【网络通信】GPRS基本原理

GPRS基本原理中国移动宁夏公司网管中心.刘文东2009年4月第2页什么是GPRS？通用分组无线业务（GeneralPacketRadioService）的英文缩写。在移动通信中，GSM承载的是话音业务，用户可以通过它打电话；GPRS承载的是数据业务，用户可以通过它进行数据业务，如无线上网、收发彩信等。GPRS是在GSM技术的基础上提供的一种端到端的分组交换业务。GPRS的无线接入网与GSM共用相同的硬件设备，如基站、BSC等，它的核心网则是独立重建的。因为GPRS与GSM共用相同的无线资源，就某个具体的基站来说，无线资源（时隙数）是固定的，所以在话音业务繁忙的地方，GPRS的上网速率可能会变得非常慢。同时，在无线环境差的地方，GPRS的速率也会非常慢。EDGE（EnhancedDatarateforGSMEvolution，增强数据速率的GSM演进）的简称，它是GPRS的升级技术，由于采取了先进的无线接入技术，它的速率比GPRS快了很多。第3页MSCSS7signalingNetworkPSTNISDNBSCBTSIPnetworksInternetPacketCoreIPBackboneFirewallGatewayGPRSSupportNodeServingGPRSSupportNodeHLRGGSNSGSNGPRS网络结构第4页SWUpgradeinMSC/VLRandHLRGPRScapableMSNMSUpgradetoT12MSCISDN/PSTNNetworkEIRHLR/AuCSMSCBSCBTSUmHWandSWUpgradeinBSC(S9+PCU)SWUpgradeinBTSInternetorCorporateLANGPRSCoreNetworkGPRSCoreNetworkElementsNewServices(APNs,WAP)GPRSHW&SWUpgradesfromGSM第5页TRX1TRX2CCCHTSTSTSTSTSTSTSTSTSTSTSTSTSTSTS专用GPRS信道语音业务部分数据业务部分两者业务的容量会受到话音业务的负荷进行动态调整•语音业务的优先级较高•两者业务进行动态分配的时隙必须是连续的时隙GPRSandGSM网络资源共享第6页NokiaGPRSRelease1DataErrorCorrectionCodingSchemeCS1CS2CS3CS4DataRateperTSL(kbit/s)9.0513.415.621.4MoreData=LessErrorCorrectionGPRS编码方案•CS1&CS2所有NOKIA设备都支持•CS3&CS4未采用ChannelCodingSchemeCS1CS2CS3CS4SingleTSDataRate9.05kbit/s13.4kbit/s15.6kbit/s21.4kbit/s8TSDataRate72.0kbit/s107.2kbit/s124.8kbit/s171.2kbit/sNokiaGPRSrelease1第7页EDGEEDGE=EnhancedDataRatesforGSM(orGlobal)EvolutionECSD:增强电路域数据业务EGPRS:增强GPRS承载于现有的GSM网络上，与GPRS共享核心网，能以较低的投资提供EDGE服务8-PSK调制和新编码方式提供了更高的数据速率新的编码和调制方式下，单时隙最高支持59.2Kbps的应用层数据传送速率9中编码方式提供了更高的速率和选择的灵活性提供并且支持更多的业务类型，实现服务多样性第8页EDGE与GSM/GPRS网络结构EDGE8-PSKcoverageEDGEcapableTRX,GSMcompatibleEDGEGMSKcoverageA-bisBTSBTSMSCGnGGSNEDGEcapableterminal,GSMcompatibleMorecapacityininterfacestosupporthigherdatausageGbBSCASGSNEDGEfunctionalityinthenetworkelements第9页EDGE中关键技术8-PSK调制解调作为GPRS/HSCSD的进化，在EDGE中由于采用了以下技术，使得EDGE能够在同样的200K带宽上提供更高的速率和性能多种编码方式（MCS1~9)链路自适应（LA）递增冗余重传（IR）动态ABIS技术第10页GPRS的作用相对于固定接入，广域覆盖和无线接入是GPRS所具有的独特优势，凡是有宁夏移动GSM网络覆盖的地方，用户都可以使用GPRS业务。通过GPRS，可以开展丰富多彩的移动数据业务。基于GPRS的数据业务包括：彩信（MMS）、飞信、手机上网（WAP业务）、百宝箱、随e行（手提电脑上网）等。通过GPRS还可以为集团客户提供无线接入、我公司很多合作营业厅都采取了GPRS的接入方式，非常方便快捷。目前，基于GPRS的企业用户接入业务在我公司获得了快速的发展，现在共有十几家，涉及的行业包括银行、运输、电力等大型行业。由于受速率的限制，GPRS目前只能承载数据量相对较小的业务，对于大数据量的业务（如实时的视频业务），GPRS不是太适合。第11页GPRS网络构架从网络构架上，GPRS可以分为GPRS核心网和GPRS无线网两大部分。GPRS核心网宁夏移动在银川建设有一套GPRS核心网，主要设备包括：SGSN（GPRS服务支持节点）、GGSN（GPRS网关支持节点）、CG（计费网关）、DNS（域名服务器）、FW（防火墙）。GPRS无线网GPRS无线网不是独立的，它与GSM无线网的硬件设备是相同的，包括基站、BSC等。银川、大武口、吴忠、中卫、固原的无线接入网同时提供话音接入和GPRS接入。第12页网络接口类型GPRS骨干网SGSNSGSNGGSNGnIP类接口七号信令类接口BSSMSCSMS-GMSCAUmPDPnetwork(IP/X.25)GiTEMTMSHLRGsGrGdGcGb第13页APN结构定义APN是AccessPointName的缩写，即接入点名称。APN网络标识定义了GGSN所连接的外部网络，是APN的必选项。APN运营商标识定义了GGSN位于的GPRS骨干网，是APN的可选项。包含了网络标识和运营商标识的APN对应一个GGSN的域名。通常，在用户的终端上只需要设置APN网络标识，如cmnet；APN运营商标识由GPRS核心网设备自动添加。cmnet.mnc00.mcc460.gprsAPN网络标识APN运营商标识第14页MS发起的业务流程过程（一）1.建立无线链路连接2.执行附着规程：－MS发出附着请求；－加密、鉴权；－IMEI校验（可选）；－必要时，路由区更新；－必要时，P-TMSI重新分配；－MS、SGSN中建立GMM上下文GMM转入准备就绪状态。MSBSSSGSNGGSNHLRPDNEIR第15页MS发起的业务流程过程（二）3.执行PDP激活规程:－MS发出PDP上下文激活请求，消息中携带APN参数；－可选地执行鉴权和加密规程－SGSN根据APN进行地址解析，确定GGSN；－建立SGSN和GGSN之间的隧道连接；－MS、SGSN和GGSN创建PDP上下文，必要的话GGSN为MS分配IP地址－SGSN和GGSN启动计费等；PDP上下文转入激活状态。4.进行分组数据的传送。MSBSSSGSNGGSNHLRPDNEIRMSBSSSGSNGGSNHLRPDNEIRMSBSSSGSNGGSNHLRPDNEIRMSBSSSGSNGGSNHLRPDNEIRMSBSSSGSNGGSNHLRPDNEIR第16页用户使用GPRS业务的条件用户若想使用GPRS业务，必须具备以下基本条件：用户的终端必须支持GPRS功能。用户必需向移动公司申请开通手机的GPRS功能，也即要在HLR中定义用户的GPRS功能并配置相关参数；用户必须在终端上设置正确的APN，例如用户若想使用手机浏览WAP网页或收发彩信，必须在手机上将APN设置为cmwap；若想将手机作为一个无线猫使用，从而可以登陆互联网，则需要将APN设置为cmnet；根据我们的分析，很多用户不能使用GPRS业务或关于GPRS费用的投诉是由于APN等参数设置错误导致的。第17页影响用户GPRS无线速率的原因影响用户GPRS无线速率的主要因素如下：用户所在小区可供GPRS使用的无线信道数，由于GPRS数据业务与GSM话音业务共用无线信道资源，所以在话音业务繁忙的地方，可供GPRS使用的无线信道将会变少，GPRS的速率也会因此受到影响。用户所处的无线传输环境，在信号较弱、干扰较大或信号较杂的地方，用户的上网速率也会受到影响。用户使用GPRS的效果还和用户的终端性能有很大关系，某些用户的终端在功能上存在缺陷，会影响用户正常使用GPRS业务，有些用户的终端不能登陆GPRS，但关机再开机后就恢复正常了。有些用户将GPRS终端作为无线猫使用时，由于计算机感染了病毒造成GPRS上网速率非常慢，也会造成GPRS网络出现问题的错觉。第18页GRPS行业用户简介很多大型企业（如银行、供电、交通）为实现某种行业应用（如银行的刷卡机、供电的电力监控、交通部门的车辆定位），需要将分布在不同地点的行业应用终端（如银行的刷卡机）与后台的服务器连接起来，以实现前后台的数据交互。因GPRS采用无线接入方式、覆盖范围广、用户投资少，非常适合这类业务。目前全区已开通的行业用户包括运输、银行、石油、电力、邮政、公安等行业，应用非常广泛。BTSBSCGGSNAbisUm行业终端（中宁）行业终端（永宁）行业终端（新城）SGSNGbGn放火墙用户侧的后台服务器专线第19页GPRS企业接入案例（1）长庆石油勘探局第三采油处GPRS解决方案项目介绍近年来，各类针对石油运输车辆的违法犯罪行为日益猖獗，使石油运输部门面临巨大的挑战。为实现对石油运输车辆的安全监控和指挥调度，长庆石油勘探局第三采油处与宁夏移动合作，在每个运油车辆上安装了一个GPRS处理模块和GPS（全球定位系统），这样运油车辆在行驶过程中，通过该模块定时将自己的位置信息（通过GPS获得）及其他信息，利用宁夏移动的GPRS网络传输到采油三处的后台服务器上，通过对这些数据的分析，后台就可以实现对车辆的安全监控和指挥调度。第20页GPRS企业接入案例（2）第21页GPRS企业接入案例（3）长庆石油勘探局第三采油处GPRS解决方案：传输链路：从北门GPRS机房通过微波传输到石油城的燕莎酒店，再从该酒店拉2M传输线到用户服务器所在的机房。。需要增加传输设备：两台协议转换器（实现E1与以太网接口的相互转换），并安排此设备的布放调试。网络部门分配专用的APN：cqsy.nx。用户目标长期发展目标数为１０００辆，近期要办理３３０辆（３３０个号码）。使用范围：全国第22页GPRS企业接入案例（5）长庆采油三处行业接入网络结构SGSNBSCPCUGGSN行业用户防火墙GnGi长庆采油服务器长庆采油服务器车载终端IP第23页YCBSC02省计费中心局域网CMNET局域网NMS2000网管系统局域网省计费中心机房CMNET机房网管机房GGSNDNSCGFWSGSN局域网交换机宁夏GPRS网网络拓补图InternetFWYCBSC03YCBSC04YCBSC01专线PDNBCROUTERYNBSCYBBSCGUYBSCYCBSC05HSTP第24页再见！