到 等待状态的信号，然后其 MM 环境会立即返回到等待状态。 当 RLC 条件异常是， SGSN 的 MM 环境也会返回到等待状态。 (5) 从就绪状态转移到空闲状态 GPRS 业务断开(Detach)时，MS 请求 SGSN 中的 MM 环境返回到空闲状态，以及 SGSN 中的 PDP 环境返回到非激活状态。 位置取消时，SGSN 收到一个来自 HLR 的 MAP 定位取消消息，它的 MM 和 PDP 环境会被 删除。 对于匿名访问的情况，使用了一个简化了的 MM 状态模型，它只由空闲状态和就绪状态所 组成。 和网络会单独处理匿名访问移动性管理(AA MM)状态机制， MS 并且它可与基于 IMSI 的 MM 状态机制共存。在同一 MS 和 SGSN 中，多个 AA MML 状态机制可以同时共存。 3. 移动性管理(MM)流程 GPRS 的 MM 流程将使用 LLC 和 RLC/MAC 协议，经 Um 接口来传输信息。MM 流程将为 底层提供信息， 使得 MM 消息在 Um 接口可靠传输。 此外， 流程将 MAP 接口用于 SGSN MM 和 VLR 之间(Gr)以及 SGSN 和 EIR 之间(Gf)，并且还将 BSSAP+接口用于 SGSN 和MSC/VLR 之间(Gs)。 用户数据一般在 MM 信令过程期间传输。在业务接入、身份认证和路由区更新过程中，用 户数据可能会丢失也因而需要重传。 移动管理流程包括： 业务接入功能 业务断开功能 清除功能 安全功能 位置管理功能 位置管理过程 4.4 逻辑链路管理功能 MS 通过无线接口参与与维护某个 MS 与 PLMN 之间的通信通道。逻辑链路管理功能包括 协调 MS 与 PLMN 之间的链路状态信息，同时监管这个逻辑链路上的数据传输活动性。逻 辑链路管理功能如表 4-3 所示。 表 4-3 逻辑链路管理功能 功能 逻辑链路管理功能逻辑链路建立功能 当 MS 接入 GPRS 服务时，逻辑链路就建立起来了 逻辑链路维护功能 监控逻辑链路的状态，并控制链路状态的改变 逻辑链路释放功能 用于释放逻辑链路建立时所占用的资源 4.5 无线资源管理功能 无线资源管理功能参与无线通信路径的分配和维护。 GSM 无线资源能被电路模式(语音和数 据)服务和 GPRS 服务之间所共享。 无线资源管理功能说明如表 4-4 所示。 详细信息请参考 GSM03.64。 表 4-4 无线资源管理功能 功能 Um 管理功能 蜂窝选择功能 功能说明 用来管理在每一蜂窝中所用的物理信道组，并决定分配给 GPRS 所使用的无线资源的数量。 该功能使得用户在同 PLMN 建立通信路径时能选择最佳的蜂 窝。 提供通过在 MS 和 BSS 之间的无线接口， 进行分组数据传输的 性能，包括以下几个方面： ● 提供无线信道上的介质访问控制 ● 提供在普通物理无线信道中的分组多路传送功能 ● 提供 MS 内的分组识别 ● 提供错误诊断和纠正功能 ● 提供流量控制功能 用于管理 BSS 与 SGSN 节点之间的分组数据通信路径。可根Um-tranx 功能路径管理功能据数据流量动态建立和释放这些路径，又可根据每一蜂窝中的 最大期望载荷静态地建立和释放这些路径。4.6 网络管理功能 网络管理功能提供相应的机制，支持与 GPRS 相关的 O＆M 功能。 5.1 GPRS 的无线接口 Um 无线接口 Um 是移动台(MS)与基站(BTS)之间的连接接口，GPRS 中接口标准遵循 GSM 系统的标准。 与 GSM 系统相同，在 GPRS 系统的空中接口中，一个 TDMA 帧分为 8 个时隙，每个时陈 发送的信息称为一个&突发脉冲串&(Burst)，每个 TDMA 帧的一个时隙构成一个物理信道。 物理信道被定义成不同的逻辑信道。与 GSM 系统不同，在 GPRS 系统中，一个物理信道 既可以定义为一个逻辑信道， 也可以定义为一个逻辑信道的一部分， 即一个逻辑信道可以由 一个或几个物理信道构成。 MS 与 BTS 之间需要传送大量的用户数据和控制信令，不同种类的信息由不同的逻辑信道 传送，逻辑信道 映射到物理信道上。 1. 分组数据链路逻辑信道 (1) 分组公共控制信道(PCCCH,Packet Common Control Channel) 它包括如下一组传输公共控制信令的逻辑信道。 分组随机接入信道(PRACH, Packet Randem Access Channel)： 只存在与上行链路，MS 用来发起上行传输数据和信令信息。分组接入突发和扩展分组接入 突发使用该信道。 分组寻呼信道(PPCH, Packet Paging Channe1)： 只存在于下行链路。在下行数据传输之前用于寻呼 MS。可以用来寻呼电路交换业务。 分组接入许可信道(PAGCH，Packet Access Grant Channel)： 只存在于下行链路。在发送分组之前，网络在分组传输建立阶段向 MS 发送资源分配信息。 分组通知信道(PNCH,Packet Notification Channel)： 只存在于下行链路。当发送点到多点-组播(PTM-M)分组之前，网络使用该信道向 MS 发送 通知信息。 (2) 分组广播控制信道(PBCCH, Packet Broadcast Control Channel) 只存在于下行链路。广播分组数据特有的系统信息。 (3) 分组业务信道(PTCH, Pachet Traffic Channe1 ) 分组数据业务信道(PDTCH，Pachet Data Traffic Channe1： 用于传输分组数据。在 PTM-M 方式，该信道在某个时间只能属于一个 MS 或者一组 MS。 在多时隙操作方式时， 一个 MS 可以使用多个 PDTCH 并行地传输单个分组。 所有的数据分 组信道都是单向的，对于移动发起的传输就是上行链路(PDTCH/U)，对于移动终止分组传 输就是下行链路(PDTCH/D)。 分组相关控制信道(PACCH, Packet Associate Control Channel)： 它携带与特定 MS 有关的信令信息。这些信令信息包括确认、功率控制等内容。它还携带资 源分配和重分配消息， 包括分配的 PDTCH 的容量和将要分配的 PACCH 的容量。 PACCH 当 与 PDTCH 共享时，就是共享时已经分配给 MS 的资源。另外，当一个 MS 正在进行分组传输时，可以使用 PACCH 进行电路交换业务的传输。 总之，GPRS 系统定义了为分组数据而优化的逻辑信道，如表 5-1 所示。 表 5-1 GPRS 逻辑信道 组别 名称 PRACH PCCCH PPCH PAGCH PNCH PBCCH PTCH PBCCH PDTCH PACCH 方向 上行 下行 下行 下行 下行 下行和上行 下行和上行 功能 随机接入 寻呼 允许接入 多播 广播 数据 随路控制2. 无线接口 Um GPRS 的无线接口 Um 可以用图 5-1 GPRS MS-网络参考模型来描述。MS 与网络之间的 通信涉及了物理射频(RF)、物理链路、无线链路控制/媒体接入控制(RLC/MAC)、逻辑链 路控制和子网依赖的汇聚层几个层次。图 5-1 GPRS MS-网络参考模型 物理层分为物理 RF 层和物理链路层两个子层。 物理 RF 层执行物理波形的调制和解调功能， 把物理链路层收到的比特序列调制成波形， 或把接收的波形解调成物理链路层所需要的比特 序列。 物理链路层提供在 MS 和网络之间的物理信道上进行信息传输的服务。 这些功能包括 数据单元成帧、数据编码、检测和纠正物理介质上传输错误。物理链路层使用物理 RF 层提 供的服务。 数据链路层包括 RLC 和 MAC 两个子层。RLC/MAC 层提供通过 GPRS 无线接口传输信息 的服务。这些功能包括后向纠错过程。MAC 层提供多个 MS 接入共享媒体的方法。 RLC/MAC 层使用物理链路层提供的服务，并向上层(LLC)提供服务。 (1) 物理射频(RF)层 物理 RF 层由 GSM05 系列标准定义， 包括如下的内容： 载波频率的特点和 GSM 信道结构； 发送波形的调制方式和 GSM 信道的数据速； 发射机和接收机的特性及其要求。 (2) 物理链路层物理链路层运行在物理 RF 层的上面， MS 和网络之间提供物理链路。 在 其目标是通过 GSM 的无线接口传输信息，包括 RLC/MAC 层的信息。物理链路层支持多个 MS 共享一个物理 信道。 物理链路层的控制功能提供维持通信能力所需要的服务。在 GPRS 中不使用网络控制的越 区切换，而是由 MS 执行小区的重新选择。 层功能 a. 物理链路层职责 前向纠错编码、检测和纠正发送的码字并提供错误码字的指示、块交织、在 TDMA 帧的连 续四个突发上进行正交交织和提供检测物理链路层拥塞的过程。 b. 物理链路层的控制功能 同步过程包括决定和调整 MS 定时提前的方法； 无线链路信号质量的监视和评估过程； 小区选择和重选的过程； 发射机的功率控制过程； 电池功率管理过程，例如非连续接收(DRX)过程。 无线块结构 传输不同的数据和控制信息有不同的无线块结构，块结构包含 MAC 层头部、RLC 数据块或 RLC/MAC 层控制块，一般情况下包括 4 个正常的突发，如图 5-2 所示。图 5-2 无线块结构 MAC 层的头部包含控制域，8 比特的固定长度，上行和下行不同。 RLC 头部包含上行和下行方向不同的控制域，RLC 是可变长度的。RLC 数据域包含一个或 多个 LLC PDU 数据字(8 比特)。块校验序列(BCS)用于错误检测。 RLC/MAC 控制信息域包含一个 RLC/MAC 控制信息。 信道编码 分组数据信道定义了 4 种分组数据编码方案，CS-1 到 CS-4。编码块结构如图 5-3 和图 5-4 所示。 除了 PRACH、 PTACH/U, 其它所有的分组控制信道一般使用 CS-1。 对于 PRACH 的接入突发，指定了两种编码方案。MS 都必须提供所有的编码方案，而网络端只需提供 CS-1。图 5-3 CS-1、CS-2、CS-3 的块结构图 5-4 CS-4 的块结构 a. PDTCH 的信道编码 对于携带 RLC 的无线块，定义了 4 种编码方案。 编码过程的第一步是附加块校验序列(BCS)。 对于 CS-1、CS-2 和 CS-3，第二步包括：上行链路状态标志(USF)预编码(除 CS-1)，附 加 4 比特的尾码，半速率卷积码，之后进行截短以便提供希望的编码速率。 对于 CS4，不对纠错码进行编码。 表 5-2 不同编码方案的编码参数 预编码 USF 3 6 6 12 编码后比 截短比 特 特 456 588 676 456 0 132 220 数据速率 kbit/s 9.05 13.4 15.6 21.4方案 码率 CS-1 1/2 CS-2 2/3 CS-3 3/4 CS-4 2SF 3 3 3 3无线块 BCS 181 268 312 428 40 16 16 16尾码 4 4 4 -b. PACCH、PBCCH、PAGCH、PPCH、PNCH 和 PTCCH 信道编码 它们使用 CS-1 的编码方案。 c. PARCH 信道编码 PARCH 可以使用两种突发：8 比特信息的接入突发或 11 比特信息的扩展接入突发。MS 支持两种突发。 对于 8 比特的突发， 信道编码方案使用与 GSM05.03 中定义的随机接入信道的编码方案相同。 11 比特的突发编码方案使用 8 比特编码的截短码方案。 时间提前 时间提前过程用于导出正确的时间提前值， 以便 MS 在上行链路传输无线块。 它包括两个部 分：初始时间提前估计和连续时间提前更新。 初始时间提前估计是根据携带分组信道请求的单个接入突发作出。分组上行链路分配或分 组下行链路分配之后携带这些估计的时间值到 MS。MS 使用该值在上行链路上进行传输直 到连续时间提前更新过程提供一个新值。 连续提前更新在分组传输模式 MS 使用连续时间提前更新过程。连续时间提前更新过程由 分配给 MS 的 PTCCH 携带。在上行(下行)分组传输，在分组上行(下行)链路分配信息中， 分配给 MS 时间提前指示和 PTCCH。 (3) 媒体介入控制和无线链路控制层(MAC/RLC) MAC 层的功能定义了多个 MS 共享传输媒体的过程，共享媒体由几个物理信道组成。其提 供了对多个 MS 的竞争仲裁过程、冲突避免、检测和恢复方法。MAC 层功能还允许单个的 MS 并行地使用几个物理信道。 RLC 功能定义了选择性重传未成功发送的 RLC 数据块的过程。RLC/MAC 功能提供了非确 认和确认两种操作模式。 层功能 GPRS 的 MAC 层功能主要负责： 提供在上行和下行链路高效的数据和信令的复用功能，复用的控制留给网络端。在下行链 路，复用根据调度机制来控制；在上行链路，复用通过分配媒体到单个用户来控制。 对于移动发起的信道接入，进行竞争裁决，包括冲突的检测和恢复。 对于移动终止的信道接入，包括分组接入的排队。 优先级处理。 操作模式 一般地，在 GPRS 中，多个 MS 和网络共享媒体资源，即 PDCH。GPRS 无线接口由非对 称的和独立的上行和下行链路组成。下行链路是从网络到多个 MS 的传输，不需要竞争裁 决。上行链路是在多个 MS 之间共享的媒体之间进行，需要竞争裁决过程。 PLMN 分配无线资源和 MS 使用这些资源能分割成两个部分： PLMN 按对称的方式对 GPRS 分配无线资源(上行和下行)。对点到点、点到多点组播和组呼呼叫服务使用上行和行链路的 无线资源是独立的， 也允许上行和下行相关的分配方式， 以便支持少数 MS 在两个方向上同 时传输数据。一个 MS 也可分配几个 PDTCH。 媒体接入模式 支持三种媒体接入模式：动态分配、扩展动态分配和固定分配。其中，支持 GPRS 的所有 网络都支持动态媒体接入模式和固定接入模式，扩展动态媒体接入模式是可选的。 MS 应该支持动态媒体接入模式和固定媒体接入模式。 移动端发起的分组传输 a. 移动端发起的分组传输包括： 上行链路接入 MS 通过在取 PRACH 或 RACH 上发送分组信道的请求发起分组的传输过程。网络分别在 PRACCH 或 AGCH 信道上进行响应。如图 5-5 示出了上行链路接入图。图 5-5 上行链路接入图 动态/扩展动态分配 上行链路的分组传输过程。分组上行链路分配信息包括 PDCH 列表和每个 PDCH 的相应的 USF 值，分配一个唯一的 TFI 值，并用在之后的临时块流的 RLC 数据和控制块中。MS 在 分配的 PDCH 上监视 USF，并在其上传输无线块。 固定分配 固定分配使用分组上行链路分配通知 MS 详细的分组上行链路资源分配。 固定分配包括开始 帧、时隙分配和块分配的比特映像(每个时隙的块的分配)。 竞争解析 竞争的解析是 RLC/MAC 层的一个重要的部分，特别是因为一个信道分配可以用于传送一 些数据帧。在动态信道分配和固定信道分配方案中都使用竞争解析。 b. 移动端终止的分组传输包括 分组寻呼 网络端启动的分组传输是在等待状态时在下行 PPCH 或 PCH 信道上发送一个分组寻呼请求 信息。MS 通过启动一个分组响应过程来响应分组寻呼请求。RLC/MAC 分组寻呼响应信息 包含 TLLI，同样，完整的 LLC 帧也包含 TLLI 信息。在分组寻呼响应后，MS 的移动性管 理状态进入准备好状态。如图 5-6 示出了下行链路分组传输的寻呼信道的信息序列。图 5-6 下行链路分组传输的寻呼信道的信息序列 下行链路的分组传输 网络在准备好状态下使用分组下行链路分配信息启动向 MS 的传输。当小区中已经分配 PCCCH 时，分组下行链路分配在 PAGCH 传输；在没有 PCCCH 时，在 AGCH 上发送分 配信息。 资源的释放资源的释放由网络端完成，网络终止下行链路的传输，并轮询 MS，要求最后的分组进行下 行链路的确认和非确认。 上行和下行链路同时进行分组传输 在进行上行链路的临时流块的传输时，MS 监视下行链路的 PDCH，查看在 PACCH 中是否 含有分组下行链路的分配信息。 当 MS 在接收下行链路的临时块信息时想要进行上行链路的传输， 只要在确认信道上发送一 个指示信息就可以。这样做时不需要向网络发送专门的分组信道的请求。 (4) 子网相关融合协议(SNDCP) 在 MS 和 SGSN 中 SNDCP 位于网络层之下，逻辑链路控制层之上。它支持多种网络层， 这些网络层分组数据协议共享同一个 SNDCP，由此，来自不同数据源的多元数据都能通过 LLC 层。 SNDC 实现了下列功能： 将接收自网络层的 SNDC 原语映射到要传递到 LLC 层的 LLC 原语，反之亦然。 采用多路技术，将来自一个或多个 NSAPI 的 N-PDUs 复用到一个 LLC SAPI 上。 对冗余控制信息和用户数据的压缩。 分段和重组。 5.2 Gb 接口 Gb 接口把 BSS 同 SGSN 连接起来，以进行信令信息和用户数据的交换，Gb 接口能使多 用户复用同一物理资源。资源在用户活动时(当数据发送或接收时)分配给用户，而在活动结 束时会马上被收回并重新分配。这与 A 接口相反，在 A 接口，单个用户在一个呼叫的整个 生命周期中独占一套专用物理资源，不管是否在活动。 GPRS 信令和用户数据在同一个传输平台上发送， 不要求为信令分配专用的物理资源。 每用 户的接入速率可以无限制的改变，从零数据到最大可能的链路速率(例如，El 干线可用的比 特率为 1984kbit/s)。 1. 物理层协议 在 GSM 08.14 中定义的多个物理层配置和协议在此都是可用的， 物理资源应该通过 O＆M 过程进行配置。 2. 链路层协议 Gb 接口链路层协议是基于帧中继的，在 GSM 08.16 中有定义。在 SGSN 和 BSS 之间建 立帧中继虚电路，来自许多用户的 LLC PDU 复用这个虚电路。这个虚电路可能是多跳的， 并横贯一个由帧中继交换节点组成的网络。帧中继将用于信令和数据传输。 3. BSS GPRS 协议(BSSGP) BSSGP 的主要功能是提供与无线相关的数据、QoS 和选路信息，以满足在 BSS 和 SGSN 之间传输用户数据时的需要。在 BSS 中，它用作 LLC 帧和 RLC/MAC 块之间的接口；在 SGSN 中，它形成一个在源于 RLC/MAC 的信息和 LLC 帧之间的接口。在 SGSN 和 BSS 之间的 BSSGP 协议具有一一对应关系， 如果一个 SGSN 处理多个 BSS， 这个 SGSN 对于 每一个 BSS 都必须有一个 BSSGP 协议机制。 BSSGP 主要具有以下功能： 在 SGSN 和 BSS 之间提供一个无连接的链路； 在 SGSN 和 BSS 之间非确认的传输数据； 在 SGSN 和 BSS 之间提供了数据流量双向控制工具； 处理从 SGSN 到 BSS 的寻呼请求；支持在 BSS 上的旧信息的刷新； 支持在 SGSN 和 BSS 之间的多层链路。 5.3 Abis 接口 当 GPRS MAC 层和 RLC 层的功能置于远离 BTS 的位置上时，信道编码器单元(CCU)和远 端 GPRS 分组控制单元(PCU)之间的信息按 320bit(20ms)的固定长度的帧发送。 如图 5-7 说明了远端分组控制单元 PCU 的位置。 不管 PCU 是置于 BSC 端(图 5-7B)还是置于 GSN 端(图 5-7C)，Abis 接口都是一样的。 在 B 中，PCU 作为到 BSC 的连接单元，在 C 中，BSC 对 16kbit/s 信道来说是透明的。 在结构 B 和 C 中，PCU 被认为是远端 PCU。 远端 PCU 看作是 BSC 的一部分，BSC 和 PCU 之间的信令传输通过使用 BSC 内部信令执 行。当应用 Abis 接口时，CCU 和 PCU 功能之间的带内信令传输要求使用 PCU 帧。图 5-7 远端分组控制单元(PCU)的位置 PCU 负责实现下列 GPRS MAC 和 RLC 层的功能： 把 LLC 层 PDU 分块成 RLC 块，用以下行链路传输； 把 RLC 块重组成 LLC 层 PDU，用以上行链路传输； PDCH 时序安排功能，用以上行链路和下行链路的数据传输； PDCH 上行链路 ARQ 功能，包括 RLC 块 ACK/NAK； PDCH 下行链路 ARQ 功能，包括对 RLC 块的缓冲和重组； 信道访问控制功能，例如访问请求和授权； 无线信道管理功能，例如功率控制、拥塞控制、广播控制消息等。 信道编码器单元(CCU)的功能包括： 信道编码功能，包括 FEC 和插入； 无线信道测度功能，包括接收质量水平、接收信号水平以及与时间提前测度相关的信息。 BSS 负责无线资源的分配和回收，在 PCU 和 CCU 之间每隔 20 毫秒发送一个 PCU 帧。 6.1 计费管理 分组交换服务的计费原理与电路交换服务的计费原理是不同的， 分组交换服务是基于流量计 费而电路交换服务是基于时间计费，因此，GPRS 的计费管理有别于 GSM 的计费管理。GPRS 引入新的计费 网关 CG 和计费中心 BC， 结合 SGSN 和 GGSN 组件， 构成一个计费系统。 如图 6-1 所示。图 6-1 GPRS 的计费系统 GPRS 的基本计费单元称为 CDR(Call Detail Record),一个 CDR 含有一个 PDP 通话(一 个 PDP 上下文)期间收集的计费数据的参数。 若通话持续时间超过指定的时间或者流量计数 器已计满， 则产生计费信息的部分输出(部分 CDR)。 一个部分 CDR 收集的计费参数短于一 个 PDP 通话周期期间的计费参数。 GPRS 计费是基于流量(IP 负荷 ，SMS 数量)以及通话时长。每个 PDP 占用一定的计费时 长。这一计费时长是随着话务周期、Qos、PDP 去活以及 O&M 参数(如 PDP 上下文超时、 PDP 上下文 CDR 门限值等)的不同而改变的。 SGSN 和 GGSN 使用计费识别符收集计费数据 CDR，收集到的 CDR 形成计费数据文件， 计费数据文件又组合成计费记录输出 CRO(Chzrge Record Output)，CRO 通过计费网关 CG 以 FTP 协议传送到外部计费中心，计费中心得到 CRO 后，进行一系列的存储、处理， 完成计费过程。 6.2 计费信息 由于在 GPRS 网络中引入了两个新增节点 SGSN 和 GGSN，因此 GPRS 网络中的计费信 息是由给该 MS 提供服务的 SGSN 和 GGSN 从每一个 MS 中搜集。 有关无线网络使用的计 费信息由 SGSN 收集， 而有关外部数据网络的使用的计费信息由 GGSN 收集， 这两个 GSN 都收集有关 GPRS 网络资源使用的计费信息。点对点计费信息是为 GPRS 用户搜集的。 SGSN 应收集下列计费信息： 无线接口的使用：计费信息应描述按照 QoS 和用户协议分类的在 MO 和 MT 方向传输的 数据量； 分组数据协议地址的使用：计费信息应描述 MS 使用了分组数据协议地址的时间长短； GPRS 一般资源的使用： 计费信息应描述其他 GPRS 相关资源的使用和 MS 的 GPRS 网络 活动(如移动性管理)； MS 的定位： 本地公共陆地移动网络(HPLMN)、 拜访地公共陆地移动网络(VPLMN)以及可 选的更高精确度的定位信息。 GGSN 应收集下列计费信息： 目的端和源端：计费信息应能以 GPRS 运营商定义的精确程度来描述目的端和源地址； 外部数据网络的使用：计费信息应能描述流入和流出自外部数据网络的数据量； 分组数据协议地址的使用：计费信息应能描述 MS 使用 PDP 地址的时间长短； MS 的定位：HPLMN、VPLMN 以及可选的更高精确度的定位信息。6.3 计费网关 计费网关简化了计费系统中对 GPRS 计费的处理，从而保障了在移动网中方便引入 GPRS 业务。在移动网中引入 0PRS，对于运营商来说，市场时机通常是最重要的，但最重要的是 在管理和计费系统上作好工作，这样才不会导致引入时的延误，抓住市场时机。 以上说明了 GPRS 的计费信息必须从新增的 SGSN 和 GGSN 节点中搜集，这两种节点使 用了与 AXE MSC 不同的接口，所搜集的信息生成新的呼叫数据记录(CDR)类型。根据来 源的不同，CDR 可分为以下类型： S-CDR：与对无线网络的使用有关，从 SGSN 中得到； G-CDR：与对外部数据网络的使用有关，从 GGSN 中得到； M-CDR：与移动性管理活动有关，从 SGSN 中得到； 与在 GPRS 中使用短消息业务相关的 CDR 类型。 在 GPRS 标准规范中，计费网关的功能性(CGF)既可以作为单独的中心网络单元来实现， 也可以分布于各个 GSN 中。GPRS 计费网关(BGw)增强了 GSM 系统中计费系统的功能， 提供了在 GPRS 标准中规范的所有高级功能。 7.1 GPRS 无线网络结构 一个 GPRS 蜂窝网络由以下主要区域组成。 GPRS 服务区(SA) 公共陆地移动网(PLMN) SGSN 服务区 SGSN 路由区(RA) 位置更新区(LA) BSC 控制区 基站小区 图 7-1 所示了 GPRS 系统的蜂窝无线网络结构。图 7-1 GPRS 无线网络结构1. GPRS 服务区(SA) SA 是 MS 能获得 GPRS 服务的地理区域，也就是在一个 GPRS 网络内 MS 能够发送和接 收数据的区域。它可以由一个或多个 PLMN 组成。 公共陆地移动网(PLMN)是由一个网络运营商提供的 GPRS 服务区域，一个 PLMN 可以由 一个或多个 SGSN 路由区域组成。 2. SGSN 服务区 SGSN 服务区是一个 SGSN 提供的网络服务区域，也就是终端的登记区域。一个 SGSN 服 务区可以由一个或多个 SGSN 路由区组成。一个 SGSN 服务区可以包含一个或多个 BSC 控制区。 一个 SGSN 服务区并不需要与一个 MSC/VLR 服务区相同。 3. SGSN 路由区(RA) RA 是位置更新区的一个子集， SGSN 路由区， 移动时不需要更新 SGSN。 在 MS 一个 SGSN 能够控制处理多个路由区。 路由区的路由范围可以从一个城市的一部分到整个省份， 甚至一 个小国家。一个 RA 可以由一个或多个小区组成。 4. 位置更新区(LA) LA 是 MS 移动时不需要更新 VLR 的区域，一个 LA 可以包含一个或多个基站小区(Cell)。 LA 不同于 VLR 区域，也不同于 MSC 区域。 5. BSC 控制区 BSC 控制区是一个 BSC 控制的一个或多个小区组成无线覆盖区域，BSC 控制区的边界与 LA 区域的区界不需要一致。 6. 基站小区 基站小区是 GPRS 服务区中最小的地理单元，也是一个移动蜂窝网络的基本单元，它由一 个 BTS 覆盖。有两种类型的基站小区：全向小区和方向小区。 7.2 GPRS 系统的组网 由于 GPRS 的组件(SGSN、GGSN、PCU 等)与原 GSM 组件之间的连接具有较大的灵活 性，使得 GPRS 系统的组网也具有较大的灵活性。 SGSN 可与多个 MSC 连接，一个 SGSN 服务区可包含多个 MSC/VLR 服务区； SGSN 和 GGSN 可以分开配置，也可以合一配置。分开配置时，一个 GGSN 可以与多个 SGSN 连接；合一配置时，SGSN 与 GGSN 之间的通信协议可进行较大的简化和改进，提 高系统的处理效率； PCU 作为独立设备时，可以与多个 MSC 连接，它可以和其中一个 BSC 放置在一起。 GPRS 的组网结构如图 7-2 所示。图 7-2 GPRS 的组网 GGSN 可以配置 Gc 接口，也可以不配置 Gc 接口。不配置 Gc 接口时，通过 SGSN 连接 HLR/GR。在物理接口上，Gb 接口提供 E1 接口，SGSN 和 BSC 的连接采用点到点方式 连接，或连接 FR 网；Gn/Gp/Gi 接口采用 PPP over SDH、PPP over E1、FR over E1、 ATM、LAN 等多种接口。7.3 GPRS 无线组网 GPRS 无线组网有以下原则： 充分利用现有 GSM 系统的设备资源，保护 GSM 的投资； 与 GSM 共用频率资源； 利用现有的基站实现无线覆盖，不单独增加 GPRS 基站。 另外无线组网需要对 BTS、BSC、MSC/VLR、HLR 等组件进行软件升级，并需增加 PUC 组件。7.4 GPRS 骨干网组网 GPRS 骨干网将成为未来业务和网络的通用平台，GPRS 组网的关键就是建设好 GPRS 骨 干网，且 GPRS 骨干网的建设对于平滑过渡到 3G 具有重大意义。对 GPRS 骨干网组网有以下建议： 1. 全国移动 GPRS 骨干网可以分阶段建设 (1) 首先组建省内 GPRS 骨干网或中心城市组建市 GPRS 骨干网。 (2) 省内 GPRS 骨干网实现互通，有条件的省间 GPRS 骨干网实现互通。 (3) 全国移动全网支持 GPRS 并实现互通。 (4) 和国外 GPRS 骨干网的组网。 2. 省移动 GPRS 骨干网的组网 (1) 在主要城市组建本地的 GPRS 骨干网。(2) 中心城市的 GPRS 网络之间通过 DDN 或光纤连接。 (3) 小城市的 GSN 结点通过 DDN 直接连接中心城市的 GPRS 骨干网。 GPRS 的骨干网的联网也非常灵活，其传输层可采用 ATM、FR、LAN、DDN 和 ISDN 等。 GPRS 的内部和外部骨干网如图 7-所示。图 7-2 GPRS 内部骨干网和外部骨干网 由于 GPRS 系统是在原有的 GSM 网络的基础上建立起来， 因此 GPRS 的系统规划和 GSM 网络有着密切的 关系。GPRS 的容量与 GSM 网络的容量之间是互相制约的，前者的容量增大将会影响到后 者话音信道 的容量，GPRS 系统的传输速率取决于现有 GSM 的网络结构、同频干扰情况。此外，由于 GPRS 系统 采用分组交换技术取代电路交换技术，增加了 SGSN 和 GGSN 等网络结点，使得在 GPRS 系统规划时除 了要考虑 GSM 网络规划外，还要考虑 GPRS 独有的因素： SGSN 和 GGSN 的合理设置 IP 地址规划 无线网络规划 分组数据用户容量的测算 对 GSM 网络话音的影响等。8.1 GPRS 系统容量的规划 GPRS 系统是通过有效利用 GSM 网络中暂时没占用的话音信道来实现分组数据的传输。 方 式有两种： 第一种利用专用的 PDCH， 这些 PDCH 仅用于 GPRS， 不再承载 GSM 话音信号， GSM 对 的容量减少有着直接 的影响；第二种是动态的 PDCH，只在有需要时临时分配空闲的话音时隙用于 GPRS 的数据传输。 如图 8-1 所示了两种不同的情况。图 8-1 话音与分组数据占用信道的情况 (a) 专用 PDCH； (b) 动态 PDCH P－PDCCH；T－TCH；B－BCCH GPRS 系统的容量，与数据用户类型、时延、速率、系统带宽有关。 在分组数据业务中，用户使用并不是时时刻刻在占用信道。例如因特网浏览，用户点击一个 站点， 因特网以一定的速率下载数据至用户浏览器， 下载完毕后用户可以看到完整的页面并 需要花一定的阅读，在此段时间内，本地与因特网之间几乎不存在其他的数据交换，共享信 道将分配给另外用户使用。 而对于占系统的总带宽可以取平均带宽， 设用户下载数据时间为 t1,下载速率为 v,用户阅读时间为 t2,则平均带宽为： vA = (v x t1)/(t1+t2) 表 8-1 所示了各种应用的用户数据模型，表中的等效带宽是按照上式公式计算出来的。 表 8-1 各种应用的用户数据模型 项目 浏览 Email FTP 移动大户 室 POS 速率(kb/s) 33.6 14.4 56 1 1 使用次数/忙时 1 1 1 10 10 使用时长(s) 600 120 600 60 30 等效带宽(kb/s) 5.6 0.5 9.3 0.2 0.1在一个实际的系统中，各种应用的用户所占的比率是不一样的，表 8-2 所示了各种应用的 用户所占的比率。表 8-2 各种应用的用户所占的比率 类型 浏览 Email FTP 其他 用以上用户模型可以计算出总的等效速率带宽为： 5.6 x 0.3 + 0.5 x 0.6 ＋ 9.3 x 0.05 + 0.2 x 0.05 = 2.455kb/s 再根据系统总带宽数据率，粗略估算出系统能支持的用户。 8.2 SGSN 的规划 在 GPRS 系统规划中，可根据组网结构和 SGSN 的性能指标，来确定 SGSN 的数量。 SGSN 通过 PCU 单元与 BSC 相连，根据 SGSN 与 BSS 相连的不同情况，可以将 SGSN 组网划分为以下三种结构，三种结构均假设采用点对点连接。 第一种结构如图 8-2 所示。在同一 MSC 内的所有 BSS 连到同一个 SGSN，不同的 MSC 的 BSC 连到各自独立的 SGSN。这种结构较清晰，管理方便，对 SGSN 的容量要求较低， 但投资成本较高。 百分比 30% 60% 6% 5%图 8-2 SGSN 组网的第一种结构 第二种结构如图 8-3 所示。与同一个 SGSN 连接的 BSC 可以归属于不同的 MSC。这种 结构比较适合大城市，因为这些地方的 MSC 配置较多，要求 SGSN 的容量较大；若容量 较小，只能用于 GPRS 业务需求较少但又要实现业务覆盖的地区。图 8-3 SGSN 组网的第二种结构 第三种结构如图 8-4 所示。是在同一个 MSC 内设置多个 SGSN。这种情况适用于 GPRS 业务需求量很大的地区， 为满足分组用户的需求， 甚至可能单个 BSC 连到独立的一个 SGSN 节点上。图 8-4 SGSN 组网的第三种结构 在 GPRS 建网初期，为节省投资及降低网络节点的风险，对于数据业务较少的地区，可以 采用第二种方式，即只在 BSS 系统中增加 PCU 单元并提供传输电路，连到一个公共的 SGSN 即可为用户提供服务。待用户数业务量增加后，再进行扩容，扩容方式就是减少接 入一个 SGSN 的 BSC 数量，并增加 SGSN 的数量。 在网络建设过程中，如果 SGSN 数量不多，建议 BSC 和 SGSN 之间采用点到点的方式连 接，等到 SGSN 增加到一定数量后采用帧中继方式连接，使系统的可靠性和效率更高，组 网更加灵活。 对于不同 PLMN 网之间，如果 SGSN 需要连接，则需增加 BG 边界网关来实现，两个 BG 之间采用 Gp 接口。 典型的 SGSN 的性能指标： Nokia 系统： ● 数据处理能力 48Mb/s，容量步进 12Mb/s； ● 用户容量 120,000，容量步进 30,000； ● 96 条 SS7 信令处理能力； ● 1024×64kb/s 帧中继连接； ● 240Mbit GTP 缓存； ● 240Mbit BSSGP 缓存。 Erisson 系统： ● SGSN25：同时连接最大用户数 2.5 万，流量 24Mb/s； ● SGSN100：同时连接最大用户数为 10 万，流量为 120Mb/s。 8.3 GGSN 的规划 GGSN 是 GPRS 系统中增加的另一类节点，它提供与 SGSN 的接口、与外部 PDN/外部 PLMN 的接口、路由选择与转发、流量管理、移动性管理和接入服务器等功能。从外部 IP 网来看，GGSN 是一个拥有 GPRS 网络所有用户的 IP 地址信息的主机，并提供到达正确SGSN 的路由和协议转换的功能。 GGSN 根据所连接的网络不同分为两种情况： 一种是与另一个 PLMN 网连接， 一种是与 PDN 连接。两种方式所采用的接口均为 Gi 接口。在建网初期主要是与 PDN 连接，并且也可以 把 SGSN 合设成为混合的 GSN 节点。 GGSN 连接方式如图 8-5 所示。图 8-5 非透明接入 典型的 GGSN 性能： Nokia 系统： ● 提供 80Mb/s 的数据处理能力； ● 50,000 条 PDP 分组记录。 Erisson 系统： ● GGSN25：同时连接最大用户数为 2.5 万，流量为 24Mb/s。 ● GGSN100：同时连接最大用户数为 10 万，流量为 120Mb/s。 8.4 PCU 的规划 GPRS 在无线子系统中，新增了 PCU 单元(Packet Control Unit)。该单元主要功能是在 BSC 与 SGSN 两个节点之间提供基于帧中继的 Gb 接口，速率为 2Mb/s。 PCU 在 GPRS 中的配置方式主要有两种，如图 8-6 所示。图 8-6 PCU 的配置方式 (a) PCU 放在 BSC 一侧；(b) PCU 放在 GSN 一侧 第一种配置 把 PCU 放在 BSC 一侧，物理上和 BSC 共址，PCU 与 BSC 之间的传输很容 易实现。对 BSC 容量较大的系统来说较合适；而对于 BSC 容量较小的系统，由于 BSC 数量相对较多，这种配置将因网元过多而导致成本升高。 第二种配置 把 PCU 放置在 GSN 一侧，物理上和 GSN 同址。可以实现多个 BSC 共用同 一个 PCU，但是各 BSC 到 PCU 之间的传输费用增加，只适用于 BSC 容量较小的系统，而 且 PCU 要求有较大的容量和处理能力。 典型的 PCU 处理能力： Nokia 系统： 一个 PCU 板可连接 64 个小区、共 256 个时隙信道；带宽为 2Mb/s。 8.5 IP 地址的规划 在 GPRS 骨干网中，在网络层使用 IP 协议，每个 SGSN 和 GGSN 都有一个内部 IP 地址， 用于骨干网内的通信。每一个 GPRS 终端在与外部数据网连接时，如 IP 网，则需要相应的 IP 地址，因此，IP 地址是 GPRS 网络的重要资源，用于网络设备和用户的标识，良好的地 址规划对于网络的发展和维护是非常重要的。 GPRS 网络的 IP 地址可分为两种情况：内部 GPRS 骨干网的地址和与 Internet 相连所需 要的地址。 第一种用于 SGSN、GGSN、BG、DNS、DHCP、CG、网管设备、所用的所有路由器设 备以及 WAP 网关等设备，可以采用 RFCl597 文件中规定的保留地址。 保留地址分为三段： 10.0.0.0 ---10.255.255.255(1 个 A 类地址); 172.16.0.0 --- 172.31.255.255 (16 个相连的 B 类地址); 192.168.0.0 --- 192.168.255.255(256 个相连的 C 类地址)。 第二类地址为公用 IP 地址。这些地址是为了和 Internet 互联所需的地址。若运营商把 GPRS 网络只作为承载网络与 Internet 相连，则公用 IP 由 IAP 提供；若运营商同时作为 ISP 提供服务，则需要向 CNNICC 申请公用的 IP 地址。 一般地址分配原则如下： a. 所分配的地址尽量一次满足需要，使地址尽量连续以减少路由表的规模。 b. 地址需要统一管理， 按需分配并确保有效利用。 分配地址数量按应用系统 IP 地址的利用 率初期达到 25％、一年内达到 50％以上的原则分配。 c. 网络设备(路由器和 GGSN)必须支持无类别域间路由技术(CIDR,Class Inter Domain Routing)和可变子网掩码(VLSM, Variable Length Subnet Mask)技术，对网络主机数 少于 127 的一般采用子网地址进行分配，并根据应用系统实际的主机数量确定子网掩码。 8.6 GPRS 网络建设时需考虑的问题 由于 GPRS 系统采用的是分组交换，传输的内容主要是数据，而现有 GSM 网络采用电路 交换技术， 传输是以话音为主，因此 GPRS 网络建设时应考虑以下一些问题。 1. 跳频问题 GSM 系统中使用跳频技术来减少频率干扰和衰落，从而在保证一定的通信质量的前提下， 可以使用更紧凑的频率复用，增加系统容量。跳频方式一般有基带跳频和射频跳频，跳频对 系统带来一定的增益(跳频增益)。一般情况跳频增益在 3dB 左右。换而言之，由于存在跳 频增益，系统的载干比(C/I)要求相对要降低。如原有系统要求载干比为 12dB，采用跳频后，C/I 要求可降为 9dB。采用跳频的系统可以按 C/I＞9dB 来设计(对于 TCH 来说)。 但对于 GPRS 系统，由于和话音相比，其交织深度小，冗余比特较少，特别是 CS3 和 CS4 两种编码方式，跳频增益不如电路型业务，甚至会出现负的增益，因此在 GPRS 系统建网 初期可根据电路型业务和分组业务的重叠状况来决定是否采用跳领技术。 在信道配置上， 可 把 GPRS 信道优先设置在 BCCH 的 TRX 上， 业务量增大后可放置在不参与跳频的 TRX 上， 因为 BCCH 一般不参与跳频，分配给 BCCH 的频率一般能保证一定的数量，能获得较好的 C/I。对于采用多层频率复用 MRP 技术的网络，业务量大时可考虑把 GPRS 赐信道设置在 频率复用较为宽松的频点上。 2. 数据对话音的影响 在 GSM 网络中，若系统仅传插话音，系统会采取一些新技术，如不连续发射等，尽量让系 统的总体信号电乎降低，从而使系统干扰下降。 但是，对于 GPRS 系统来说，原来的&空闲&信道不再空闲，而且因为在这些信道中传输的 是数据，不像话音有 激活与静音之分。信道会时时刻刻被占用，这样的结果就会导致干扰比纯话音业务时大，从 而相应影响了原来纯话音业务的网络质量和容量。 3. 用户速率和 QoS 控制 GPRS 系统共有四种编码方式， 不同的编码方式有不同的速率， 同时对系统也有不同的载干 比要求。因此，由于各种编码方式对无线环境要求不同，对于每个用户数据速率将会在动态 的调整之中，用户的感觉会表现在速率与时延上。速率下降，时延就会增长，就是说分组业 务系统中常用 QoS 来表现系统的质量。 4. 移动 IP 话音 GPRS 是在 GSM 的基础上，引入了无线分组接入，实现多个用户共享同一无线信道，提高 了无线资源利用率，并可随时接入和发送分组数据，实现&永远在线&；在网络侧，建立相对 分开的分组交换网络，通过隧道技术(GTP)对数据分组进行封装，直接与 Intertnet 相连， 可提供高达 171.2kb/s 的数据服务。GPRS 在一定程度上实现了移动 1P 业务，但此时的 话音业务和数据业务是分开交换的。 由于 GPRS 系统能提供中、 高速分组数据传输能力， 利用 GPRS 网络实现移动话音 IP 化(即 移动 IP 电话)是可行的。GPRS 系统采用动态信道分配方式，只有传送分组数据时(说话时) 才占用信道，不传送分组数据时(不说话 时)则释放信道给其他用户。这样，移动话音 IP 化后，无线信道利用率比电路交换型电话的 信道利用率大大提高， 整个移动电话网的容量也将大大提高， 能有效地解决无线资源日趋紧 张的状况。 当然，实现移动话音 IP 化后，如何保证移动 IP 电话的话音质量是首先需要解决的问题。高 话音质量所依赖的三点要素是：带宽、延时和抖动。 在 GPRS 网络的空中接口上，分配给用户的带宽是可变的，当 GPRS 与 GSM 共存一网时， 如何有效协调 GSM 与 GPRS 的带宽是一个重要的问题。GPRS 的带宽有保证时，话音分 组在空中接口的延时和延时抖动都可以减少。另外，在 GPRS 上实现移动话音 IP 化，对 GSM 网络会造成什么样的影响，还需要进一步试验。如图 9-1 所示了 Nokia(诺基亚) GPRS 系统核心部分的解决方案。图 9-1 Nokia GPRS 核心部分解决方案 1. 主要部件 a. Nokia GGSN 基于 Inter 技术(Pentium II 450MHz); Inter NX440LX 主板---最好的性能/价格比； 易于维护---网络接口板和电源单元热更换； 软件基于 FreeBSD; 支持 OSPF、RIPv2.0 和 BGP4.0 路由协议； 软件上使用外部冗余协议。 b. Nokia DX200 SGSN 采用 Pentium II 处理器和兼容 PCI 总线技术； 可靠的平台：分布式处理、模块化结构、容错度(2N,N+1); 操作方便：好的在线操作性、O&M 功能的 OSI 协议模式、用户界面友好的 MML 接口 (ITU-T); 灵活的配置，模块化扩展：分组交换容量、用户容量、接口容量; c. PCU PC 安装于 BSC 中，每个 BSC 可满装 9 个 PCU(8+1 冗余)； 一个 PCU 支持 64 个小区； 一个 PCU 支持 256 个无线信道。 2. Nokia GPRS 版本 1 的功能 a. 提供 GPRS 点到点 IP 服务(IPv4)； --- 每个用户能同时激活 2 个 PDP 上下文； --- 支持动态和静态 IP 地址。 b. 短消息通过 SGSN 与 GMSC 之间的 Gd 接口在 GPRS 上传送； c. 支持漫游； d. 提供 SGSN 与 MSC/VLR 之间的 Gs 接口； e. 小区重选由 MS 执行； f. 计费基于：--- 数据传输量(上行和下行)； --- MS 的位置(小区、路由区域、位置区域)； --- 外部网络的接入点。 g. QoS 功能---提供最好的效果； h. 支持企业接入方案； --- 多接入点； --- RADIUS/DHCP 服务器接入。 i. 支持 CS-1 和 CS-2 两种编码方案，支持最多 8 个平等时隙。 3. 资源共享 a. BCCH 与 GPRS --- 现有的 BCCH 修改为含有用于 GPRS 的新参数； * 引入 GPRS 后不会减少小区话务量； * 信令容量由 GPRS 和电路交换共享。 b. GPRS MS 之间 --- 多个 MS 可以共享一个时隙； --- MS 排队最大值：上行 7 个，下行 9 个； --- USF(上行状态标志)用于标识那个 MS 转向发送状态； --- 时隙选择以获得最大吞吐量为原则； --- 每个 MS 获得信道容量的 1/n, n 为队列中 MS 的数量。 4. 网络配置 Nokia GPRS 系统网络配置灵活，可以随着用户和话务的增长方便地扩大网络配置。如图 9-2 所示了 Nokia 建议的一个网络扩容例子。图 9-2 Nokia GPRS 网络演变示例
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