GPRS 移動通信系統(tǒng)

通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS概述GPRS的業(yè)務(wù)GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其功能描述GPRS的移動性管理和會話管理GPRS的空中接口GPRS概述GSM低速：9.6kbit/s或14.4kbit/s只能為每個用戶分配一個信道高速電路數(shù)據(jù)（HSCSD）提供與有線網(wǎng)64kbit/s相比的高速數(shù)據(jù)不適于突發(fā)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸GPRS按需動態(tài)占用資源：只在有數(shù)據(jù)傳輸時才分配無線資源頻譜利用率較高數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)到171.2kbit/s適合各種突發(fā)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸按傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和計時兩者結(jié)合的計費方式GPRS的業(yè)務(wù)

GPRS網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)

GPRS的業(yè)務(wù)質(zhì)量用戶終端業(yè)務(wù)

GPRS網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)點對點業(yè)務(wù)

GPRS網(wǎng)絡(luò)在業(yè)務(wù)請求者和業(yè)務(wù)接收者之間提供的分組傳送業(yè)務(wù)點對多點業(yè)務(wù)可根據(jù)某業(yè)務(wù)請求者請求，把信息傳送給多個或一組用戶PTM業(yè)務(wù)請求者定義用戶組成員國際移動組識別（IMGI）識別組成員業(yè)務(wù)請求者可定義所傳信息的地理區(qū)域，地理區(qū)域可以是一個或幾個，即所有成員可能分布在不同的地理區(qū)域內(nèi)點對點業(yè)務(wù)類型特點業(yè)務(wù)對象面向無連接的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)PTP-CLNS數(shù)據(jù)報型業(yè)務(wù)用戶之間的信息傳遞沒有端到端的呼叫建立過程；分組的傳送沒有邏輯連接和交付確認(rèn)保證突發(fā)非交互式應(yīng)用業(yè)務(wù)，如基于IP的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用面向連接的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)PTP-CONS虛電路型業(yè)務(wù)為兩用戶間傳送多路數(shù)據(jù)分組建立邏輯電路；要求有建立連接、數(shù)據(jù)傳送和連接釋放的過程。面向連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議CONP支持的業(yè)務(wù)，即X.25協(xié)議支持的業(yè)務(wù)主要為移動用戶用戶終端業(yè)務(wù)基于PTP的用戶終端業(yè)務(wù)信息點播業(yè)務(wù)-Internet瀏覽業(yè)務(wù)（WWW）；各種類型的信息查詢業(yè)務(wù)，如娛樂類（影視、餐館等）、商業(yè)類（股票等）、交通類（路況、時刻表等）、新聞類、天氣預(yù)報等

E-mail業(yè)務(wù)會話業(yè)務(wù)-在兩個用戶的實時終端到實時終端之間提供雙向信息交換

遠(yuǎn)程操作業(yè)務(wù)-如：電子銀行、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控定位業(yè)務(wù)等。

基于PTM的用戶終端業(yè)務(wù)點對多點應(yīng)用業(yè)務(wù)點對多點單向廣播業(yè)務(wù)-例如：新聞廣播、天氣預(yù)報、本地廣告、旅游信息等。

集團(tuán)內(nèi)部點對多點雙向數(shù)據(jù)量事務(wù)處理業(yè)務(wù)五種可協(xié)商的QoS的基本屬性（圖6-52）QoS組合每一種屬性都有多個級別的值可供選用不同級別屬性值的組合構(gòu)成了對要求不同的QoS的各種應(yīng)用的支持QoS定義文件（Profile）

與每一個包數(shù)據(jù)協(xié)議PDP（PacketDataProtocol）關(guān)聯(lián)相聯(lián)系被當(dāng)作一個單一的參數(shù)，具有多個數(shù)據(jù)傳遞屬性Profile協(xié)商過程中QoS屬性的定義移動臺可為每一個QoS屬性申請一個值，包括存儲在HLR中用戶開戶的缺省值網(wǎng)絡(luò)也為每一個屬性協(xié)商一個等級，能夠與有效的GPRS資源相一致，以便提供適當(dāng)?shù)馁Y源支持已經(jīng)協(xié)商的

QoS定義文件GPRS的業(yè)務(wù)質(zhì)量QoS可靠性等級平均吞吐量等級峰值吞吐量等級延遲等級優(yōu)先級業(yè)務(wù)等級分類圖6－53業(yè)務(wù)等級的分類GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

及其功能描述GPRS網(wǎng)絡(luò)是在GSM網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展的移動數(shù)據(jù)分組網(wǎng)GPRS的基本功能

在移動終端和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的路由器之間傳遞分組業(yè)務(wù)GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GPRS協(xié)議棧GPRS信令平面

組成作用無線接入在移動臺和基站子系統(tǒng)（BSS）之間傳遞數(shù)據(jù)核心網(wǎng)在基站子系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)網(wǎng)邊緣路由器之間中繼傳遞數(shù)據(jù)新增功能（相對于GSM）SGSN及其對外接口GGSN及其對外接口其它功能實體和網(wǎng)絡(luò)接口GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其接口GPRS新增功能

SGSN—GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點GGSN—GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點PTMSC—點對多點業(yè)務(wù)中心等基站軟件更新新的GPRS移動臺新的移動性管理（MM）程序原有GSM網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的軟件更新和新的MAP(mobileapplicationpart)信令及GPRS信令MSC/VLRBSCRAbisAPSTNHLR/AUCSMS-GMSCSS7SS7SS7GGSN防火墻防火墻GiGi數(shù)據(jù)網(wǎng)X.25數(shù)據(jù)網(wǎng)（Internet)其它PLMN網(wǎng)GrGdBTSUm防火墻GcGsEIRGfSGSNGbPTMSCBGGnGpGnGPRSbackbone(IPbased)圖6－54GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其接口SGSNSGSNGnGnGGSNGnBSSBSSGbGb歸屬PLMN其它PLMNIP網(wǎng)絡(luò)外部IP網(wǎng)絡(luò)（或X.25網(wǎng)絡(luò)）GiGpBSSBSSGbGbIP(Backbone)SGSN及其對外接口在一個歸屬PLMN內(nèi)，可以有多個SGSN:SGSN功能類似GSM中的MSC/VLR對移動臺進(jìn)行鑒權(quán)、移動性管理和路由選擇建立移動臺GGSN的傳輸通道接收基站子系統(tǒng)透明傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后經(jīng)過

GPRS的IP骨干網(wǎng)傳給

GGSN（或SGSN）或反向進(jìn)行計費和業(yè)務(wù)統(tǒng)計SGSN的對外接口圖6－55SGSN及對外部的接口SGSN的對外接口接口連接SGSN與功能GbBSS傳輸信令和話務(wù)信息。流量控制，支持移動性管理和會話功能，支持MS經(jīng)BSS到SGSN間分組數(shù)據(jù)的傳輸Gn同PLMNSGSN或GGSN支持用戶數(shù)據(jù)和有關(guān)信令的傳輸，支持移動性管理Gp異PLMN與Gn接口功能相似，還提供邊緣網(wǎng)關(guān)BG、防火墻及不同PLMN間互聯(lián)功能GsMSC/VLR支持SGSN和MSC/VLR之間的配合工作：SGSN向MSC/VLR發(fā)送MS的位置信息或接收來自MSC/VLR的尋呼信息。GrHLR支持SGSN接入HLR并獲得用戶管理數(shù)據(jù)和位置信息GfEIR支持SGSN與EIR交換數(shù)據(jù)，認(rèn)證MS的IMEI信息GdSMS-GMSC提高SMS的使用效率GGSN及其對外接口GGSN功能GPRS網(wǎng)對外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)或路由器，提供GPRS和外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的互聯(lián)。接收移動臺發(fā)送的數(shù)據(jù)，選擇到相應(yīng)的外部網(wǎng)絡(luò)或接收外部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，根據(jù)其地址選擇GPRS網(wǎng)內(nèi)的傳輸通道，傳輸給相應(yīng)的SGSN。地址分配和計費等GGSN的對外接口接口連接GGSN與功能Gn見上頁GpGi外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)互聯(lián)（IP、X.25等）GcGGSN與HLR獲得MS的位置信息，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)其它功能實體和網(wǎng)絡(luò)接口為了支持分組數(shù)據(jù)的新協(xié)議必須升級軟件，增加新的協(xié)議功能以Um接口為例邏輯信道增加了分組數(shù)據(jù)信道（PDCH）采用4種新的信道編碼方式

CS-1（9.05kbit/s）、CS-2（13.4kbit/s）、

CS-3（15.6kbit/s）、CS-4（21.4kbit/s）。支持多時隙的傳輸方式（最多可達(dá)8個時隙）GPRS骨干網(wǎng)（IPBackbone）將（S/G）GSNs等互聯(lián)起來的IP專用網(wǎng)或分組數(shù)據(jù)網(wǎng)，也可做為專用線路。PLMN內(nèi)部骨干網(wǎng)專用IP網(wǎng)（只用于GPRS數(shù)據(jù)和GPRS信令）。通過Gp接口，采用邊緣網(wǎng)關(guān)（BG）和多個PLMN互連骨干網(wǎng)連接起來。多個PLMN骨干網(wǎng)通過漫游協(xié)議進(jìn)行選擇，該協(xié)議包括BG安全功能。多個PLMN骨干網(wǎng)互連可以通過分組數(shù)據(jù)網(wǎng)，也可以用一條專用線路。GPRS的移動臺分類A類GPRS手機(jī)、B類GPRS手機(jī)和C類GPRS手機(jī)

GPRS的移動臺移動臺類型同時連接GSM和GPRS系統(tǒng)同時提供GPRS和GSM業(yè)務(wù)自動進(jìn)行業(yè)務(wù)切換A類YYYB類YNYC類YNNGPRS協(xié)議棧RLC/MAC&.LLCSNDCPGn接口&.Gb接口的協(xié)議層圖6－56GPRS協(xié)議棧GSMRFMACRLCLLCSNDCPIPTCPUDP應(yīng)用GSMRFL1bisMACNSRLCBSSGPRelayL1bisL1NSL2UDP/TCPBSSGPLLCSNDCPGTPRelayIPL1L2IPUDP/TCPGTPIPIPL2L1L1L2IPTCPUDP應(yīng)用MSUmBSSGbSGSNGnGGSNGi主機(jī)互聯(lián)網(wǎng)GPRS其它在空中接口協(xié)議棧中，應(yīng)用層數(shù)據(jù)需通過網(wǎng)絡(luò)層到物理層的各層進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)變換處理，變換成比特流在物理信道上傳輸。各層的數(shù)據(jù)變換簡述如下?網(wǎng)絡(luò)層(如IP/X.25)將網(wǎng)絡(luò)層分組數(shù)據(jù)(N－PDU)傳送到SNDCP層；?SNDCP層將N－PDU處理成段送至LLC層；?LLC層將上層的段作為信息數(shù)據(jù)，加上幀頭(FH)和幀校驗序列(FCS)形成幀，再送至下層；?RLC/MAC層將幀分段，加上塊頭(BH)和塊校驗序列(BCS)形成RLC塊，再送至物理層；?物理層有兩個子層：PLL(物理鏈路子層)和RFL(物理射頻子層)。PLL對RLC塊進(jìn)行信道編碼形成無線塊(RadioBlock)，映射成突發(fā)(Burst)，加在物理信道(時隙)上，再由RFL調(diào)制到射頻載波上發(fā)送。RLC/MAC&.LLC協(xié)議層功能RLC/MAC無線鏈路控制/媒體接入層無線鏈路控制功能：提供與無線解決方案有關(guān)的可靠的鏈路；媒體接入控制功能：控制無線信道的接入信令過程（請求和允許）以及將LLC（鏈路控制）幀映射為GSM的物理信道。LLC邏輯鏈路控制層在MS與SGSN之間提供安全可靠的邏輯鏈路；獨立于低層無線接口協(xié)議，以便允許引入其它GPRS無線解決方案，對NSS只作最少改動。RLC/MAC&.LLCNormalTDMABurstNormalTDMABurstNormalTDMABurstNormalTDMABurstBHInformationFieldBCSBHInformationFieldBCSBHInformationFieldBCSFHInformationFieldFCSLLCFrameRLCBlockLLCLayerRLC/MACLayerPhysicalLayer圖6－57LLCPDU到RLC數(shù)據(jù)塊的分解SNDCP將若干分組數(shù)據(jù)協(xié)議合路壓縮和解壓縮用戶數(shù)據(jù)或協(xié)議控制信息，以提高信道的利用率將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議單元（N-PDU）分解成邏輯鏈路控制協(xié)議數(shù)據(jù)單元（LL-PDU），或?qū)L-PDU組裝成N-PDU子網(wǎng)匯聚協(xié)議SNDCP:SubnetworkDependentConvergenceProtocol的功能分組數(shù)據(jù)協(xié)議分組數(shù)據(jù)協(xié)議分組數(shù)據(jù)協(xié)議N-PDUSN-PDUSNDCPLLCNSAPINetworkServiceAccessPointIdentifier

SAPI圖6－58不同分組數(shù)據(jù)協(xié)議的合路Gn&.Gb接口的協(xié)議層協(xié)議層功能Gb接口NS網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層傳輸BSSGP協(xié)議數(shù)據(jù)單元BSSGP基站系統(tǒng)GPRS協(xié)議層在BSS和SGSN之間傳輸與路由及QoS相關(guān)的信息Gn接口L1、L2基于OSI第一、二層協(xié)議為GPRS骨干網(wǎng)傳輸IP數(shù)據(jù)IP：GPRS骨干網(wǎng)協(xié)議用戶數(shù)據(jù)和控制信令的路由選擇TCP/UDP傳送GPRS骨干網(wǎng)內(nèi)部的GTP分組數(shù)據(jù)單元。TCP適用需要可靠數(shù)據(jù)鏈路的協(xié)議（如X.25）UDP適用傳輸不需要可靠數(shù)據(jù)的鏈路（如IP）GTP隧道協(xié)議在GPRS骨干網(wǎng)內(nèi)部支持點間傳輸用戶數(shù)據(jù)和信令。所有的點對點、采用PDP的分組數(shù)據(jù)單元都通過此協(xié)議進(jìn)行封裝打包，見圖6－59

GTP協(xié)議頭封裝到用戶數(shù)據(jù)圖6－59GTP協(xié)議頭封裝到用戶數(shù)據(jù)GPRSBackboneIPHeaderUDPHeaderGTPHeaderUserDataPayload(T-PDU)(userIPDatagram)UDPHeaderGTPHeaderUserDataPayload(T-PDU)(userIPDatagram)UserDataPayload(T-PDU)(userIPDatagram)GTPHeaderGTPLayerUDPLayerBackboneIPLayer用戶IP數(shù)據(jù)GPRS信令平面MS與SGSN間SGSN與HLR間SGSN與MSC/VLR間SGSN與EIR間SGSN與SMS-GMSC或SMS-IWMSC間GSN與GSN間GGSN與HLR間MS與SGSN間的

信令平面移動性管理和會話管理協(xié)議GMM/SM支持移動性管理功能GMM/SMGMM/SMLLCLLCRLCRLCBSSGPMACMAC網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)GSMRFGSMRFL1bisRelayBSSGP網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)L1bisMSUmBSSGbSGSN圖6－60MS與SGSN之間的信令平面SGSN與HLR間的

信令平面移動應(yīng)用部分（MAP）協(xié)議支持與HLR的信令交換L1L1MTP2MTP2MTP3MTP3SCCPSCCPTCAPTCAPMAPMAPSGSNHLRGr圖6－61SGSN與HLR之間的信令平面SGSN與MSC/VLR間的

信令平面BSSAP+支持SGSN與MSC/VLR之間的信令SGSNGsMSC/VLRL1L1MTP2MTP2MTP3MTP3SCCPSCCPBSSAP+BSSAP+圖6－62SGSN與MSC/VLR之間的信令平面SGSN與EIR間的

信令平面MAP協(xié)議支持SGSN與EIR間的信令L1L1MTP2MTP2MTP3MTP3SCCPSCCPTCAPTCAPMAPMAPSGSNEIRGf圖6－63SGSN與EIR之間的信令平面SGSN與SMS-GMSC

或SMS-IWMSC間的信令平面圖6－64SGSN與SMS-GMSC之間或SGSN與SMS-IWMSC之間的信令平面L1L1MTP2MTP2MTP3MTP3SCCPSCCPTCAPTCAPMAPMAPSGSNSMS-MSCGdGSN與GSN間的

信令平面圖6－65GSN與GSN間的信令平面GSNGnGSNL1L1L2L2IPIPUDPUDPGTPGTPGGSN與HLR間的

信令平面GGSN與HLR間的信令通道可選如果在GGSN內(nèi)安裝了7號信令，則可在GGSN與HLR間使用MAP協(xié)議。如下圖。如果在GGSN內(nèi)沒有安裝7號信令，在PLMN內(nèi)，安裝了7號信令接口的任何GSN均可用作GTP至MAP間的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，允許GGSN與HLR之間信令交換。L1L1MTP2MTP2MTP3MTP3SCCPSCCPTCAPTCAPMAPMAPGGSNHIRGc圖6－66GGSN與HLR采用MAP的信令平面GPRS的移動性管理和會話管理GPRS手機(jī)的注冊

首次使用手機(jī)必須注冊到PLMN網(wǎng)上，并將位置更新信息存儲到SGSN中GPRS不同網(wǎng)絡(luò)單元的用戶信息（見下頁表）注冊過程連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)（GPRS附著）

手機(jī)開機(jī)后，向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送附著消息。SGSN從HLR收集用戶數(shù)據(jù)，對用戶進(jìn)行鑒權(quán)，然后與GPRS手機(jī)附著。連接到IP網(wǎng)絡(luò)（PDP關(guān)聯(lián)）手機(jī)與網(wǎng)絡(luò)附著后，向網(wǎng)絡(luò)請求一個IP地址，網(wǎng)絡(luò)為移動臺分配IP地址，使其成為外部IP網(wǎng)絡(luò)的一部分。靜態(tài)IP地址：分配用戶固定的IP地址。或者動態(tài)IP地址：每次會話都分配用戶一個新的IP地址管理過程功能移動性管理（GMM）GPRS用戶的移動性，如將用戶當(dāng)前位置通知網(wǎng)絡(luò)等會話管理（SM）支持移動用戶對PDP關(guān)聯(lián)的處理，也就是說GPRS移動臺連接到外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的處理過程GPRS不同網(wǎng)絡(luò)單元的

用戶信息信息類型信息元素存儲位置認(rèn)證IMSITMSIIPaddressSIM，HLR，VLR，SGSN，GGSNVLR，SGSNMS，SGSN，GGSN存儲位置VLR-addressLocationAreaServingSGSNRoutingAreaHLRSGSNHLR,VLRSGSN業(yè)務(wù)Basicservices，Supplementaryservices，

Circuitswitchedbearerservices，GPRSserviceinformationBasicservices，Supplementaryservices，CSbearerservicesGPRSserviceinformationHLRVLRSGSN鑒權(quán)數(shù)據(jù)Ki，algorithmsTripletsSIM，ACVLR，SGSN路由區(qū)移動性管理狀態(tài)GPRS附著和去附著GPRS的位置區(qū)域管理GPRS的移動性管理路由區(qū)RA規(guī)定路由區(qū)由一個或多個小區(qū)組成，最大的路由區(qū)為一個GSM網(wǎng)定義的位置區(qū)LA。一個路由區(qū)不能跨越多個位置區(qū)。一個路由區(qū)只能由一個SGSN提供服務(wù)。目的更有效的尋呼GPRS用戶標(biāo)識路由區(qū)識別RAI結(jié)構(gòu)

RAI=MCC+LAC+RAC確定者運(yùn)營商作用

RAI作為系統(tǒng)信息進(jìn)行廣播，移動臺監(jiān)視RAI，以確定是否穿越了路由區(qū)邊界。如果確實穿越了邊界，移動臺將啟動路由區(qū)域更新過程。MCC為移動國家號碼LAC為位置區(qū)代碼RAC為路由區(qū)代碼移動性管理狀態(tài)三種移動性管理狀態(tài)在一定條件要進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)化狀態(tài)移動臺功能SGSN存儲的位置信息與移動性管理建立關(guān)聯(lián)收發(fā)數(shù)據(jù)激活/清除PDP移動關(guān)聯(lián)進(jìn)行PTP數(shù)據(jù)收發(fā)空閑NNNN無守候Y僅收YN路由區(qū)RA就緒YYYY小區(qū)cell空閑狀態(tài)守候狀態(tài)就緒狀態(tài)附著

去附著守候狀態(tài)定時器到時（58分）GPRS就緒狀態(tài)定時器到時（44秒）數(shù)據(jù)包發(fā)送/接收圖6－67狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系GPRS附著和去附著GPRS附著

GPRS手機(jī)建立與GPRS網(wǎng)絡(luò)的連接，MS請求接入，并發(fā)起與SGSN的連接，在移動臺和SGSN間建立MM移動關(guān)聯(lián)。GPRS去附著

GPRS手機(jī)結(jié)束與GPRS網(wǎng)絡(luò)的連接，MS將從就緒狀態(tài)變?yōu)榭臻e狀態(tài)，結(jié)束與SGSN建立的MM移動關(guān)聯(lián)的連接。GPRS的位置區(qū)域管理GPRS的位置區(qū)域管理就是移動臺位置移動的管理。位置更新過程的分類條件小區(qū)位置更新（CellUpdate）就緒狀態(tài)的MS在路由區(qū)內(nèi)從一個小區(qū)移到另一個小區(qū)時路由區(qū)位置更新（RoutingAreaUpdate）SGSN內(nèi)MS從一個路由區(qū)移到另一個路由區(qū)時SGSN間SGSN間的RA/LA聯(lián)合更新(CombinedInterSGSNRA/LAUpdate)SGSN與MSC/VLR建立關(guān)聯(lián)之后GPRS的會話管理GPRS的會話管理是指GPRS移動臺連接到外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的處理過程功能支持用戶終端對PDP(PacketDataProtocol)

移動關(guān)聯(lián)的處理PDP移動關(guān)聯(lián)是指GPRS系統(tǒng)提供一組將移動臺與一個PDP地址（通常是IP地址）相關(guān)聯(lián)和釋放相關(guān)聯(lián)的功能。方式移動臺附著到網(wǎng)絡(luò)后，應(yīng)激活所有需要與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡刂?，?dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，再解除這些地址。移動臺狀態(tài)守候或就緒