●專題GPRS技術GPRS技術GPRS Technology張力軍南京郵電學院(南京210003)[摘要]本文簡要介紹了CPRS的網(wǎng)絡結構、協(xié)議、網(wǎng)絡接人與業(yè)務、移動性管理與路由管理等。|關鍵詞] GPRS; 網(wǎng)絡結構GPRS(General Packet Radio Service) 是CSM在Phase2+階段提供的通用分組數(shù)據(jù)業(yè)務。它采用基于分組傳輸模式的無線IP技術以一種有效的方式GSM/GPRS采用FDMA和TDMA復用方式。來傳送高速和低速數(shù)據(jù)及信令.CSM/CPRS是CSM鄰近小區(qū)頻道復用采用FDMA，頻道中采用TD-網(wǎng)絡的升級,成為繼第一代公 共移動數(shù)據(jù)網(wǎng)AMPS/MA。一個TDMA幀中分成8個時隙，每個時隙對CDPD之后的第二代公共移動數(shù)據(jù)網(wǎng),同時也是第應一個物理(無線)信道。8個時隙的無線信道可以二代數(shù)字移動通信網(wǎng)向第三代演進的重要階段。由多個用戶共享,并根據(jù)語音和數(shù)據(jù)業(yè)務的需要動態(tài)分配。還定義了幾種無線信道編碼方案,允許每1GSM/GPRS網(wǎng)絡結構個用戶比特率從9到150kbps以上。CSM網(wǎng)絡主要由移動臺(MS)、基站子系統(tǒng)GPRS的網(wǎng)絡接口主要有: .(BSS)和移動交換中心(MSC)三個部分組成(見圖Um MS和BSS的接口(空中接口);1)。GSM系統(tǒng)通過MSC與外部公眾網(wǎng)絡(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)絡側，有三和尋呼等信息; .個數(shù)據(jù)庫:歸屬位置數(shù)據(jù)庫(HLR)、訪問者位置數(shù)Gr-SGSN與HL.R接口，交換MS位置和用戶據(jù)庫(VLR)和鑒權中心(AuC)。GSM 有兩種類型的管理信息;邏輯信道:業(yè)務信道(TCH)和控制信道(CCH或稱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(公共陸地移動網(wǎng))中的SGSN和GSN間接的接人、無線信道、業(yè)務提供和MS的移動性進行口，交換用戶數(shù)據(jù)與有關的信令，支持移動性管理管理。MM);GPRS網(wǎng)絡構建在CSM網(wǎng)絡基礎之上，對原有Gb--SCSN和BSS接口，交換分組數(shù)據(jù)和MM的GSM網(wǎng)絡子系統(tǒng)和無線子系統(tǒng)的設備及功能進信息;行增強。在網(wǎng)絡子系統(tǒng)中增加兩個結點: GCSN(網(wǎng) .Ge- CCSN和HLR的接口，交換移動用戶的位關CPRS支持結點)和SGSN(服務GPRS支持結.置與業(yè)務信息;點)。此外，還用GPRS用戶數(shù)據(jù)和路由信息增強Gi- -CGSN與外部PDN之間的接口。HLR和VLR以支持移動性管理與路由管理。在無GPRS網(wǎng)絡邏輯功能主要有:網(wǎng)絡接人控制、線子系統(tǒng)中增強BSS的功能以支持用戶數(shù)據(jù)的傳分組選路與傳送、移動性管理(MM)、邏輯鏈路管送，增加了CSM業(yè)務信道和控制信道的種類，以理(LLM)、無線資源管理(RRM)和網(wǎng)絡管理支持GPRS的多種業(yè)務。中國煤化工^THCNMHG夢助退信2001 年第3期專題GPRS技術GPRS拽術SNDCPGMMCTPLICTP/1.IDIBSSCP_ 應用門uC中繼BSSAP'+網(wǎng)絡服務PIPCNP/X.CCMM工SNDCPHICBSSGPSCCPMIPBQ922(Core)2MACM1120922(Core)MTIP'IHDLCPHYPIYPIIY印NPA.23GHRS 支持結點PLMNCIP移動終端 .BSS終端設備Fabaocedt121ADDHUR同關G18支持結點.EriharsedISSAIP+VLRMSCSTMIP2MIPI .至AIM網(wǎng)絡至X.25網(wǎng)絡至InterndtMSC移動交換中心;說咐; HSS 基站于系貌;Phblie Lumd Mobile Nerork(PLMIN)公共陸地移動網(wǎng);，Sering GPRS Suppart NoleSGSN)服務GPRS支持結點;Caoe CRS Spp MaleCC關CIRS支持站點: Ecae HuR增強型歸屬位置數(shù)據(jù)庫:Echared VLR增強型訪問者位置數(shù)據(jù)庫:圍↓CSM/GPRS 網(wǎng)結結杓●RLL/ MAC(無線鏈路控制/媒質接入控制2 CPRS網(wǎng)絡的協(xié)議層):主要足為在物理層上的消息傳送提供服務。圖1中還示出了CPRS網(wǎng)絡傳輸面和主要信令MAC采用時隙ALOHA偵留協(xié)議對多個MS接入進面的協(xié)議。MS、ess. SCSN. GCSN以及MSC/行控制，并根據(jù)不同MS的業(yè)務請求(包括電路交VLR中的協(xié)議棧提供S GrRS網(wǎng)絡中用戶數(shù)據(jù)和信換業(yè)務與GPRS)通過尤線資源管理(RRM)對物理信令的傳輸與控制的機制。下面簡要介紹其中主要的首按“容量指配”原則進行動態(tài)分配。協(xié)議。●L(邏輯鏈路控制層):為MS與SGSN之間空中接口(Ulm)在GPRS網(wǎng)絡的傳輸向和MS -提供一個可靠的邏輯鏈路，其控制功能基f LAPDSCSN信令面為MS的網(wǎng)絡接入、數(shù)據(jù)傳輸、移動規(guī)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)絡傳輸面和信令面還含以下三層協(xié)議:有以下幾個重要的協(xié)議:●PHY(物理層):含有兩個子層-物珮射懶子●GIP(CRRS隧道協(xié)議):將用戶數(shù)據(jù)及信令用層(RFL)和物理鏈路子層(PLL)。rFL 功能是:射隧道技術在GPRS骨干網(wǎng)的CSN緒點之間傳送。頻信號發(fā)送和接收、調(diào)制解調(diào)。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、無線子系統(tǒng)的連●SNDCr(中國煤化工F網(wǎng)絡層協(xié)議接控制和同步。(如IP或x.2MHCNMH G千提供壓縮、2001年第3期秒動遁侑21●專題CPRS技術GPRS技術.分段、將網(wǎng)絡層消息復用到單-虛擬連接功能;基于面向連接網(wǎng)絡協(xié)議(CONS)或者X .25的應用。●BSSGP(基站系統(tǒng)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有關的信息。BSSGP無線POS機、水電表無線遙測等。PTM 業(yè)務可用使用幀中繼Q.922核心協(xié)議作為其傳輸機制;來將同一消息傳送到多個用戶。PTM 業(yè)務又分為多●GMM(GPRS移動性管理):該協(xié)議運行在信令播業(yè)務(PTM - M)和群呼業(yè)務(PIM-G)。PTM-M面，支持CPRS MM，如附著、分離、路由域更是將信息傳送給一地域內(nèi)的所有用戶，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)絡業(yè)務):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。定的用戶群，可用于出租車和車隊管理、無線遠程●BSSAP+ (增強BSS應用部分):是BSSAP規(guī)會議等。程的一個子集，運行在信令面，支持SCSN與.●業(yè)務的質量(QoS)一GPRS 支持用戶對業(yè)務MSC/ VLR之間信令:管理語音和數(shù)據(jù)連接的尋的4種QnS要求:優(yōu)先權(分高、中、低三檔);可呼、優(yōu)化移動用戶的尋呼、負責MS的位置和路由靠性(按業(yè)務數(shù)據(jù)單元的總的錯誤概率分為三級);更新等。時延(按端到端傳輸?shù)钠骄鶗r延分為四級);用戶數(shù)據(jù)的吞吐量(包括最大比特率和平均比特率)。3 GPRS網(wǎng)絡的接入與業(yè)務●業(yè)務安全性一GPRS業(yè)務安全性功能類似于3.1網(wǎng)絡接入CSM，SGSN 執(zhí)行基于同樣的算法、密鑰、準則的網(wǎng)絡接人由網(wǎng)絡接人控制功能來提供，它為用鑒權和加密規(guī)程，其中加密算法是經(jīng)過優(yōu)化的。戶提供接人網(wǎng)絡、使用網(wǎng)絡業(yè)務和設備的能力。用3.3 GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務的接入戶接人網(wǎng)絡可以由GPRS網(wǎng)絡的MS側或網(wǎng)絡側起GPRS網(wǎng)絡為其MS提供了一個數(shù)據(jù)業(yè)務平始。固定網(wǎng)絡接口支持多種接人外部數(shù)據(jù)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)管可以使用過參考點R連接。由于TE的多樣性，MS應采用接人控制規(guī)程，對各用戶的接人能力和業(yè)務進行限適當?shù)慕尤朔椒?，才能使用戶正確有效地使用網(wǎng)絡制。GPRS也支持匿名接入網(wǎng)絡，只需PDP地址，的數(shù)據(jù)業(yè)務。.而無需鑒權和加密。GPRS MS有三種類型:網(wǎng)絡接人控制功能包括以下幾項:A類一附著 GPRS和其他GSM業(yè)務，并支持●登記功能一建立移動id與網(wǎng)絡有關參數(shù)的兩者同時操作。關聯(lián)，并存儲在HIR中，或根據(jù)需要動態(tài)變化。B類一附著 GPRS和其他GSM業(yè)務，不支持●鑒權和授權一對 用戶使用特定網(wǎng)絡的權限兩者同時操作，只能順序操作。進行辨識和認證。它與MM功能關聯(lián)。C類一只附著 CPRS?！駵试S控制功能-根據(jù)用戶對QaS要求來計下面簡要介紹幾種不同數(shù)據(jù)業(yè)務的接人方式。算網(wǎng)絡資源，確定是否能獲得該資源，并預留這些●基于X.25 的業(yè)務接入:在CPRS網(wǎng)絡承載資源，它與RRM相關聯(lián)。X.25業(yè)務時，在R參考點上有兩種接人方式，一3.2 GPRS 的業(yè)務特征種是X.25字符方式業(yè)務接人方式, TE通過MT中GPRS支持基于標準數(shù)據(jù)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)絡和X.25網(wǎng)絡互聯(lián)。CPRS 可為兩個MS之間、務基于異步字符方式，根據(jù)X.28/ X.29建立一個MS與外部PDN終端之間提供數(shù)據(jù)傳送能力。連接。通過MT將TE接口上的信令(AT命令/響●業(yè)務類型一-GPRS 支持兩種類型的分組數(shù)據(jù)應)映射成Um接口上的信令(GPRS附著、PDP上業(yè)務:點到點(PTP)業(yè)務和點到多點(PTM)業(yè)務。下文激活)來實現(xiàn)該業(yè)務的接入。另一種是X.25GPRS也允許短消息業(yè)務(SMS)在CPRS無線信道的分組方式業(yè)務接入方式，TE采用X .25分組終端。傳送。PIP 業(yè)務有兩種: -種是PTP無連接網(wǎng)絡業(yè)MT具有X.25 L3的中繼功能。這樣，TE 根據(jù)X.25務(PIP-CLNS)，支持基于IP的網(wǎng)絡應用;另一接人規(guī)程，可建立多個虛電路。種是PTP面向連接的網(wǎng)絡業(yè)務(PIP - CONS),支持罕絡層為PPP所支持中國煤化工FYHCNMHG秒勤邋佳2001年第 3期CPRS技術專題的IP協(xié)議時，PPP 協(xié)議實體駐留在MT中。PPP 支小區(qū)標識(CI)、TUI和網(wǎng)絡服務接入點標識NSAPI持LI多種物理連接(如RS232、V.24、 V.25)。通共同來定義，即。CPRS過mT將TE接口上的信令(AT命令、PPP配置信令用戶IMSI(國際移動用戶標識)在網(wǎng)絡層可以有一等)映射成Um接口上的信令(CPRS附著、PDP上個或幾個網(wǎng)絡層地址(即PDP地址)。在PDP數(shù)據(jù)下文激活)來實現(xiàn)IP業(yè)務的接人。報的整個選路過程中，在CPRS骨干網(wǎng)內(nèi)可用隧道●基于PPP業(yè)務接入:當網(wǎng)絡層為PPP所支持標識TD= < IMSI, NSAPI> 來標識PDP數(shù)據(jù)流，的非IP協(xié)議時，PPP協(xié)議實體駐留在TE和CCSN而在無線接入網(wǎng)內(nèi)用TI來標識該數(shù)據(jù)流。中。這種情況下，PPP信令在TE與GSN之間交GPRS網(wǎng)絡中的路由管理機制類似于移動P,換。TE接口上AT命令通過MT映射成Um接口上但它受到底層空中接口的支持，所以又可稱為.PDP上下文激活，而使TE能接人網(wǎng)絡的業(yè)務。所CPRS網(wǎng)絡的無線IP,它能支持非IP 業(yè)務(如X .25以，PPP協(xié)議可以使CPRS承載除IP外的基于PPP業(yè)務),這是移動P所不能的。協(xié)議的網(wǎng)絡業(yè)務。5GPRS向第三代移動數(shù)據(jù)網(wǎng)的演進4 GPRS移動性管理(GMM)與路由管CSM/GPRS優(yōu)化了網(wǎng)絡和無線資源的利用。GPRS維護無線子系統(tǒng)和網(wǎng)絡子系統(tǒng)嚴格分離，允GMM的主要功能是支持GPRS MS的移動性，許采用其他的無線接人技術的無線子系統(tǒng)接入該網(wǎng)即跟蹤MS當前位置，以支持對MS動態(tài)路由的管絡子系統(tǒng)，這有利于網(wǎng)絡的升級和向第三代演進。理。CMM有兩類規(guī)程:一是GMM公共規(guī)程，主要EDGE是一種增強型的數(shù)據(jù)速率標準，是GSM用于MS的CPRS鑒權，加密、識別、信息等;二演進到第三代的一一個重要步驟。EDGE 標準第一階是CMM特殊規(guī)程，主要用于GPRS附著、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實體駐留在MS、SGSN 和GGSN數(shù)據(jù)(ECSD)，第二階段是改進的多媒體和實時業(yè)務，數(shù)據(jù)速率提高到384kb/s。在CSM/ GPRS網(wǎng)中。SCSN和GCSN中都有位置數(shù)據(jù)庫(IR)。引人EDCE，主要對無線接人網(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(tǒng)可戶信息:預定信息和位置信息。在MS與SGSN之以提供GSM/ CPRS和EDCE各種類型的語音、電間建立鏈路時，MS與SGSN中CMM控制邏輯鏈路路交換數(shù)據(jù)和分組數(shù)據(jù)業(yè)務。管理實體(LLME)產(chǎn)生一個TLL(暫時邏輯鏈路標mU的第三代移動通信標準(MT-2000)包括識)?？罩薪涌诩夹g和網(wǎng)絡技術兩部分。空中接口數(shù)據(jù)速GPRS的路由管理功能與移動IP(MobileIP)相率為144kb/ s(車載)/ 384kb/ s(步速) / 2Mb/ s似，也具有移動IP的兩個特征技術，即代理技術(室內(nèi))。3G系統(tǒng)可為用戶提供無線接人多媒體應和隧道技術。在GPRS中，GGSN 和SCSN兩個結點用服務，支持多種業(yè)務(分組、實時、混合)，并保分別相當于移動IP的歸屬區(qū)代理(HA)和訪問區(qū)代證業(yè)務質量。IMT-2000骨干網(wǎng)參考模型中的兩個理(FA)?；谒淼兰夹g的選路操作模式是利用該結點PDSN(分組服務結點)和PDGN(分組網(wǎng)關結.兩結點LR中有關地址信息和其他信息進行封裝和點)類似于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)演進到ImT-2000的骨干網(wǎng)是完全可能的,在CPRS骨干網(wǎng)內(nèi)(即兩個CSN結點間)，采用從而以無線P技術實現(xiàn)寬帶移動數(shù)據(jù)網(wǎng)，即寬帶CPRS隧道協(xié)議(GTP)傳送以GSN地址為目的地地無線IP網(wǎng)絡。.址來封裝的PDP數(shù)據(jù)報;二是在無線接人網(wǎng)內(nèi)(即參考文獻MS與SGSN之間)傳送封裝的PDP數(shù)據(jù)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