GPRS技術(shù)

●專(zhuān)題GPRS技術(shù)GPRS技術(shù)GPRS Technology張力軍南京郵電學(xué)院(南京210003)[摘要]本文簡(jiǎn)要介紹了CPRS的網(wǎng)絡(luò )結構、協(xié)議、網(wǎng)絡(luò )接人與業(yè)務(wù)、移動(dòng)性管理與路由管理等。|關(guān)鍵詞] GPRS; 網(wǎng)絡(luò )結構GPRS(General Packet Radio Service) 是CSM在Phase2+階段提供的通用分組數據業(yè)務(wù)。它采用基于分組傳輸模式的無(wú)線(xiàn)IP技術(shù)以一種有效的方式GSM/GPRS采用FDMA和TDMA復用方式。來(lái)傳送高速和低速數據及信令.CSM/CPRS是CSM鄰近小區頻道復用采用FDMA，頻道中采用TD-網(wǎng)絡(luò )的升級,成為繼第一代公 共移動(dòng)數據網(wǎng)AMPS/MA。一個(gè)TDMA幀中分成8個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙對CDPD之后的第二代公共移動(dòng)數據網(wǎng),同時(shí)也是第應一個(gè)物理(無(wú)線(xiàn))信道。8個(gè)時(shí)隙的無(wú)線(xiàn)信道可以二代數字移動(dòng)通信網(wǎng)向第三代演進(jìn)的重要階段。由多個(gè)用戶(hù)共享,并根據語(yǔ)音和數據業(yè)務(wù)的需要動(dòng)態(tài)分配。還定義了幾種無(wú)線(xiàn)信道編碼方案,允許每1GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò )結構個(gè)用戶(hù)比特率從9到150kbps以上。CSM網(wǎng)絡(luò )主要由移動(dòng)臺(MS)、基站子系統GPRS的網(wǎng)絡(luò )接口主要有: .(BSS)和移動(dòng)交換中心(MSC)三個(gè)部分組成(見(jiàn)圖Um MS和BSS的接口(空中接口);1)。GSM系統通過(guò)MSC與外部公眾網(wǎng)絡(luò )(如X.25Gs-MSC/ VLR與SGSN接口，交換位置信息分組網(wǎng)、Intermet、 ATM網(wǎng))互聯(lián)。在網(wǎng)絡(luò )側，有三和尋呼等信息; .個(gè)數據庫:歸屬位置數據庫(HLR)、訪(fǎng)問(wèn)者位置數Gr-SGSN與HL.R接口，交換MS位置和用戶(hù)據庫(VLR)和鑒權中心(AuC)。GSM 有兩種類(lèi)型的管理信息;邏輯信道:業(yè)務(wù)信道(TCH)和控制信道(CCH或稱(chēng)Cn和Cp-分別為相同和不同的支持CPRS的信令信道)?？刂菩诺烙糜趥魉透鞣N信令，對MSPLMN(公共陸地移動(dòng)網(wǎng))中的SGSN和GSN間接的接人、無(wú)線(xiàn)信道、業(yè)務(wù)提供和MS的移動(dòng)性進(jìn)行口，交換用戶(hù)數據與有關(guān)的信令，支持移動(dòng)性管理管理。MM);GPRS網(wǎng)絡(luò )構建在CSM網(wǎng)絡(luò )基礎之上，對原有Gb--SCSN和BSS接口，交換分組數據和MM的GSM網(wǎng)絡(luò )子系統和無(wú)線(xiàn)子系統的設備及功能進(jìn)信息;行增強。在網(wǎng)絡(luò )子系統中增加兩個(gè)結點(diǎn): GCSN(網(wǎng) .Ge- CCSN和HLR的接口，交換移動(dòng)用戶(hù)的位關(guān)CPRS支持結點(diǎn))和SGSN(服務(wù)GPRS支持結.置與業(yè)務(wù)信息;點(diǎn))。此外，還用GPRS用戶(hù)數據和路由信息增強Gi- -CGSN與外部PDN之間的接口。HLR和VLR以支持移動(dòng)性管理與路由管理。在無(wú)GPRS網(wǎng)絡(luò )邏輯功能主要有:網(wǎng)絡(luò )接人控制、線(xiàn)子系統中增強BSS的功能以支持用戶(hù)數據的傳分組選路與傳送、移動(dòng)性管理(MM)、邏輯鏈路管送，增加了CSM業(yè)務(wù)信道和控制信道的種類(lèi)，以理(LLM)、無(wú)線(xiàn)資源管理(RRM)和網(wǎng)絡(luò )管理支持GPRS的多種業(yè)務(wù)。中國煤化工^THCNMHG夢(mèng)助退信2001 年第3期專(zhuān)題GPRS技術(shù)GPRS拽術(shù)SNDCPGMMCTPLICTP/1.IDIBSSCP_ 應用門(mén)uC中繼BSSAP'+網(wǎng)絡(luò )服務(wù)PIPCNP/X.CCMM工SNDCPHICBSSGPSCCPMIPBQ922(Core)2MACM1120922(Core)MTIP'IHDLCPHYPIYPIIY印NPA.23GHRS 支持結點(diǎn)PLMNCIP移動(dòng)終端 .BSS終端設備Fabaocedt121ADDHUR同關(guān)G18支持結點(diǎn).EriharsedISSAIP+VLRMSCSTMIP2MIPI .至AIM網(wǎng)絡(luò )至X.25網(wǎng)絡(luò )至InterndtMSC移動(dòng)交換中心;說(shuō)咐; HSS 基站于系貌;Phblie Lumd Mobile Nerork(PLMIN)公共陸地移動(dòng)網(wǎng);，Sering GPRS Suppart NoleSGSN)服務(wù)GPRS支持結點(diǎn);Caoe CRS Spp MaleCC關(guān)CIRS支持站點(diǎn): Ecae HuR增強型歸屬位置數據庫:Echared VLR增強型訪(fǎng)問(wèn)者位置數據庫:圍↓CSM/GPRS 網(wǎng)結結杓●RLL/ MAC(無(wú)線(xiàn)鏈路控制/媒質(zhì)接入控制2 CPRS網(wǎng)絡(luò )的協(xié)議層):主要足為在物理層上的消息傳送提供服務(wù)。圖1中還示出了CPRS網(wǎng)絡(luò )傳輸面和主要信令MAC采用時(shí)隙ALOHA偵留協(xié)議對多個(gè)MS接入進(jìn)面的協(xié)議。MS、ess. SCSN. GCSN以及MSC/行控制，并根據不同MS的業(yè)務(wù)請求(包括電路交VLR中的協(xié)議棧提供S GrRS網(wǎng)絡(luò )中用戶(hù)數據和信換業(yè)務(wù)與GPRS)通過(guò)尤線(xiàn)資源管理(RRM)對物理信令的傳輸與控制的機制。下面簡(jiǎn)要介紹其中主要的首按“容量指配”原則進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。協(xié)議?！馤(邏輯鏈路控制層):為MS與SGSN之間空中接口(Ulm)在GPRS網(wǎng)絡(luò )的傳輸向和MS -提供一個(gè)可靠的邏輯鏈路，其控制功能基f LAPDSCSN信令面為MS的網(wǎng)絡(luò )接入、數據傳輸、移動(dòng)規程。性管理籌傳輸與控制提供底靈的功能支持。Um 包除卜.述協(xié)議外，GPRS網(wǎng)絡(luò )傳輸面和信令面還含以下三層協(xié)議:有以下幾個(gè)重要的協(xié)議:●PHY(物理層):含有兩個(gè)子層-物珮射懶子●GIP(CRRS隧道協(xié)議):將用戶(hù)數據及信令用層(RFL)和物理鏈路子層(PLL)。rFL 功能是:射隧道技術(shù)在GPRS骨干網(wǎng)的CSN緒點(diǎn)之間傳送。頻信號發(fā)送和接收、調制解調。PL層功能是:邏GTP運行在P之上的TCP/ UDP協(xié)議層上;輯信道的復接和映射、信道編碼、無(wú)線(xiàn)子系統的連●SNDCr(中國煤化工F網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議接控制和同步。(如IP或x.2MHCNMH G千提供壓縮、2001年第3期秒動(dòng)遁侑21●專(zhuān)題CPRS技術(shù)GPRS技術(shù).分段、將網(wǎng)絡(luò )層消息復用到單-虛擬連接功能;基于面向連接網(wǎng)絡(luò )協(xié)議(CONS)或者X .25的應用?！馚SSGP(基站系統GPRS協(xié)議):該層在BSS與PIP的應用有ermail、 遠程接入企業(yè)網(wǎng)WEB瀏覽、SCSN之間傳送與選路及QoS有關(guān)的信息。BSSGP無(wú)線(xiàn)POS機、水電表無(wú)線(xiàn)遙測等。PTM 業(yè)務(wù)可用使用幀中繼Q.922核心協(xié)議作為其傳輸機制;來(lái)將同一消息傳送到多個(gè)用戶(hù)。PTM 業(yè)務(wù)又分為多●GMM(GPRS移動(dòng)性管理):該協(xié)議運行在信令播業(yè)務(wù)(PTM - M)和群呼業(yè)務(wù)(PIM-G)。PTM-M面，支持CPRS MM，如附著(zhù)、分離、路由域更是將信息傳送給一地域內的所有用戶(hù)，可用于新新、位置更新、PDP上行文激活及去激活。聞、交通信息、天氣預報、股市行情更新的播送;●NS(網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)):該層傳送BSSCP PDU。NS基而PTM-G是利用CPRS多播功能將信息傳送給特于BSS與SGSN的幀中繼(FR)連接。定的用戶(hù)群，可用于出租車(chē)和車(chē)隊管理、無(wú)線(xiàn)遠程●BSSAP+ (增強BSS應用部分):是BSSAP規會(huì )議等。程的一個(gè)子集，運行在信令面，支持SCSN與.●業(yè)務(wù)的質(zhì)量(QoS)一GPRS 支持用戶(hù)對業(yè)務(wù)MSC/ VLR之間信令:管理語(yǔ)音和數據連接的尋的4種QnS要求:優(yōu)先權(分高、中、低三檔);可呼、優(yōu)化移動(dòng)用戶(hù)的尋呼、負責MS的位置和路由靠性(按業(yè)務(wù)數據單元的總的錯誤概率分為三級);更新等。時(shí)延(按端到端傳輸的平均時(shí)延分為四級);用戶(hù)數據的吞吐量(包括最大比特率和平均比特率)。3 GPRS網(wǎng)絡(luò )的接入與業(yè)務(wù)●業(yè)務(wù)安全性一GPRS業(yè)務(wù)安全性功能類(lèi)似于3.1網(wǎng)絡(luò )接入CSM，SGSN 執行基于同樣的算法、密鑰、準則的網(wǎng)絡(luò )接人由網(wǎng)絡(luò )接人控制功能來(lái)提供，它為用鑒權和加密規程，其中加密算法是經(jīng)過(guò)優(yōu)化的。戶(hù)提供接人網(wǎng)絡(luò )、使用網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)和設備的能力。用3.3 GPRS數據業(yè)務(wù)的接入戶(hù)接人網(wǎng)絡(luò )可以由GPRS網(wǎng)絡(luò )的MS側或網(wǎng)絡(luò )側起GPRS網(wǎng)絡(luò )為其MS提供了一個(gè)數據業(yè)務(wù)平始。固定網(wǎng)絡(luò )接口支持多種接人外部數據網(wǎng)的協(xié)臺。在邏輯功能上MS由MT和TE組成，兩者通議，如X.25和IP協(xié)議。各PLMN的網(wǎng)管可以使用過(guò)參考點(diǎn)R連接。由于TE的多樣性，MS應采用接人控制規程，對各用戶(hù)的接人能力和業(yè)務(wù)進(jìn)行限適當的接人方法，才能使用戶(hù)正確有效地使用網(wǎng)絡(luò )制。GPRS也支持匿名接入網(wǎng)絡(luò )，只需PDP地址，的數據業(yè)務(wù)。.而無(wú)需鑒權和加密。GPRS MS有三種類(lèi)型:網(wǎng)絡(luò )接人控制功能包括以下幾項:A類(lèi)一附著(zhù) GPRS和其他GSM業(yè)務(wù)，并支持●登記功能一建立移動(dòng)id與網(wǎng)絡(luò )有關(guān)參數的兩者同時(shí)操作。關(guān)聯(lián)，并存儲在HIR中，或根據需要動(dòng)態(tài)變化。B類(lèi)一附著(zhù) GPRS和其他GSM業(yè)務(wù)，不支持●鑒權和授權一對 用戶(hù)使用特定網(wǎng)絡(luò )的權限兩者同時(shí)操作，只能順序操作。進(jìn)行辨識和認證。它與MM功能關(guān)聯(lián)。C類(lèi)一只附著(zhù) CPRS?！駵试S控制功能-根據用戶(hù)對QaS要求來(lái)計下面簡(jiǎn)要介紹幾種不同數據業(yè)務(wù)的接人方式。算網(wǎng)絡(luò )資源，確定是否能獲得該資源，并預留這些●基于X.25 的業(yè)務(wù)接入:在CPRS網(wǎng)絡(luò )承載資源，它與RRM相關(guān)聯(lián)。X.25業(yè)務(wù)時(shí)，在R參考點(diǎn)上有兩種接人方式，一3.2 GPRS 的業(yè)務(wù)特征種是X.25字符方式業(yè)務(wù)接人方式, TE通過(guò)MT中GPRS支持基于標準數據協(xié)議的應用以及與IP的PAD(分組裝拆設備)接人CSM/ GPRS網(wǎng)。該業(yè)網(wǎng)絡(luò )和X.25網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)。CPRS 可為兩個(gè)MS之間、務(wù)基于異步字符方式，根據X.28/ X.29建立一個(gè)MS與外部PDN終端之間提供數據傳送能力。連接。通過(guò)MT將TE接口上的信令(AT命令/響●業(yè)務(wù)類(lèi)型一-GPRS 支持兩種類(lèi)型的分組數據應)映射成Um接口上的信令(GPRS附著(zhù)、PDP上業(yè)務(wù):點(diǎn)到點(diǎn)(PTP)業(yè)務(wù)和點(diǎn)到多點(diǎn)(PTM)業(yè)務(wù)。下文激活)來(lái)實(shí)現該業(yè)務(wù)的接入。另一種是X.25GPRS也允許短消息業(yè)務(wù)(SMS)在CPRS無(wú)線(xiàn)信道的分組方式業(yè)務(wù)接入方式，TE采用X .25分組終端。傳送。PIP 業(yè)務(wù)有兩種: -種是PTP無(wú)連接網(wǎng)絡(luò )業(yè)MT具有X.25 L3的中繼功能。這樣，TE 根據X.25務(wù)(PIP-CLNS)，支持基于IP的網(wǎng)絡(luò )應用;另一接人規程，可建立多個(gè)虛電路。種是PTP面向連接的網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)(PIP - CONS),支持罕絡(luò )層為PPP所支持中國煤化工FYHCNMHG秒勤邋佳2001年第 3期CPRS技術(shù)專(zhuān)題的IP協(xié)議時(shí)，PPP 協(xié)議實(shí)體駐留在MT中。PPP 支小區標識(CI)、TUI和網(wǎng)絡(luò )服務(wù)接入點(diǎn)標識NSAPI持LI多種物理連接(如RS232、V.24、 V.25)。通共同來(lái)定義，即。CPRS過(guò)mT將TE接口上的信令(AT命令、PPP配置信令用戶(hù)IMSI(國際移動(dòng)用戶(hù)標識)在網(wǎng)絡(luò )層可以有一等)映射成Um接口上的信令(CPRS附著(zhù)、PDP上個(gè)或幾個(gè)網(wǎng)絡(luò )層地址(即PDP地址)。在PDP數據下文激活)來(lái)實(shí)現IP業(yè)務(wù)的接人。報的整個(gè)選路過(guò)程中，在CPRS骨干網(wǎng)內可用隧道●基于PPP業(yè)務(wù)接入:當網(wǎng)絡(luò )層為PPP所支持標識TD= < IMSI, NSAPI> 來(lái)標識PDP數據流，的非IP協(xié)議時(shí)，PPP協(xié)議實(shí)體駐留在TE和CCSN而在無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)內用TI來(lái)標識該數據流。中。這種情況下，PPP信令在TE與GSN之間交GPRS網(wǎng)絡(luò )中的路由管理機制類(lèi)似于移動(dòng)P,換。TE接口上AT命令通過(guò)MT映射成Um接口上但它受到底層空中接口的支持，所以又可稱(chēng)為.PDP上下文激活，而使TE能接人網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)。所CPRS網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)IP,它能支持非IP 業(yè)務(wù)(如X .25以，PPP協(xié)議可以使CPRS承載除IP外的基于PPP業(yè)務(wù)),這是移動(dòng)P所不能的。協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)。5GPRS向第三代移動(dòng)數據網(wǎng)的演進(jìn)4 GPRS移動(dòng)性管理(GMM)與路由管CSM/GPRS優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)資源的利用。GPRS維護無(wú)線(xiàn)子系統和網(wǎng)絡(luò )子系統嚴格分離，允GMM的主要功能是支持GPRS MS的移動(dòng)性，許采用其他的無(wú)線(xiàn)接人技術(shù)的無(wú)線(xiàn)子系統接入該網(wǎng)即跟蹤MS當前位置，以支持對MS動(dòng)態(tài)路由的管絡(luò )子系統，這有利于網(wǎng)絡(luò )的升級和向第三代演進(jìn)。理。CMM有兩類(lèi)規程:一是GMM公共規程，主要EDGE是一種增強型的數據速率標準，是GSM用于MS的CPRS鑒權，加密、識別、信息等;二演進(jìn)到第三代的一一個(gè)重要步驟。EDGE 標準第一階是CMM特殊規程，主要用于GPRS附著(zhù)、分離和段是增強型的GPRS(EGPRS)和增強型的電路交換路由域更新。CMM實(shí)體駐留在MS、SGSN 和GGSN數據(ECSD)，第二階段是改進(jìn)的多媒體和實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，數據速率提高到384kb/s。在CSM/ GPRS網(wǎng)中。SCSN和GCSN中都有位置數據庫(IR)。引人EDCE，主要對無(wú)線(xiàn)接人網(wǎng)影響較大，而對SCSN/LR和CCSN/LR中分別存儲相應的兩種用.骨干網(wǎng)的影響很有限。在引人EDGE之后，系統可戶(hù)信息:預定信息和位置信息。在MS與SGSN之以提供GSM/ CPRS和EDCE各種類(lèi)型的語(yǔ)音、電間建立鏈路時(shí)，MS與SGSN中CMM控制邏輯鏈路路交換數據和分組數據業(yè)務(wù)。管理實(shí)體(LLME)產(chǎn)生一個(gè)TLL(暫時(shí)邏輯鏈路標mU的第三代移動(dòng)通信標準(MT-2000)包括識)?？罩薪涌诩夹g(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)兩部分?？罩薪涌跀祿貵PRS的路由管理功能與移動(dòng)IP(MobileIP)相率為144kb/ s(車(chē)載)/ 384kb/ s(步速) / 2Mb/ s似，也具有移動(dòng)IP的兩個(gè)特征技術(shù)，即代理技術(shù)(室內)。3G系統可為用戶(hù)提供無(wú)線(xiàn)接人多媒體應和隧道技術(shù)。在GPRS中，GGSN 和SCSN兩個(gè)結點(diǎn)用服務(wù)，支持多種業(yè)務(wù)(分組、實(shí)時(shí)、混合)，并保分別相當于移動(dòng)IP的歸屬區代理(HA)和訪(fǎng)問(wèn)區代證業(yè)務(wù)質(zhì)量。IMT-2000骨干網(wǎng)參考模型中的兩個(gè)理(FA)?；谒淼兰夹g(shù)的選路操作模式是利用該結點(diǎn)PDSN(分組服務(wù)結點(diǎn))和PDGN(分組網(wǎng)關(guān)結.兩結點(diǎn)LR中有關(guān)地址信息和其他信息進(jìn)行封裝和點(diǎn))類(lèi)似于GPRS網(wǎng)的SGSN和GSN。因此，GPRS選路。選路操作可分為兩種情況(兩次封裝):一是骨干網(wǎng)演進(jìn)到ImT-2000的骨干網(wǎng)是完全可能的,在CPRS骨干網(wǎng)內(即兩個(gè)CSN結點(diǎn)間)，采用從而以無(wú)線(xiàn)P技術(shù)實(shí)現寬帶移動(dòng)數據網(wǎng)，即寬帶CPRS隧道協(xié)議(GTP)傳送以GSN地址為目的地地無(wú)線(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò )。.址來(lái)封裝的PDP數據報;二是在無(wú)線(xiàn)接人網(wǎng)內(即參考文獻MS與SGSN之間)傳送封裝的PDP數據報，其特殊ETSI GSM / GPRS Spcifications 02.60, 03.01， 03.60,性在于MSK的地址，該地址由路由域標識(RAI)、07.60，70.0 199幾中國煤化工rYHCNMHG2001年第3期秒酗邋信