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通用分组无线业务GPRS

2015-3-27 08:01| 编辑:电工学习网| 查看: 6720| 评论: 0

  一、概述
  在技术上GSM可以传送低速:9.6kbit/s或14.4kbit/s的数据业务,只能为每个用户分配一个信道;高速电路数据(HSCSD),提供与有线网64kbit/s相比的高速数据,不适于突发性强的数据传输。GPRS按需动态占用资源:只在有数据传输时才分配无线资源;频谱利用率较高;数据传输速率最高可达到171.2kbit/s;适合各种突发性强的数据传输;按传输的数据量和计时两者结合的计费方式。
  二、GPRS业务
  1、GPRS网络业务
  GPRS网络在业务请求者和业务接收者之间提供的分组传送业务
点对点业务 类型 特点 业务对象
面向无连接的网络业务PTP-CLNS 数据报型业务 用户之间的信息传递没有端到端的呼叫建立过程;
分组的传送没有逻辑连接和交付确认保证
突发非交互式应用业务,如基于IP的网络应用
面向连接的网络业务
PTP-CONS
虚电路型业务 为两用户间传送多路数据分组建立逻辑电路;
要求有建立连接、数据传送和连接释放的过程。
面向连接的网络协议CONP支持的业务,即X.25协议支持的业务
  (1)点对多点业务
  GPRS网络可以提供两类业务,即点对点(PTP:Point To Point)的业务和点对多点(PTM:Point To Multipoint)的业务。
  (1) 点对点业务
  点对点业务是GPRS网络在业务请求者和业务接收者之间提供的分组传送业务。
  ① 点对点面向无连接的网络业务
  ② 点对点面向连接的网络业务属于虚电路型业务
  2. 用户终端业务
  用户终端业务可按基于点对点或基于点对多点分为两类:
  (1) 基于点对点的用户终端业务
  ① 信息点播业务。
  ② Email业务。
  ③ 会话业务。在两个用户的实时终端到实时终端之间提供双向信息交换。
  (2) 基于点对多点的用户终端业务
  点对多点应用业务包括点对多点单向广播业务和集团内部
  点对多点双向数据量事务处理业务。
  三、GPRS的网络结构及其功能描述
  GPRS网络是在GSM网基础上发展的移动数据分组网
组成 作用
无线接入 在移动台和基站子系统(BSS)之间传递数据
核心网 在基站子系统和标准数据网边缘路由器之间中继传递数据
  GPRS的基本功能
  在移动终端和标准数据通信网的路由器之间传递分组业务
  1、GPRS的网络结构
  图1给出了GPRS网络结构图,GPRS相对于GSM新增功能有
  ① SGSN—GPRS业务支持节点
  ② GGSN—GPRS网关支持节点
  ③ PTM SC—点对多点业务中心等
  ④ 基站软件更新
  ⑤ 新的GPRS移动台
  ⑥ 新的移动性管理(MM)程序
  ⑦ 原有GSM网络子系统的软件更新和新的MAP信令及GPRS信令
图1 GPRS网络结构及其接口
  (1)SGSN及其对外接口
  在一个归属PLMN内,可以有多个SGSN ,SGSN功能类似GSM中的MSC/VLR
  ① 对移动台进行鉴权、移动性管理和路由选择
  ② 建立移动台GGSN的传输通道
  ③ 接收基站子系统透明传来的数据
  ④ 进行协议转换后经过GPRS的IP骨干网传给GGSN(或SGSN)或反向进行
  ⑤ 计费和业务统计
图2 SGSN及对外部的接口
  SGSN的对外接口
接口 连接SGSN与 功能
Gb BSS 传输信令和话务信息。流量控制,支持移动性管理和会话功能,支持MS经BSS到SGSN间分组数据的传输
Gn 同PLMN SGSN

GGSN
支持用户数据和有关信令的传输,支持移动性管理
Gp 异PLMN 与Gn接口功能相似,
还提供边缘网关BG、防火墙及不同PLMN间互联功能
Gs MSC/VLR 支持SGSN和MSC/VLR之间的配合工作:
SGSN向MSC/VLR发送MS的位置信息或接收来自MSC/VLR的寻呼信息。
Gr HLR 支持SGSN接入HLR并获得用户管理数据和位置信息
Gf EIR 支持SGSN与EIR 交换数据,认证MS的IMEI信息
Gd SMS-GMSC 提高SMS的使用效率
  (2)GGSN及其对外接口
  GGSN功能
  ①GPRS网对外部数据网络的网关或路由器,提供GPRS和外部分组数据网的互联。
  ②接收移动台发送的数据,选择到相应的外部网络
  ③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,传输给相应的SGSN。
  ④地址分配和计费等
  GGSN的对外接口
接口 连接GGSN与 功能
Gn 见上页
Gp
Gi 外部分组数据网 与外部分组数据网互联(IP、X.25等)
Gc GGSN与HLR 获得MS的位置信息,从而实现网络发起的数据业务
  (3)其它功能实体和网络接口
  为支持分组数据的新协议必须升级软件,增加新的协议功能
  以Um接口为例
  逻辑信道增加了分组数据信道(PDCH)
  采用4种新的信道编码方式
  CS-1(9.05kbit/s)、CS-2(13.4kbit/s)、
  CS-3(15.6kbit/s)、CS-4(21.4kbit/s)。
  支持多时隙的传输方式(最多可达8个时隙)
  GPRS骨干网(IP Backbone);
  将(S/G)GSNs等互联起来的IP专用网或分组数据网,也可做为专用线路。
  PLMN内部骨干网
  专用IP网(只用于GPRS数据和GPRS信令)。
  通过Gp接口,采用边缘网关(BG)和多个PLMN互连骨干网连接起来。多个PLMN骨干网通过漫游协议进行选择,该协议包括BG安全功能。多个PLMN骨干网互连可以通过分组数据网,也可以用一条专用线路。
  GPRS的移动台分类:A类GPRS手机、B类GPRS手机和C类GPRS手机
  GPRS的移动台。
移动台类型 同时连接GSM和GPRS系统 同时提供GPRS和GSM业务 自动进行业务切换
A类 Y Y Y
B类 Y N Y
C类 Y N N
  四、GPRS的移动性管理和会话管理
  GPRS手机的注册
  首次使用手机必须注册到PLMN网上,并将位置更新信息存储到SGSN中
  分布在GPRS不同网络单元的用户信息有四类(见下页表)
管理过程 功能
移动性管理(GMM) GPRS用户的移动性,如将用户当前位置通知网络等
会话管理(SM) 支持移动用户对PDP关联的处理,也就是说GPRS移动台连接到外部数据网络的处理过程
  注册过程:
  (1)连接到GPRS网络(GPRS附着)
  手机开机后,向网络发送附着消息。SGSN从HLR收集用户数据,对用户进行鉴权,然后与GPRS手机附着。
  (2)连接到IP网络(PDP关联)
  手机与网络附着后,向网络请求一个IP地址,网络为移动台分配IP地址,使其成为外部IP网络的一部分。
  静态IP地址:分配用户固定的IP地址。
  动态IP地址:每次会话都分配用户一个新的IP地址
  1、GPRS的移动性管理
  (1)路由区RA
  路由区由一个或多个小区组成,最大的路由区为一个位置区LA。一个路由区不能跨越多个位置区。一个路由区只能由一个SGSN提供服务。
  目的:更有效的寻呼GPRS用户。
  标识: 路由区识别RAI
  结构:RAI=MCC+LAC+RAC
  MCC为移动国家号码、LAC为位置区代码、RAC为路由区代码
  作用:RAI作为系统信息进行广播,移动台监视RAI,以确定是否穿越了路由区边界。如果确实穿越了边界,移动台将启动路由区域更新过程。
  (2)移动性管理状态
  三种移动性管理状态在一定条件要进行状态转化
 状 态 移动台功能  SGSN存储的位置信息
与移动性管理建立关联 收发数据 激活/清除PDP移动关联 进行PTP数据收发
空闲 N N N N
守候 Y 仅收 Y N 路由区RA
就绪 Y Y Y Y 小区cell
  (3)GPRS附着和去附着
  GPRS附着
  GPRS手机建立与GPRS网络的连接, MS请求接入,并发起与SGSN的连接,在移动台和SGSN间建立MM移动关联。
  GPRS去附着
  GPRS手机结束与GPRS网络的连接,MS将从就绪状态变为空闲状态,结束与SGSN建立的MM移动关联的连接。
  (4)GPRS的位置区域管理
  GPRS的位置区域管理就是移动台位置移动的管理。
位置更新过程的分类 条件
小区位置更新
(Cell Update)
就绪状态的MS在路由区内从一个小区移到另一个小区时
路由区位置更新
(Routing Area Update)
SGSN内 MS从一个路由区移到另一个路由区时
SGSN间
SGSN间的RA/LA联合更新
(Combined Inter SGSN RA/LA Update)
SGSN与MSC/VLR建立关联之后
  2、GPRS的会话管理
  GPRS的会话管理是指GPRS移动台连接到外部数据网络的处理过程
  功能: 支持用户终端对PDP移动关联的处理
  PDP移动关联是指GPRS系统提供一组将移动台与一个PDP地址(通常是IP地址)相关联和释放相关联的功能。
  方式:移动台附着到网络后,应激活所有需要与外部网络进行数据传输的地址,当数据传输结束后,再解除这些地址。
  移动台状态守候或就绪
PDP地址分类 分配者 附加说明
静态PDP地址 归属PLMN运营商 若PDP移动关联的激活是网络请求的,则只能使用静态PDP地址
动态HPLMN PDP地址 HPLMN 激活PDP移动关联时
激活PDP移动关联时,由GGSN分配/释放动态PDP地址
动态VPLMN PDP地址 VPLMN
  五、GPRS的空中接口
  GPRS的空中接口是整个GPRS系统的关键技术之一 ,GPRS的逻辑信道——分组逻辑信道如图3 。
图3 GPRS的逻辑信道
  分组逻辑信道的类型
分组逻辑信道分类 功能 上/下行
分组广播控制信道(PBCCH) 传播与分组数据相关的系统信息 下行
分组
公共
控制
信道
PCCCH
分组寻呼信道(PPCH) 寻呼分组或电路交换业务 下行
分组随机接入信道(PRACH) MS发送数据或信令信息 上行
分组接入允许信道(PAGCH) 在分组建立阶段,向MS发送无线资源分配信息 下行
分组通知信道(PNCH) 在PTM-M分组传送前,向一组MS发送PTM-M通知信息 下行
分组
专用
控制
信道PACCH
分组随路控制信道(PACCH) 传送某个已知移动台的信令信息 下行
分组数据业务信道(PDTCH) 传送用户的分组数据 上/下行
分组定时提前量控制信道(PTCCH) 传送随机接入突发 上行
向MS传送定时提前量信息 下行
 

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