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-１-通用分组无线业务(GPRS)技术-２-本教材内容包括zGPRS技术引入的背景zGPRS的主要技术细节zGPRS的实施对GSM网络的影响z各主要厂商GPRS设备支持功能比较一、引入GPRS的背景1.数据业务发展的现状和展望近年来，由于计算机的普及和网络技术的迅速发展，数据业务正呈现指数式增长态势，平均年增长率答25%—40%，远高于电话业务的5%—10%。特别是IP业务正呈现爆炸式增长，其规模和业务量已达到约6—9个月就翻一翻的程度。根据预测，按照这种增长趋势，未来10年内，数据业务量将超过电话业务量，成为网络的主导业务。另一方面，蜂窝移动通信也由于其特有的接入方便、个人化、无处不在的特性而得到迅猛的发展。人们已不满足于移动电话所带来的方便与快捷，更希望随时随地进行各种信息的获取与传递。各种手持计算机终端、信息终端的大量涌现反映出计算机业在向着与无线通信业融合的趋势。网络接入的无线化成为一种必然趋势。随着移动通信市场竞争的日趋激烈，各蜂窝移动通信运营者早也注意到仅提供电话业务将已无法适应市场的需要。将移动电话变成人们日常必备的信息服务终端，基于数据业务的各种增值业务，特别是提供人们生活中所需的各种信息服务以及提供INTERNET的接入，为-３-业务发展开辟了新的空间。移动数据业务发展的现状和展望z计算机的普及和网络技术的迅速发展z蜂窝移动通信迅猛的发展z将移动电话变成人们日常必备的信息服务终端-４-2.GSM现有数据承载业务的局限性GSM标准本身就是为提供话音、数据等综合业务而制定的，目前已具有电路型承载业务以及短消息、USS等数据信息的载体。但是电路型数据业务具有以下局限性：z不适应数据业务的特点，资源利用率低。电路型的最大特点就是独占信道，即使空闲，也不能为其他用户使用，这对保证实时性业务是一种优势，但对于大量的非实时，具有突发特性的数据业务来说，这就造成传输的低效和资源的浪费。z网络接入速度慢电路型业务的接入速度比较慢，特别是普遍使用的通过PSTN接入Internet的方式，需要经过电话接通的过程和调制解调器的握手过程，一般需要15-20秒的接入时间。z传输速率低目前GSM电路型业务的最高速率是9.6kbps，即使采用了高速电路交换数据（HSCSD），最高速率也只能为57.6kbps。z用户使用费高，且不方便。由于电路型业务的计费是以占用时间为主的，因此对于许多希望长时间与网络保持连接，但并不连续传送数据的业务，如Web浏览等，必然增加了用户承担的费用，否则，用户就必须多次进行连接的建立和断开，极不方便。对于短消息、USSD等分组型数据信息的载体，也因为其传送机制，仅适合于少量的、突发性数据的应用，而无法适应大量的数据应用。-５-可以看到，现有的GSM数据业务都存在一定的局限性，无法适应数据业务发展的需要。GSM现有数据承载业务的局限性z不适应数据业务的特点，资源利用率低。z网络接入速度慢z传输速率低z用户使用费高，且不方便-６-3.GPRS的特点和技术优势1)GPRS为用户提供端到端的分组交换和传输方式数据业务，能够高效地利用网络资源，降低通信成本。分组型数据与电路型数据的最大区别就是对多用户对信道的共享，同时GPRS在无线资源分配上采用了动态信道分配方式，仅在有效数据通信时占用物理信道资源，通信保持时并不占用，因此大大提高了频率资源利用率，降低通信成本。2)GPRS具有多种服务质量可灵活支持多种数据应用。GPRS对数据传输设置有不同的服务质量参数：优先级、可靠性、时延、数据速率。其中对于数据速率，GPRS支持4种编码方式C1（9.06)、C2(13.4)、C3(15.6)、C4（21.4）和多时隙（最多8个时隙）合并传输，使数据速率从9kbps最高可达171kbps。GPRS可根据应用的类型和网络资源的实际情况和网络质量，灵活选择服务质量参数如等为用户提供服务，从而使GPRS不仅支持频繁的、少量突发型数据业务，而且支持大数据量的业务，应用非常广泛。3)GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。由于GPRS网本身就是一个分组型数据网,支持TCP/IP、X.25协议，因此无需经过PSTN等网络的转接，直接与分组数据网（IP网或X.25网）互通，接入速度仅几秒钟，快于电路型数据业务。4)GPRS的计费更加合理，用户使用更加方便。在GPRS网中，用户只需与网络建立一次连接，就可长时间的保-７-持这种连接，并只在传输数据时才占用信道并被计费，保持时不占用信道也不计费。GPRS可根据通信的数据量和提供的服务质量进行计费。这样，用户即不用频繁建立连接，也不必支付传输间隙如阅读信息时的费用。5)GPRS可利用现有的无线覆盖，并可提高现有无线资源的利用率。在无线接口，GPRS采用与GSM相同的物理信道，重新定义了新的用于分组数据传输的逻辑信道。对于每个小区，可设置专用的分组数据信道（PDCH），也可按需动态占用话音信道（TCH）作为PDCH，但后者在有话音信道需求时可以释放给话音用。因此GPRS一方面可利用现有的GSM无线覆盖，另一方面可利用空闲的话音信道传送数据业务，提高无线资源的利用率。6)GPRS的核心网络顺应通信网络的发展趋势，为GSM网向第三代演进打下基础。GPRS核心网络的网络层采用了IP技术，底层可使用多种传输技术，一方面可与高速发展的IP网（Intrenet/Intranet网）实现无缝连接，另一方面可顺应通信网的发展趋势。而第三代移动通信网的核心网就是建立在GPRS核心网基础上的。7）GPRS网的引入为移动通信网实现VoIP提供条件。由于GPRS本身可实现端到端的IP通信，因此，只要GPRS的终端具备H.323(IP的有关标准)功能，就可实现无线的VoIP。对于近期不具备支持H.323的终端的情况下,也可利用GPRS的骨干网建立IP电话网。-８-GPRS的特点和技术优势zGPRS能够高效地利用网络资源，降低通信成本zGPRS具有多种服务质量可灵活支持多种数据应用zGPRS的计费更加合理,用户使用更加方便zGPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接zGPRS可利用现有的无线覆盖，并可提高现有无线资源的利用率zGPRS为GSM网向第三代演进打下基础zGPRS网的引入为移动通信网实现VoIP提供条件-９-二、GPRS主要技术细节1．业务描述GPRS（通用分组无线业务）提供了端—端分组传输和交换方式的一组新的GSM承载业务。包括点对点（PTP）和点对多点（PTM）承载业务。GPRS提供的业务具有以下特点：z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时延；z频繁发送的小数据量业务，如小于500字节的数据，允许每分钟发送几次；z不频繁发送的大数据量业务，如允许每小时传送几次千字节的数据。以GPRS承载业务支持的标准网络协议为基础，GPRS网络营运者可以支持或提供给用户各种应用业务即电信业务。对于点对点承载业务，GPRS可提供以下类型的业务：信息点播类业务—通过这类业务用户可以根据需要点播存储在数据库中的数据信息。例如：Internet的浏览业务（），各种类型的信息查询，如娱乐类（影视、餐馆等）、商业类（股票、汇率等）、交通类（路况信息、时刻表等）、新闻类（新闻、体育等）、天气预报以及日历、词典等等等。消息类业务—通过利用消息的存储/转发设备和消息处理功能，提供用户到用户的消息通信。如Email业务。远程操作业务—主要是小数据量的数据处理业务，如信用卡确-１０-认、电子银行/商务业务、遥测、远程监测、定位业务、调度业务等。点对多点应用业务包括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。应用业务包括：新闻广播，天气预报，本地广告，旅游信息，业务信息等。）和集团内部点对多点双向小数据量事务处理业务。另外GPRS还支持短消息业务，即利用GPRS的分组信道传短消息，从而更加有效地利用资源。-１１-GPRS提供的一组新的GSM承载业务z点对点（PTP）承载业务1.信息点播类业务2.消息类业务3.远程操作业务z点对多点（PTM）承载业务1.点对多点单向广播业务2.集团内部点对多点双向小数据量事务处理业务z利用GPRS的分组信道传短消息-１２-2.网络逻辑结构从图1中可以看出GPRS是在GSM网络的基础上增加GPRS服务节点（SGSN）和GPRS关口节点（GGSN）这两种核心网络实体以及Gb、Gn/Gp、Gi、Gr、Gf、Gd、Gs、Gc等接口实现的。SGSN，主要功能是对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。GGSN，是用于接入外部数据网络的节点。对于外部网络它就是一个子网路由器。GGSN接收MS发送的数据，路由到相应的外部网络，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。另外GGSN还具有地址分配和计费功能等。Gb接口，是BSS与SGSN间的接口。它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，同时支持MS分组业务经BSS到SGSN的传输。Gn/Gp接口，是SGSN与GGSN间的接口，支持两者间信令和数据信息的传输。其中Gp是SGSN与其他PLMN的GGSN的接口。Gr接口，是SGSN与HLR间的接口，通过MAP信令传送用户数据和位置信息等。Gs接口，是SGSN与MSC/VLR间的接口，它是用来支持SGSN和MSC/VLR间配合工作的，使SGSN能够送MS的位置信息到-１３-MSC/VLR或接收MSC/VLR的寻呼信息，从而可以节约无线资源。这是一个可选接口，但对于GPRS的A类终端则必须有此接口。GfGiGnGbGcGpGs信令和数据传送接口信令接口MSC/VLRMSBSSTEInternetUmGrHLR其他PLMNSGSNGGSNGdSM-SCSMS-GMSCSMS-IWMSCGGSNEIRSGSNGnFRSS7系统IP骨干网BGGPRS骨干网GGSNX.25TEGi图1GPRS网络逻辑结构-１４-Gd接口，是SGSN与SMS-GMSC间的接口，以支持通过GPRS的分组业务信道传送短消息。Gc接口，是GGSN和HLR间的接口，以支持GGSN从HLR获得MS的位置信息，从而实现网络发起的数据业务。这个接口也是可选接口。Gi接口，是GGSN与外部分组数据网（IP网和X.25网）间的接口，这个接口所支持的协议不是由GPRS标准制定的，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。2．信令与传输平台传输平台GPRS传输协议平台如图2所示，它主要由GTP、LLC和RLC协议分别构成GPRS网各段的传输模式。这三种协议的不同组合对应了不同的QoS级别。Um接口：z射频部分：采用与GSM相同的传输模式；zMAC/RLC协议：提供分组数据传输的信道，其中RLC协议可支持MSz与BSS之间的有确认和无确认两种模式的数据传输；-１５-zLLC协议：它与RLC协议是相对独立的，在MS与SGSN之间提供一条高度可靠的加密的逻辑链路用于数据传输。LLC协议也可同时支持有确认和无确认两种模式。LLC层可支持多种QoS延时级别；NetworkServiceGTPApplicationIP/X.25SNDCPLLCRLCMACGSMRFSNDCPLLCBSSGPL1bisRLCMACGSMRFBSSGPL1bisRelayL2L1IPL2L1IPGTPIP/X.25UmGbGnGiMSBSSSGSNGGSNNetworkserviceUDP/TCPUDP/TCPrelay图2传输协议平台-１６-zSNDCP协议：作为网络层与链路层的过渡，将IP/X.25用户数据进行分段、压缩等处理后送入LLC层进行传输。Gb接口：zL1bis：物理传输层。z网络业务（Network