GPRS技术

●专题GPRS技术GPRS技术GPRS Technology张力军南京邮电学院(南京210003)[摘要]本文简要介绍了CPRS的网络结构、协议、网络接人与业务、移动性管理与路由管理等。|关键词] GPRS; 网络结构GPRS(General Packet Radio Service) 是CSM在Phase2+阶段提供的通用分组数据业务。它采用基于分组传输模式的无线IP技术以一种有效的方式GSM/GPRS采用FDMA和TDMA复用方式。来传送高速和低速数据及信令.CSM/CPRS是CSM邻近小区频道复用采用FDMA，频道中采用TD-网络的升级,成为继第一代公 共移动数据网AMPS/MA。一个TDMA帧中分成8个时隙，每个时隙对CDPD之后的第二代公共移动数据网,同时也是第应一个物理(无线)信道。8个时隙的无线信道可以二代数字移动通信网向第三代演进的重要阶段。由多个用户共享,并根据语音和数据业务的需要动态分配。还定义了几种无线信道编码方案,允许每1GSM/GPRS网络结构个用户比特率从9到150kbps以上。CSM网络主要由移动台(MS)、基站子系统GPRS的网络接口主要有: .(BSS)和移动交换中心(MSC)三个部分组成(见图Um MS和BSS的接口(空中接口);1)。GSM系统通过MSC与外部公众网络(如X.25Gs-MSC/ VLR与SGSN接口，交换位置信息分组网、Intermet、 ATM网)互联。在网络侧，有三和寻呼等信息; .个数据库:归属位置数据库(HLR)、访问者位置数Gr-SGSN与HL.R接口，交换MS位置和用户据库(VLR)和鉴权中心(AuC)。GSM 有两种类型的管理信息;逻辑信道:业务信道(TCH)和控制信道(CCH或称Cn和Cp-分别为相同和不同的支持CPRS的信令信道)。控制信道用于传送各种信令，对MSPLMN(公共陆地移动网)中的SGSN和GSN间接的接人、无线信道、业务提供和MS的移动性进行口，交换用户数据与有关的信令，支持移动性管理管理。MM);GPRS网络构建在CSM网络基础之上，对原有Gb--SCSN和BSS接口，交换分组数据和MM的GSM网络子系统和无线子系统的设备及功能进信息;行增强。在网络子系统中增加两个结点: GCSN(网 .Ge- CCSN和HLR的接口，交换移动用户的位关CPRS支持结点)和SGSN(服务GPRS支持结.置与业务信息;点)。此外，还用GPRS用户数据和路由信息增强Gi- -CGSN与外部PDN之间的接口。HLR和VLR以支持移动性管理与路由管理。在无GPRS网络逻辑功能主要有:网络接人控制、线子系统中增强BSS的功能以支持用户数据的传分组选路与传送、移动性管理(MM)、逻辑链路管送，增加了CSM业务信道和控制信道的种类，以理(LLM)、无线资源管理(RRM)和网络管理支持GPRS的多种业务。中国煤化工^THCNMHG梦助退信2001 年第3期专题GPRS技术GPRS拽术SNDCPGMMCTPLICTP/1.IDIBSSCP_ 应用门uC中继BSSAP'+网络服务PIPCNP/X.CCMM工SNDCPHICBSSGPSCCPMIPBQ922(Core)2MACM1120922(Core)MTIP'IHDLCPHYPIYPIIY印NPA.23GHRS 支持结点PLMNCIP移动終端 .BSS終端设备Fabaocedt121ADDHUR同关G18支持结点.EriharsedISSAIP+VLRMSCSTMIP2MIPI .至AIM网络至X.25网络至InterndtMSC移动交换中心;说咐; HSS 基站于系貌;Phblie Lumd Mobile Nerork(PLMIN)公共陆地移动网;，Sering GPRS Suppart NoleSGSN)服务GPRS支持结点;Caoe CRS Spp MaleCC关CIRS支持站点: Ecae HuR增强型归属位置数据库:Echared VLR增强型访问者位置数据库:围↓CSM/GPRS 网结结杓●RLL/ MAC(无线链路控制/媒质接入控制2 CPRS网络的协议层):主要足为在物理层上的消息传送提供服务。图1中还示出了CPRS网络传输面和主要信令MAC采用时隙ALOHA侦留协议对多个MS接入进面的协议。MS、ess. SCSN. GCSN以及MSC/行控制，并根据不同MS的业务请求(包括电路交VLR中的协议栈提供S GrRS网络中用户数据和信换业务与GPRS)通过尤线资源管理(RRM)对物理信令的传输与控制的机制。下面简要介绍其中主要的首按“容量指配”原则进行动态分配。协议。●L(逻辑链路控制层):为MS与SGSN之间空中接口(Ulm)在GPRS网络的传输向和MS -提供一个可靠的逻辑链路，其控制功能基f LAPDSCSN信令面为MS的网络接入、数据传输、移动规程。性管理筹传输与控制提供底灵的功能支持。Um 包除卜.述协议外，GPRS网络传输面和信令面还含以下三层协议:有以下几个重要的协议:●PHY(物理层):含有两个子层-物珮射懒子●GIP(CRRS隧道协议):将用户数据及信令用层(RFL)和物理链路子层(PLL)。rFL 功能是:射隧道技术在GPRS骨干网的CSN绪点之间传送。频信号发送和接收、调制解调。PL层功能是:逻GTP运行在P之上的TCP/ UDP协议层上;辑信道的复接和映射、信道编码、无线子系统的连●SNDCr(中国煤化工F网络层协议接控制和同步。(如IP或x.2MHCNMH G千提供压缩、2001年第3期秒動遁侑21●专题CPRS技术GPRS技术.分段、将网络层消息复用到单-虚拟连接功能;基于面向连接网络协议(CONS)或者X .25的应用。●BSSGP(基站系统GPRS协议):该层在BSS与PIP的应用有ermail、 远程接入企业网WEB浏览、SCSN之间传送与选路及QoS有关的信息。BSSGP无线POS机、水电表无线遥测等。PTM 业务可用使用帧中继Q.922核心协议作为其传输机制;来将同一消息传送到多个用户。PTM 业务又分为多●GMM(GPRS移动性管理):该协议运行在信令播业务(PTM - M)和群呼业务(PIM-G)。PTM-M面，支持CPRS MM，如附着、分离、路由域更是将信息传送给一地域内的所有用户，可用于新新、位置更新、PDP上行文激活及去激活。闻、交通信息、天气预报、股市行情更新的播送;●NS(网络业务):该层传送BSSCP PDU。NS基而PTM-G是利用CPRS多播功能将信息传送给特于BSS与SGSN的帧中继(FR)连接。定的用户群，可用于出租车和车队管理、无线远程●BSSAP+ (增强BSS应用部分):是BSSAP规会议等。程的一个子集，运行在信令面，支持SCSN与.●业务的质量(QoS)一GPRS 支持用户对业务MSC/ VLR之间信令:管理语音和数据连接的寻的4种QnS要求:优先权(分高、中、低三档);可呼、优化移动用户的寻呼、负责MS的位置和路由靠性(按业务数据单元的总的错误概率分为三级);更新等。时延(按端到端传输的平均时延分为四级);用户数据的吞吐量(包括最大比特率和平均比特率)。3 GPRS网络的接入与业务●业务安全性一GPRS业务安全性功能类似于3.1网络接入CSM，SGSN 执行基于同样的算法、密钥、准则的网络接人由网络接人控制功能来提供，它为用鉴权和加密规程，其中加密算法是经过优化的。户提供接人网络、使用网络业务和设备的能力。用3.3 GPRS数据业务的接入户接人网络可以由GPRS网络的MS侧或网络侧起GPRS网络为其MS提供了一个数据业务平始。固定网络接口支持多种接人外部数据网的协台。在逻辑功能上MS由MT和TE组成，两者通议，如X.25和IP协议。各PLMN的网管可以使用过参考点R连接。由于TE的多样性，MS应采用接人控制规程，对各用户的接人能力和业务进行限适当的接人方法，才能使用户正确有效地使用网络制。GPRS也支持匿名接入网络，只需PDP地址，的数据业务。.而无需鉴权和加密。GPRS MS有三种类型:网络接人控制功能包括以下几项:A类一附着 GPRS和其他GSM业务，并支持●登记功能一建立移动id与网络有关参数的两者同时操作。关联，并存储在HIR中，或根据需要动态变化。B类一附着 GPRS和其他GSM业务，不支持●鉴权和授权一对 用户使用特定网络的权限两者同时操作，只能顺序操作。进行辨识和认证。它与MM功能关联。C类一只附着 CPRS。●准许控制功能-根据用户对QaS要求来计下面简要介绍几种不同数据业务的接人方式。算网络资源，确定是否能获得该资源，并预留这些●基于X.25 的业务接入:在CPRS网络承载资源，它与RRM相关联。X.25业务时，在R参考点上有两种接人方式，一3.2 GPRS 的业务特征种是X.25字符方式业务接人方式, TE通过MT中GPRS支持基于标准数据协议的应用以及与IP的PAD(分组装拆设备)接人CSM/ GPRS网。该业网络和X.25网络互联。CPRS 可为两个MS之间、务基于异步字符方式，根据X.28/ X.29建立一个MS与外部PDN终端之间提供数据传送能力。连接。通过MT将TE接口上的信令(AT命令/响●业务类型一-GPRS 支持两种类型的分组数据应)映射成Um接口上的信令(GPRS附着、PDP上业务:点到点(PTP)业务和点到多点(PTM)业务。下文激活)来实现该业务的接入。另一种是X.25GPRS也允许短消息业务(SMS)在CPRS无线信道的分组方式业务接入方式，TE采用X .25分组终端。传送。PIP 业务有两种: -种是PTP无连接网络业MT具有X.25 L3的中继功能。这样，TE 根据X.25务(PIP-CLNS)，支持基于IP的网络应用;另一接人规程，可建立多个虚电路。种是PTP面向连接的网络业务(PIP - CONS),支持罕络层为PPP所支持中国煤化工FYHCNMHG秒勤邋佳2001年第 3期CPRS技术专题的IP协议时，PPP 协议实体驻留在MT中。PPP 支小区标识(CI)、TUI和网络服务接入点标识NSAPI持LI多种物理连接(如RS232、V.24、 V.25)。通共同来定义，即。CPRS过mT将TE接口上的信令(AT命令、PPP配置信令用户IMSI(国际移动用户标识)在网络层可以有一等)映射成Um接口上的信令(CPRS附着、PDP上个或几个网络层地址(即PDP地址)。在PDP数据下文激活)来实现IP业务的接人。报的整个选路过程中，在CPRS骨干网内可用隧道●基于PPP业务接入:当网络层为PPP所支持标识TD= < IMSI, NSAPI> 来标识PDP数据流，的非IP协议时，PPP协议实体驻留在TE和CCSN而在无线接入网内用TI来标识该数据流。中。这种情况下，PPP信令在TE与GSN之间交GPRS网络中的路由管理机制类似于移动P,换。TE接口上AT命令通过MT映射成Um接口上但它受到底层空中接口的支持，所以又可称为.PDP上下文激活，而使TE能接人网络的业务。所CPRS网络的无线IP,它能支持非IP 业务(如X .25以，PPP协议可以使CPRS承载除IP外的基于PPP业务),这是移动P所不能的。协议的网络业务。5GPRS向第三代移动数据网的演进4 GPRS移动性管理(GMM)与路由管CSM/GPRS优化了网络和无线资源的利用。GPRS维护无线子系统和网络子系统严格分离，允GMM的主要功能是支持GPRS MS的移动性，许采用其他的无线接人技术的无线子系统接入该网即跟踪MS当前位置，以支持对MS动态路由的管络子系统，这有利于网络的升级和向第三代演进。理。CMM有两类规程:一是GMM公共规程，主要EDGE是一种增强型的数据速率标准，是GSM用于MS的CPRS鉴权，加密、识别、信息等;二演进到第三代的一一个重要步骤。EDGE 标准第一阶是CMM特殊规程，主要用于GPRS附着、分离和段是增强型的GPRS(EGPRS)和增强型的电路交换路由域更新。CMM实体驻留在MS、SGSN 和GGSN数据(ECSD)，第二阶段是改进的多媒体和实时业务，数据速率提高到384kb/s。在CSM/ GPRS网中。SCSN和GCSN中都有位置数据库(IR)。引人EDCE，主要对无线接人网影响较大，而对SCSN/LR和CCSN/LR中分别存储相应的两种用.骨干网的影响很有限。在引人EDGE之后，系统可户信息:预定信息和位置信息。在MS与SGSN之以提供GSM/ CPRS和EDCE各种类型的语音、电间建立链路时，MS与SGSN中CMM控制逻辑链路路交换数据和分组数据业务。管理实体(LLME)产生一个TLL(暂时逻辑链路标mU的第三代移动通信标准(MT-2000)包括识)。空中接口技术和网络技术两部分。空中接口数据速GPRS的路由管理功能与移动IP(MobileIP)相率为144kb/ s(车载)/ 384kb/ s(步速) / 2Mb/ s似，也具有移动IP的两个特征技术，即代理技术(室内)。3G系统可为用户提供无线接人多媒体应和隧道技术。在GPRS中，GGSN 和SCSN两个结点用服务，支持多种业务(分组、实时、混合)，并保分别相当于移动IP的归属区代理(HA)和访问区代证业务质量。IMT-2000骨干网参考模型中的两个理(FA)。基于隧道技术的选路操作模式是利用该结点PDSN(分组服务结点)和PDGN(分组网关结.两结点LR中有关地址信息和其他信息进行封装和点)类似于GPRS网的SGSN和GSN。因此，GPRS选路。选路操作可分为两种情况(两次封装):一是骨干网演进到ImT-2000的骨干网是完全可能的,在CPRS骨干网内(即两个CSN结点间)，采用从而以无线P技术实现宽带移动数据网，即宽带CPRS隧道协议(GTP)传送以GSN地址为目的地地无线IP网络。.址来封装的PDP数据报;二是在无线接人网内(即参考文献MS与SGSN之间)传送封装的PDP数据报，其特殊ETSI GSM / GPRS Spcifications 02.60, 03.01， 03.60,性在于MSK的地址，该地址由路由域标识(RAI)、07.60，70.0 199几中国煤化工rYHCNMHG2001年第3期秒酗邋信