2024年1月8日发(作者：锺离冬萱)
1．概述
GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称。GPRS是GSM
Phase2.1规范实现的内容之一，能提供比现有GSM网9.6kbit/s更高的数据率。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。
构成GPRS系统的方法是：
(1) 在GSM系统中引入3个主要组件
GPRS服务支持结点(SGSN, Serving GPRS Supporting Node)
GPRS网关支持结点(GGSN, Gateway GPRS Support Node)
分组控制单元(PCU)
(2) 对GSM的相关部件进行软件升级
GPRS系统原理如图1.1所示图。
图1.1 GPRS系统原理图
ETSI指定了GSM900、1800和1900三个工作频段用于GSM，其中GSM900频段还有G1(E-GSM)频段和P频段。相应地，GPRS也工作于这三个频段，包括GSM900的G1频段和P频段，当然，GPRS可以限制每个小区只工作于P频段。如表1.1所示了GSM和GPRS的工作频段。
表1.1 GSM和GPRS的工作频段
900MHz频段 G1频段上行频率(原E－GSM) 880 --- 890MHz
P频段上行频率 890 --- 915MHz
G1频段下行频率(原E－GSM) 925 --- 935MHz
P频段下行频率 935 --- 960MHz
双工间隔 45MHz
载频间隔 200kHz
1800MHz频段 上行频率 1710 ---1785MHz
下行频率 1805 ---1880MHz
双工间隔 95MHz
载频间隔 200kHz
1900MHz频段 上行频率 1850 ---1910MHz
下行频率 1930 ---1990MHz
双工间隔 80MHz
载频间隔 200kHz
现有的GSM移动台(MS)，不能直接在GPRS中使用，需要按GPRS标准进行改造(包括硬件和软件)才可以用于GPRS系统。GPRS定义了3类MS：
A类可同时工作于GPRS和GSM；
B类可在GPRS和GSM之间自动切换工作；
C类可在GPRS和GSM之间人工切换工作。
GPRS被认为是2G向3G演进的重要一步，不仅被GSM支持，同时也被北美的IS-136支持。
1.2 GPRS的主要特点
GPRS采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，优化了对网络资源和无线资源的利用。
定义了新的GPRS无线信道，且分配方式十分灵活：每个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上链路和向下链路的分配是独立的。
支持中、高速率数据传输，可提供9.05 ---171.2kbit/s的数据传输速率(每用户)。GPRS采用了与GSM不同的信道编码方案，定义了CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四种编码方案。
GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。
GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以和IP网、X.25网互联互通。支持特定的点到点和点到多点服务，以实现一些特殊应用如远程信息处理。GPRS也允许短消息业务(SMS)经GPRS无线信道传输。
GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。它支持四种不同的QoS级别。GPRS能在0.5 ---1秒之内恢复数据的重新传输。GPRS的计费一般以数据传输量为依据。
在GSM PLMN中，GPRS引入两个新的网络节点：一个是GPRS服务支持节点(SGSN)，它和MSC在同一等级水平，并跟踪单个MS的存储单元，实现安全功能和接入控制。节点SGSN通过帧中继连接到基站系统。另一个是GPRS网关支持节点GGSN，GGSN支持与外部分组交换网的互通，并经由基于IP的GPRS骨干网和SGSN连通。
GPRS的安全功能同现有的GSM安全功能一样。身份认证和加密功能由SGSN来执行。其中的密码设置程序的算法、密钥和标准与目前GSM中的一样，不过GPRS使用的密码算法是专为分组数据传输所优化过的。GPRS移动设备(ME)可通过SIM访问GPRS业务，不管这个SIM是否具备GPRS功能。
蜂窝选择可由一个MS自动进行，或者基站系统指示MS选择某一特定的蜂窝。MS在重选择另一个蜂窝或蜂窝组(即一个路由区)时会通知网络。
为了访问GPRS业务，MS会首先执行GPRS接入过程，以将它的存在告知网络。在MS和SGSN之间建立一个逻辑链路，使得MS可进行如下操作：接收基于GPRS的的SMS服务、经由SGSN的寻呼、GPRS数据到来通知。
为了收发GPRS数据，MS会激活它所想用的分组数据地址。这个操作使MS可被相应的GGGSN所识别，从而能开始与外部数据网络的互通。
用户数据在MS和外部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术：数据包用特定的GPRS协议信息打包并在MS和GGSN之间传输。这种透明的传输方法缩减了GPRS PLMN对外部数据协议解释的需求，而且易于在将来引入新的互通协议。用户数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据传输高效且可靠。
GPRS可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级(QoS)的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。
GPRS的核心网络层采用IP技术，底层款可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的IP网无缝连接。
1.3 GPRS的业务
GPRS是一组新的GSM承载业务，是以分组模式在PLMN和与外部网络互通的内部网上传输。在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS网络管理可以提供(或支持)一系列的交互式电信业务。
1. 承载业务
支持在用户与网络接入点之间的数据传输的性能。提供点对点业务、点对多点业务两种承载业务。
a. 点对点业务(PTP)
点对点业务在两个用户之间提供一个或多个分组的传输。由业务请求者启动，被接收者接收。包括两种点到点业务：
b. 点对多点业务(PTM)
点对多点业务是将单一信息传送到多个用户。GPRS PTM业务能够提供一个用户将数据发送给具有单一业务需求的多个用户的能力。包括有三种PTM业务：
点对多点广播(PTM-M)业务---是将信息发送给当前位于某一地区的所有用户的业务。
点对多点群呼(PTM-G)业务---是将信息发送给当前位于某一区域的特定用户子群的业务。
IP多点传播(IP-M)业务---是定义为IP协议序列一部分的业务。
2. 用户终端业务
GPRS支持电信业务，提供完全的通信业务能力，包括终端设备能力。用户终端业务可以分为基于PTP的用户终端业务和基于PTM的用户终端业务。如表1-1所示。
表1-1 GPRS用户终端业务分类
基于PTP的用户终端业务 会话
报文传送
检索
遥信
基于PTM的用户终端业务 分配
调度
会议
预定发送
地区选路
3. 附加业务
GSM第2阶段附加业务支持所有的GPRS基本业务PTP-CONS、PTP-CLNS、IP-M和PTM-G的CFU(无条件呼叫转送)。GSM第2阶段附加业务不适用于PTM-M。如表1-2
所示。
表1-2 GPRS附加业务的应用
简称 名称
CLIP 主叫线路识别表示
CLIR 主叫线路识别限制
CoLP 连接线路识别表示
CoLR 连接线路识别限制
CFU 无条件呼叫转移
CFB 移动用户遇忙呼叫转移
CFNRy 无应答呼叫转移
CFNRc 无法到达的移动用户呼叫转移
CW 呼叫等待
HOLD 呼叫保持
MPTY 多用户业务
CUG 封闭式的用户群
AoCI 资费信息通知
BAOC 禁止所有呼叫
BOIC 禁止国际呼出
BAIC 禁止所有呼入
1.4 GPRS业务的具体应用
GPRS业务主要有以下应用。
(1) 信息业务
传送给移动电话用户的信息内容广泛，如股票价格、体育新闻、天气预报、航班信息、新闻标题、娱乐、交通信息等等。
(2) 交谈
人们更加喜欢直接进行交谈，而不是通过枯燥的数据进行交流。目前因特网聊天组是因特网上非常流行的应用。有共同兴趣和爱好的人们已经开始使用非话音移动业务进行交谈和讨论。由于GPRS与因特网的协同作用，GPRS将允许移动用户完全参与到现有的因特网聊天组中，而不需要建立属于移动用户自己的讨论组。因此，GPRS在这方面具有很大的优势。
(3) 网页浏览
移动用户使用电路交换数据进行网页浏览无法获得持久的应用。由于电路交换传输速率比较低，因此数据从因特网服务器到浏览器需要很长的一段时间。因此GPRS更适合于因特网浏览。
(4) 文件共享及协同性工作
移动数据使文件共享和远程协同性工作变得更加便利。这就可以使在不同地方工作的人们可以同时使用相同的文件工作。
(5) 分派工作
非话音移动业务能够用来给外出的员工分派新的任务并与他们保持联系。同时业务工程
师或销售人员还可以利用它使总部及时了解用户需求的完成情况。
(6) 企业E-mail
在一些企业中，往往由于工作的缘故需要大量员工离开自己的办公桌，因此通过扩展员工办公室里的PC上的企业E-mail系统使员工与办公室保持联系就非常重要。GPRS能力的扩展，可使移动终端接转PC机上的E-mail，扩大企业E-mail应用范围。
(7) 因特网E-mail
因特网E-mail可以转变成为一种信息不能存储的网关业务，或能够存储信息的信箱业务。在网关管业务的情况下，无线mail平台将信息从SMTP转化成SMS，然后发送到SMS中心。
(8) 交通工具定位
该应用综合了无线定位系统，该系统告诉人们所处的位置，并且利用短消息业务转告其他人其所处的位置。任何一个具有GPS接收器的人都可以接收他们的卫星定位信息以确定他们的位置。且对被盗车辆进行跟踪等功能。
(9) 静态图像
例如照片、图片、明信片、贺卡和演讲稿等静态图像能在移动网络上发送和接收。使用GPRS可以将图像从与一个GPRS无线设备相连接的数字相机直接传送到因特网站点或其他接收设备，并且可以实时打印。
(10) 远程局域网接入
当员工离开办公桌外出工作时，他们需要与自己办公室的局域网保持连接。远程局域网包括所有应用的接入。
(11) 文件传送
文件传送业务包括从移动网络下载量比较大的数据的所有形式。
1.5 GPRS的优势及存在问题
1. GPRS的技术优势
资源利用率高
GPRS引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。按电路交换模式来说，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道。而对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了"得到多少、支付多少"的原则。实际上，GPRS用户的连接时间可能长达数小时，却只需支付相对低廉的连接费用。
传输速率高
GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率（最高值为171.2kbit/s，不包括FEC）。这意味着通过便携式电脑，GPRS用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。
接入时间短
分组交换接入时间缩短为少于1秒，能提供快速即时的连接，可大幅度提高一些事务（如信用卡核对、远程监控等）的效率，并可使已有的Internet应用（如E-mail、网页浏览等）操作更加便捷、流畅。
支持IP协议和X.25协议
GPRS支持因特网上应用最广泛的IP协议和X.25协议。而且由于GSM网络覆盖面广，使
得GPRS能提供Internet和其它分组网络的全球性无线接入。
2. 存在的问题
GPRS会发生包丢失现象
由于分组交换连接比电路交换连接要差一些，因此，使用GPRS会发生一些包丢失现象。而且，由于话音和GPRS业务无法同时使用相同的网络资源，因此，用于专门提供GPRS使用的时隙数量越多，能够提供给话音通信的网络资源就越少。对用户来说其容量有限GPRS确实对网络现有的小区容量产生影响，对于不同的用途而言只有有限的无线资源可供使用。例如，话音和GPRS呼叫都使用相同的网络资源，这势必会相互产生一些干扰。其对业务影响的程度主要取决于时隙的数量。当然，GPRS可以对信道采取动态管理，并且能够通过在GPRS信道上发送短信息来减少高峰时的信令信道数。
实际速率比理论值低
GPRS数据传输速率要达到理论上的最大值172.2kbps，就必须只有一个用户占用所有的8个时隙，并且没有任何防错保护。运营商将所有的8个时隙都给一个用户使用显然是不太可能的。另外，最初的GPRS终端预计可能仅支持1个、2个或3个时隙，一个GPRS用户的带宽因此将会受到严重的限制，所以，理论上的GPRS最大速率将会受到网络和终端现实条件的制约。
终端不支持无线终止功能
目前还没有任何一家主要手机制造厂家宣称其GPRS终端支持无线终止接收来电的功能，这将是对GPRS市场是否可以成功地从其他非语音服务市场抢夺用户的核心问题。
启用GPRS服务时，用户将根据服务内容的流量支付费用，GPRS终端会装载WAP浏览器。但是，未经授权的内容也会发送给终端用户，更糟糕的是用户要为这些垃圾内容付费。
调制方式不是最优
GPRS采用基于GMSK（Gaussian Minimum-Shift Keying）的调制技术，相比之下，
EDGE基于一种新的调制方法8PSK（eight-phase-shift keying），它允许无线接口支持更高的速率。8PSK也用于UMTS。网络营运商如果想过渡到第三代，必须在某一阶段改用新的调制方式。
存在转接时延
GPRS分组通过不同的方向发送数据，最终达到相同的目的地，那么数据在通过无线链路传输的过程中就可能发生一个或几个分组丢失或出错的情况。
1.6 GPRS标准和业务的发展
1. ETSI的标准制订工作
欧洲最早是在1993年就提出了在GSM网上开通GPRS业务，1997年GPRS的标准化工作取得重大进展，10月份ETSI发布了GSM02.60 GPRS Phase1业务描述。1999年底完成GPRS Phase2的工作。GPRS的标准分3个阶段，这3个阶段分别制订了18个新的标准并对几十个现有标准进行修订，以实现GPRS。表1-3列出了这3个阶段。
表1-3 GPRS的标准的3个阶段
阶段1 阶段2 阶段3
02.60业务描述 03.60 系统描述和网络结构
04.60 RLC/MAC协议
03.64 无线接口描述 04.61 PTM-M业务
03.61 点对多点-广播业务 04.62 PTM-G业务
03.62 点对多点-群呼 04.64 LLC04.65SNDCP
07.60 用户互通
08.14 Gb层1
08.16 Gb层网络业务
08.18 BSSGP、Gb接口
09.16 Gb层2
09.18 Gb层3
09.60 Gn&Gp接口
09.61 外部网路互通
按照ETSI的设想，GPRS应首先实现：
PTP业务
PTP TCP/IP的用户互通
从MS至GGSN的X.28协议，GGSN至外部PDN的X.25协议
Gn、Gb、Gr、Gp、Gs、Gi接口
对PTP和漫游的安全保障
计费
运营者决定的呼叫闭锁和呼叫终止，运营者呼叫过滤
为PTM无线接口作准备工作
匿名接入
通过GPRS支持SMS-MO和-MT
2. 我国GPRS标准化工作的进展概况
我国从1996年开始跟踪研究GPRS的相关标准。着重组织开展了一系列GPRS相关标准研究工作。于2000年4月，已经完成了"900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网GPRS隧道协议(GTP)规范"，由信息产业部电信传输所提出了"GPRS业务研究"的前期的预研成果。从1998年开始，我国运营者开始酝酿在国内兴建GPRS的试验网络工作，标准化的工作就显得极为迫切了。在2000年内和2001年上半年，已颁布以下900/1800MHz
TDMA蜂窝移动通信网通用分组无线业务相关的系列标准。
接口规范
基站子系统与SGSN接口规范
无线接口规范
设备规范
交换子系统设备规范
基站子系统设备规范
移动台的技术要求
测试规范
隧道协议(GTP)规范
基站子系统与SGSN间接口测试规范
交换子系统设备测试规范
基站子系统设备测试规范
移动台的测试规范
由于GPRS的相关标准的研究工作在ETSI SMG以及3GPP等组织中仍然处于不断的更改和制订过程中，在我国标准研究和设备开发工作中都存在着不断调整和解决不同版本之间兼容性的问题。
3. GPRS的发展动向
GPRS是GSM向3G迈进的一个重要步骤，根据ETSI对GPRS发展的建议，GPRS从试验到投入商用后，分为两个发展阶段，第一阶段可以向用户提供电子邮件、因特网浏览等数据业务；第二阶段是EDGE的GPRS，简称E-GPRS。
从移动通信市场的走势来看，国外移动通信运营商已开始涉及多媒体服务的领域，使用户可以用手机在股票市场上进行交易，办理银行转账业务等。目前全世界已有近百个运营商开通了GPRS商用系统、试商用系统或实验系统。较为著名的有英国的BTCellNET、德国的T-Mobile等地的运营商。
2000年12月21日，中国移动通信集团公司在京宣布：正式启动称为"移动梦网" 的GPRS网络建设。2001年6月，中国移动GPRS一期工程已完成，2001年10月正式投入商用。
2.1 GPRS网络总体结构
GPRS网络是在现有GSM网络中增加 GGSN和SGSN 来实现的，使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。其系统结构如图2-1所示。
图2-1 GPRS系统结构
图中，笔记本电脑通过串行或无线方式连接到GPRS蜂窝电话上；GPRS蜂窝电话与GSM基站通信，但与电路交换式数据呼叫不同，GPRS分组是从基站发送到GPRS服务支持节点(SGSN)，而不是通过移动交换中心(MSC)连接到语音网络上。SGSN与GPRS网关支持节点(GGSN)进行通信；GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如因特网或X.25网络。
来自因特网标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。
SGSN是GSM网络结构中的一个节点，它与MSC处于网络体系的同一层。SGSN通过帧中继与BTS相连，是GSM网络结构与移动台之间的接口。SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。
GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网连接到SGSN， 是连接GSM网络和外部分组交换网(如因特网和局域网)的网关。GGSN主要是起网关作用，也有将GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。
SGSN和GGSN利用GPRS隧道协议(GTP)对IP或X.25分组进行封装，实现二者之间的数据传输。
图2－2给出了GPRS网络结构的接入与参考点的简图。
图2-2 GPRS总体结构及接入接口和参考点
GGSN到外部分组网络是通过Gi参考点连通的，而其他GPRS网络是通过Gp接口连通的。另外，从MS端到GPRS网络有两个接入点，Um接口用于无线通信接入而R参考点用于信息的产生或接收。移动终端MT(例如手机)通过Um接口接入GPRS PLMN，R则是MT和TE(如笔记本电脑)之间的参考点。这里的MS由TE和MT两部分组成，它们通过R参考点组成一个整体，另外，MS也可单独由一个移动终端(MT)组成。
对于一个支持GPRS 的公共陆地移动网络(PLMN)，当它运行GPRS业务时可能涉及到任何其他网络，这时就产生了网络互通的需求。GPRS网络通过Gi参考点和Gp接口实现同其他网络的互通。
对于具有GPRS业务功能的移动终端，它本身具有GSM和GPRS业务运营商提供的地址，这样，分组公共数据网的终端利用数据网识别码即可向GPRS终端直接发送数据。另外GPRS支持与基于IP的网络互通，当在TCP连接中使用数据报时，GPRS提供TCP/IP报头的压缩功能。
由于GPRS是GSM系统中提供分组业务的一种方式，所以它能广泛应用于IP域。其移动终端通过GSM网络提供的寻址方案和运营商的具体网间互通协议实现全球网间通信。
2.2 GPRS逻辑体系结构
从逻辑上来说，GPRS通过在GSM网络结构中增添SGSN和GGSN两个新的网络节点来实现。由于增加了这两个网络节点，需要命名新的接口。图2-3说明了GPRS逻辑体系结构。表2-1给出了GPRS体系结构中的接口及参考点。
图2-3 GPRS逻辑体系结构一览
表29-5-5 GPRS体系结构中的接口及参考点
接口或参考点 说明
R 非ISDN终端与移动终端之间的参考点
Gb SGSN与BSS之间的接口
Gc GGSN与HLR之间的接口
Gd SMS-GMSC之间的接口，SMS-IWMSC与SGSN之间的接口
Gi GPRS与外部分组数据之间的参考点
Gn 同一GSM网络中两个GSN之间的接口
Gp 不同GSM网络中两个GSN之间的接口
Gr SGSN与HLR之间的接口
Gs SGSN与MSC/VLR之间的接口
Gf SGSN与EIR之间的接口
Um MS与GPRS固定网部分之间的无线接口
除了这些接口和参考点之外，GPRS还新增加了分组控制单元(PCU, Packet Control
Unit)和Gb接口单元(GBIU, Gb Interface Unit)。
其中PCU使BSS提供数据功能、控制无线接口、使多个用户使用相同的无线资源。GBIU提供从BSS到SGSN的标准接口。可以和PCU合并在同一个物理实体中。
由于GPRS在GSM网络中引入了两个GPRS支持节点和新的接口及单元， 会对GSM网络设备产生以下的影响。
HLR现有软件需更新，以支持Gc、Gr接口；
MSC现有软件需更新，以支持Gs接口；
在BSC中引入PCU，并且软件需要升级；
BTS配合BCF进行相应的软件升级。
2.3 GPRS网络主要实体
GPRS网络主要实体包括GPRS支持节点、GPRS骨干网、本地位置寄存器HLR、短消息业务网关移动交换中心(SMS-GMSC)和短消息业务互通移动交换中心
(SMS-IWMSC)、移动台、移动交换中心(MSC)/拜访位置寄存器(VLR)、分组数据网络(PDN)等。
1. GPRS支持节点(GSN)
GPRS的支持节点GSN是GPRS网络中最重要的网络节点，包含了支持GPRS所需的功能。GSN具有移动路由管理功能，可以连接各种类型的数据网络，并可以连到GPRS寄存器。GSN可以完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。GSN是一种类似于路由器的独立设备，也与GSM中的MSC集成在一起。在一个GSM网络中允许存在多个GSN。GSN有两种类型：SGSN和GGSN。
SGSN是为移动终端(MS)提供业务的节点(即Gb接口由SGSN支持)。在激活GPRS业务时，SGSN建立起一个移动性管理环境，包含关于这个移动终端(MS)的移动性和安全性方面的信息。SGSN的主要作用就是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和SGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。
GGSN通过配置一个PDP地址被分组数据网接入。它存储属于这个节点的GPRS业务用户的路由信息，并根据该信息将PDU利用隧道技术发送到MS的当前的业务接入点，即SGSN。GGSN可以经Gc接口从HLR查询该移动用户当前的地址信息。GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN和LAN等。另外，GGSN也又被称作GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。
SGSN与GGSN的功能既可以由一个物理节点全部实现，也可以在不同的物理节点上分别实现。它们都应有IP路由功能，并能与IP路由器相连。当SGSN与GGSN位于不同的PLMN时，通过Gp接口互联。SGSN可以通过任意Gs接口向MSC/VLR发送定位信息，并可以经Gs接口接收来自MSC/VLR的寻呼请求。
2. GPRS骨干网
GPRS中有内部PLMN骨干网和外部PLMN骨干网两种。
内部门PLMN骨干网是指位于同一个PLMN上的并与多个GSN互联的IP网。外部PLMN骨干网是指位于不同的PLMN上的并与GSN和内部PLMN骨干网互联的IP网，如图2-4所示。
图2-4 内部PLMN骨干网和外部PLMN骨干网
每一个内部PLMN骨干网都是一个IP专网，且仅用于传送GPRS数据和GPRS信令。IP专网是采用一定访问控制机制以达到所需安全级别的IP网。两个内部PIMN骨干网是使用边界网关(BG，Border Gateways)和一个外部PLMN骨干网并经Gp接口相连的，外部PLMN骨干网的选择取决于包含有BG安全功能的漫游协定，BG不在GPRS的规范之列。外部PLMN可以是一个分组数据网。
在同一个PLMN骨干网内，骨干网是图2-5中虚线方框内的部分。在GPRS骨干网内部，各GSN实体之间通过Gn接口相连，它们之间的信令和数据传输都是在同一传输平台中进行的，所利用的传输平台可以在ATM、以太网、DDN、ISDN、帧中继等现有传输网中选择。
图2-5 GPRS网络骨干网的组成
3. 本地位置寄存器(HLR)
在HLR中有GPRS用户数据和路由信息。从SGSN经Gn接口或GGSN经Gc接口均都可访问HLR，对于漫游的MS来说，HLR可能位于另一个不同的PLMN中，而不是当前的PLMN中。
4. 消息业务网关移动交换中心（SMS-GMSC）和短消息业务互通移动交换中心（SMS－IWMSC）
SMS-GMSC和SMS-IWMSC经Gd接口连接到SGSN上，这样就能让GPRS MS通过GPRS无线信道收发短消息(SM)。
5. GPRS移动台
GPRS MS能以三个运行模式中的一个进行操作，其操作模式的选定由MS所申请的服务所决定：即仅有GPRS服务，同时具有GPRS和其他GSM服务，或依据MS的实际性能同时运行GPRS和其他GSM服务。
A类(Class-A)操作模式：MS申请有GPRS和其他GSM服务，而且MS能同时运行GPRS和其他GSM服务。
B类(Class-B)操作模式：一个MS可同时监测GPRS和其他GSM业务的控制信道，但同一时刻只能运行一种业务。
C类(Class-C)操作模式：MS只能应用于GPRS服务。
6. 移动交换中心(MSC)和拜访位置寄存器(VLR)
在需要GPRS网络与其他GSM业务进行配合时选用Gs接口，如利用GPRS网络实现电路交换业务的寻呼，GPRS网络与GSM网络联合进行位置更新，以及GPRS网络的SGSN节点接收MSC/VLR发来的寻呼请求等。同时MSC/VLR存储MS(此 MS同时接入GPRS业务和GSM电路业务)的IMSI以及MS相连接的SGSN号码。
7. 分组数据网络(PDN)
PDN提供分组数据业务的外部网络。移动终端通过GPRS接入不同的PDN时，采用不同的分组数据协议地址。
3.1 传输平台
传输平台由一个分层协议结构组成，如图3-1所示。其用于用户信息传输以及与此相关的信息传输中的过程控制(例如：流量控制、检错、纠错和错误恢复等)。传输平台通过底层无线接口和网络子系统(NSS)平台连接，这种独立性是通过保留Gb接口来实现的。
图3-1 传输平台
其中：
1. GPRS隧道协议(GTP)
GPRS骨干网中GSN间的用户数据和信令利用GTP进行隧道传输。所有的点对点PDP协议数据单元(PDU)将由GTP协议进行封装。GTP是GPRS骨干网中GSN节点之间的互联协议，它是为Gn接口和 Gp接口定义的协议。在GSM09.60中对GTP作了规范。
2. TCP
在GPRS骨干网中需要一个可靠的数据链路(如X.25)进行GTP PDU的传输时，所用的传输协议是TCP协仪。如果不要求一个可靠的数据链路(如IP)，就使用UDP协议来承载GTP PDU。TCP提供流量控制功能和防止GTP PDU丢失或破坏的功能。UDP提供防护GTP PDU受到破坏的功能。
3. IP
这是GPRS骨干网络协议，用以用户数据和控制信令的选路。GPRS骨干网最初是建立在IPv4协议基础上的，随着IPv6的广泛使用，GPRS会最终采用IPv6协议。
4. 子网相关融合协议(SNDCP)
这个传输功能将网络级特性映射到底层网络特性中去。它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定TCP/IP地址和加密方式。在SNDC层，移动台和SGSN之间传送的数据被分割为一个或多个SNDC数据包单元。SNDC数据包单元生成后被放置到LLC帧内。SNDCP在GSM04.65中有说明。
5. 逻辑链路控制(LLC)
LLC是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议，能够提供高可靠的加密逻辑链路。LLC层负责从高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧。另外，LLC可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制。LLC独立于底层无线接口协议，这是为了在引入其他可选择的GPRS无线解决方案时，对网络子系统NSS的改动程度最小。GSM04.64对LLC进行了规范。
6. 中继转发(Relay)
在BSS中，这项功能中继转发Um和Gb接口间的LLC PDU，在SGSNN中，这项功能是转发Gb和Gn接口间的PDP PDU。
7. GPRS基站系统协议(BSSGP)
这个层用来传输在BSS和SGSN之间与选路服务质量有关的信息。BSSGP没有纠错
功能。GSM08.18对BSSGP进行了规范。
8. 网络服务(NS)
这个层传输BSSGP PDU。NS以BSS和SGSN之间的帧中继连接为基础，而且有多跳功能，并能横贯有帧中继交换节点的网络。GSM08.16 对NS进行了规范。
9. 无线链路控制(RLC)/介质访问控制(MAC)
这个层具备两个功能：一是无线链路控制功能，它能提供一条独立于无线解决方案的可靠链路。二是介质访问控制功能，它的主要作用是定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。MAC除了控制着信令传输所用无线信道外，还将LLC帧映射到GSM物理信道中去。GSM04.60对RLC/MAC进行了规范。
10. GSM RF
Um接口的物理层为射频接口部分，而逻辑链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。GSM空中接口的载频带宽为200kHz，一个载频分为8个物理信道。如果8个物理信道都分配为传送GPRS数据，则原始数据速率可达200kbit/s。考虑前向纠错码的开销，最终的数据速率可达164kbit/s左右。
3.2 信令平台
信令平台描述了信令传输的层次结构，由一些用于控制和支持传输平台功能的协议组成。信令平台按其应用可以分为7个种类。
1. MS-SGSN
如图3-2所示。图中的GMM/SM是指GPRS移动性管理和会话管理，支持移动性管理，如GPRS服务连接、GPRS服务断开。安全、路由区更新、定位更新、PDP环境激活、PDP环境去活等。
图3-2 信令平台 MS-SGSN
2. SGSN-HLR
如图3-3所示。图中，MAP表示移动应用部分(MAP, Mobile Application Part)，这个协议支持与HLR的信令交换。
图3-3 信令平台 SGSN-HLR
3. SGSN-MSC/VLR
如图3-4所示。图中BSSAP+表示基站系统应用部分(BSSAP, Base Station System
Application+),它是BSSAP过程的一个子集，支持SGSN与MSC/VLR之间的信令传送。
图3-4 信令平台
SGSN-MSC/VLR
4. SGSN-EIR
如图3-5所示的信令平台表示移动应用部分支持SGSN与EIR间的信令传送。
图3-5 信令平台
SGSN-EIR
5. SGSN-SMS-GMSC或SMS-IWMSC
如图3-6所示的信令平台表示移动应用部分支持SGSN与SMS-GMSC或SMS-IWMSC之间的信令传送。
图3-6 信令平台 SGSN-SMS-GMSC或SMS-IWMSC
6. GSN-GSN
如图3-7所示。图中GTP表示GPRS隧道协议，在GPRS骨干网中，利用GTP隧道传输SGSN与GGSN之间或两个SGSN之间的用户数据和信令信息。用户数据报协议(UDP)用来传输两个GPRS支持节点之间的信令信息。
图3-7 信令平台 SGSN-GSN
7. GGSN-HLR
当任选信令路径时，允许一个GGSN与一个HLR交换信令信息。通常有两种可供选择的信令路径实现方法：
基于MAP的GGSN-HLR信令
如果在GGSN上安装有SS7接口，则在GGSN和HLR之间就可以使用MAP协议。如图3-8所示表示了移动应用协议支持HLR的信令交换。
图3-8 信令平台使用MAP的GGSN-HLR
基于GTP和MAP的GGSN-HLR信令
如果在GGSN上没有安装SS7接口，与GGSN在同一PLMN中的任一具备SS7接口的GSN都能用作一个GTP到MAP协议的转 换器，以便在GPRS骨干网中，在GGSN和有协议转换功能的GSN之间通过隧道传输信令信息。图中的互联(Interworking)功能提供GTP和MAP间的互联，以进行GGSN-HLR间的信令传输。
图3-9 信令平台 应用GTP的SGSN-HLR和MAP
在GPRS网络中执行的逻辑功能中，主要有网络访问控制功能、分组选路和传输功能、移动性管理功能、逻辑链路管理功能、无线资源管理功能和网络管理功能7个功能组，每一个功能组都包含许多相对独立的功能。
4.1 网络访问控制功能
网络访问就是用户连接到电信网中以使用由这个网络所提供的服务或者设施的途径。访问协议是一组己定义了的过程，它能让用户使用到电信网络提供的服务或设施。
访问控制功能的各项主要功能如表4-1所示。
表4-1网络访问控制功能说明
功能 功能说明
注册功能 通过注册公功能，用户的移动ID和用户在PLMN范围内的分组数据协议及其地址联系起来，还与连到外部PDP网的用户访问点联系在一起。这种联系可以是静态的，即存储在一个HLR中，还可以是动态的，即分布于每一个所必需的基站。
身份认证和授权 该功能进行服务请求者的身份认证和识别，并验证服务请求类型以确
保某个用户使用某特定网络服务的权限。
许可证控制功能 许可证控制的目的是为了计算需要那些网络资源以提供所要求的服务质量，并判断这些资源是否可用，然后预定这些资源。许可证控制与无线资源管理功能相辅相成，以估计每一个蜂窝对无线资源的需求程度。
消息筛选 用于滤除未授权或不请自来的消息，这可通过分组过滤功能来实现。
分组终端适配功能 该功能使从终端设备接收或向终端设备发送的数据分组经过适配，以适合于在GPRS网络中传输。
计费数据收集功能 收集有关按用户计费和按流量计费的必要数据。
4.2 分组选路和传输功能
路由是一个有序的节点列表，用于在PLMNN内或PLMN之间传递信息。每一个路由均由源节点、零个或多个中继节点和目的节点所组成。路由选择是指根据一定规则，判断或选择在PLMN之内或之间传输消息所用路由的过程。如表4-2说明了分组选路和传输功能中的主要项目功能说明。
表4-2 分组选路和传输功能
功能 功能说明
中继功能 是指一个节点接收来自第二个节点的信息，然后以一定路由把它转发到第三个节点。
路由选择功能 该功能决定要发送到目的地址的消息应经哪一个网络节点转发，以及决定使用哪一个底层服务来到达GPRS支持节点。且选择传输路径的下一跳GSN之间的数据传输可以通过具备内部选路功能的外部数据网进行。
地址转换和映射功能 地址转换就是将一个地址转换成另一个不同类型的地址，地址翻译可以将一个外部网络协议地址转换成一个内部网络地址，以便在PLMN之间选择路由来发送分组。地址映射用于将一个网络地址映射成同类型的另一个网络地址已进行路由选择，并在PLMN之间或之内中继转发消息。
封包功能 是指将地址和控制信息加入到一个数据单元中，用以在PLMN之间或其内部为分组选择路由。解包是指将分组中地址和控制信息删除，还原出原始数据单元。
隧道传输功能 是指将封包的数据单元在PLMN内部从封包点到解包点的传输。隧道是一个双向的点对点路径。
压缩功能 以传输尽可能小的外部 PDP PDU来优化无线信道容量的利用。
加密功能 对要在无线信道中传输的用户数据和信令加密，并保护PLMN不受入侵。
域名服务器功能 用来把GSN逻辑域名解析成GSN地址。解析PLMN中位于GPRS骨干网的GSN和其他GPRS节点的任何名字。
4.3 移动性管理(MM)功能移动性管理功能用于跟踪在本地PLMN或其他PLMN中MS的当前位置。在GPRS网络中的移动性管 理涉及到新增的网络节点和接口以及参考点，这与GSM网中的有很大的不同。
1. 移动性管理状态的定义
与GPRS用户相关的移动性管理定义了空闲(Idle)、等待(Standby)、就绪(Ready)三种不同的移动性管理状态，每一种状态都描述了一定的功能性级别和分配的信息。这些由MS和SGSN所拥有的信息集合称作移动性管理环境。
空闲状态
在GPRS空闲状态中，用户没有激活GPRS移动性管理。MS和SGSN环境中没有存储与这个用户相关的有效的位置信息或路由信息。因此在这个状态下不能进行与用户有关的移动性管理过程。
在这个状态下，MS完成PLMN选择、GPRS选择和重选择过程。MS除了只能收到PTM-M的信息外，移动用户不能进行PTP数据的接收或发送，也不能进行PTM-G数据的传输，对用户的寻呼等功能也是不可用的。
MS通过执行GPRS激活过程在MS和SGSN中建立MM环境。
等待状态
在等待状态下，用户可进行GPRS移动性管理。在MS和SGSN中的MM环境已经创建了用户的IMSI，此时MS可以接收PTM-M和PTM-G数据，也可以接收对PTP或PTM-G数据传输所进行的寻呼，以及经由SGSN发送的CS寻呼。但在这个状态下，不能进行PTP数据收发和PTM-G数据的发送。
MS执行GPRS路由区(RA)选择、GPRS蜂窝选择和本地重选功能。当MS进入一个新的路由区时MS会执行移动性管理过程来通知SGSN。而在同一路由区中改变蜂窝时就不需通知SGSN。因此，在等待状态下SGSN MM环境中的位置信息仅包含MS的GPRS路由区标识(GPRS RAI)。
在等待状态时，MS启动PDP环境的激活或去活。一个PDP环境将会在数据发送或接收前被激活。
如果PDP环境己被激活，SGSN可在MM等待状态下接收移动终端的PTP或PTM-G分组，并且SGSN会在这个MS所处的路由区中发送一个寻呼请求。当MS响应了这个寻呼，MS中的MM伽状态就会转变到就绪(Ready)状态。在SGSN中，如果它收到了MS对寻呼的回应信息，其MM状态也会转变到就绪状态。同样，当数据或信令从MS处发送时，MS的MM状态会改变到就绪状态。相应地，当SGSN收到MS发来的数据和信令时，其MM状态也会改变到就绪状态。
MS可以运行GPRS断开(Detach)过程进入空闲状态。
就绪状态
在就绪状态下，SGSN MM环境会对在相应的等待状态下的MM环境进行扩充，它扩充了在蜂窝级的用户位置信息。MS执行移动性管理过程向网络提供实际所选择的蜂窝，GPRS的蜂窝选择和重选由MS在本地完成，或可以选择由网络控制来完成。
在就绪状态下，MS可以收发PTP PDU。在此状态下，网络启动对MS的GPRS业务寻呼，但对其他业务的寻呼由SGSN来完成。SGSN传送下行链路数据到当前负责用户蜂窝的BSS。
在就绪状态下，MS能收到PTM-M和PTM-G数据，而且MS还可以激活或去活PDP环境。
不管某一无线资源是否已分配给了用户，即使没有数据传送，MM环境也总保持就绪状态。就绪状态由一个计时器监控，当就绪状态计时器超时时，MM环境就会从就绪状态转移到等待状态。MS可以启动一个GPRS业务断开过程，来实现从就绪状态向空闲状态的转移。
2. 状态转移和功能
一个状态向另一个状态的转移，主要依据的是当前状态(空闲、等待或就绪)和当前所发生的事件(例如接入GPRS业务)，如图4-1描述了下列状态的变化。
图4-1 移动性管理状态模型
从空闲状态转移到就绪状态
MS请求接入GPRS业务，开始建立一个到SGSN的逻辑链路，在MS和SGSN中分别建立了MM环境。
从等待状态转移到空闲状态
等待状态计时器超时，在MS和SGSN中的MM环境和PDP环境均返回到空闲状态即非激活状态。在SGSN中的MM和PDP环境可能被删除，而GGSN PDP环境将一定被删除。
位置取消时，SGSN收到一个来自HLR的MAP位置取消消息，它的MM和PDP环境会被删除。
从等待状态转移到就绪状态
PDU发送时，为了响应一个呼叫，MS会向SGSN发送一个LLC PDU。PDU接收时，SGSN接收来自MS的LLC PDU。
从就绪状态转移到等待状态
就绪状态计时器超时时，MS和SGSN中的MM环境均返回到等待状态。
强制返回等待状态时，在就绪状态计时器超时之前，MS或SGSN可能会发出一个返回到等待状态的信号，然后其MM环境会立即返回到等待状态。
当RLC条件异常是， SGSN的MM环境也会返回到等待状态。
从就绪状态转移到空闲状态
GPRS业务断开(Detach)时，MS请求SGSN中的MM环境返回到空闲状态，以及SGSN中的PDP环境返回到非激活状态。
位置取消时，SGSN收到一个来自HLR的MAP定位取消消息，它的MM和PDP环境会被删除。
对于匿名访问的情况，使用了一个简化了的MM状态模型，它只由空闲状态和就绪状态所组成。MS和网络会单独处理匿名访问移动性管理(AA MM)状态机制，并且它可与基于IMSI的MM状态机制共存。在同一MS和SGSN中，多个AA MML状态机制可以同时共存。
3. 移动性管理(MM)流程
GPRS的MM流程将使用LLC和RLC/MAC协议，经Um接口来传输信息。MM流程将为底层提供信息，使得MM消息在Um接口可靠传输。此外，MM流程将MAP接口用于SGSN和VLR之间(Gr)以及SGSN和EIR之间(Gf)，并且还将BSSAP+接口用于SGSN和
MSC/VLR之间(Gs)。
用户数据一般在MM信令过程期间传输。在业务接入、身份认证和路由区更新过程中，用户数据可能会丢失也因而需要重传。
移动管理流程包括：
业务接入功能
业务断开功能
清除功能
安全功能
位置管理功能
位置管理过程
4.4 逻辑链路管理功能
MS通过无线接口参与与维护某个MS与PLMN之间的通信通道。逻辑链路管理功能包括协调MS与PLMN之间的链路状态信息，同时监管这个逻辑链路上的数据传输活动性。逻辑链路管理功能如表4-3所示。
表4-3 逻辑链路管理功能
功能 逻辑链路管理功能
逻辑链路建立功能 当MS接入GPRS服务时，逻辑链路就建立起来了
逻辑链路维护功能 监控逻辑链路的状态，并控制链路状态的改变
逻辑链路释放功能 用于释放逻辑链路建立时所占用的资源
4.5 无线资源管理功能
无线资源管理功能参与无线通信路径的分配和维护。GSM无线资源能被电路模式(语音和数据)服务和GPRS服务之间所共享。无线资源管理功能说明如表4-4所示。详细信息请参考GSM03.64。
表4-4 无线资源管理功能
功能 功能说明
Um管理功能 用来管理在每一蜂窝中所用的物理信道组，并决定分配给GPRS所使用的无线资源的数量。
蜂窝选择功能 该功能使得用户在同PLMN建立通信路径时能选择最佳的蜂窝。
Um-tranx功能 提供通过在MS和BSS之间的无线接口，进行分组数据传输的性能，包括以下几个方面：
● 提供无线信道上的介质访问控制
● 提供在普通物理无线信道中的分组多路传送功能
● 提供MS内的分组识别
● 提供错误诊断和纠正功能
● 提供流量控制功能
路径管理功能 用于管理BSS与SGSN节点之间的分组数据通信路径。可根据数据流
量动态建立和释放这些路径，又可根据每一蜂窝中的最大期望载荷静态地建立和释放这些路径。
4.6 网络管理功能
网络管理功能提供相应的机制，支持与GPRS相关的O＆M功能。
5.1 GPRS的无线接口Um
无线接口Um是移动台(MS)与基站(BTS)之间的连接接口，GPRS中接口标准遵循GSM系统的标准。
与GSM系统相同，在GPRS系统的空中接口中，一个TDMA帧分为8个时隙，每个时陈发送的信息称为一个"突发脉冲 串"(Burst)，每个TDMA帧的一个时隙构成一个物理信道。物理信道被定义成不同的逻辑信道。与GSM系统不同，在GPRS系统中，一个物理信道既可以定义为一个逻辑信道，也可以定义为一个逻辑信道的一部分，即一个逻辑信道可以由一个或几个物理信道构成。
MS与BTS之间需要传送大量的用户数据和控制信令，不同种类的信息由不同的逻辑信道传送，逻辑信道映射到物理信道上。
1. 分组数据链路逻辑信道
(1) 分组公共控制信道(PCCCH,Packet Common Control Channel)
它包括如下一组传输公共控制信令的逻辑信道。
分组随机接入信道(PRACH, Packet Randem Access Channel)：
只存在与上行链路，MS用来发起上行传输数据和信令信息。分组接入突发和扩展分组接入突发使用该信道。
分组寻呼信道(PPCH, Packet Paging Channe1)：
只存在于下行链路。在下行数据传输之前用于寻呼MS。可以用来寻呼电路交换业务。
分组接入许可信道(PAGCH，Packet Access Grant Channel)：
只存在于下行链路。在发送分组之前，网络在分组传输建立阶段向MS发送资源分配信息。
分组通知信道(PNCH,Packet Notification Channel)：
只存在于下行链路。当发送点到多点-组播(PTM-M)分组之前，网络使用该信道向MS发送通知信息。
(2) 分组广播控制信道(PBCCH, Packet Broadcast Control Channel)
只存在于下行链路。广播分组数据特有的系统信息。
(3) 分组业务信道(PTCH, Pachet Traffic Channe1 )
分组数据业务信道(PDTCH，Pachet Data Traffic Channe1：
用于传输分组数据。在PTM-M方式，该信道在某个时间只能属于一个MS或者一组MS。在多时隙操作方式时，一个MS可以使用多个PDTCH并行地传输单个分组。所有的数据分组信道都是单向的，对于移动发起的传输就是上行链路(PDTCH/U)，对于移动终止分组传输就是下行链路(PDTCH/D)。
分组相关控制信道(PACCH, Packet Associate Control Channel)：
它携带与特定MS有关的信令信息。这些信令信息包括确认、功率控制等内容。它还携带资源分配和重分配消息，包括分配的PDTCH的容量和将要分配的PACCH的容量。当PACCH与PDTCH共享时，就是共享时已经分配给MS的资源。另外，当一个MS正在进行分组传输时，可以使用PACCH进行电路交换业务的传输。
总之，GPRS系统定义了为分组数据而优化的逻辑信道，如表5-1所示。
表5-1 GPRS逻辑信道
组别 名称 方向 功能
PCCCH PRACH 上行 随机接入
PPCH 下行 寻呼
PAGCH 下行 允许接入
PNCH 下行 多播
PBCCH PBCCH 下行 广播
PTCH PDTCH 下行和上行 数据
PACCH 下行和上行 随路控制
2. 无线接口Um
GPRS的无线接口Um可以用图5-1 GPRS MS-网络参考模型来描述。MS与网络之间的通信涉及了物理射频(RF)、物理链路、无线链路控制/媒体接入控制(RLC/MAC)、逻辑链路控制和子网依赖的汇聚层几个层次。
图5-1 GPRS MS-网络参考模型
物理层分为物理RF层和物理链路层两个子层。物理RF层执行物理波形的调制和解调功能，把物理链路层收到的比特序列调制成波形，或把接收的波形解调成物理链路层所需要的比特序列。物理链路层提供在MS和网络之间的物理信道上进行信息传输的服务。这些功能包括数据单元成帧、数据编码、检测和纠正物理介质上传输错误。物理链路层使用物理RF层提供的服务。
数据链路层包括RLC和MAC两个子层。RLC/MAC层提供通过GPRS无线接口传输信息的服务。这些功能包括后向纠错过程。MAC层提供多个MS接入共享媒体的方法。
RLC/MAC层使用物理链路层提供的服务，并向上层(LLC)提供服务。
(1) 物理射频(RF)层
物理RF层由GSM05系列标准定义，包括如下的内容：载波频率的特点和GSM信道结构；发送波形的调制方式和GSM信道的数据速； 发射机和接收机的特性及其要求。
(2) 物理链路层
物理链路层运行在物理RF层的上面，在MS和网络之间提供物理链路。其目标是通过GSM的无线接口传输信息，包括RLC/MAC层的信息。物理链路层支持多个MS共享一个
物理信道。
物理链路层的控制功能提供维持通信能力所需要的服务。在GPRS中不使用网络控制的越区切换，而是由MS执行小区的重新选择。
层功能
a. 物理链路层职责
前向纠错编码、检测和纠正发送的码字并提供错误码字的指示、块交织、在TDMA帧的连续四个突发上进行正交交织和提供检测物理链路层拥塞的过程。
b. 物理链路层的控制功能
同步过程包括决定和调整MS定时提前的方法；
无线链路信号质量的监视和评估过程；
小区选择和重选的过程；
发射机的功率控制过程；
电池功率管理过程，例如非连续接收(DRX)过程。
无线块结构
传输不同的数据和控制信息有不同的无线块结构，块结构包含MAC层头部、RLC数据块或RLC/MAC层控制块，一般情况下包括4个正常的突发，如图5-2所示。
图5-2 无线块结构
MAC层的头部包含控制域，8比特的固定长度，上行和下行不同。
RLC头部包含上行和下行方向不同的控制域，RLC是可变长度的。RLC数据域包含一个或多个LLC PDU数据字(8比特)。块校验序列(BCS)用于错误检测。
RLC/MAC控制信息域包含一个RLC/MAC控制信息。
信道编码
分组数据信道定义了4种分组数据编码方案，CS-1到CS-4。编码块结构如图5-3和图5-4所示。除了PRACH、PTACH/U, 其它所有的分组控制信道一般使用CS-1。对于PRACH的接入突发，指定了两种编码方案。MS都必须提供所有的编码方案，而网络端只需提供CS-1。
图5-3 CS-1、CS-2、CS-3的块结构
图5-4 CS-4的块结构
a. PDTCH的信道编码
对于携带RLC的无线块，定义了4种编码方案。
编码过程的第一步是附加块校验序列(BCS)。
对于CS-1、CS-2和CS-3，第二步包括：上行链路状态标志(USF)预编码(除CS-1)，附加4比特的尾码，半速率卷积码，之后进行截短以便提供希望的编码速率。
对于CS4，不对纠错码进行编码。
表5-2 不同编码方案的编码参数
方案 码率 SF 预编码USF 无线块 BCS 尾码 编码后比特 截短比特 数据速率kbit/s
CS-1 1/2 3 3 181 40 4 456 0 9.05
CS-2 2/3 3 6 268 16 4 588 132 13.4
CS-3 3/4 3 6 312 16 4 676 220 15.6
CS-4 2 3 12 428 16 - 456 - 21.4
b. PACCH、PBCCH、PAGCH、PPCH、PNCH和PTCCH信道编码
它们使用CS-1的编码方案。
c. PARCH信道编码
PARCH可以使用两种突发：8比特信息的接入突发或11比特信息的扩展接入突发。MS支持两种突发。
对于8比特的突发，信道编码方案使用与GSM05.03中定义的随机接入信道的编码方案相同。
11比特的突发编码方案使用8比特编码的截短码方案。
时间提前
时间提前过程用于导出正确的时间提前值，以便MS在上行链路传输无线块。它包括两个部分：初始时间提前估计和连续时间提前更新。
初始时间提前估计是根据携带分组信道请求的单个接入突发作出。分组上行链路分配或分组下行链路分配之后携带这些估计的时间值到MS。MS使用该值在上行链路上进行传输直到连续时间提前更新过程提供一个新值。
连续提前更新在分组传输模式MS使用连续时间提前更新过程。连续时间提前更新过程由分配给MS的PTCCH携带。在上行(下行)分组传输，在分组上行(下行)链路分配信息中，分配给MS时间提前指示和PTCCH。
(3) 媒体介入控制和无线链路控制层(MAC/RLC)
MAC层的功能定义了多个MS共享传输媒体的过程，共享媒体由几个物理信道组成。其提供了对多个MS的竞争仲裁过程、冲突避免、检测和恢复方法。MAC层功能还允许单个的MS并行地使用几个物理信道。
RLC功能定义了选择性重传未成功发送的RLC数据块的过程。RLC/MAC功能提供了非确认和确认两种操作模式。
层功能
GPRS的MAC层功能主要负责：
提供在上行和下行链路高效的数据和信令的复用功能，复用的控制留给网络端。在下行链路，复用根据调度机制来控制；在上行链路，复用通过分配媒体到单个用户来控制。
对于移动发起的信道接入，进行竞争裁决，包括冲突的检测和恢复。
对于移动终止的信道接入，包括分组接入的排队。
优先级处理。
操作模式
一般地，在GPRS中，多个MS和网络共享媒体资源，即PDCH。GPRS无线接口由非对称的和独立的上行和下行链路组成。下行链路是从网络到多个MS 的传输，不需要竞争裁决。上行链路是在多个MS之间共享的媒体之间进行，需要竞争裁决过程。
PLMN分配无线资源和MS使用这些资源能分割成两个部分：PLMN按对称的方式对GPRS分配无线资源(上行和下行)。对点到点、点到多点组播和组呼呼叫服务使用上行和行链路的无线资源是独立的，也允许上行和下行相关的分配方式，以便支持少数MS在两个方向上同时传输数据。一个MS也可分配几个PDTCH。
媒体接入模式
支持三种媒体接入模式：动态分配、扩展动态分配和固定分配。其中，支持GPRS的所有网络都支持动态媒体接入模式和固定接入模式，扩展动态媒体接入模式是可选的。
MS应该支持动态媒体接入模式和固定媒体接入模式。
移动端发起的分组传输
a. 移动端发起的分组传输包括：
上行链路接入
MS通过在取PRACH或RACH上发送分组信道的请求发起分组的传输过程。网络分别在PRACCH或AGCH信道上进行响应。如图5-5 示出了上行链路接入图。
图5-5 上行链路接入图
动态/扩展动态分配
上行链路的分组传输过程。分组上行链路分配信息包括PDCH列表和每个PDCH的相应的USF值，分配一个唯一的TFI值，并用在之后的临时块流的RLC数据和控制块中。MS在分配的PDCH上监视USF，并在其上传输无线块。
固定分配
固定分配使用分组上行链路分配通知MS详细的分组上行链路资源分配。固定分配包括开始帧、时隙分配和块分配的比特映像(每个时隙的块的分配)。
竞争解析
竞争的解析是RLC/MAC层的一个重要的部分，特别是因为一个信道分配可以用于传送一些数据帧。在动态信道分配和固定信道分配方案中都使用竞争解析。
b. 移动端终止的分组传输包括
分组寻呼
网络端启动的分组传输是在等待状态时在下行PPCH或PCH信道上发送一个分组寻呼请求信息。MS通过启动一个分组响应过程来响应分组寻呼请求。RLC/MAC分组寻呼响应信息包含TLLI，同样，完整的LLC帧也包含TLLI信息。在分组寻呼响应后，MS的移动性管理状态进入准备好状态。如图5-6 示出了下行链路分组传输的寻呼信道的信息序列。
图5-6 下行链路分组传输的寻呼信道的信息序列
下行链路的分组传输
网络在准备好状态下使用分组下行链路分配信息启动向MS的传输。当小区中已经分配PCCCH时，分组下行链路分配在PAGCH传输；在没有PCCCH时，在AGCH上发送分配信息。
资源的释放
资源的释放由网络端完成，网络终止下行链路的传输，并轮询MS，要求最后的分组进行下行链路的确认和非确认。
上行和下行链路同时进行分组传输
在进行上行链路的临时流块的传输时，MS监视下行链路的PDCH，查看在PACCH中是否含有分组下行链路的分配信息。
当MS在接收下行链路的临时块信息时想要进行上行链路的传输，只要在确认信道上发送一个指示信息就可以。这样做时不需要向网络发送专门的分组信道的请求。
(4) 子网相关融合协议(SNDCP)
在MS和SGSN中SNDCP位于网络层之下，逻辑链路控制层之上。它支持多种网络层，这些网络层分组数据协议共享同一个SNDCP，由此，来自不同数据源的多元数据都能通过LLC层。
SNDC实现了下列功能：
将接收自网络层的SNDC原语映射到要传递到LLC层的LLC原语，反之亦然。
采用多路技术，将来自一个或多个NSAPI的N-PDUs复用到一个LLC SAPI上。
对冗余控制信息和用户数据的压缩。
分段和重组。
5.2 Gb接口
Gb接口把BSS同SGSN连接起来，以进行信令信息和用户数据的交换，Gb接口能使多用户复用同一物理资源。资源在用户活动时(当数据发送或接收时)分配给用户，而在活动结束时会马上被收回并重新分配。这与A接口相反，在A接口，单个用户在一个呼叫的整个生命周期中独占一套专用物理资源，不管是否在活动。
GPRS信令和用户数据在同一个传输平台上发送，不要求为信令分配专用的物理资源。每用户的接入速率可以无限制的改变，从零数据到最大可能的链路速率(例如，El干线可用的比特率为1984kbit/s)。
1. 物理层协议
在GSM 08.14中定义的多个物理层配置和协议在此都是可用的，物理资源应该通过O＆M过程进行配置。
2. 链路层协议
Gb接口链路层协议是基于帧中继的，在GSM 08.16中有定义。在SGSN和BSS之间建立帧中继虚电路，来自许多用户的LLC PDU复用这个虚电路。这个虚电路可能是多跳的，并横贯一个由帧中继交换节点组成的网络。帧中继将用于信令和数据传输。
3. BSS GPRS协议(BSSGP)
BSSGP的主要功能是提供与无线相关的数据、QoS和选路信息，以满足在BSS和SGSN之间传输用户数据时的需要。在BSS中，它用作LLC帧和RLC/MAC块之间的接口；在SGSN中，它形成一个在源于RLC/MAC的信息和LLC帧之间的接口。在SGSN和BSS
之间的BSSGP协议具有一一对应关系，如果一个SGSN处理多个BSS，这个SGSN对于每一个BSS都必须有一个BSSGP协议机制。
BSSGP主要具有以下功能：
在SGSN和BSS之间提供一个无连接的链路；
在SGSN和BSS之间非确认的传输数据；
在SGSN和BSS之间提供了数据流量双向控制工具；
处理从SGSN到BSS的寻呼请求；
支持在BSS上的旧信息的刷新；
支持在SGSN和BSS之间的多层链路。
5.3 Abis接口
当GPRS MAC层和RLC层的功能置于远离BTS的位置上时，信道编码器单元(CCU)和远端GPRS分组控制单元(PCU)之间的信息按320bit(20ms)的固定长度的帧发送。如图5-7说明了远端分组控制单元PCU的位置。
不管PCU是置于BSC端(图5-7B)还是置于GSN端(图5-7C)，Abis接口都是一样的。在B中，PCU作为到BSC的连接单元，在C中，BSC对16kbit/s信道来说是透明的。在结构B和C中，PCU被认为是远端PCU。
远端PCU看作是BSC的一部分，BSC和PCU之间的信令传输通过使用BSC内部信令执行。当应用Abis接口时，CCU和PCU功能之间的带内信令传输要求使用PCU帧。
图5-7 远端分组控制单元(PCU)的位置
PCU负责实现下列GPRS MAC和RLC层的功能：
把LLC层PDU分块成RLC块，用以下行链路传输；
把RLC块重组成LLC层PDU，用以上行链路传输；
PDCH时序安排功能，用以上行链路和下行链路的数据传输；
PDCH上行链路ARQ功能，包括RLC块ACK/NAK；
PDCH下行链路ARQ功能，包括对RLC块的缓冲和重组；
信道访问控制功能，例如访问请求和授权；
无线信道管理功能，例如功率控制、拥塞控制、广播控制消息等。
信道编码器单元(CCU)的功能包括：
信道编码功能，包括FEC和插入；
无线信道测度功能，包括接收质量水平、接收信号水平以及与时间提前测度相关的信息。
BSS负责无线资源的分配和回收，在PCU和CCU之间每隔20毫秒发送一个PCU帧。
6.1 计费管理
分组交换服务的计费原理与电路交换服务的计费原理是不同的，分组交换服务是基于流量计费而电路交换服务是基于时间计费，因此，GPRS的计费管理有别于GSM的计费管理。GPRS引入新的计费网关CG和计费中心BC，结合SGSN和GGSN组件，构成一个计费系统。如图6-1所示。
图6-1 GPRS的计费系统
GPRS的基本计费单元称为CDR(Call Detail Record),一个CDR含有一个PDP通话(一个PDP上下文)期间收集的计费数据的参数。若通话持续时间超过指定的时间或者流量计数器已计满，则产生计费信息的部分输出(部分CDR)。一个部分CDR收集的计费参数短于一个PDP通话周期期间的计费参数。
GPRS计费是基于流量(IP负荷 ，SMS数量)以及通话时长。每个PDP占用一定的计费时长。这一计费时长是随着话务周期、Qos、PDP去活以及O&M参数(如PDP上下文超时、PDP上下文CDR门限值等)的不同而改变的。
SGSN和GGSN使用计费识别符收集计费数据CDR，收集到的CDR形成计费数据文件，计费数据文件又组合成计费记录输出CRO(Chzrge Record Output)，CRO通过计费网关CG以FTP协议传送到外部计费中心，计费中心得到CRO后，进行一系列的存储、处理，完成计费过程。
6.2 计费信息
由于在GPRS网络中引入了两个新增节点SGSN和GGSN，因此GPRS网络中的计费信息是由给该MS提供服务的SGSN和GGSN从每一个MS中搜集。有关无线网络使用的计费信息由SGSN收集，而有关外部数据网络的使用的计费信息由GGSN收集，这两个GSN都收集有关GPRS网络资源使用的计费信息。点对点计费信息是为GPRS用户搜集的。
SGSN应收集下列计费信息：
无线接口的使用：计费信息应描述按照QoS和用户协议分类的在MO和MT方向传输的数据量；
分组数据协议地址的使用：计费信息应描述MS使用了分组数据协议地址的时间长短；
GPRS一般资源的使用：计费信息应描述其他GPRS相关资源的使用和MS的GPRS网络
活动(如移动性管理)；
MS的定位：本地公共陆地移动网络(HPLMN)、拜访地公共陆地移动网络(VPLMN)以及可选的更高精确度的定位信息。
GGSN应收集下列计费信息：
目的端和源端：计费信息应能以GPRS运营商定义的精确程度来描述目的端和源地址；
外部数据网络的使用：计费信息应能描述流入和流出自外部数据网络的数据量；
分组数据协议地址的使用：计费信息应能描述MS使用PDP地址的时间长短；
MS的定位：HPLMN、VPLMN以及可选的更高精确度的定位信息。
6.3 计费网关
计费网关简化了计费系统中对GPRS计费的处理，从而保障了在移动网中方便引入GPRS业务。在移动网中引入0PRS，对于运营商来说，市场时机通常是最重要的，但最重要的是在管理和计费系统上作好工作，这样才不会导致引入时的延误，抓住市场时机。
以上说明了GPRS的计费信息必须从新增的SGSN和GGSN节点中搜集，这两种节点使用了与AXE MSC不同的接口，所搜集的信息生成新的呼叫数据记录(CDR)类型。根据来源的不同，CDR可分为以下类型：
S-CDR：与对无线网络的使用有关，从SGSN中得到；
G-CDR：与对外部数据网络的使用有关，从GGSN中得到；
M-CDR：与移动性管理活动有关，从SGSN中得到；
与在GPRS中使用短消息业务相关的CDR类型。
在GPRS标准规范中，计费网关的功能性(CGF)既可以作为单独的中心网络单元来实现，也可以分布于各个GSN中。GPRS计费网关(BGw)增强了GSM系统中计费系统的功能，提供了在GPRS标准中规范的所有高级功能。
7.1 GPRS无线网络结构
一个GPRS蜂窝网络由以下主要区域组成。
GPRS服务区(SA)
公共陆地移动网(PLMN)
SGSN服务区
SGSN路由区(RA)
位置更新区(LA)
BSC控制区
基站小区
图7-1所示了GPRS系统的蜂窝无线网络结构。
图7-1 GPRS无线网络结构
1. GPRS服务区(SA)
SA是MS能获得GPRS服务的地理区域，也就是在一个GPRS网络内MS能够发送和接收数据的区域。它可以由一个或多个PLMN组成。
公共陆地移动网(PLMN)是由一个网络运营商提供的GPRS服务区域，一个PLMN可以由一个或多个SGSN路由区域组成。
2. SGSN服务区
SGSN服务区是一个SGSN提供的网络服务区域，也就是终端的登记区域。一个SGSN服务区可以由一个或多个SGSN路由区组成。一个SGSN服务区可以包含一个或多个BSC控制区。
一个SGSN服务区并不需要与一个MSC/VLR服务区相同。
3. SGSN路由区(RA)
RA是位置更新区的一个子集，在SGSN 路由区，MS移动时不需要更新SGSN。一个SGSN能够控制处理多个路由区。路由区的路由范围可以从一个城市的一部分到整个省份，甚至一个小国家。一个RA可以由一个或多个小区组成。
4. 位置更新区(LA)
LA是MS移动时不需要更新VLR的区域，一个LA可以包含一个或多个基站小区(Cell)。
LA不同于VLR区域，也不同于MSC区域。
5. BSC控制区
BSC控制区是一个BSC控制的一个或多个小区组成无线覆盖区域，BSC控制区的边
界与LA区域的区界不需要一致。
6. 基站小区
基站小区是GPRS服务区中最小的地理单元，也是一个移动蜂窝网络的基本单元，它由一个BTS覆盖。有两种类型的基站小区：全向小区和方向小区。
7.2 GPRS系统的组网
由于GPRS的组件(SGSN、GGSN、PCU等)与原GSM组件之间的连接具有较大的灵活性，使得GPRS系统的组网也具有较大的灵活性。
SGSN可与多个MSC连接，一个SGSN服务区可包含多个MSC/VLR服务区；
SGSN和GGSN可以分开配置，也可以合一配置。分开配置时，一个GGSN可以与多个SGSN连接；合一配置时，SGSN与GGSN之间的通信协议可进行较大的简化和改进，提高系统的处理效率；
PCU作为独立设备时，可以与多个MSC连接，它可以和其中一个BSC放置在一起。
GPRS的组网结构如图7-2所示。
图7-2
GPRS的组网
GGSN可以配置Gc接口，也可以不配置Gc接口。不配置Gc接口时，通过SGSN连接HLR/GR。
在物理接口上，Gb接口提供E1接口，SGSN和BSC的连接采用点到点方式连接，或连接FR网；Gn/Gp/Gi接口采用PPP over SDH、PPP over E1、FR over E1、ATM、LAN等多种接口。
7.3 GPRS无线组网
GPRS无线组网有以下原则：
充分利用现有GSM系统的设备资源，保护GSM的投资；
与GSM共用频率资源；
利用现有的基站实现无线覆盖，不单独增加GPRS基站。
另外无线组网需要对BTS、BSC、MSC/VLR、HLR等组件进行软件升级，并需增加PUC组件。
7.4 GPRS骨干网组网
GPRS骨干网将成为未来业务和网络的通用平台，GPRS组网的关键就是建设好GPRS骨干网，且GPRS骨干网的建设对于平滑过渡到3G具有重大意义。
对GPRS骨干网组网有以下建议：
1. 全国移动GPRS骨干网可以分阶段建设
(1) 首先组建省内GPRS骨干网或中心城市组建市GPRS骨干网。
(2) 省内GPRS骨干网实现互通，有条件的省间GPRS骨干网实现互通。
(3) 全国移动全网支持GPRS并实现互通。
(4) 和国外GPRS骨干网的组网。
2. 省移动GPRS骨干网的组网
(1) 在主要城市组建本地的GPRS骨干网。
(2) 中心城市的GPRS网络之间通过DDN或光纤连接。
(3) 小城市的GSN结点通过DDN直接连接中心城市的GPRS骨干网。
GPRS的骨干网的联网也非常灵活，其传输层可采用ATM、FR、LAN、DDN和ISDN等。GPRS的内部和外部骨干网如图7-所示。
图7-2 GPRS内部骨干网和外部骨干网
由于GPRS系统是在原有的GSM网络的基础上建立起来，因此GPRS的系统规划和GSM网络有着密切的关系。GPRS的容量与GSM网络的容量之间是互相制约的，前者的容量增大将会影响到后者话音信道的容量，GPRS系统的传输速率取决于现有GSM的网络结构、同频干扰情况。此外，由于GPRS系统采用分组交换技术取代电路交换技术，增加了SGSN和 GGSN等网络结点，使得在GPRS系统规划时除了要考虑GSM网络规划外，还要考虑GPRS独有的因素：
SGSN和GGSN的合理设置
IP地址规划
无线网络规划
分组数据用户容量的测算
对GSM网络话音的影响等。
8.1 GPRS系统容量的规划
GPRS系统是通过有效利用GSM网络中暂时没占用的话音信道来实现分组数据的传输。方式有两种：
第一种利用专用的PDCH，这些PDCH仅用于GPRS，不再承载GSM话音信号，对GSM的容量减少有着直接的影响；
第二种是动态的PDCH，只在有需要时临时分配空闲的话音时隙用于GPRS的数据传输。如图8-1所示了两种不同的情
况 。
图8-1 话音与分组数据占用信道的情况
(a) 专用PDCH； (b) 动态PDCH
P－PDCCH；T－TCH；B－BCCH
GPRS系统的容量，与数据用户类型、时延、速率、系统带宽有关。
在分组数据业务中，用户使用并不是时时刻刻在占用信道。例如因特网浏览，用户点击一个站点，因特网以一定的速率下载数据至用户浏览器，下载完毕后用户可以看到完整的页面并需要花一定的阅读，在此段时间内，本地与因特网之间几乎不存在其他的数据交换，共享信道将分配给另外用户使用。而对于占系统的总带宽可以取平均带宽，设用户下载数据时间为t1,下载速率为v,用户阅读时间为t2,则平均带宽为：
vA = (v x t1)/(t1+t2)
表8-1所示了各种应用的用户数据模型，表中的等效带宽是按照上式公式计算出来的。
表8-1 各种应用的用户数据模型
项目 速率(kb/s) 使用次数/忙时 使用时长(s) 等效带宽(kb/s)
浏览 33.6 1 600 5.6
Email 14.4 1 120 0.5
FTP 56 1 600 9.3
移动大户室 1 10 60 0.2
POS 1 10 30 0.1
在一个实际的系统中，各种应用的用户所占的比率是不一样的，表8-2所示了各种应用的用户所占的比率。
表8-2 各种应用的用户所占的比率
类型 百分比
浏览 30%
Email 60%
FTP 6%
其他 5%
用以上用户模型可以计算出总的等效速率带宽为：
5.6 x 0.3 + 0.5 x 0.6 ＋ 9.3 x 0.05 + 0.2 x 0.05 = 2.455kb/s
再根据系统总带宽数据率，粗略估算出系统能支持的用户。
8.2 SGSN的规划
在GPRS系统规划中，可根据组网结构和SGSN的性能指标，来确定SGSN的数量。
SGSN通过PCU单元与BSC相连，根据SGSN与BSS相连的不同情况，可以将SGSN组网划分为以下三种结构，三种结构均假设采用点对点连接。
第一种结构如图8-2所示。在同一MSC内的所有BSS连到同一个SGSN，不同的MSC的BSC连到各自独立的SGSN。这种结构较清晰，管理方便，对SGSN的容量要求较低，但投资成本较高。
图8-2 SGSN组网的第
一种结构
第二种结构如图8-3所示。与同一个SGSN连接的BSC可以归属于不同的MSC。这种结构比较适合大城市，因为这些地方的MSC配置较多，要求SGSN的容量较大；若容量较小，只能用于GPRS业务需求较少但又要实现业务覆盖的地区。
图8-3 SGSN组网的第二种结构
第三种结构如图8-4所示。是在同一个MSC内设置多个SGSN。这种情况适用于GPRS业务需求量很大的地区，为满足分组用户的需求，甚至可能单个BSC连到独立的一个SGSN节点上。
图8-4 SGSN组网的第三种结构
在GPRS建网初期，为节省投资及降低网络节点的风险，对于数据业务较少的地区，可以采用第二种方式，即只在BSS系统中增加PCU单元并提供传输电路，连到一个公共的SGSN即可为用户提供服务。待用户数业务量增加后，再进行扩容，扩容方式就是减少接入一个SGSN的BSC数量，并增加SGSN的数量。
在网络建设过程中，如果SGSN数量不多，建议BSC和SGSN之间采用点到点的方式连接，等到SGSN增加到一定数量后采用帧中继方式连接，使系统的可靠性和效率更高，组网更加灵活。
对于不同PLMN网之间，如果SGSN需要连接，则需增加BG边界网关来实现，两个
BG之间采用Gp接口。
典型的SGSN的性能指标：
Nokia系统：
● 数据处理能力48Mb/s，容量步进12Mb/s；
● 用户容量120,000，容量步进30,000；
● 96条SS7信令处理能力；
● 1024×64kb/s帧中继连接；
● 240Mbit GTP缓存；
● 240Mbit BSSGP缓存。
Erisson系统：
● SGSN25：同时连接最大用户数2.5万，流量24Mb/s；
● SGSN100：同时连接最大用户数为10万，流量为120Mb/s。
8.3 GGSN的规划
GGSN是GPRS系统中增加的另一类节点，它提供与SGSN的接口、与外部PDN/外部PLMN的接口、路由选择与转发、流量管理、移动性管理和接入服务器等功能。从外部IP网来看，GGSN是一个拥有GPRS网络所有用户的IP地址信息的主机，并提供到达正确SGSN的路由和协议转换的功能。
GGSN根据所连接的网络不同分为两种情况：一种是与另一个PLMN网连接，一种是与PDN连接。两种方式所采用的接口均为Gi接口。在建网初期主要是与PDN连接，并且也可以把SGSN合设成为混合的GSN节点。
GGSN连接方式如图8-5所示。
图8-5 非透明接入
典型的GGSN性能：
Nokia系统：
● 提供80Mb/s的数据处理能力；
● 50,000条PDP分组记录。
Erisson系统：
● GGSN25：同时连接最大用户数为2.5万，流量为24Mb/s。
● GGSN100：同时连接最大用户数为10万，流量为120Mb/s。
8.4 PCU的规划
GPRS在无线子系统中，新增了PCU单元(Packet Control Unit)。该单元主要功能是在BSC与SGSN两个节点之间提供基于帧中继的Gb接口，速率为2Mb/s。
PCU在GPRS中的配置方式主要有两种，如图8-6所示。
图8-6 PCU的配置方式
(a) PCU放在BSC一侧；(b) PCU放在GSN一侧
第一种配置 把PCU放在BSC一侧，物理上和BSC共址，PCU与BSC之间的传输很容易实现。对BSC容量较大的系统来说较合适；而对于BSC容量较小的系统，由于BSC数量相对较多，这种配置将因网元过多而导致成本升高。
第二种配置 把PCU放置在GSN一侧，物理上和GSN同址。可以实现多个BSC共用同一个PCU，但是各BSC到PCU之间的传输费用增加，只适用于BSC容量较小的系统，而且PCU要求有较大的容量和处理能力。
典型的PCU处理能力：
Nokia系统：
一个PCU板可连接64个小区、共256个时隙信道；带宽为2Mb/s。
8.5 IP地址的规划
在GPRS骨干网中，在网络层使用IP协议，每个SGSN和GGSN都有一个内部IP地址，用于骨干网内的通信。每一个GPRS终端在与外部数据网连接时，如IP网，则需要相应的IP地址，因此，IP地址是GPRS网络的重要资源，用于网络设备和用户的标识，良好的地址规划对于网络的发展和维护是非常重要的。
GPRS网络的IP地址可分为两种情况：内部GPRS骨干网的地址和与Internet相连所需要的地址。
第一种用于SGSN、GGSN、BG、DNS、DHCP、CG、网管设备、所用的所有路由器设备以及WAP网关等设备，可以采用RFCl597文件中规定的保留地址。
保留地址分为三段：
10.0.0.0 ---10.255.255.255(1个A类地址);
172.16.0.0 --- 172.31.255.255 (16个相连的B类地址);
192.168.0.0 --- 192.168.255.255(256个相连的C类地址)。
第二类地址为公用IP地址。这些地址是为了和Internet互联所需的地址。若运营商把GPRS网络只作为承载网络与Internet相连，则公用IP由IAP提供；若运营商同时作为ISP
提供服务，则需要向CNNICC申请公用的IP地址。
一般地址分配原则如下：
a. 所分配的地址尽量一次满足需要，使地址尽量连续以减少路由表的规模。
b. 地址需要统一管理，按需分配并确保有效利用。分配地址数量按应用系统IP地址的利用率初期达到25％、一年内达到50％以上的原则分配。
c. 网络设备(路由器和GGSN)必须支持无类别域间路由技术(CIDR,Class Inter Domain
Routing)和可变子网掩码(VLSM, Variable Length Subnet Mask)技术，对网络主机数少于127的一般采用子网地址进行分配，并根据应用系统实际的主机数量确定子网掩码。
8.6 GPRS网络建设时需考虑的问题
由于GPRS系统采用的是分组交换，传输的内容主要是数据，而现有GSM网络采用电路交换技术，
传输是以话音为主，因此GPRS网络建设时应考虑以下一些问题。
1. 跳频问题
GSM系统中使用跳频技术来减少频率干扰和衰落，从而在保证一定的通信质量的前提下，可以使用更紧凑的频率复用，增加系统容量。跳频方式一般有基带跳频和射频跳频，跳频对系统带来一定的增益(跳频增益)。一般情况跳频增益在3dB左右。换而言之，由于存在跳频增益，系统的载干比(C/I)要求相对要降低。如原有系统要求载干比为12dB，采用跳频后，C/I要求可降为9dB。采用跳频的系统可以按C/I＞9dB来设计(对于TCH来说)。
但对于GPRS系统，由于和话音相比，其交织深度小，冗余比特较少，特别是CS3和CS4两种编码方式，跳频增益不如电路型业务，甚至会出现负的增益，因此在GPRS系统建网初期可根据电路型业务和分组业务的重叠状况来决定是否采用跳领技术。在信道配置上，可把GPRS信道优先设置在BCCH的TRX上，业务量增大后可放置在不参与跳频的TRX上，因为BCCH一般不参与跳频，分配给BCCH的频率一般能保证一定的数量，能获得较好的C/I。对于采用多层频率复用MRP技术的网络，业务量大时可考虑把GPRS赐信道设置在频率复用较为宽松的频点上。
2. 数据对话音的影响
在GSM网络中，若系统仅传插话音，系统会采取一些新技术，如不连续发射等，尽量让系统的总体信号电乎降低，从而使系统干扰下降。
但是，对于GPRS系统来说，原来的"空闲"信道不再空闲，而且因为在这些信道中传输的是数据，不像话音有
激活与静音之分。信道会时时刻刻被占用，这样的结果就会导致干扰比纯话音业务时大，从而相应影响了原来纯话音业务的网络质量和容量。
3. 用户速率和QoS控制
GPRS系统共有四种编码方式，不同的编码方式有不同的速率，同时对系统也有不同的载干比要求。因此，由于各种编码方式对无线环境要求不同，对于每个用户数据速率将会在动态的调整之中，用户的感觉会表现在速率与时延上。速率下降，时延就会增长，就是说分组业务系统中常用QoS来表现系统的质量。
4. 移动IP话音
GPRS是在GSM的基础上，引入了无线分组接入，实现多个用户共享同一无线信道，提高了无线资源利用率，并可随时接入和发送分组数据，实现"永远在线"；在网络侧，建立相对分开的分组交换网络，通过隧道技术(GTP)对数据分组进行封装，直接与Intertnet相连，可提供高达171.2kb/s的数据服务。GPRS在一定程度上实现了移动1P业务，但此时的话音业务和数据业务是分开交换的。
由于GPRS系统能提供中、高速分组数据传输能力，利用GPRS网络实现移动话音IP化(即移动IP电话)是可行的。GPRS系统采用动态信道分配方式，只有传送分组数据时(说话时)才占用信道，不传送分组数据时(不说话
时)则释放信道给其他用户。这样，移动话音IP化后，无线信道利用率比电路交换型电话的信道利用率大大提高，整个移动电话网的容量也将大大提高，能有效地解决无线资源日趋紧张的状况。
当然，实现移动话音IP化后，如何保证移动IP电话的话音质量是首先需要解决的问题。高话音质量所依赖的三点要素是：带宽、延时和抖动。
在GPRS网络的空中接口上，分配给用户的带宽是可变的，当GPRS与GSM共存一网时，如何有效协调GSM与GPRS的带宽是一个重要的问题。GPRS的带宽有保证时，话音分组在空中接口的延时和延时抖动都可以减少。另外，在GPRS上实现移动话音IP化，对GSM网络会造成什么样的影响，还需要进一步试验。
如图9-1所示了Nokia(诺基亚) GPRS系统核心部分的解决方案。
图9-1 Nokia GPRS核心部分解决方案
1. 主要部件
a. Nokia GGSN
基于Inter技术(Pentium II 450MHz);
Inter NX440LX主板---最好的性能/价格比；
易于维护---网络接口板和电源单元热更换；
软件基于FreeBSD;
支持OSPF、RIPv2.0和BGP4.0路由协议；
软件上使用外部冗余协议。
b. Nokia DX200 SGSN
采用Pentium II处理器和兼容PCI总线技术；
可靠的平台：分布式处理、模块化结构、容错度(2N,N+1);
操作方便：好的在线操作性、O&M功能的OSI协议模式、用户界面友好的MML接口(ITU-T);
灵活的配置，模块化扩展：分组交换容量、用户容量、接口容量;
c. PCU
PC安装于BSC中，每个BSC可满装9个PCU(8+1冗余)；
一个PCU支持64个小区；
一个PCU支持256个无线信道。
2. Nokia GPRS版本1的功能
a. 提供GPRS点到点IP服务(IPv4)；
--- 每个用户能同时激活2个PDP上下文；
--- 支持动态和静态IP地址。
b. 短消息通过SGSN与GMSC之间的Gd接口在GPRS上传送；
c. 支持漫游；
d. 提供SGSN与MSC/VLR之间的Gs接口；
e. 小区重选由MS执行；
f. 计费基于：
--- 数据传输量(上行和下行)；
--- MS的位置(小区、路由区域、位置区域)；
--- 外部网络的接入点。
g. QoS功能---提供最好的效果；
h. 支持企业接入方案；
--- 多接入点；
--- RADIUS/DHCP服务器接入。
i. 支持CS-1和CS-2两种编码方案，支持最多8个平等时隙。
3. 资源共享
a. BCCH与GPRS
--- 现有的BCCH修改为含有用于GPRS的新参数；
* 引入GPRS后不会减少小区话务量；
* 信令容量由GPRS和电路交换共享。
b. GPRS MS之间
--- 多个MS可以共享一个时隙；
--- MS排队最大值：上行7个，下行9个；
--- USF(上行状态标志)用于标识那个MS转向发送状态；
--- 时隙选择以获得最大吞吐量为原则；
--- 每个MS获得信道容量的1/n, n为队列中MS的数量。
4. 网络配置
Nokia GPRS系统网络配置灵活，可以随着用户和话务的增长方便地扩大网络配置。如图9-2所示了Nokia建议的一个网络扩容例子。
图9-2 Nokia GPRS网络演变示例
2024年1月8日发(作者：锺离冬萱)
1．概述
GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称。GPRS是GSM
Phase2.1规范实现的内容之一，能提供比现有GSM网9.6kbit/s更高的数据率。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。
构成GPRS系统的方法是：
(1) 在GSM系统中引入3个主要组件
GPRS服务支持结点(SGSN, Serving GPRS Supporting Node)
GPRS网关支持结点(GGSN, Gateway GPRS Support Node)
分组控制单元(PCU)
(2) 对GSM的相关部件进行软件升级
GPRS系统原理如图1.1所示图。
图1.1 GPRS系统原理图
ETSI指定了GSM900、1800和1900三个工作频段用于GSM，其中GSM900频段还有G1(E-GSM)频段和P频段。相应地，GPRS也工作于这三个频段，包括GSM900的G1频段和P频段，当然，GPRS可以限制每个小区只工作于P频段。如表1.1所示了GSM和GPRS的工作频段。
表1.1 GSM和GPRS的工作频段
900MHz频段 G1频段上行频率(原E－GSM) 880 --- 890MHz
P频段上行频率 890 --- 915MHz
G1频段下行频率(原E－GSM) 925 --- 935MHz
P频段下行频率 935 --- 960MHz
双工间隔 45MHz
载频间隔 200kHz
1800MHz频段 上行频率 1710 ---1785MHz
下行频率 1805 ---1880MHz
双工间隔 95MHz
载频间隔 200kHz
1900MHz频段 上行频率 1850 ---1910MHz
下行频率 1930 ---1990MHz
双工间隔 80MHz
载频间隔 200kHz
现有的GSM移动台(MS)，不能直接在GPRS中使用，需要按GPRS标准进行改造(包括硬件和软件)才可以用于GPRS系统。GPRS定义了3类MS：
A类可同时工作于GPRS和GSM；
B类可在GPRS和GSM之间自动切换工作；
C类可在GPRS和GSM之间人工切换工作。
GPRS被认为是2G向3G演进的重要一步，不仅被GSM支持，同时也被北美的IS-136支持。
1.2 GPRS的主要特点
GPRS采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，优化了对网络资源和无线资源的利用。
定义了新的GPRS无线信道，且分配方式十分灵活：每个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上链路和向下链路的分配是独立的。
支持中、高速率数据传输，可提供9.05 ---171.2kbit/s的数据传输速率(每用户)。GPRS采用了与GSM不同的信道编码方案，定义了CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四种编码方案。
GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。
GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以和IP网、X.25网互联互通。支持特定的点到点和点到多点服务，以实现一些特殊应用如远程信息处理。GPRS也允许短消息业务(SMS)经GPRS无线信道传输。
GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。它支持四种不同的QoS级别。GPRS能在0.5 ---1秒之内恢复数据的重新传输。GPRS的计费一般以数据传输量为依据。
在GSM PLMN中，GPRS引入两个新的网络节点：一个是GPRS服务支持节点(SGSN)，它和MSC在同一等级水平，并跟踪单个MS的存储单元，实现安全功能和接入控制。节点SGSN通过帧中继连接到基站系统。另一个是GPRS网关支持节点GGSN，GGSN支持与外部分组交换网的互通，并经由基于IP的GPRS骨干网和SGSN连通。
GPRS的安全功能同现有的GSM安全功能一样。身份认证和加密功能由SGSN来执行。其中的密码设置程序的算法、密钥和标准与目前GSM中的一样，不过GPRS使用的密码算法是专为分组数据传输所优化过的。GPRS移动设备(ME)可通过SIM访问GPRS业务，不管这个SIM是否具备GPRS功能。
蜂窝选择可由一个MS自动进行，或者基站系统指示MS选择某一特定的蜂窝。MS在重选择另一个蜂窝或蜂窝组(即一个路由区)时会通知网络。
为了访问GPRS业务，MS会首先执行GPRS接入过程，以将它的存在告知网络。在MS和SGSN之间建立一个逻辑链路，使得MS可进行如下操作：接收基于GPRS的的SMS服务、经由SGSN的寻呼、GPRS数据到来通知。
为了收发GPRS数据，MS会激活它所想用的分组数据地址。这个操作使MS可被相应的GGGSN所识别，从而能开始与外部数据网络的互通。
用户数据在MS和外部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术：数据包用特定的GPRS协议信息打包并在MS和GGSN之间传输。这种透明的传输方法缩减了GPRS PLMN对外部数据协议解释的需求，而且易于在将来引入新的互通协议。用户数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据传输高效且可靠。
GPRS可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级(QoS)的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。
GPRS的核心网络层采用IP技术，底层款可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的IP网无缝连接。
1.3 GPRS的业务
GPRS是一组新的GSM承载业务，是以分组模式在PLMN和与外部网络互通的内部网上传输。在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS网络管理可以提供(或支持)一系列的交互式电信业务。
1. 承载业务
支持在用户与网络接入点之间的数据传输的性能。提供点对点业务、点对多点业务两种承载业务。
a. 点对点业务(PTP)
点对点业务在两个用户之间提供一个或多个分组的传输。由业务请求者启动，被接收者接收。包括两种点到点业务：
b. 点对多点业务(PTM)
点对多点业务是将单一信息传送到多个用户。GPRS PTM业务能够提供一个用户将数据发送给具有单一业务需求的多个用户的能力。包括有三种PTM业务：
点对多点广播(PTM-M)业务---是将信息发送给当前位于某一地区的所有用户的业务。
点对多点群呼(PTM-G)业务---是将信息发送给当前位于某一区域的特定用户子群的业务。
IP多点传播(IP-M)业务---是定义为IP协议序列一部分的业务。
2. 用户终端业务
GPRS支持电信业务，提供完全的通信业务能力，包括终端设备能力。用户终端业务可以分为基于PTP的用户终端业务和基于PTM的用户终端业务。如表1-1所示。
表1-1 GPRS用户终端业务分类
基于PTP的用户终端业务 会话
报文传送
检索
遥信
基于PTM的用户终端业务 分配
调度
会议
预定发送
地区选路
3. 附加业务
GSM第2阶段附加业务支持所有的GPRS基本业务PTP-CONS、PTP-CLNS、IP-M和PTM-G的CFU(无条件呼叫转送)。GSM第2阶段附加业务不适用于PTM-M。如表1-2
所示。
表1-2 GPRS附加业务的应用
简称 名称
CLIP 主叫线路识别表示
CLIR 主叫线路识别限制
CoLP 连接线路识别表示
CoLR 连接线路识别限制
CFU 无条件呼叫转移
CFB 移动用户遇忙呼叫转移
CFNRy 无应答呼叫转移
CFNRc 无法到达的移动用户呼叫转移
CW 呼叫等待
HOLD 呼叫保持
MPTY 多用户业务
CUG 封闭式的用户群
AoCI 资费信息通知
BAOC 禁止所有呼叫
BOIC 禁止国际呼出
BAIC 禁止所有呼入
1.4 GPRS业务的具体应用
GPRS业务主要有以下应用。
(1) 信息业务
传送给移动电话用户的信息内容广泛，如股票价格、体育新闻、天气预报、航班信息、新闻标题、娱乐、交通信息等等。
(2) 交谈
人们更加喜欢直接进行交谈，而不是通过枯燥的数据进行交流。目前因特网聊天组是因特网上非常流行的应用。有共同兴趣和爱好的人们已经开始使用非话音移动业务进行交谈和讨论。由于GPRS与因特网的协同作用，GPRS将允许移动用户完全参与到现有的因特网聊天组中，而不需要建立属于移动用户自己的讨论组。因此，GPRS在这方面具有很大的优势。
(3) 网页浏览
移动用户使用电路交换数据进行网页浏览无法获得持久的应用。由于电路交换传输速率比较低，因此数据从因特网服务器到浏览器需要很长的一段时间。因此GPRS更适合于因特网浏览。
(4) 文件共享及协同性工作
移动数据使文件共享和远程协同性工作变得更加便利。这就可以使在不同地方工作的人们可以同时使用相同的文件工作。
(5) 分派工作
非话音移动业务能够用来给外出的员工分派新的任务并与他们保持联系。同时业务工程
师或销售人员还可以利用它使总部及时了解用户需求的完成情况。
(6) 企业E-mail
在一些企业中，往往由于工作的缘故需要大量员工离开自己的办公桌，因此通过扩展员工办公室里的PC上的企业E-mail系统使员工与办公室保持联系就非常重要。GPRS能力的扩展，可使移动终端接转PC机上的E-mail，扩大企业E-mail应用范围。
(7) 因特网E-mail
因特网E-mail可以转变成为一种信息不能存储的网关业务，或能够存储信息的信箱业务。在网关管业务的情况下，无线mail平台将信息从SMTP转化成SMS，然后发送到SMS中心。
(8) 交通工具定位
该应用综合了无线定位系统，该系统告诉人们所处的位置，并且利用短消息业务转告其他人其所处的位置。任何一个具有GPS接收器的人都可以接收他们的卫星定位信息以确定他们的位置。且对被盗车辆进行跟踪等功能。
(9) 静态图像
例如照片、图片、明信片、贺卡和演讲稿等静态图像能在移动网络上发送和接收。使用GPRS可以将图像从与一个GPRS无线设备相连接的数字相机直接传送到因特网站点或其他接收设备，并且可以实时打印。
(10) 远程局域网接入
当员工离开办公桌外出工作时，他们需要与自己办公室的局域网保持连接。远程局域网包括所有应用的接入。
(11) 文件传送
文件传送业务包括从移动网络下载量比较大的数据的所有形式。
1.5 GPRS的优势及存在问题
1. GPRS的技术优势
资源利用率高
GPRS引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。按电路交换模式来说，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道。而对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了"得到多少、支付多少"的原则。实际上，GPRS用户的连接时间可能长达数小时，却只需支付相对低廉的连接费用。
传输速率高
GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率（最高值为171.2kbit/s，不包括FEC）。这意味着通过便携式电脑，GPRS用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。
接入时间短
分组交换接入时间缩短为少于1秒，能提供快速即时的连接，可大幅度提高一些事务（如信用卡核对、远程监控等）的效率，并可使已有的Internet应用（如E-mail、网页浏览等）操作更加便捷、流畅。
支持IP协议和X.25协议
GPRS支持因特网上应用最广泛的IP协议和X.25协议。而且由于GSM网络覆盖面广，使
得GPRS能提供Internet和其它分组网络的全球性无线接入。
2. 存在的问题
GPRS会发生包丢失现象
由于分组交换连接比电路交换连接要差一些，因此，使用GPRS会发生一些包丢失现象。而且，由于话音和GPRS业务无法同时使用相同的网络资源，因此，用于专门提供GPRS使用的时隙数量越多，能够提供给话音通信的网络资源就越少。对用户来说其容量有限GPRS确实对网络现有的小区容量产生影响，对于不同的用途而言只有有限的无线资源可供使用。例如，话音和GPRS呼叫都使用相同的网络资源，这势必会相互产生一些干扰。其对业务影响的程度主要取决于时隙的数量。当然，GPRS可以对信道采取动态管理，并且能够通过在GPRS信道上发送短信息来减少高峰时的信令信道数。
实际速率比理论值低
GPRS数据传输速率要达到理论上的最大值172.2kbps，就必须只有一个用户占用所有的8个时隙，并且没有任何防错保护。运营商将所有的8个时隙都给一个用户使用显然是不太可能的。另外，最初的GPRS终端预计可能仅支持1个、2个或3个时隙，一个GPRS用户的带宽因此将会受到严重的限制，所以，理论上的GPRS最大速率将会受到网络和终端现实条件的制约。
终端不支持无线终止功能
目前还没有任何一家主要手机制造厂家宣称其GPRS终端支持无线终止接收来电的功能，这将是对GPRS市场是否可以成功地从其他非语音服务市场抢夺用户的核心问题。
启用GPRS服务时，用户将根据服务内容的流量支付费用，GPRS终端会装载WAP浏览器。但是，未经授权的内容也会发送给终端用户，更糟糕的是用户要为这些垃圾内容付费。
调制方式不是最优
GPRS采用基于GMSK（Gaussian Minimum-Shift Keying）的调制技术，相比之下，
EDGE基于一种新的调制方法8PSK（eight-phase-shift keying），它允许无线接口支持更高的速率。8PSK也用于UMTS。网络营运商如果想过渡到第三代，必须在某一阶段改用新的调制方式。
存在转接时延
GPRS分组通过不同的方向发送数据，最终达到相同的目的地，那么数据在通过无线链路传输的过程中就可能发生一个或几个分组丢失或出错的情况。
1.6 GPRS标准和业务的发展
1. ETSI的标准制订工作
欧洲最早是在1993年就提出了在GSM网上开通GPRS业务，1997年GPRS的标准化工作取得重大进展，10月份ETSI发布了GSM02.60 GPRS Phase1业务描述。1999年底完成GPRS Phase2的工作。GPRS的标准分3个阶段，这3个阶段分别制订了18个新的标准并对几十个现有标准进行修订，以实现GPRS。表1-3列出了这3个阶段。
表1-3 GPRS的标准的3个阶段
阶段1 阶段2 阶段3
02.60业务描述 03.60 系统描述和网络结构
04.60 RLC/MAC协议
03.64 无线接口描述 04.61 PTM-M业务
03.61 点对多点-广播业务 04.62 PTM-G业务
03.62 点对多点-群呼 04.64 LLC04.65SNDCP
07.60 用户互通
08.14 Gb层1
08.16 Gb层网络业务
08.18 BSSGP、Gb接口
09.16 Gb层2
09.18 Gb层3
09.60 Gn&Gp接口
09.61 外部网路互通
按照ETSI的设想，GPRS应首先实现：
PTP业务
PTP TCP/IP的用户互通
从MS至GGSN的X.28协议，GGSN至外部PDN的X.25协议
Gn、Gb、Gr、Gp、Gs、Gi接口
对PTP和漫游的安全保障
计费
运营者决定的呼叫闭锁和呼叫终止，运营者呼叫过滤
为PTM无线接口作准备工作
匿名接入
通过GPRS支持SMS-MO和-MT
2. 我国GPRS标准化工作的进展概况
我国从1996年开始跟踪研究GPRS的相关标准。着重组织开展了一系列GPRS相关标准研究工作。于2000年4月，已经完成了"900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网GPRS隧道协议(GTP)规范"，由信息产业部电信传输所提出了"GPRS业务研究"的前期的预研成果。从1998年开始，我国运营者开始酝酿在国内兴建GPRS的试验网络工作，标准化的工作就显得极为迫切了。在2000年内和2001年上半年，已颁布以下900/1800MHz
TDMA蜂窝移动通信网通用分组无线业务相关的系列标准。
接口规范
基站子系统与SGSN接口规范
无线接口规范
设备规范
交换子系统设备规范
基站子系统设备规范
移动台的技术要求
测试规范
隧道协议(GTP)规范
基站子系统与SGSN间接口测试规范
交换子系统设备测试规范
基站子系统设备测试规范
移动台的测试规范
由于GPRS的相关标准的研究工作在ETSI SMG以及3GPP等组织中仍然处于不断的更改和制订过程中，在我国标准研究和设备开发工作中都存在着不断调整和解决不同版本之间兼容性的问题。
3. GPRS的发展动向
GPRS是GSM向3G迈进的一个重要步骤，根据ETSI对GPRS发展的建议，GPRS从试验到投入商用后，分为两个发展阶段，第一阶段可以向用户提供电子邮件、因特网浏览等数据业务；第二阶段是EDGE的GPRS，简称E-GPRS。
从移动通信市场的走势来看，国外移动通信运营商已开始涉及多媒体服务的领域，使用户可以用手机在股票市场上进行交易，办理银行转账业务等。目前全世界已有近百个运营商开通了GPRS商用系统、试商用系统或实验系统。较为著名的有英国的BTCellNET、德国的T-Mobile等地的运营商。
2000年12月21日，中国移动通信集团公司在京宣布：正式启动称为"移动梦网" 的GPRS网络建设。2001年6月，中国移动GPRS一期工程已完成，2001年10月正式投入商用。
2.1 GPRS网络总体结构
GPRS网络是在现有GSM网络中增加 GGSN和SGSN 来实现的，使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。其系统结构如图2-1所示。
图2-1 GPRS系统结构
图中，笔记本电脑通过串行或无线方式连接到GPRS蜂窝电话上；GPRS蜂窝电话与GSM基站通信，但与电路交换式数据呼叫不同，GPRS分组是从基站发送到GPRS服务支持节点(SGSN)，而不是通过移动交换中心(MSC)连接到语音网络上。SGSN与GPRS网关支持节点(GGSN)进行通信；GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如因特网或X.25网络。
来自因特网标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。
SGSN是GSM网络结构中的一个节点，它与MSC处于网络体系的同一层。SGSN通过帧中继与BTS相连，是GSM网络结构与移动台之间的接口。SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。
GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网连接到SGSN， 是连接GSM网络和外部分组交换网(如因特网和局域网)的网关。GGSN主要是起网关作用，也有将GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。
SGSN和GGSN利用GPRS隧道协议(GTP)对IP或X.25分组进行封装，实现二者之间的数据传输。
图2－2给出了GPRS网络结构的接入与参考点的简图。
图2-2 GPRS总体结构及接入接口和参考点
GGSN到外部分组网络是通过Gi参考点连通的，而其他GPRS网络是通过Gp接口连通的。另外，从MS端到GPRS网络有两个接入点，Um接口用于无线通信接入而R参考点用于信息的产生或接收。移动终端MT(例如手机)通过Um接口接入GPRS PLMN，R则是MT和TE(如笔记本电脑)之间的参考点。这里的MS由TE和MT两部分组成，它们通过R参考点组成一个整体，另外，MS也可单独由一个移动终端(MT)组成。
对于一个支持GPRS 的公共陆地移动网络(PLMN)，当它运行GPRS业务时可能涉及到任何其他网络，这时就产生了网络互通的需求。GPRS网络通过Gi参考点和Gp接口实现同其他网络的互通。
对于具有GPRS业务功能的移动终端，它本身具有GSM和GPRS业务运营商提供的地址，这样，分组公共数据网的终端利用数据网识别码即可向GPRS终端直接发送数据。另外GPRS支持与基于IP的网络互通，当在TCP连接中使用数据报时，GPRS提供TCP/IP报头的压缩功能。
由于GPRS是GSM系统中提供分组业务的一种方式，所以它能广泛应用于IP域。其移动终端通过GSM网络提供的寻址方案和运营商的具体网间互通协议实现全球网间通信。
2.2 GPRS逻辑体系结构
从逻辑上来说，GPRS通过在GSM网络结构中增添SGSN和GGSN两个新的网络节点来实现。由于增加了这两个网络节点，需要命名新的接口。图2-3说明了GPRS逻辑体系结构。表2-1给出了GPRS体系结构中的接口及参考点。
图2-3 GPRS逻辑体系结构一览
表29-5-5 GPRS体系结构中的接口及参考点
接口或参考点 说明
R 非ISDN终端与移动终端之间的参考点
Gb SGSN与BSS之间的接口
Gc GGSN与HLR之间的接口
Gd SMS-GMSC之间的接口，SMS-IWMSC与SGSN之间的接口
Gi GPRS与外部分组数据之间的参考点
Gn 同一GSM网络中两个GSN之间的接口
Gp 不同GSM网络中两个GSN之间的接口
Gr SGSN与HLR之间的接口
Gs SGSN与MSC/VLR之间的接口
Gf SGSN与EIR之间的接口
Um MS与GPRS固定网部分之间的无线接口
除了这些接口和参考点之外，GPRS还新增加了分组控制单元(PCU, Packet Control
Unit)和Gb接口单元(GBIU, Gb Interface Unit)。
其中PCU使BSS提供数据功能、控制无线接口、使多个用户使用相同的无线资源。GBIU提供从BSS到SGSN的标准接口。可以和PCU合并在同一个物理实体中。
由于GPRS在GSM网络中引入了两个GPRS支持节点和新的接口及单元， 会对GSM网络设备产生以下的影响。
HLR现有软件需更新，以支持Gc、Gr接口；
MSC现有软件需更新，以支持Gs接口；
在BSC中引入PCU，并且软件需要升级；
BTS配合BCF进行相应的软件升级。
2.3 GPRS网络主要实体
GPRS网络主要实体包括GPRS支持节点、GPRS骨干网、本地位置寄存器HLR、短消息业务网关移动交换中心(SMS-GMSC)和短消息业务互通移动交换中心
(SMS-IWMSC)、移动台、移动交换中心(MSC)/拜访位置寄存器(VLR)、分组数据网络(PDN)等。
1. GPRS支持节点(GSN)
GPRS的支持节点GSN是GPRS网络中最重要的网络节点，包含了支持GPRS所需的功能。GSN具有移动路由管理功能，可以连接各种类型的数据网络，并可以连到GPRS寄存器。GSN可以完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。GSN是一种类似于路由器的独立设备，也与GSM中的MSC集成在一起。在一个GSM网络中允许存在多个GSN。GSN有两种类型：SGSN和GGSN。
SGSN是为移动终端(MS)提供业务的节点(即Gb接口由SGSN支持)。在激活GPRS业务时，SGSN建立起一个移动性管理环境，包含关于这个移动终端(MS)的移动性和安全性方面的信息。SGSN的主要作用就是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和SGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。
GGSN通过配置一个PDP地址被分组数据网接入。它存储属于这个节点的GPRS业务用户的路由信息，并根据该信息将PDU利用隧道技术发送到MS的当前的业务接入点，即SGSN。GGSN可以经Gc接口从HLR查询该移动用户当前的地址信息。GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN和LAN等。另外，GGSN也又被称作GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。
SGSN与GGSN的功能既可以由一个物理节点全部实现，也可以在不同的物理节点上分别实现。它们都应有IP路由功能，并能与IP路由器相连。当SGSN与GGSN位于不同的PLMN时，通过Gp接口互联。SGSN可以通过任意Gs接口向MSC/VLR发送定位信息，并可以经Gs接口接收来自MSC/VLR的寻呼请求。
2. GPRS骨干网
GPRS中有内部PLMN骨干网和外部PLMN骨干网两种。
内部门PLMN骨干网是指位于同一个PLMN上的并与多个GSN互联的IP网。外部PLMN骨干网是指位于不同的PLMN上的并与GSN和内部PLMN骨干网互联的IP网，如图2-4所示。
图2-4 内部PLMN骨干网和外部PLMN骨干网
每一个内部PLMN骨干网都是一个IP专网，且仅用于传送GPRS数据和GPRS信令。IP专网是采用一定访问控制机制以达到所需安全级别的IP网。两个内部PIMN骨干网是使用边界网关(BG，Border Gateways)和一个外部PLMN骨干网并经Gp接口相连的，外部PLMN骨干网的选择取决于包含有BG安全功能的漫游协定，BG不在GPRS的规范之列。外部PLMN可以是一个分组数据网。
在同一个PLMN骨干网内，骨干网是图2-5中虚线方框内的部分。在GPRS骨干网内部，各GSN实体之间通过Gn接口相连，它们之间的信令和数据传输都是在同一传输平台中进行的，所利用的传输平台可以在ATM、以太网、DDN、ISDN、帧中继等现有传输网中选择。
图2-5 GPRS网络骨干网的组成
3. 本地位置寄存器(HLR)
在HLR中有GPRS用户数据和路由信息。从SGSN经Gn接口或GGSN经Gc接口均都可访问HLR，对于漫游的MS来说，HLR可能位于另一个不同的PLMN中，而不是当前的PLMN中。
4. 消息业务网关移动交换中心（SMS-GMSC）和短消息业务互通移动交换中心（SMS－IWMSC）
SMS-GMSC和SMS-IWMSC经Gd接口连接到SGSN上，这样就能让GPRS MS通过GPRS无线信道收发短消息(SM)。
5. GPRS移动台
GPRS MS能以三个运行模式中的一个进行操作，其操作模式的选定由MS所申请的服务所决定：即仅有GPRS服务，同时具有GPRS和其他GSM服务，或依据MS的实际性能同时运行GPRS和其他GSM服务。
A类(Class-A)操作模式：MS申请有GPRS和其他GSM服务，而且MS能同时运行GPRS和其他GSM服务。
B类(Class-B)操作模式：一个MS可同时监测GPRS和其他GSM业务的控制信道，但同一时刻只能运行一种业务。
C类(Class-C)操作模式：MS只能应用于GPRS服务。
6. 移动交换中心(MSC)和拜访位置寄存器(VLR)
在需要GPRS网络与其他GSM业务进行配合时选用Gs接口，如利用GPRS网络实现电路交换业务的寻呼，GPRS网络与GSM网络联合进行位置更新，以及GPRS网络的SGSN节点接收MSC/VLR发来的寻呼请求等。同时MSC/VLR存储MS(此 MS同时接入GPRS业务和GSM电路业务)的IMSI以及MS相连接的SGSN号码。
7. 分组数据网络(PDN)
PDN提供分组数据业务的外部网络。移动终端通过GPRS接入不同的PDN时，采用不同的分组数据协议地址。
3.1 传输平台
传输平台由一个分层协议结构组成，如图3-1所示。其用于用户信息传输以及与此相关的信息传输中的过程控制(例如：流量控制、检错、纠错和错误恢复等)。传输平台通过底层无线接口和网络子系统(NSS)平台连接，这种独立性是通过保留Gb接口来实现的。
图3-1 传输平台
其中：
1. GPRS隧道协议(GTP)
GPRS骨干网中GSN间的用户数据和信令利用GTP进行隧道传输。所有的点对点PDP协议数据单元(PDU)将由GTP协议进行封装。GTP是GPRS骨干网中GSN节点之间的互联协议，它是为Gn接口和 Gp接口定义的协议。在GSM09.60中对GTP作了规范。
2. TCP
在GPRS骨干网中需要一个可靠的数据链路(如X.25)进行GTP PDU的传输时，所用的传输协议是TCP协仪。如果不要求一个可靠的数据链路(如IP)，就使用UDP协议来承载GTP PDU。TCP提供流量控制功能和防止GTP PDU丢失或破坏的功能。UDP提供防护GTP PDU受到破坏的功能。
3. IP
这是GPRS骨干网络协议，用以用户数据和控制信令的选路。GPRS骨干网最初是建立在IPv4协议基础上的，随着IPv6的广泛使用，GPRS会最终采用IPv6协议。
4. 子网相关融合协议(SNDCP)
这个传输功能将网络级特性映射到底层网络特性中去。它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定TCP/IP地址和加密方式。在SNDC层，移动台和SGSN之间传送的数据被分割为一个或多个SNDC数据包单元。SNDC数据包单元生成后被放置到LLC帧内。SNDCP在GSM04.65中有说明。
5. 逻辑链路控制(LLC)
LLC是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议，能够提供高可靠的加密逻辑链路。LLC层负责从高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧。另外，LLC可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制。LLC独立于底层无线接口协议，这是为了在引入其他可选择的GPRS无线解决方案时，对网络子系统NSS的改动程度最小。GSM04.64对LLC进行了规范。
6. 中继转发(Relay)
在BSS中，这项功能中继转发Um和Gb接口间的LLC PDU，在SGSNN中，这项功能是转发Gb和Gn接口间的PDP PDU。
7. GPRS基站系统协议(BSSGP)
这个层用来传输在BSS和SGSN之间与选路服务质量有关的信息。BSSGP没有纠错
功能。GSM08.18对BSSGP进行了规范。
8. 网络服务(NS)
这个层传输BSSGP PDU。NS以BSS和SGSN之间的帧中继连接为基础，而且有多跳功能，并能横贯有帧中继交换节点的网络。GSM08.16 对NS进行了规范。
9. 无线链路控制(RLC)/介质访问控制(MAC)
这个层具备两个功能：一是无线链路控制功能，它能提供一条独立于无线解决方案的可靠链路。二是介质访问控制功能，它的主要作用是定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。MAC除了控制着信令传输所用无线信道外，还将LLC帧映射到GSM物理信道中去。GSM04.60对RLC/MAC进行了规范。
10. GSM RF
Um接口的物理层为射频接口部分，而逻辑链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。GSM空中接口的载频带宽为200kHz，一个载频分为8个物理信道。如果8个物理信道都分配为传送GPRS数据，则原始数据速率可达200kbit/s。考虑前向纠错码的开销，最终的数据速率可达164kbit/s左右。
3.2 信令平台
信令平台描述了信令传输的层次结构，由一些用于控制和支持传输平台功能的协议组成。信令平台按其应用可以分为7个种类。
1. MS-SGSN
如图3-2所示。图中的GMM/SM是指GPRS移动性管理和会话管理，支持移动性管理，如GPRS服务连接、GPRS服务断开。安全、路由区更新、定位更新、PDP环境激活、PDP环境去活等。
图3-2 信令平台 MS-SGSN
2. SGSN-HLR
如图3-3所示。图中，MAP表示移动应用部分(MAP, Mobile Application Part)，这个协议支持与HLR的信令交换。
图3-3 信令平台 SGSN-HLR
3. SGSN-MSC/VLR
如图3-4所示。图中BSSAP+表示基站系统应用部分(BSSAP, Base Station System
Application+),它是BSSAP过程的一个子集，支持SGSN与MSC/VLR之间的信令传送。
图3-4 信令平台
SGSN-MSC/VLR
4. SGSN-EIR
如图3-5所示的信令平台表示移动应用部分支持SGSN与EIR间的信令传送。
图3-5 信令平台
SGSN-EIR
5. SGSN-SMS-GMSC或SMS-IWMSC
如图3-6所示的信令平台表示移动应用部分支持SGSN与SMS-GMSC或SMS-IWMSC之间的信令传送。
图3-6 信令平台 SGSN-SMS-GMSC或SMS-IWMSC
6. GSN-GSN
如图3-7所示。图中GTP表示GPRS隧道协议，在GPRS骨干网中，利用GTP隧道传输SGSN与GGSN之间或两个SGSN之间的用户数据和信令信息。用户数据报协议(UDP)用来传输两个GPRS支持节点之间的信令信息。
图3-7 信令平台 SGSN-GSN
7. GGSN-HLR
当任选信令路径时，允许一个GGSN与一个HLR交换信令信息。通常有两种可供选择的信令路径实现方法：
基于MAP的GGSN-HLR信令
如果在GGSN上安装有SS7接口，则在GGSN和HLR之间就可以使用MAP协议。如图3-8所示表示了移动应用协议支持HLR的信令交换。
图3-8 信令平台使用MAP的GGSN-HLR
基于GTP和MAP的GGSN-HLR信令
如果在GGSN上没有安装SS7接口，与GGSN在同一PLMN中的任一具备SS7接口的GSN都能用作一个GTP到MAP协议的转 换器，以便在GPRS骨干网中，在GGSN和有协议转换功能的GSN之间通过隧道传输信令信息。图中的互联(Interworking)功能提供GTP和MAP间的互联，以进行GGSN-HLR间的信令传输。
图3-9 信令平台 应用GTP的SGSN-HLR和MAP
在GPRS网络中执行的逻辑功能中，主要有网络访问控制功能、分组选路和传输功能、移动性管理功能、逻辑链路管理功能、无线资源管理功能和网络管理功能7个功能组，每一个功能组都包含许多相对独立的功能。
4.1 网络访问控制功能
网络访问就是用户连接到电信网中以使用由这个网络所提供的服务或者设施的途径。访问协议是一组己定义了的过程，它能让用户使用到电信网络提供的服务或设施。
访问控制功能的各项主要功能如表4-1所示。
表4-1网络访问控制功能说明
功能 功能说明
注册功能 通过注册公功能，用户的移动ID和用户在PLMN范围内的分组数据协议及其地址联系起来，还与连到外部PDP网的用户访问点联系在一起。这种联系可以是静态的，即存储在一个HLR中，还可以是动态的，即分布于每一个所必需的基站。
身份认证和授权 该功能进行服务请求者的身份认证和识别，并验证服务请求类型以确
保某个用户使用某特定网络服务的权限。
许可证控制功能 许可证控制的目的是为了计算需要那些网络资源以提供所要求的服务质量，并判断这些资源是否可用，然后预定这些资源。许可证控制与无线资源管理功能相辅相成，以估计每一个蜂窝对无线资源的需求程度。
消息筛选 用于滤除未授权或不请自来的消息，这可通过分组过滤功能来实现。
分组终端适配功能 该功能使从终端设备接收或向终端设备发送的数据分组经过适配，以适合于在GPRS网络中传输。
计费数据收集功能 收集有关按用户计费和按流量计费的必要数据。
4.2 分组选路和传输功能
路由是一个有序的节点列表，用于在PLMNN内或PLMN之间传递信息。每一个路由均由源节点、零个或多个中继节点和目的节点所组成。路由选择是指根据一定规则，判断或选择在PLMN之内或之间传输消息所用路由的过程。如表4-2说明了分组选路和传输功能中的主要项目功能说明。
表4-2 分组选路和传输功能
功能 功能说明
中继功能 是指一个节点接收来自第二个节点的信息，然后以一定路由把它转发到第三个节点。
路由选择功能 该功能决定要发送到目的地址的消息应经哪一个网络节点转发，以及决定使用哪一个底层服务来到达GPRS支持节点。且选择传输路径的下一跳GSN之间的数据传输可以通过具备内部选路功能的外部数据网进行。
地址转换和映射功能 地址转换就是将一个地址转换成另一个不同类型的地址，地址翻译可以将一个外部网络协议地址转换成一个内部网络地址，以便在PLMN之间选择路由来发送分组。地址映射用于将一个网络地址映射成同类型的另一个网络地址已进行路由选择，并在PLMN之间或之内中继转发消息。
封包功能 是指将地址和控制信息加入到一个数据单元中，用以在PLMN之间或其内部为分组选择路由。解包是指将分组中地址和控制信息删除，还原出原始数据单元。
隧道传输功能 是指将封包的数据单元在PLMN内部从封包点到解包点的传输。隧道是一个双向的点对点路径。
压缩功能 以传输尽可能小的外部 PDP PDU来优化无线信道容量的利用。
加密功能 对要在无线信道中传输的用户数据和信令加密，并保护PLMN不受入侵。
域名服务器功能 用来把GSN逻辑域名解析成GSN地址。解析PLMN中位于GPRS骨干网的GSN和其他GPRS节点的任何名字。
4.3 移动性管理(MM)功能移动性管理功能用于跟踪在本地PLMN或其他PLMN中MS的当前位置。在GPRS网络中的移动性管 理涉及到新增的网络节点和接口以及参考点，这与GSM网中的有很大的不同。
1. 移动性管理状态的定义
与GPRS用户相关的移动性管理定义了空闲(Idle)、等待(Standby)、就绪(Ready)三种不同的移动性管理状态，每一种状态都描述了一定的功能性级别和分配的信息。这些由MS和SGSN所拥有的信息集合称作移动性管理环境。
空闲状态
在GPRS空闲状态中，用户没有激活GPRS移动性管理。MS和SGSN环境中没有存储与这个用户相关的有效的位置信息或路由信息。因此在这个状态下不能进行与用户有关的移动性管理过程。
在这个状态下，MS完成PLMN选择、GPRS选择和重选择过程。MS除了只能收到PTM-M的信息外，移动用户不能进行PTP数据的接收或发送，也不能进行PTM-G数据的传输，对用户的寻呼等功能也是不可用的。
MS通过执行GPRS激活过程在MS和SGSN中建立MM环境。
等待状态
在等待状态下，用户可进行GPRS移动性管理。在MS和SGSN中的MM环境已经创建了用户的IMSI，此时MS可以接收PTM-M和PTM-G数据，也可以接收对PTP或PTM-G数据传输所进行的寻呼，以及经由SGSN发送的CS寻呼。但在这个状态下，不能进行PTP数据收发和PTM-G数据的发送。
MS执行GPRS路由区(RA)选择、GPRS蜂窝选择和本地重选功能。当MS进入一个新的路由区时MS会执行移动性管理过程来通知SGSN。而在同一路由区中改变蜂窝时就不需通知SGSN。因此，在等待状态下SGSN MM环境中的位置信息仅包含MS的GPRS路由区标识(GPRS RAI)。
在等待状态时，MS启动PDP环境的激活或去活。一个PDP环境将会在数据发送或接收前被激活。
如果PDP环境己被激活，SGSN可在MM等待状态下接收移动终端的PTP或PTM-G分组，并且SGSN会在这个MS所处的路由区中发送一个寻呼请求。当MS响应了这个寻呼，MS中的MM伽状态就会转变到就绪(Ready)状态。在SGSN中，如果它收到了MS对寻呼的回应信息，其MM状态也会转变到就绪状态。同样，当数据或信令从MS处发送时，MS的MM状态会改变到就绪状态。相应地，当SGSN收到MS发来的数据和信令时，其MM状态也会改变到就绪状态。
MS可以运行GPRS断开(Detach)过程进入空闲状态。
就绪状态
在就绪状态下，SGSN MM环境会对在相应的等待状态下的MM环境进行扩充，它扩充了在蜂窝级的用户位置信息。MS执行移动性管理过程向网络提供实际所选择的蜂窝，GPRS的蜂窝选择和重选由MS在本地完成，或可以选择由网络控制来完成。
在就绪状态下，MS可以收发PTP PDU。在此状态下，网络启动对MS的GPRS业务寻呼，但对其他业务的寻呼由SGSN来完成。SGSN传送下行链路数据到当前负责用户蜂窝的BSS。
在就绪状态下，MS能收到PTM-M和PTM-G数据，而且MS还可以激活或去活PDP环境。
不管某一无线资源是否已分配给了用户，即使没有数据传送，MM环境也总保持就绪状态。就绪状态由一个计时器监控，当就绪状态计时器超时时，MM环境就会从就绪状态转移到等待状态。MS可以启动一个GPRS业务断开过程，来实现从就绪状态向空闲状态的转移。
2. 状态转移和功能
一个状态向另一个状态的转移，主要依据的是当前状态(空闲、等待或就绪)和当前所发生的事件(例如接入GPRS业务)，如图4-1描述了下列状态的变化。
图4-1 移动性管理状态模型
从空闲状态转移到就绪状态
MS请求接入GPRS业务，开始建立一个到SGSN的逻辑链路，在MS和SGSN中分别建立了MM环境。
从等待状态转移到空闲状态
等待状态计时器超时，在MS和SGSN中的MM环境和PDP环境均返回到空闲状态即非激活状态。在SGSN中的MM和PDP环境可能被删除，而GGSN PDP环境将一定被删除。
位置取消时，SGSN收到一个来自HLR的MAP位置取消消息，它的MM和PDP环境会被删除。
从等待状态转移到就绪状态
PDU发送时，为了响应一个呼叫，MS会向SGSN发送一个LLC PDU。PDU接收时，SGSN接收来自MS的LLC PDU。
从就绪状态转移到等待状态
就绪状态计时器超时时，MS和SGSN中的MM环境均返回到等待状态。
强制返回等待状态时，在就绪状态计时器超时之前，MS或SGSN可能会发出一个返回到等待状态的信号，然后其MM环境会立即返回到等待状态。
当RLC条件异常是， SGSN的MM环境也会返回到等待状态。
从就绪状态转移到空闲状态
GPRS业务断开(Detach)时，MS请求SGSN中的MM环境返回到空闲状态，以及SGSN中的PDP环境返回到非激活状态。
位置取消时，SGSN收到一个来自HLR的MAP定位取消消息，它的MM和PDP环境会被删除。
对于匿名访问的情况，使用了一个简化了的MM状态模型，它只由空闲状态和就绪状态所组成。MS和网络会单独处理匿名访问移动性管理(AA MM)状态机制，并且它可与基于IMSI的MM状态机制共存。在同一MS和SGSN中，多个AA MML状态机制可以同时共存。
3. 移动性管理(MM)流程
GPRS的MM流程将使用LLC和RLC/MAC协议，经Um接口来传输信息。MM流程将为底层提供信息，使得MM消息在Um接口可靠传输。此外，MM流程将MAP接口用于SGSN和VLR之间(Gr)以及SGSN和EIR之间(Gf)，并且还将BSSAP+接口用于SGSN和
MSC/VLR之间(Gs)。
用户数据一般在MM信令过程期间传输。在业务接入、身份认证和路由区更新过程中，用户数据可能会丢失也因而需要重传。
移动管理流程包括：
业务接入功能
业务断开功能
清除功能
安全功能
位置管理功能
位置管理过程
4.4 逻辑链路管理功能
MS通过无线接口参与与维护某个MS与PLMN之间的通信通道。逻辑链路管理功能包括协调MS与PLMN之间的链路状态信息，同时监管这个逻辑链路上的数据传输活动性。逻辑链路管理功能如表4-3所示。
表4-3 逻辑链路管理功能
功能 逻辑链路管理功能
逻辑链路建立功能 当MS接入GPRS服务时，逻辑链路就建立起来了
逻辑链路维护功能 监控逻辑链路的状态，并控制链路状态的改变
逻辑链路释放功能 用于释放逻辑链路建立时所占用的资源
4.5 无线资源管理功能
无线资源管理功能参与无线通信路径的分配和维护。GSM无线资源能被电路模式(语音和数据)服务和GPRS服务之间所共享。无线资源管理功能说明如表4-4所示。详细信息请参考GSM03.64。
表4-4 无线资源管理功能
功能 功能说明
Um管理功能 用来管理在每一蜂窝中所用的物理信道组，并决定分配给GPRS所使用的无线资源的数量。
蜂窝选择功能 该功能使得用户在同PLMN建立通信路径时能选择最佳的蜂窝。
Um-tranx功能 提供通过在MS和BSS之间的无线接口，进行分组数据传输的性能，包括以下几个方面：
● 提供无线信道上的介质访问控制
● 提供在普通物理无线信道中的分组多路传送功能
● 提供MS内的分组识别
● 提供错误诊断和纠正功能
● 提供流量控制功能
路径管理功能 用于管理BSS与SGSN节点之间的分组数据通信路径。可根据数据流
量动态建立和释放这些路径，又可根据每一蜂窝中的最大期望载荷静态地建立和释放这些路径。
4.6 网络管理功能
网络管理功能提供相应的机制，支持与GPRS相关的O＆M功能。
5.1 GPRS的无线接口Um
无线接口Um是移动台(MS)与基站(BTS)之间的连接接口，GPRS中接口标准遵循GSM系统的标准。
与GSM系统相同，在GPRS系统的空中接口中，一个TDMA帧分为8个时隙，每个时陈发送的信息称为一个"突发脉冲 串"(Burst)，每个TDMA帧的一个时隙构成一个物理信道。物理信道被定义成不同的逻辑信道。与GSM系统不同，在GPRS系统中，一个物理信道既可以定义为一个逻辑信道，也可以定义为一个逻辑信道的一部分，即一个逻辑信道可以由一个或几个物理信道构成。
MS与BTS之间需要传送大量的用户数据和控制信令，不同种类的信息由不同的逻辑信道传送，逻辑信道映射到物理信道上。
1. 分组数据链路逻辑信道
(1) 分组公共控制信道(PCCCH,Packet Common Control Channel)
它包括如下一组传输公共控制信令的逻辑信道。
分组随机接入信道(PRACH, Packet Randem Access Channel)：
只存在与上行链路，MS用来发起上行传输数据和信令信息。分组接入突发和扩展分组接入突发使用该信道。
分组寻呼信道(PPCH, Packet Paging Channe1)：
只存在于下行链路。在下行数据传输之前用于寻呼MS。可以用来寻呼电路交换业务。
分组接入许可信道(PAGCH，Packet Access Grant Channel)：
只存在于下行链路。在发送分组之前，网络在分组传输建立阶段向MS发送资源分配信息。
分组通知信道(PNCH,Packet Notification Channel)：
只存在于下行链路。当发送点到多点-组播(PTM-M)分组之前，网络使用该信道向MS发送通知信息。
(2) 分组广播控制信道(PBCCH, Packet Broadcast Control Channel)
只存在于下行链路。广播分组数据特有的系统信息。
(3) 分组业务信道(PTCH, Pachet Traffic Channe1 )
分组数据业务信道(PDTCH，Pachet Data Traffic Channe1：
用于传输分组数据。在PTM-M方式，该信道在某个时间只能属于一个MS或者一组MS。在多时隙操作方式时，一个MS可以使用多个PDTCH并行地传输单个分组。所有的数据分组信道都是单向的，对于移动发起的传输就是上行链路(PDTCH/U)，对于移动终止分组传输就是下行链路(PDTCH/D)。
分组相关控制信道(PACCH, Packet Associate Control Channel)：
它携带与特定MS有关的信令信息。这些信令信息包括确认、功率控制等内容。它还携带资源分配和重分配消息，包括分配的PDTCH的容量和将要分配的PACCH的容量。当PACCH与PDTCH共享时，就是共享时已经分配给MS的资源。另外，当一个MS正在进行分组传输时，可以使用PACCH进行电路交换业务的传输。
总之，GPRS系统定义了为分组数据而优化的逻辑信道，如表5-1所示。
表5-1 GPRS逻辑信道
组别 名称 方向 功能
PCCCH PRACH 上行 随机接入
PPCH 下行 寻呼
PAGCH 下行 允许接入
PNCH 下行 多播
PBCCH PBCCH 下行 广播
PTCH PDTCH 下行和上行 数据
PACCH 下行和上行 随路控制
2. 无线接口Um
GPRS的无线接口Um可以用图5-1 GPRS MS-网络参考模型来描述。MS与网络之间的通信涉及了物理射频(RF)、物理链路、无线链路控制/媒体接入控制(RLC/MAC)、逻辑链路控制和子网依赖的汇聚层几个层次。
图5-1 GPRS MS-网络参考模型
物理层分为物理RF层和物理链路层两个子层。物理RF层执行物理波形的调制和解调功能，把物理链路层收到的比特序列调制成波形，或把接收的波形解调成物理链路层所需要的比特序列。物理链路层提供在MS和网络之间的物理信道上进行信息传输的服务。这些功能包括数据单元成帧、数据编码、检测和纠正物理介质上传输错误。物理链路层使用物理RF层提供的服务。
数据链路层包括RLC和MAC两个子层。RLC/MAC层提供通过GPRS无线接口传输信息的服务。这些功能包括后向纠错过程。MAC层提供多个MS接入共享媒体的方法。
RLC/MAC层使用物理链路层提供的服务，并向上层(LLC)提供服务。
(1) 物理射频(RF)层
物理RF层由GSM05系列标准定义，包括如下的内容：载波频率的特点和GSM信道结构；发送波形的调制方式和GSM信道的数据速； 发射机和接收机的特性及其要求。
(2) 物理链路层
物理链路层运行在物理RF层的上面，在MS和网络之间提供物理链路。其目标是通过GSM的无线接口传输信息，包括RLC/MAC层的信息。物理链路层支持多个MS共享一个
物理信道。
物理链路层的控制功能提供维持通信能力所需要的服务。在GPRS中不使用网络控制的越区切换，而是由MS执行小区的重新选择。
层功能
a. 物理链路层职责
前向纠错编码、检测和纠正发送的码字并提供错误码字的指示、块交织、在TDMA帧的连续四个突发上进行正交交织和提供检测物理链路层拥塞的过程。
b. 物理链路层的控制功能
同步过程包括决定和调整MS定时提前的方法；
无线链路信号质量的监视和评估过程；
小区选择和重选的过程；
发射机的功率控制过程；
电池功率管理过程，例如非连续接收(DRX)过程。
无线块结构
传输不同的数据和控制信息有不同的无线块结构，块结构包含MAC层头部、RLC数据块或RLC/MAC层控制块，一般情况下包括4个正常的突发，如图5-2所示。
图5-2 无线块结构
MAC层的头部包含控制域，8比特的固定长度，上行和下行不同。
RLC头部包含上行和下行方向不同的控制域，RLC是可变长度的。RLC数据域包含一个或多个LLC PDU数据字(8比特)。块校验序列(BCS)用于错误检测。
RLC/MAC控制信息域包含一个RLC/MAC控制信息。
信道编码
分组数据信道定义了4种分组数据编码方案，CS-1到CS-4。编码块结构如图5-3和图5-4所示。除了PRACH、PTACH/U, 其它所有的分组控制信道一般使用CS-1。对于PRACH的接入突发，指定了两种编码方案。MS都必须提供所有的编码方案，而网络端只需提供CS-1。
图5-3 CS-1、CS-2、CS-3的块结构
图5-4 CS-4的块结构
a. PDTCH的信道编码
对于携带RLC的无线块，定义了4种编码方案。
编码过程的第一步是附加块校验序列(BCS)。
对于CS-1、CS-2和CS-3，第二步包括：上行链路状态标志(USF)预编码(除CS-1)，附加4比特的尾码，半速率卷积码，之后进行截短以便提供希望的编码速率。
对于CS4，不对纠错码进行编码。
表5-2 不同编码方案的编码参数
方案 码率 SF 预编码USF 无线块 BCS 尾码 编码后比特 截短比特 数据速率kbit/s
CS-1 1/2 3 3 181 40 4 456 0 9.05
CS-2 2/3 3 6 268 16 4 588 132 13.4
CS-3 3/4 3 6 312 16 4 676 220 15.6
CS-4 2 3 12 428 16 - 456 - 21.4
b. PACCH、PBCCH、PAGCH、PPCH、PNCH和PTCCH信道编码
它们使用CS-1的编码方案。
c. PARCH信道编码
PARCH可以使用两种突发：8比特信息的接入突发或11比特信息的扩展接入突发。MS支持两种突发。
对于8比特的突发，信道编码方案使用与GSM05.03中定义的随机接入信道的编码方案相同。
11比特的突发编码方案使用8比特编码的截短码方案。
时间提前
时间提前过程用于导出正确的时间提前值，以便MS在上行链路传输无线块。它包括两个部分：初始时间提前估计和连续时间提前更新。
初始时间提前估计是根据携带分组信道请求的单个接入突发作出。分组上行链路分配或分组下行链路分配之后携带这些估计的时间值到MS。MS使用该值在上行链路上进行传输直到连续时间提前更新过程提供一个新值。
连续提前更新在分组传输模式MS使用连续时间提前更新过程。连续时间提前更新过程由分配给MS的PTCCH携带。在上行(下行)分组传输，在分组上行(下行)链路分配信息中，分配给MS时间提前指示和PTCCH。
(3) 媒体介入控制和无线链路控制层(MAC/RLC)
MAC层的功能定义了多个MS共享传输媒体的过程，共享媒体由几个物理信道组成。其提供了对多个MS的竞争仲裁过程、冲突避免、检测和恢复方法。MAC层功能还允许单个的MS并行地使用几个物理信道。
RLC功能定义了选择性重传未成功发送的RLC数据块的过程。RLC/MAC功能提供了非确认和确认两种操作模式。
层功能
GPRS的MAC层功能主要负责：
提供在上行和下行链路高效的数据和信令的复用功能，复用的控制留给网络端。在下行链路，复用根据调度机制来控制；在上行链路，复用通过分配媒体到单个用户来控制。
对于移动发起的信道接入，进行竞争裁决，包括冲突的检测和恢复。
对于移动终止的信道接入，包括分组接入的排队。
优先级处理。
操作模式
一般地，在GPRS中，多个MS和网络共享媒体资源，即PDCH。GPRS无线接口由非对称的和独立的上行和下行链路组成。下行链路是从网络到多个MS 的传输，不需要竞争裁决。上行链路是在多个MS之间共享的媒体之间进行，需要竞争裁决过程。
PLMN分配无线资源和MS使用这些资源能分割成两个部分：PLMN按对称的方式对GPRS分配无线资源(上行和下行)。对点到点、点到多点组播和组呼呼叫服务使用上行和行链路的无线资源是独立的，也允许上行和下行相关的分配方式，以便支持少数MS在两个方向上同时传输数据。一个MS也可分配几个PDTCH。
媒体接入模式
支持三种媒体接入模式：动态分配、扩展动态分配和固定分配。其中，支持GPRS的所有网络都支持动态媒体接入模式和固定接入模式，扩展动态媒体接入模式是可选的。
MS应该支持动态媒体接入模式和固定媒体接入模式。
移动端发起的分组传输
a. 移动端发起的分组传输包括：
上行链路接入
MS通过在取PRACH或RACH上发送分组信道的请求发起分组的传输过程。网络分别在PRACCH或AGCH信道上进行响应。如图5-5 示出了上行链路接入图。
图5-5 上行链路接入图
动态/扩展动态分配
上行链路的分组传输过程。分组上行链路分配信息包括PDCH列表和每个PDCH的相应的USF值，分配一个唯一的TFI值，并用在之后的临时块流的RLC数据和控制块中。MS在分配的PDCH上监视USF，并在其上传输无线块。
固定分配
固定分配使用分组上行链路分配通知MS详细的分组上行链路资源分配。固定分配包括开始帧、时隙分配和块分配的比特映像(每个时隙的块的分配)。
竞争解析
竞争的解析是RLC/MAC层的一个重要的部分，特别是因为一个信道分配可以用于传送一些数据帧。在动态信道分配和固定信道分配方案中都使用竞争解析。
b. 移动端终止的分组传输包括
分组寻呼
网络端启动的分组传输是在等待状态时在下行PPCH或PCH信道上发送一个分组寻呼请求信息。MS通过启动一个分组响应过程来响应分组寻呼请求。RLC/MAC分组寻呼响应信息包含TLLI，同样，完整的LLC帧也包含TLLI信息。在分组寻呼响应后，MS的移动性管理状态进入准备好状态。如图5-6 示出了下行链路分组传输的寻呼信道的信息序列。
图5-6 下行链路分组传输的寻呼信道的信息序列
下行链路的分组传输
网络在准备好状态下使用分组下行链路分配信息启动向MS的传输。当小区中已经分配PCCCH时，分组下行链路分配在PAGCH传输；在没有PCCCH时，在AGCH上发送分配信息。
资源的释放
资源的释放由网络端完成，网络终止下行链路的传输，并轮询MS，要求最后的分组进行下行链路的确认和非确认。
上行和下行链路同时进行分组传输
在进行上行链路的临时流块的传输时，MS监视下行链路的PDCH，查看在PACCH中是否含有分组下行链路的分配信息。
当MS在接收下行链路的临时块信息时想要进行上行链路的传输，只要在确认信道上发送一个指示信息就可以。这样做时不需要向网络发送专门的分组信道的请求。
(4) 子网相关融合协议(SNDCP)
在MS和SGSN中SNDCP位于网络层之下，逻辑链路控制层之上。它支持多种网络层，这些网络层分组数据协议共享同一个SNDCP，由此，来自不同数据源的多元数据都能通过LLC层。
SNDC实现了下列功能：
将接收自网络层的SNDC原语映射到要传递到LLC层的LLC原语，反之亦然。
采用多路技术，将来自一个或多个NSAPI的N-PDUs复用到一个LLC SAPI上。
对冗余控制信息和用户数据的压缩。
分段和重组。
5.2 Gb接口
Gb接口把BSS同SGSN连接起来，以进行信令信息和用户数据的交换，Gb接口能使多用户复用同一物理资源。资源在用户活动时(当数据发送或接收时)分配给用户，而在活动结束时会马上被收回并重新分配。这与A接口相反，在A接口，单个用户在一个呼叫的整个生命周期中独占一套专用物理资源，不管是否在活动。
GPRS信令和用户数据在同一个传输平台上发送，不要求为信令分配专用的物理资源。每用户的接入速率可以无限制的改变，从零数据到最大可能的链路速率(例如，El干线可用的比特率为1984kbit/s)。
1. 物理层协议
在GSM 08.14中定义的多个物理层配置和协议在此都是可用的，物理资源应该通过O＆M过程进行配置。
2. 链路层协议
Gb接口链路层协议是基于帧中继的，在GSM 08.16中有定义。在SGSN和BSS之间建立帧中继虚电路，来自许多用户的LLC PDU复用这个虚电路。这个虚电路可能是多跳的，并横贯一个由帧中继交换节点组成的网络。帧中继将用于信令和数据传输。
3. BSS GPRS协议(BSSGP)
BSSGP的主要功能是提供与无线相关的数据、QoS和选路信息，以满足在BSS和SGSN之间传输用户数据时的需要。在BSS中，它用作LLC帧和RLC/MAC块之间的接口；在SGSN中，它形成一个在源于RLC/MAC的信息和LLC帧之间的接口。在SGSN和BSS
之间的BSSGP协议具有一一对应关系，如果一个SGSN处理多个BSS，这个SGSN对于每一个BSS都必须有一个BSSGP协议机制。
BSSGP主要具有以下功能：
在SGSN和BSS之间提供一个无连接的链路；
在SGSN和BSS之间非确认的传输数据；
在SGSN和BSS之间提供了数据流量双向控制工具；
处理从SGSN到BSS的寻呼请求；
支持在BSS上的旧信息的刷新；
支持在SGSN和BSS之间的多层链路。
5.3 Abis接口
当GPRS MAC层和RLC层的功能置于远离BTS的位置上时，信道编码器单元(CCU)和远端GPRS分组控制单元(PCU)之间的信息按320bit(20ms)的固定长度的帧发送。如图5-7说明了远端分组控制单元PCU的位置。
不管PCU是置于BSC端(图5-7B)还是置于GSN端(图5-7C)，Abis接口都是一样的。在B中，PCU作为到BSC的连接单元，在C中，BSC对16kbit/s信道来说是透明的。在结构B和C中，PCU被认为是远端PCU。
远端PCU看作是BSC的一部分，BSC和PCU之间的信令传输通过使用BSC内部信令执行。当应用Abis接口时，CCU和PCU功能之间的带内信令传输要求使用PCU帧。
图5-7 远端分组控制单元(PCU)的位置
PCU负责实现下列GPRS MAC和RLC层的功能：
把LLC层PDU分块成RLC块，用以下行链路传输；
把RLC块重组成LLC层PDU，用以上行链路传输；
PDCH时序安排功能，用以上行链路和下行链路的数据传输；
PDCH上行链路ARQ功能，包括RLC块ACK/NAK；
PDCH下行链路ARQ功能，包括对RLC块的缓冲和重组；
信道访问控制功能，例如访问请求和授权；
无线信道管理功能，例如功率控制、拥塞控制、广播控制消息等。
信道编码器单元(CCU)的功能包括：
信道编码功能，包括FEC和插入；
无线信道测度功能，包括接收质量水平、接收信号水平以及与时间提前测度相关的信息。
BSS负责无线资源的分配和回收，在PCU和CCU之间每隔20毫秒发送一个PCU帧。
6.1 计费管理
分组交换服务的计费原理与电路交换服务的计费原理是不同的，分组交换服务是基于流量计费而电路交换服务是基于时间计费，因此，GPRS的计费管理有别于GSM的计费管理。GPRS引入新的计费网关CG和计费中心BC，结合SGSN和GGSN组件，构成一个计费系统。如图6-1所示。
图6-1 GPRS的计费系统
GPRS的基本计费单元称为CDR(Call Detail Record),一个CDR含有一个PDP通话(一个PDP上下文)期间收集的计费数据的参数。若通话持续时间超过指定的时间或者流量计数器已计满，则产生计费信息的部分输出(部分CDR)。一个部分CDR收集的计费参数短于一个PDP通话周期期间的计费参数。
GPRS计费是基于流量(IP负荷 ，SMS数量)以及通话时长。每个PDP占用一定的计费时长。这一计费时长是随着话务周期、Qos、PDP去活以及O&M参数(如PDP上下文超时、PDP上下文CDR门限值等)的不同而改变的。
SGSN和GGSN使用计费识别符收集计费数据CDR，收集到的CDR形成计费数据文件，计费数据文件又组合成计费记录输出CRO(Chzrge Record Output)，CRO通过计费网关CG以FTP协议传送到外部计费中心，计费中心得到CRO后，进行一系列的存储、处理，完成计费过程。
6.2 计费信息
由于在GPRS网络中引入了两个新增节点SGSN和GGSN，因此GPRS网络中的计费信息是由给该MS提供服务的SGSN和GGSN从每一个MS中搜集。有关无线网络使用的计费信息由SGSN收集，而有关外部数据网络的使用的计费信息由GGSN收集，这两个GSN都收集有关GPRS网络资源使用的计费信息。点对点计费信息是为GPRS用户搜集的。
SGSN应收集下列计费信息：
无线接口的使用：计费信息应描述按照QoS和用户协议分类的在MO和MT方向传输的数据量；
分组数据协议地址的使用：计费信息应描述MS使用了分组数据协议地址的时间长短；
GPRS一般资源的使用：计费信息应描述其他GPRS相关资源的使用和MS的GPRS网络
活动(如移动性管理)；
MS的定位：本地公共陆地移动网络(HPLMN)、拜访地公共陆地移动网络(VPLMN)以及可选的更高精确度的定位信息。
GGSN应收集下列计费信息：
目的端和源端：计费信息应能以GPRS运营商定义的精确程度来描述目的端和源地址；
外部数据网络的使用：计费信息应能描述流入和流出自外部数据网络的数据量；
分组数据协议地址的使用：计费信息应能描述MS使用PDP地址的时间长短；
MS的定位：HPLMN、VPLMN以及可选的更高精确度的定位信息。
6.3 计费网关
计费网关简化了计费系统中对GPRS计费的处理，从而保障了在移动网中方便引入GPRS业务。在移动网中引入0PRS，对于运营商来说，市场时机通常是最重要的，但最重要的是在管理和计费系统上作好工作，这样才不会导致引入时的延误，抓住市场时机。
以上说明了GPRS的计费信息必须从新增的SGSN和GGSN节点中搜集，这两种节点使用了与AXE MSC不同的接口，所搜集的信息生成新的呼叫数据记录(CDR)类型。根据来源的不同，CDR可分为以下类型：
S-CDR：与对无线网络的使用有关，从SGSN中得到；
G-CDR：与对外部数据网络的使用有关，从GGSN中得到；
M-CDR：与移动性管理活动有关，从SGSN中得到；
与在GPRS中使用短消息业务相关的CDR类型。
在GPRS标准规范中，计费网关的功能性(CGF)既可以作为单独的中心网络单元来实现，也可以分布于各个GSN中。GPRS计费网关(BGw)增强了GSM系统中计费系统的功能，提供了在GPRS标准中规范的所有高级功能。
7.1 GPRS无线网络结构
一个GPRS蜂窝网络由以下主要区域组成。
GPRS服务区(SA)
公共陆地移动网(PLMN)
SGSN服务区
SGSN路由区(RA)
位置更新区(LA)
BSC控制区
基站小区
图7-1所示了GPRS系统的蜂窝无线网络结构。
图7-1 GPRS无线网络结构
1. GPRS服务区(SA)
SA是MS能获得GPRS服务的地理区域，也就是在一个GPRS网络内MS能够发送和接收数据的区域。它可以由一个或多个PLMN组成。
公共陆地移动网(PLMN)是由一个网络运营商提供的GPRS服务区域，一个PLMN可以由一个或多个SGSN路由区域组成。
2. SGSN服务区
SGSN服务区是一个SGSN提供的网络服务区域，也就是终端的登记区域。一个SGSN服务区可以由一个或多个SGSN路由区组成。一个SGSN服务区可以包含一个或多个BSC控制区。
一个SGSN服务区并不需要与一个MSC/VLR服务区相同。
3. SGSN路由区(RA)
RA是位置更新区的一个子集，在SGSN 路由区，MS移动时不需要更新SGSN。一个SGSN能够控制处理多个路由区。路由区的路由范围可以从一个城市的一部分到整个省份，甚至一个小国家。一个RA可以由一个或多个小区组成。
4. 位置更新区(LA)
LA是MS移动时不需要更新VLR的区域，一个LA可以包含一个或多个基站小区(Cell)。
LA不同于VLR区域，也不同于MSC区域。
5. BSC控制区
BSC控制区是一个BSC控制的一个或多个小区组成无线覆盖区域，BSC控制区的边
界与LA区域的区界不需要一致。
6. 基站小区
基站小区是GPRS服务区中最小的地理单元，也是一个移动蜂窝网络的基本单元，它由一个BTS覆盖。有两种类型的基站小区：全向小区和方向小区。
7.2 GPRS系统的组网
由于GPRS的组件(SGSN、GGSN、PCU等)与原GSM组件之间的连接具有较大的灵活性，使得GPRS系统的组网也具有较大的灵活性。
SGSN可与多个MSC连接，一个SGSN服务区可包含多个MSC/VLR服务区；
SGSN和GGSN可以分开配置，也可以合一配置。分开配置时，一个GGSN可以与多个SGSN连接；合一配置时，SGSN与GGSN之间的通信协议可进行较大的简化和改进，提高系统的处理效率；
PCU作为独立设备时，可以与多个MSC连接，它可以和其中一个BSC放置在一起。
GPRS的组网结构如图7-2所示。
图7-2
GPRS的组网
GGSN可以配置Gc接口，也可以不配置Gc接口。不配置Gc接口时，通过SGSN连接HLR/GR。
在物理接口上，Gb接口提供E1接口，SGSN和BSC的连接采用点到点方式连接，或连接FR网；Gn/Gp/Gi接口采用PPP over SDH、PPP over E1、FR over E1、ATM、LAN等多种接口。
7.3 GPRS无线组网
GPRS无线组网有以下原则：
充分利用现有GSM系统的设备资源，保护GSM的投资；
与GSM共用频率资源；
利用现有的基站实现无线覆盖，不单独增加GPRS基站。
另外无线组网需要对BTS、BSC、MSC/VLR、HLR等组件进行软件升级，并需增加PUC组件。
7.4 GPRS骨干网组网
GPRS骨干网将成为未来业务和网络的通用平台，GPRS组网的关键就是建设好GPRS骨干网，且GPRS骨干网的建设对于平滑过渡到3G具有重大意义。
对GPRS骨干网组网有以下建议：
1. 全国移动GPRS骨干网可以分阶段建设
(1) 首先组建省内GPRS骨干网或中心城市组建市GPRS骨干网。
(2) 省内GPRS骨干网实现互通，有条件的省间GPRS骨干网实现互通。
(3) 全国移动全网支持GPRS并实现互通。
(4) 和国外GPRS骨干网的组网。
2. 省移动GPRS骨干网的组网
(1) 在主要城市组建本地的GPRS骨干网。
(2) 中心城市的GPRS网络之间通过DDN或光纤连接。
(3) 小城市的GSN结点通过DDN直接连接中心城市的GPRS骨干网。
GPRS的骨干网的联网也非常灵活，其传输层可采用ATM、FR、LAN、DDN和ISDN等。GPRS的内部和外部骨干网如图7-所示。
图7-2 GPRS内部骨干网和外部骨干网
由于GPRS系统是在原有的GSM网络的基础上建立起来，因此GPRS的系统规划和GSM网络有着密切的关系。GPRS的容量与GSM网络的容量之间是互相制约的，前者的容量增大将会影响到后者话音信道的容量，GPRS系统的传输速率取决于现有GSM的网络结构、同频干扰情况。此外，由于GPRS系统采用分组交换技术取代电路交换技术，增加了SGSN和 GGSN等网络结点，使得在GPRS系统规划时除了要考虑GSM网络规划外，还要考虑GPRS独有的因素：
SGSN和GGSN的合理设置
IP地址规划
无线网络规划
分组数据用户容量的测算
对GSM网络话音的影响等。
8.1 GPRS系统容量的规划
GPRS系统是通过有效利用GSM网络中暂时没占用的话音信道来实现分组数据的传输。方式有两种：
第一种利用专用的PDCH，这些PDCH仅用于GPRS，不再承载GSM话音信号，对GSM的容量减少有着直接的影响；
第二种是动态的PDCH，只在有需要时临时分配空闲的话音时隙用于GPRS的数据传输。如图8-1所示了两种不同的情
况 。
图8-1 话音与分组数据占用信道的情况
(a) 专用PDCH； (b) 动态PDCH
P－PDCCH；T－TCH；B－BCCH
GPRS系统的容量，与数据用户类型、时延、速率、系统带宽有关。
在分组数据业务中，用户使用并不是时时刻刻在占用信道。例如因特网浏览，用户点击一个站点，因特网以一定的速率下载数据至用户浏览器，下载完毕后用户可以看到完整的页面并需要花一定的阅读，在此段时间内，本地与因特网之间几乎不存在其他的数据交换，共享信道将分配给另外用户使用。而对于占系统的总带宽可以取平均带宽，设用户下载数据时间为t1,下载速率为v,用户阅读时间为t2,则平均带宽为：
vA = (v x t1)/(t1+t2)
表8-1所示了各种应用的用户数据模型，表中的等效带宽是按照上式公式计算出来的。
表8-1 各种应用的用户数据模型
项目 速率(kb/s) 使用次数/忙时 使用时长(s) 等效带宽(kb/s)
浏览 33.6 1 600 5.6
Email 14.4 1 120 0.5
FTP 56 1 600 9.3
移动大户室 1 10 60 0.2
POS 1 10 30 0.1
在一个实际的系统中，各种应用的用户所占的比率是不一样的，表8-2所示了各种应用的用户所占的比率。
表8-2 各种应用的用户所占的比率
类型 百分比
浏览 30%
Email 60%
FTP 6%
其他 5%
用以上用户模型可以计算出总的等效速率带宽为：
5.6 x 0.3 + 0.5 x 0.6 ＋ 9.3 x 0.05 + 0.2 x 0.05 = 2.455kb/s
再根据系统总带宽数据率，粗略估算出系统能支持的用户。
8.2 SGSN的规划
在GPRS系统规划中，可根据组网结构和SGSN的性能指标，来确定SGSN的数量。
SGSN通过PCU单元与BSC相连，根据SGSN与BSS相连的不同情况，可以将SGSN组网划分为以下三种结构，三种结构均假设采用点对点连接。
第一种结构如图8-2所示。在同一MSC内的所有BSS连到同一个SGSN，不同的MSC的BSC连到各自独立的SGSN。这种结构较清晰，管理方便，对SGSN的容量要求较低，但投资成本较高。
图8-2 SGSN组网的第
一种结构
第二种结构如图8-3所示。与同一个SGSN连接的BSC可以归属于不同的MSC。这种结构比较适合大城市，因为这些地方的MSC配置较多，要求SGSN的容量较大；若容量较小，只能用于GPRS业务需求较少但又要实现业务覆盖的地区。
图8-3 SGSN组网的第二种结构
第三种结构如图8-4所示。是在同一个MSC内设置多个SGSN。这种情况适用于GPRS业务需求量很大的地区，为满足分组用户的需求，甚至可能单个BSC连到独立的一个SGSN节点上。
图8-4 SGSN组网的第三种结构
在GPRS建网初期，为节省投资及降低网络节点的风险，对于数据业务较少的地区，可以采用第二种方式，即只在BSS系统中增加PCU单元并提供传输电路，连到一个公共的SGSN即可为用户提供服务。待用户数业务量增加后，再进行扩容，扩容方式就是减少接入一个SGSN的BSC数量，并增加SGSN的数量。
在网络建设过程中，如果SGSN数量不多，建议BSC和SGSN之间采用点到点的方式连接，等到SGSN增加到一定数量后采用帧中继方式连接，使系统的可靠性和效率更高，组网更加灵活。
对于不同PLMN网之间，如果SGSN需要连接，则需增加BG边界网关来实现，两个
BG之间采用Gp接口。
典型的SGSN的性能指标：
Nokia系统：
● 数据处理能力48Mb/s，容量步进12Mb/s；
● 用户容量120,000，容量步进30,000；
● 96条SS7信令处理能力；
● 1024×64kb/s帧中继连接；
● 240Mbit GTP缓存；
● 240Mbit BSSGP缓存。
Erisson系统：
● SGSN25：同时连接最大用户数2.5万，流量24Mb/s；
● SGSN100：同时连接最大用户数为10万，流量为120Mb/s。
8.3 GGSN的规划
GGSN是GPRS系统中增加的另一类节点，它提供与SGSN的接口、与外部PDN/外部PLMN的接口、路由选择与转发、流量管理、移动性管理和接入服务器等功能。从外部IP网来看，GGSN是一个拥有GPRS网络所有用户的IP地址信息的主机，并提供到达正确SGSN的路由和协议转换的功能。
GGSN根据所连接的网络不同分为两种情况：一种是与另一个PLMN网连接，一种是与PDN连接。两种方式所采用的接口均为Gi接口。在建网初期主要是与PDN连接，并且也可以把SGSN合设成为混合的GSN节点。
GGSN连接方式如图8-5所示。
图8-5 非透明接入
典型的GGSN性能：
Nokia系统：
● 提供80Mb/s的数据处理能力；
● 50,000条PDP分组记录。
Erisson系统：
● GGSN25：同时连接最大用户数为2.5万，流量为24Mb/s。
● GGSN100：同时连接最大用户数为10万，流量为120Mb/s。
8.4 PCU的规划
GPRS在无线子系统中，新增了PCU单元(Packet Control Unit)。该单元主要功能是在BSC与SGSN两个节点之间提供基于帧中继的Gb接口，速率为2Mb/s。
PCU在GPRS中的配置方式主要有两种，如图8-6所示。
图8-6 PCU的配置方式
(a) PCU放在BSC一侧；(b) PCU放在GSN一侧
第一种配置 把PCU放在BSC一侧，物理上和BSC共址，PCU与BSC之间的传输很容易实现。对BSC容量较大的系统来说较合适；而对于BSC容量较小的系统，由于BSC数量相对较多，这种配置将因网元过多而导致成本升高。
第二种配置 把PCU放置在GSN一侧，物理上和GSN同址。可以实现多个BSC共用同一个PCU，但是各BSC到PCU之间的传输费用增加，只适用于BSC容量较小的系统，而且PCU要求有较大的容量和处理能力。
典型的PCU处理能力：
Nokia系统：
一个PCU板可连接64个小区、共256个时隙信道；带宽为2Mb/s。
8.5 IP地址的规划
在GPRS骨干网中，在网络层使用IP协议，每个SGSN和GGSN都有一个内部IP地址，用于骨干网内的通信。每一个GPRS终端在与外部数据网连接时，如IP网，则需要相应的IP地址，因此，IP地址是GPRS网络的重要资源，用于网络设备和用户的标识，良好的地址规划对于网络的发展和维护是非常重要的。
GPRS网络的IP地址可分为两种情况：内部GPRS骨干网的地址和与Internet相连所需要的地址。
第一种用于SGSN、GGSN、BG、DNS、DHCP、CG、网管设备、所用的所有路由器设备以及WAP网关等设备，可以采用RFCl597文件中规定的保留地址。
保留地址分为三段：
10.0.0.0 ---10.255.255.255(1个A类地址);
172.16.0.0 --- 172.31.255.255 (16个相连的B类地址);
192.168.0.0 --- 192.168.255.255(256个相连的C类地址)。
第二类地址为公用IP地址。这些地址是为了和Internet互联所需的地址。若运营商把GPRS网络只作为承载网络与Internet相连，则公用IP由IAP提供；若运营商同时作为ISP
提供服务，则需要向CNNICC申请公用的IP地址。
一般地址分配原则如下：
a. 所分配的地址尽量一次满足需要，使地址尽量连续以减少路由表的规模。
b. 地址需要统一管理，按需分配并确保有效利用。分配地址数量按应用系统IP地址的利用率初期达到25％、一年内达到50％以上的原则分配。
c. 网络设备(路由器和GGSN)必须支持无类别域间路由技术(CIDR,Class Inter Domain
Routing)和可变子网掩码(VLSM, Variable Length Subnet Mask)技术，对网络主机数少于127的一般采用子网地址进行分配，并根据应用系统实际的主机数量确定子网掩码。
8.6 GPRS网络建设时需考虑的问题
由于GPRS系统采用的是分组交换，传输的内容主要是数据，而现有GSM网络采用电路交换技术，
传输是以话音为主，因此GPRS网络建设时应考虑以下一些问题。
1. 跳频问题
GSM系统中使用跳频技术来减少频率干扰和衰落，从而在保证一定的通信质量的前提下，可以使用更紧凑的频率复用，增加系统容量。跳频方式一般有基带跳频和射频跳频，跳频对系统带来一定的增益(跳频增益)。一般情况跳频增益在3dB左右。换而言之，由于存在跳频增益，系统的载干比(C/I)要求相对要降低。如原有系统要求载干比为12dB，采用跳频后，C/I要求可降为9dB。采用跳频的系统可以按C/I＞9dB来设计(对于TCH来说)。
但对于GPRS系统，由于和话音相比，其交织深度小，冗余比特较少，特别是CS3和CS4两种编码方式，跳频增益不如电路型业务，甚至会出现负的增益，因此在GPRS系统建网初期可根据电路型业务和分组业务的重叠状况来决定是否采用跳领技术。在信道配置上，可把GPRS信道优先设置在BCCH的TRX上，业务量增大后可放置在不参与跳频的TRX上，因为BCCH一般不参与跳频，分配给BCCH的频率一般能保证一定的数量，能获得较好的C/I。对于采用多层频率复用MRP技术的网络，业务量大时可考虑把GPRS赐信道设置在频率复用较为宽松的频点上。
2. 数据对话音的影响
在GSM网络中，若系统仅传插话音，系统会采取一些新技术，如不连续发射等，尽量让系统的总体信号电乎降低，从而使系统干扰下降。
但是，对于GPRS系统来说，原来的"空闲"信道不再空闲，而且因为在这些信道中传输的是数据，不像话音有
激活与静音之分。信道会时时刻刻被占用，这样的结果就会导致干扰比纯话音业务时大，从而相应影响了原来纯话音业务的网络质量和容量。
3. 用户速率和QoS控制
GPRS系统共有四种编码方式，不同的编码方式有不同的速率，同时对系统也有不同的载干比要求。因此，由于各种编码方式对无线环境要求不同，对于每个用户数据速率将会在动态的调整之中，用户的感觉会表现在速率与时延上。速率下降，时延就会增长，就是说分组业务系统中常用QoS来表现系统的质量。
4. 移动IP话音
GPRS是在GSM的基础上，引入了无线分组接入，实现多个用户共享同一无线信道，提高了无线资源利用率，并可随时接入和发送分组数据，实现"永远在线"；在网络侧，建立相对分开的分组交换网络，通过隧道技术(GTP)对数据分组进行封装，直接与Intertnet相连，可提供高达171.2kb/s的数据服务。GPRS在一定程度上实现了移动1P业务，但此时的话音业务和数据业务是分开交换的。
由于GPRS系统能提供中、高速分组数据传输能力，利用GPRS网络实现移动话音IP化(即移动IP电话)是可行的。GPRS系统采用动态信道分配方式，只有传送分组数据时(说话时)才占用信道，不传送分组数据时(不说话
时)则释放信道给其他用户。这样，移动话音IP化后，无线信道利用率比电路交换型电话的信道利用率大大提高，整个移动电话网的容量也将大大提高，能有效地解决无线资源日趋紧张的状况。
当然，实现移动话音IP化后，如何保证移动IP电话的话音质量是首先需要解决的问题。高话音质量所依赖的三点要素是：带宽、延时和抖动。
在GPRS网络的空中接口上，分配给用户的带宽是可变的，当GPRS与GSM共存一网时，如何有效协调GSM与GPRS的带宽是一个重要的问题。GPRS的带宽有保证时，话音分组在空中接口的延时和延时抖动都可以减少。另外，在GPRS上实现移动话音IP化，对GSM网络会造成什么样的影响，还需要进一步试验。
如图9-1所示了Nokia(诺基亚) GPRS系统核心部分的解决方案。
图9-1 Nokia GPRS核心部分解决方案
1. 主要部件
a. Nokia GGSN
基于Inter技术(Pentium II 450MHz);
Inter NX440LX主板---最好的性能/价格比；
易于维护---网络接口板和电源单元热更换；
软件基于FreeBSD;
支持OSPF、RIPv2.0和BGP4.0路由协议；
软件上使用外部冗余协议。
b. Nokia DX200 SGSN
采用Pentium II处理器和兼容PCI总线技术；
可靠的平台：分布式处理、模块化结构、容错度(2N,N+1);
操作方便：好的在线操作性、O&M功能的OSI协议模式、用户界面友好的MML接口(ITU-T);
灵活的配置，模块化扩展：分组交换容量、用户容量、接口容量;
c. PCU
PC安装于BSC中，每个BSC可满装9个PCU(8+1冗余)；
一个PCU支持64个小区；
一个PCU支持256个无线信道。
2. Nokia GPRS版本1的功能
a. 提供GPRS点到点IP服务(IPv4)；
--- 每个用户能同时激活2个PDP上下文；
--- 支持动态和静态IP地址。
b. 短消息通过SGSN与GMSC之间的Gd接口在GPRS上传送；
c. 支持漫游；
d. 提供SGSN与MSC/VLR之间的Gs接口；
e. 小区重选由MS执行；
f. 计费基于：
--- 数据传输量(上行和下行)；
--- MS的位置(小区、路由区域、位置区域)；
--- 外部网络的接入点。
g. QoS功能---提供最好的效果；
h. 支持企业接入方案；
--- 多接入点；
--- RADIUS/DHCP服务器接入。
i. 支持CS-1和CS-2两种编码方案，支持最多8个平等时隙。
3. 资源共享
a. BCCH与GPRS
--- 现有的BCCH修改为含有用于GPRS的新参数；
* 引入GPRS后不会减少小区话务量；
* 信令容量由GPRS和电路交换共享。
b. GPRS MS之间
--- 多个MS可以共享一个时隙；
--- MS排队最大值：上行7个，下行9个；
--- USF(上行状态标志)用于标识那个MS转向发送状态；
--- 时隙选择以获得最大吞吐量为原则；
--- 每个MS获得信道容量的1/n, n为队列中MS的数量。
4. 网络配置
Nokia GPRS系统网络配置灵活，可以随着用户和话务的增长方便地扩大网络配置。如图9-2所示了Nokia建议的一个网络扩容例子。
图9-2 Nokia GPRS网络演变示例