GPRS讲义

网管

通用分组无线业务（GPRS）
一、引入GPRS的必要性
1、第二代移动通信系统与第三代移动通信系统的差异：
（1）业务方式：
第二代提供以话音为主的低速业务；
第三代提供实时话音业务以及IP、多媒体等各种宽带数据业务；
（2）核心网交换方式：
第二代基于电路交换；
第三代基于分组交换方式；
2、引入GPRS的主要目标：为移动用户提供到标准数据网络的连接；
2、GSM向第三代演进各阶段
（1）高速电路型数据业务（HSCSD）：提供多个时隙的捆绑能力，支持上行和下行非对称的资源分配，提供最高接入数据率57.6kb/s；
（2）GPRS：实现从空中接口到外部网络之间的分组数据传输，可以接入基于TCP/IP的外部网络和X.25网络，向用户提供从9kbps到多于171.2kbps的接入速率。
（3）EDGE：数据率384kb/s；
（4）3G：数据率最高达2Mb/s；
二、GPRS提供的业务
1、GPRS提供的业务具有的特点：
（1）不连续的非周期性（突发）的数据传送，突发出现的时间间隔远大于突发数据的平均传输；
（2）频繁发送的小数据量业务；
（3）不频繁发送的大数据量业务；
2、GPRS提供的业务类型：
（1）点对点（PTP）承载业务
A、信息点播类业务：用户可根据需要点播存储在数据库中的数据信息（如WWW业务、各种类型的信息查询）；
B、消息类业务：利用消息的存储/转发设备和消息处理功能，提供用户到用户的消息通信（如E-Mail业务）；
C、远程操作业务：小数据量的数据处理业务（如信用卡确认、电子银行、定位业务等）；
（2）点对多点（PTM）承载业务
A、点对多点单向广播业务：点对多点单向广播业务服务的地理区域和用户由业务提供者定义，利用存储转发功能可以协商确定信息交付时间和重发时间间隔（如新闻广播、天气预报、旅游信息等）；
B、集团内部点对多点双向小数据量事物处理业务
三、GPRS的网络结构及路由管理
1、GPRS的逻辑结构：GSM网络+GPRS服务节点（SGSN）+GPRS关口节点（GGSN）+Gb接口+Gn/Gp接口+Gi接口+Gr接口+Gf接口+Gd接口+Gs接口+Gc接口
（1）GPRS服务节点（SGSN）
对MS进行鉴权和移动性管理，进行路由选择，建立MS到GGSN的传输通道，接收BSS透明传送来的MS数据，进行协议转换后通过GPRS骨干网传送给GGSN或反向工作，并进行计费和业务统计。
（2）GPRS关口节点（GGSN）：接入外部数据网络的节点
A、接收MS发送的数据，选路到相应的外部网络，或接收外部网络的数据，根据其地址选择GPRS网内的传输通道，传给相应的SGSN；
B、地址分配和计费功能等
（3）Gb接口：BSS与SGSN之间的接口
A、支持移动性管理功能和会话功能（如GPRS附着/分离、安全、路由区更新、数据连接信息的激活/去激活等）；
B、支持MS分组业务经BSS到SGSN的传输；
（4）Gn/Gp接口：SGSN与GGSN之间的接口
支持两者间信令和数据信息的传输（Gp是SGSN与其它PLMN的GGSN的接口）；
（5）Gi接口：GGSN与外部IP网间的接口
接口支持的协议是根据所互通的数据网而采用相应的IP网或X.25网所适用的协议；
（6）Gr接口：SGSN与HLR间的接口
通过MAP信令传送用户数据和位置信息等；
（7）Gf接口：SGSN与EIR间的接口
（8）Gd接口：SGSN与SMS-GMSC间的接口
支持通过GPRS的分组业务新到传送短消息；
（9）Gs接口：SGSN与MSC/VLR间的接口（可选接口，但对GPRS的A类终端必须有此接口）
支持SGSN和MSC/VLR间配合工作，使SGSN能够送MS的位置信息到MSC/VLR或接收MSC/VLR的寻呼信息，
（10）Gc接口：GGSN与HLR间的接口（可选接口）
支持GGSN从HLR获取MS的位置信息，从而实现网络发起的数据业务；
（11）Um接口：空中接口
A、射频部分与GSM 相同
B、逻辑信道增加了分组数据信道（PDCH）
C、新的四类编码方式C1（9.06kbit/s）、C2（13.4kbit/s）、C3（15.6kbit/s）、C4（21.4kbit/s）
D、支持多时隙合并传输方式（最多8个时隙）；
四、GPRS的协议参考模型
1、GPRS传输平面协议PRM
传输平面：由提供用户信息传输的分层协议结构组成。
GTP（GPRS隧道协议）：在GPRS骨干网中，GTP在GSN之间传送用户数据和信令。所有点对点分组数据协议PDU用GTP封装。当协议需要一条可靠的数据链路时，用TCP传送GTP PDU（如X.25）；当协议不需要可靠的数据链路时，用UDP传送GTP PDU（如IP）。
TCP：提供流量控制，消除丢失和损坏的GTP PDU，UDP可消除损坏的GTP PDU。
IP：GPRS骨干网协议，传送用户数据和控制信令的路由，可优先采用IPv4，最终采用IPv6。
SNDCP（子网相关会聚协议）：在网络层及下层间提供映射、压缩、分段、组装和重用功能。
LLC（逻辑链路控制层）：提供高可靠性的加密逻辑链路，LLC应独立于下层的无线接口协议，以便能引入对NSS改变最小的无线解决方案。
Relay：在BSS中，在Um和Gb之间中继LLC PDU；在SGSN中，在Gb和Gn间中继PDP PDU。
BBSGP（基站子系统GPRS协议）：在BSS和SGSN之间传送与路由和OoS相关的信息，不提供纠错功能。
NS（网络业务）：在BSS和SGSN间，基于帧中继传送BSSGP PDU，可能需中转多次跨越多个帧中继交换节点。
RLC/MAC（无线链路控制/媒体接入控制）：提供两种功能，RLC提供一个独立于无线解决方案的可靠链路。MAC控制无线信道的接入信令程序，并将LLC帧映射到GSM物理信道。
RF：GSM射频接口，在GSM05系列中定义。
2、GPRS信令平面PRM
（1）MS-SGSN
GMM/SM（GPRS移动性管理/对话管理）：支持移动性管理功能（GPRS激活/去激活、安全、路由区更新、位置更新、PDP地址激活/去激活等）。
（2）SGSN-HLR
MAP（移动应用部分）：支持SGSN与HLR等实体间的信令交换。
TCAP、SCCP、MTP3、MTP2与GSM功能同。
（3）SGSN-MSC/VLR
BSSAP+（基站子系统应用部分）：支持SGSN和MSC/VLR间的信令。
（4）SGSN-GGSN
GTP（GPRS隧道协议）：用“隧道”技术在SGSN之间、SGSN与GGSN之间传送数据和信令消息。
UDP：在GSN（GPRS支持节点）间传送信令信息。
（5）GGSN-HLR
若在GGSN中安装SS7接口，则在GGSN与HLR间用MAP。
若在GGSN中未安装SS7接口，则任一安装SS7接口的GSN可以用作GPT/MAP协议变换器以允许GGSN与HLR间的信令互通。
五、GPRS的基本工作流程
1、GPRS附着过程
当GPRS用户开机时，GPRS手机将？？无线信道，收听系统信息，然后在系统信息给出的控制信道上发送接入请求，系统将分配无线信道给GPRS手机，之后，GPRS手机将在系统分配的无线信道上向SGSN发送附着请求。
（1）MS向SGSN发送一个附着请求来启动附着过程；
（2）SGSN向MS发送一个证实请求消息（即IMSI），请求MS的IMSI；
（3）MS发一个“证实回复”消息将IMSI告知SGSN；
（4）SGSN将获取的IMSI送至HLR中请求认证三参数组，并对MS进行鉴权；
（5）MS的认证通过后，SGSN向HLR发送“更新位置”消息；
（6）HLR向SGSN发送一条“插入用户数据”消息，包括MS的GPRS签约数据；
（7）SGSN根据MS的GPRS签约数据决定是否允许MS在当前路由区内附着，如允许，SGSN将向HLR返回一条“插入用户数据允许”消息；
（8）HLR向SGSN返回一条“更新位置允许”消息；
（9）SGSN向MS发送一条“接入允许”消息；
2、PDP上下文的激活过程
MS附着成功后，要想访问外部数据网，还需发起PDP上下文激活过程。
（1）MS向SGSN发送激活PDP上下文请求消息（访问站点名+PDP地址+服务质量+其它选项）；
（2）SGSN请求DNS对APN进行解析，得到该APN对应的GGSN的IP地址；
（3）SGSN向GGSN发送建立PDP上下文请求消息（访问站点名+PDP地址+服务质量+其它选项）；
（4）GGSN对该用户进行认证，认证通过后使用RADIUS服务器、DHCP服务器或直接由GGSN为该用户分配动态IP地址，并向SGSN返回建立PDP上下文响应消息；
（5）SGSN向MS发送激活PDP上下文接受消息；
3、移动台发送数据时的路由建立
（1）移动台产生一个分组数据单元（PDU），经SNDCP层处理成SNDCP数据单元，然后经LLC层处理为LLC帧；
（2）通过空中接口送到GSM网络中移动台所在SGSN，该SGSN将数据送至GGSN；
（3）GGSN将收到的消息进行“解包”处理，转换为可在公用数据网中传送的格式，最后送给公用数据网的用户。
4、移动台接收数据时的路由建立
（1）通过数据网的标准协议建立数据网至GGSN的路由，数据网发送的数据单元，通过建立好的路由将PDU送至GGSN；
（2）而GGSN再将PDU送至移动台所在的SGSN，SGSN将PDU封装成SNDCP数据单元；
（3）经LLC层处理 LLC帧单元，最终通过空中接口送至移动台。
5、移动台漫游时的路由建立
数据经归属网的GGSN送至漫游后的移动用户；
GPRS登记器（GR）：存储SGSN所需的GPRS用户相关的数据（用于选路和数据传输）；执行PDN协议（PDP）地址和IMSI、GGSN间的映射。
六、GPRS对GSM网络的影响
1、现有设备的改造
（1）针对C1、C2编码，现行网上大多数厂家的BTS不需硬件改造，只需软件版本升级；针对C3、C4编码，各厂家均需对现有BTS硬件改动；
（2）BSC需增加处理分组数据及无线分组信道管理的分组控制单元模块（PCU）（部分厂家采用在BSC中插入单元方式，部分厂家采用分立设备）；
（3）如果需要MSC与SGSN的GS接口，则需对MSC进行软件升级，如不需要，则MSC无须改造（只有Ericsson支持GS接口）；
（4）HLR需要软件升级（因需支持GPRS的用户数据和路由信息及与SGSN的Gr接口）；
（5）OMC需要增加对新的网络单元进行管理的功能；
（6）需要改造原计费系统或建新的计费系统（处理由计费关口或SGSN和GGSN出来的计费数据）；
（7）需要引入支持GPRS的终端；
GPRS的三类终端：
A类：GPRS和GSM电路型业务可同时工作，应选用GS接口；
B类：可同时附着在GPRS和GSM电路型业务上，但二者不能同时工作，只能交替工作；
C类：只能附着在一类业务上，需要人工切换工作。
2、新增网络设备
（1）域名服务器（DNS）：用于将逻辑名称转化为IP地址
A、将用户输入的接入点名称（APN）转化为与之对应的GGSN地址，通过GGSN接入外部数据网；
B、当GPRS的运营者同时成为Internet业务提供者（ISP）时，也需配置DNS；
（2）边界网关（BG）：用于两个PLMN互连，具有安全性功能的网关；
（3）防火墙：用于防止通过外部IP网对内部GPRS网的破坏；
（4）计费关口：用于收集SGSN和GGSN的计费信息并进行预处理后送给结算中心；
3、对无线网规划的影响
（1）GPRS的容量规划与GSM有很大不同；
A、GPRS的无线资源是动态分配且可变；
B、分组型业务与电路型业务的话务模型不同；
（2）当业务量较大时，考虑采用单独一段频率用于GPRS业务，小区规划方式不同于话音业务；
（3）实际规划中可采用共用和独立相结合的规划方