GPRS原理.doc

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资源描述

1、GPRS培训材料深圳市华为技术有限公司版权所有 不得复制V1.00 GPRS培训材料第 2 页目 录1 GPRS概述 第 5 页1.1 GPRS的产生 第 5 页1.2 GPRS的发展 第 5 页1.3 GPRS与HSCSD业务的比较 第 5 页1.4 CSD与GPRS的比较 第 6 页1.4.1 电路交换的通信方式 第 6 页1.4.2 分组交换的通信方式 第 7 页2 GPRS基本功能和业务 第 8 页2.1 GPRS业务种类 第 8 页3 GPRS基本体系结构和传输机制 第 8 页3.1 GPRS接入接口和参考点 第 8 页3.2 网络互通 第 9 页3.3 逻辑体系结构 第 9 页3.

2、3.1 主要网络实体 第 10 页3.3.2 主要网络接口 第 12 页3.4 高层功能 第 13 页3.4.1 网络接入控制功能 第 13 页3.4.2 分组路由和转发功能 第 14 页3.4.3 移动性管理功能 第 15 页3.4.4 逻辑链路管理功能 第 15 页3.4.5 无线资源管理功能 第 15 页3.4.6 网络管理功能 第 16 页3.5 功能分配 第 16 页3.6 GPRS数据传输平面 第 17 页3.7 GPRS信令平面 第 18 页3.7.1 MS与SGSN间信令平面 第 18 页3.7.2 SGSN与HLR间信令平面 第 18 页3.7.3 SGSN与MSC/VLR间

3、信令平面 第 18 页3.7.4 SGSN与EIR间信令平面 第 19 页3.7.5 SGSN与SMS-GMSC、SMS-IWMSC 间信令平面 第 19 页3.7.6 GPRS支持节点间信令平面 第 19 页3.7.7 GGSN与HLR间信令平面 第 20 页4 移动性管理 第 20 页4.1 MM状态 第 20 页4.1.1 IDLE状态 第 20 页4.1.2 STANDBY状态 第 21 页4.1.3 READY状态 第 21 页4.2 MM状态功能 第 21 页4.2.1 MM状态迁移 第 21 页4.2.2 就绪定时器功能 第 22 页4.2.3 周期性路由区更新定时器功能 第 2

4、2 页V1.00 GPRS培训材料第 3 页4.2.4 用户可及定时器功能 第 23 页4.3 SGSN与MSC/VLR的交互 第 23 页4.3.1 SGSN-MSC/VLR关联的管理 第 23 页4.3.2 组合RA/LA更新 第 23 页4.3.3 CS寻呼协调及网络操作模式 第 23 页4.4 MM规程 第 24 页4.4.1 GPRS附着功能 第 24 页4.4.2 GPRS分离规程 第 26 页4.4.3 清除功能 第 27 页4.5 安全性功能 第 28 页4.5.1 用户鉴权 第 28 页4.5.2 用户身份机密性 第 28 页4.5.3 用户数据和GMM/SM 信令机密性 第

5、 29 页4.5.4 用户身份检查 第 29 页4.6 位置管理功能 第 29 页4.6.1 小区更新规程 第 30 页4.6.2 路由区更新规程 第 30 页4.6.3 组合RA/LA更新规程 第 31 页4.6.4 周期性路由区更新和位置区更新 第 33 页4.7 用户数据管理功能 第 33 页4.7.1 插入用户数据规程 第 34 页4.7.2 删除用户数据规程 第 34 页4.8 MS类标处理功能 第 34 页5 无线资源管理功能 第 34 页6 分组路由与传输功能 第 35 页6.1 PDP状态和状态转换 第 35 页6.2 会话管理规程 第 36 页6.2.1 静态地址与动态地址

6、第 36 页6.2.2 PDP上下文的激活规程 第 36 页6.2.3 PDP上下文的修改 第 38 页6.2.4 PDP上下文的去激活 第 38 页6.3 业务流程举例 第 39 页6.3.1 MS发起分组数据业务 第 39 页6.3.2 网络发起分组数据业务 第 40 页7 用户数据传输 第 41 页7.1 传输模式 第 41 页7.1.1 GTP传输模式 第 41 页7.1.2 LLC传输模式 第 41 页7.1.3 RLC传输模式 第 42 页7.2 LLC功能 第 42 页7.2.1 寻址 第 42 页7.2.2 服务 第 42 页7.2.3 功能 第 42 页7.3 SNDCP功能

7、 第 42 页V1.00 GPRS培训材料第 4 页7.4 PPP功能 第 43 页7.5 Gb接口 第 44 页7.5.1 物理层 第 44 页7.5.2 FR子层 第 44 页7.5.3 NS子层 第 44 页7.5.4 BSSGP层 第 44 页7.6 Abis接口 第 45 页7.6.1 结构A 第 46 页7.6.2 结构B 第 46 页7.6.3 结构C 第 47 页8 信息存储 第 47 页8.1 HLR 第 47 页8.2 SGSN 第 48 页8.3 GGSN 第 49 页8.4 MS 第 50 页8.5 MSC/VLR 第 51 页9 编号 第 51 页9.1 IMSI 第

8、 52 页9.2 P-TMSI 第 52 页9.3 NSAPI/TLLI 第 52 页9.3.1 NSAPI 第 52 页9.3.2 临时逻辑链路标志(TLLI) 第 52 页9.4 PDP地址和类型 第 53 页9.5 TID 第 53 页9.6 路由区识别 第 53 页9.7 小区标识 第 53 页9.8 GSN地址 第 53 页9.9 接入点名字 第 53 页10 运营方面的问题 第 54 页10.1 计费信息 第 54 页10.2 计费功能 第 54 页10.2.1 分组型业务计费方式和电路型业务计费方式的区别 第 54 页10.2.2 计费基本功能 第 54 页10.2.3 话单类型

9、 第 55 页10.2.4 话单传送接口 第 55 页10.3 网络服务质量(QoS) 第 55 页10.3.1 优先级别 第 55 页10.3.2 延时级别 第 55 页10.3.3 可靠性级别 第 56 页10.3.4 峰值吞吐量级别 第 56 页10.3.5 平均吞吐量级别 第 57 页10.4 消息过滤功能 第 57 页10.5 兼容性问题 第 57 页V1.00 GPRS培训材料第 5 页11 与GSM其它业务的交互 第 58 页11.1 与点对点短消息业务关系 第 58 页11.2 与电路交换业务的关系 第 58 页11.3 与补充业务的关系 第 58 页12 IP相关的基础知识

10、第 58 页12.1 NAT 第 58 页12.2 FIREWALL 第 59 页12.3 GRE 第 59 页12.4 DNS 第 59 页12.5 RADIUS 第 59 页V1.00 GPRS培训材料第 6 页1 GPRS概述1.1 GPRS的产生GPRS( General Packet Radio Service,通用分组无线业务)是在现有的GSM 移动通信系统基础上发展起来的一种移动分组数据业务。GPRS通过在GSM数字移动通信网络中引入分组交换的功能实体,以完成用分组方式进行的数据传输。GPRS系统可以看作是对原有的GSM电路交换系统的基础上进行的业务扩充,以支持移动用户利用分组数

11、据移动终端接入Internet或其它分组数据网络的需求。以GSM 、CDMA为主的数字蜂窝移动通信和以 Internet为主的分组数据通信是目前信息领域增长最为迅猛的两大产业,正呈现出相互融合的趋势。GPRS可以看作是移动通信和分组数据通信融合的第一步。移动通信在目前的话音业务继续保持发展的同时,对IP和高速数据业务的支持已经成为第二代移动通信系统演进的方向,而且也将成为第三代移动通信系统的主要业务特征。GPRS包含丰富的数据业务,如:PTP点对点数据业务, PTMM点对多点广播数据业务、PTM G点对多点群呼数据业务、IPM广播业务。这些业务已具有了一定的调度功能,再加上GSM phase

12、2+中定义的话音广播及话音组呼业务,GPRS 已能完成一些调度功能。GPRS主要的应用领域可以是:E-mail电子邮件、WWW浏览、WAP 业务、电子商务、信息查询、远程监控等等。1.2 GPRS的发展GSM GPRS通过在原GSM网络基础上增加一系列的功能实体来完成分组数据功能,新增功能实体组成GSM GPRS网络,作为独立的网络实体对GSM 数据进行旁路,完成GPRS 业务,原GSM 网络则完成话音功能,尽量减少了对GSM 网络的改动。GPRS 网络与 GSM原网络通过一系列的接口协议共同完成对移动台的移动管理功能。GPRS新增了如下功能实体:服务GPRS 支持节点SGSN,网关GPRS支

13、持节点GGSN,点对多点数据服务中心等,及一系列原有功能实体的软件功能的增强。GPRS大规模的借鉴及使用了数据通信技术及产品,包括帧中继、TCP/IP、X.25 、X.75、路由器、接入网服务器、防火墙等。GPRS最早在1993年提出,1997年出台了第一阶段的协议,到目前为止GPRS协议还在不断更新,2000年初推出SMG#30,匿名接入功能在新的协议中不再体现。GPRS协议除包含新出台的协议外,还对原有的一些协议进行了较多的修改。1.3 GPRS与HSCSD业务的比较表1-1 HSCSD与GPRS的比较比较项目HSCSD GPRS提供的业务适合于实时性强的应用,例如会议电视应用更加广泛,适

14、用于突发性的数据业务,小数据量的频繁传送,偶V1.00 GPRS培训材料第 7 页然的出现的大数据量业务,如网页浏览等业务质量和性能数据业务的建链时间长,大于20秒数据业务的建链时间短,小于3秒数据速率 4*14.4kb/s=57.6kb/s6*9.6kb/s=57.6kb/s(受限于64kb/s的交换矩阵)CS-2最大速率为 107.2kb/s(受限于 16kb/s的TRAU子速率)CS-4最大速率为171kb/s无线资源管理一个用户可分配多个信道,用户接入后即占用了该业务信道,无线资源的利用率较差可动态分配资源,一个用户可分配多个时隙,一个时隙也可多个MS共享,用户可一直与网络连接,但仅当

15、传送数据时才占用无线信道资源网络设施的改造初期投资少,对于TRAU、IWF等速率适配设备需要硬件升级,不需要增加新的网络单元,其他部分主要是软件升级初期投资大,需增加SGSN、GGSN网络设施,BSC需增加硬件设备,BTS、HLR 、SMC等需软件升级计费 连接的时间,占用的信道数等数据量,连接时间和QoS等网络规划 基于原有电路型业务的模型,无线和网络易于规划设计在无线方面缺乏经验,数据业务量增加后,网络规划困难HSCSD(High Speed Circuit Switching Data)业务是将多个全速业务信道复用在一起,以提高无线接口数据传输速率的一种方式。由于目前MSC的交换矩阵为6

16、4kb/s,为了避免对MSC进行大的改动,限定入交换速率小于64kb/s 。这样,GSM网络在引入HSCSD之后,可支持的用户数据速率将达到 38.4kb/s(4时隙),57.6kb/s(4时隙,14.4kb/s 信道编码)或57.6kb/s(6时隙透明数据业务)。HSCSD适合提供实时性强的业务如会议电视,而GPRS则适合于突发性的业务,业务应用范围较广。HSCSD作为电路型数据业务在无线接口上虽然也有无线资源的协商和调整(非透明业务),但对于一个连接来说,无论是否有实时数据的传送,至少需要保持一个时隙的无线连接。当数据业务量增加时,需增设新的基站或大量的无线信道。而对于GPRS业务来说,用

17、户只有需要发送信息时才申请无线资源,其他时间MS随保持PDP上下文激活状态,而不需要任何无线资源。在上行链路上网络需要对MS进行争抢判决,多个MS 可共享一个时隙的无线资源,且随着USF的变化,上行资源的复用可以改变,在下行信道上采用排队的机制,多个MS可共享多时隙的下行资源,以TFI进行区分。虽然在网络建设上GPRS相对HSCSD对于网络的改动更大,但对于无线资源的利用来说却是占用最小的爱而兰负荷,在最大程度上减少了BTS的投资,即使在不增加频率资源和小区的情况下也可以提供业务。运营者可以根据业务负荷和实际需要在话音和数据业务之间动态分配无线信道。尤其是由于电路型呼叫的建立、结束和阻塞使得空

18、闲信道表现为“ 空隙”和“突发”时,可被GPRS业务所利用,而 HSCSD业务无法使用。V1.00 GPRS培训材料第 8 页HSCSD除了一些数据速率适配所必须的硬件更换之外几乎不需要对硬件设备进行改动,GPRS 则需要增加SGSN 和GGSN两个网络实体,HLR等网络设备需要软件升级。但从发展的眼光开看,GPRS的网络结构为第三代移动通信网络的建设打下了良好的基础。第一阶段的第三代核心网络将主要采用GPRS网络。1.1 CSD与GPRS的比较以下对GSM 电路交换型数据业务与GPRS分组型数据业务的技术特征做一下对比说明。1.1.1 电路交换的通信方式在电路交换的通信方式中,在发送数据之前

19、,首先需要通过一系列的信令过程,为特定的信息传输过程(如通话)分配信道,并在信息的发送方、信息所经过的中间节点、信息的接收方之间建立起连接,然后传送数据,数据传输过程结束以后再释放信道资源,断开连接。图2-1是一个基于电路方式的话音通信过程示意图。图2-1 基于电路方式的通信过程电路交换的通信方式一般适用于需要恒定带宽、对时延比较敏感的业务,如话音业务目前一般都采用电路交换的通信方式。1.1.1 分组交换的通信方式在分组交换的通信方式中,数据被分成一定长度的包(分组),每个包的前面有一个分组头(其中的地址标志指明该分组发往何处)。数据传送之前并不需要预先分配信道,建立连接。而是在每一个数据包到

20、达时,根据数据包头中的信息(如目的地址),临时寻找一个可用的信道资源将该数据报发送出去。在这种传送方式中,数据的发送和接收方同信道之间没有固定的占用关系,信道资源可以看作是由所有的用户共享使用。由于数据业务在绝大多数情况下都表现出一种突发性的业务特点,对信道带宽的需求变化较大,因此采用分组方式进行数据传送将能够更好地利用信道资源。例如一个进行WWW 浏览的用户,大部分时间处于浏览状态,而真正用于数据传送的时间只占很小比例。这种情况下若采用固定占用信道的方式,将会造成较大的资源浪费。图2-2是基于分组的通信过程示意图。图2-2 分组通信示意图用 户 A 用 户 B节 点 1 节 点 21用 户

21、A 用 户 B节 点 1 节 点 23分 组 在 经 过 的 各 节 点 逐 个 转 发用 户 A 用 户 B节 点 1 节 点 22V1.00 GPRS培训材料第 9 页在GPRS 系统中采用的就是分组通信技术,用户在数据通信过程并不固定占用无线信道,因此对信道资源能够更合理地应用。在GSM 移动通信的发展路标中,GPRS是移动业务和分组业务相结合的第一步,也是采用GSM技术体制的第二代移动通信技术向第三代移动通信技术发展的重要里程碑。2 GPRS基本功能和业务2.1 GPRS业务种类在PLMN中,GPRS (通用分组无线业务)使得用户能够在端到端分组传输模式下发送和接收数据。在GPRS 中

22、定义了两类承载业务:点对点(PTP)和点对多点(PTM)。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电信业务。GPRS提供应用业务的特点:- 适用不连续的非周期性(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;- 适用小于500字节小数据量事务处理业务,允许每分钟出现几次,可以频繁传送;- 适用几千字节大数据量事务处理业务,允许每小时出现几次,可以频繁传送。上述GPRS 应用业务特点表明:GPRS 非常适合突发数据应用业务,能高效利用信道资源,但对大数据量应用业务GPRS网络要加以限制。主要原因是: 数据业务量较小。GPRS网

23、络时依附于原有的 GSM网络之上。但在目前,GSM网络还主要提供电话业务,电话用户密度高业务量大,而GPRS数据用户密度低。在一个小区内不可能有更多的信道用于GPRS业务。- 无线信道的数据速率较低。采用GPRS推荐的CS-1和CS-2信道编码方案时,数据速率仅为9.05 Kbit/s和13.4Kbit/s (包括RLC块字头)。但能够保证实现小区的 100%和90%覆盖时,能满足同频道干扰C/I9dB要求。原因是CS-1 和CS-2编码方案RLC(无线链路控制)块中的半速率和1/3速率比特用于前向纠错FEC,因此降低了C/I 要求。因此目前GPRS 应主要采用 CS-1和CS-2编码方案。能

24、满足现有电路设计要求。虽然CS-3和CS-4编码方案数据速率较高为 15.6Kbit/s和21.4Kbit/s (包括RLC块字头),它是通过减少和取消纠错比特换取数据速率的提高。因此CS-3和CS-4 编码方案要求较高的C/I值。仅适合能满足较高的C/I值的特殊地区使用。- 当采用静态分配业务信道方式时,初期一个小区一般考虑分配一个频道(载波)即8个信道(时隙)用于分组数据业务。例如某家公司的第一代GPRS BSS多时隙工作能力:上下行各5个时隙(PDCH)用于全双工MS 。一个小区仅能提供上下行最高数据速率小于 67Kbit/s(CS-2 编码)。当下行4个时隙(PDCH)和上行2个时隙(

25、PDCH )用于半双工 MS工作。一个小区仅提供下行最高数据速率小于53.6Kbit/s(CS-2编码)和上行最高数据速率小于28.6Kbit/s(CS-2编码)。多时隙信道一般用于Web 浏览业务(数据库查询)和 FTP文件传送业务等。由于多时隙信道数量有限,因此GPRS网络要对大数据量应用业务加以限制,允许每小时出现几次。- 当 GPRS业务和GSM业务共享信道,采用动态分配信道方式时,电话有较高的优先级。可利用任何一个信道的两次通话间隙传送GPRS分组数据业务,如果某个信道用V1.00 GPRS培训材料第 10 页于GPRS 业务,一个分组数据信道(PDCH)可以实现多个GPRS MS用

26、户共享(即多个逻辑信道可以复用到一个物理信道),因此GPRS特别适用突发数据的应用,大大地提高了信道利用率。3 GPRS基本体系结构和传输机制3.1 GPRS接入接口和参考点GPRS PLMN用户接入点:Um接口和R参考点GPRS PLMN网间接入点:Gp接口GPRS PLMN到外部固定网络的接入点:Gi参考点3.2 网络互通通过Gi接口,GPRS PLMN支持与外部数据网络的互通:与PSPDN网络或IP 网络。3.3 逻辑体系结构GPRS网络引入了分组交换和分组传输的概念,这样使得GSM网络对数据业务的支持从网络体系上得到了加强。图2-1和图2-2从不同的角度上给出了GPRS网络的组成示意图

27、。GPRS 其实是叠加在现有的 GSM网络的另一网络,GPRS 网络在原有的GSM网络的基础上增加了SGSN(服务GPRS支持节点)、GGSN (网关GPRS支持节点)等功能实体。GPRS 共用现有的GSM 网络的BSS系统,但要对软硬件进行相应的更新;同时GPRS和 GSM网络各实体的接口必须作相应的界定;另外,移动台则要求提供对GPRS业务的支持。GPRS 支持通过 GGSN实现的和PSPDN的互联,接口协议可以是X.75 或者是X.25,同时GPRS 还支持和 IP网络的直接互联。Gi refrence pointGPRS network 1GPRS network 2PDNs orother netwrksTE MT GpUmR refrence pointMS

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