2024年2月13日发(作者：段凌春)
一、GPRS的功能和业务
GPRS主要是在移动用户和远端的数据网络（如支持 TCP／IP、X.25等网络）之间提供一种连接，从而给移动用户提供高速无线IP和无线X.25业务。
GPRS采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。如果把空中接口上的TDMA帧中的8个时隙都用来传送数据，那么数据速率最高可达
164kb／空中接口的信道资源既可以被话音占用，也可以被GPRS数据业务占用。当然在信道充足的条件下，可以把一些信道定义为GPRS专用 信道。要实现GPRS网络，需要在传统的GSM网络中引入新的网络接口和通信协议。目前GPRS网络引入GSN（GPRS Surporting Node）节点。
二、GPRS的网络结构
GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在现有的GSM网络中需要增加一些节点，如GGSN（Gateway GPRS Supporting Node，网关GPRS支持节点）和SGSN（Serving GSN，服务GPRS支持节点）。
图1 GPRS网络结构
GSN是GPRS网络中最重要的网络节点。GSN具有移动路由管理功能，它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可以是一种类似于路由器的独立又备，也可以与GSM中的MSC集成在一起。
GSN有两种类型：一种为SGSN（Serving GSN，服务GSN），另一种为GGSN（Gateway GSN，网关GSN），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、PSPDN和LAN等。有的文献中，把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。
另外，有的厂商提出了GR（GSMRegister，GPRS数据库）的概念。GR类似于GSM
中的HLR，是GPRS业务数据库。它可以独立存在，也可 以和HLR共存，由服务器或程控交换机实现。GR这个名称在ETSI的建议中没有专门提及。
GPRS网络结构中还引入了下列新的网络接口：
· Gn，GSN主干网接口，用于各种GSN之间。
· Gb，BSS和sGsN之间的接口。
· Gr，SGSN和HLR之间的接口。
· Gp，不同的GSM网络（不同的PLMN）之间的接口。
· Gs，SGSN和MSC之间的接口。
三、GPRS协议模型
移动台（MS）和SGSN之间的GPRS分层协议模型如图2所示。Um接口是GSM 的空中接口。Um接口上的通信协议有5层，自下而上依次为物理层、MAC
Mdium Access Control）层、LLC （Logical Link Control）层、SNDC（Subnetwork
Dependant Convergence）层和网络层。
■Um接口的物理层为射频接口部分，而物理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20OkHz，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20Okb／s。考虑前向纠错码的开销，则最终的数据速率可达164kb/s左右。
■MAC为媒质接入控制层。MAC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。GPRS的逻辑信道共有3 类，分别是公共控制信道、分组业务信道和GPRS广播信道。公共控制信道用来传送数据通信的控制信令，具体又分为寻呼和应答等信道。分组业务信道用来传送 分组数据。广播信道则是用来给移动台发送网络信息。
■LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议。LLC层负责在高层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。
■BSS中的LLR层是逻辑链路传递层。这一层负责转送MS和SGSN之间的LLC帧。LLR层对于SNDC数据单元来说是透明的，即不负责处理SNDC数据。
■SNDC被称为子网依赖结合层。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。
■网络层的协议目前主要是Phase l阶段提供的TCP／IP和L25协议。TCP／IP和X.25协议对于传统的GSM网络设备（如BSS和NSS等设备）是透明的。
四、GPRS的路由管理
GPRS的路由管理是指GPRS网络如何进行寻址和建立数据传送路由。GPRS的路由管理表现在以下3个方面：移动台发送数据的路由建立；移动台接收数据的路由建立；以及移动台处于漫游时数据路由的建立。
对于第一种情况，如图3中的路径1所示。当移动台产生了一个PDU（分组数据单元），这个PDU经过SNDC层处理，称为SNDC数据单 元。然后经过LLC层处理为LLC郑通过空中接口送到GSM网络中移动台所处的SGSN。SGSN把数据送到GGSN。GGSN把收到的消息进行解装处 理，转换为可在公用数据网中传送的格式（如PSPDN的PDU），最终送给公用数据网的用户。为了提高传输效率，并保证数据传输的安全，可以对空中接口上 的数据做压缩和加密处理。
图3 GPRS的路由管理
在第二种情况中，一个公用数据网用户传送数据到移动台，如图3中的路径2所示。首先通过数据网的标准协议建立数据网和GGSN之间的路由。 数据网用户发出的数据单元（如PSPDN中的PDU），通过建立好的路由把数据单元PDU送给GGSN。而GGSN再把PDU送给移动台所在的SGSN上 GSN把PDU封装成SNDC数据单元，再经过LLC层处理为LLC帧单元，最终通过空中接口送给移动台。
第三种情况是一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户。这种情况下的数据传送路由如图3的路由3所示。其数据必须要经过归属地的GGSN，然后送到移动用户A。
五、空中按口的信道构成
GPRS空中接口的信道构成如下：
· PDTCH（Pachet Data Traffic Channe1），分组数据业务信道。这种信道用来传送空中接口的GPRS分组数据。
· PPCH（Packet Paging Channe1），分组寻呼信道PPCH用来寻呼GPRS被叫用户。
· PRACH（Packet Randem Access Channel），分组随机接入信道。GPRS用户通过PRACH向基站发出信道请求。
· PAGCH（Packet Access Grant Channel），分组接人应答信道。PAGCH是一种应答信道，对PRACH作出应答。
· PACCH（Packet Asscrchted Control Channel），分组随路控制信道。这种信道用来传送实现GPRS数据业务的信令。 移动台发送数据时的空中接口信道使用过程如图4所示。移动台接收数据时的空中接口信道使用过程如图5所示。
图4 移动台发送数据时的信道使用过程
图5 移动台接收数据时的信道使用过程
六. GPRS与IP
ＧＰＲＳ的技术的引进，把电信网络和计算机网络有机地连接在一起，朝未来的全ＩＰ网络平台发展。
——编者 从ＧＰＲＳ结构可以看出，基站与 ＳＧＳＮ设备之间的连接一般通过帧中继连接，ＳＧＳＮ与 ＧＧＳＮ设备之间通过ＩＰ网络连接。
ＧＧＳＮ可以由具有 ＮＡＴ（网络地址翻译）功能的路由器承担内部ＩＰ地址与外部网络ＩＰ地址的转换， ＭＳ可以访问ＧＰＲＳ内部的网络，也可以通过 ＡＰＮ（外部网络接入点名）访问外部的ＰＤＮ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络。
在标识 ＧＰＲＳ设备中，如手机 ＭＳ的标识除了在 ＧＳＭ中使用的ＩＭＳＩ、ＭＳＩＳＤＮ等号码外，还需要分配ＩＰ地址。网元设备ＳＧＳＮ、 ＧＧＳＮ的标识既有７号信令地址，又有数据ＧＧＳＮ的ＩＰ地址，ＧＳＮ（ＳＧＳＮ或ＧＧＳＮ）之间的通信采用ＩＰ地址，而ＧＳＮ与ＭＳＣ、ＨＬＲ等实体的 通信采用 ７号信令地址。在ＧＰＲＳ系统中，有两个重要的数据库记录信息。一是用户移动性管理上下文，用于管理移动用户的位置信息，另一是用户的ＰＤＰ上 下文（分组数据协议上下文），用于管理从手机ＭＳ到网关ＧＧＳＮ及到ＩＳＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务提供商）之间的数据路由信息。当 ＭＳ访问 ＧＰＲＳ内 部网络或外部ＰＤＮ／ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络时， ＭＳ向ＳＧＳＮ发激活ＰＤＰ上下文请求消息，ＭＳ可以与运营商签约选择固定服务的ＧＧＳＮ。或根据 ＡＰＮ选择规则，由 ＳＧＳＮ选择服务的ＧＧＳＮ，ＳＧＳＮ再向ＧＧＳＮ发建立ＰＤＰ上下文请求消息。ＧＧＳＮ分配 ＭＳ一个ＩＰ地址（静态或动态、公用 或私有），在建立 ＰＤＰ上下文过程中，需要对用户的身份，需要的服务质量进行鉴权和论证，在成功地建立和激活ＰＤＰ上下文后， ＭＳ、
ＳＧＳＮ和 ＧＧＳＮ都存储了用户的 ＰＤＰ上下文信息。有了用户的位置信息和数据的路由信息， ＭＳ就可以访问该网络的资源。 二代半产品ＧＰＲＳ的问世，在开发 和部署ＧＰＲＳ业务时会遇到一些新的概念。
——ＧＰＲＳ系统容量概念
ＧＰＲＳ的系统容量包括ＧＳＮ的网络容量和ＲＦ（射频） 容量。在ＧＳ
Ｍ系统中，系统的容量是系统能支持的用户数。而ＧＰＲＳ系统采用分组交换技术，多用户共享无线信道，如在描述ＧＰＲＳ交换系统的容量时，除了 人们习惯的用户数外，还采用存储的最大 ＰＤＰ上下文个数、用户的附着数，同时激活的ＰＤＰ上下文个数、数据吞吐量等指标。而在ＧＰＲＳ系统容量的描述 中，要考虑ＧＰＲＳ使用的信道数，支持多大的数据流量，支持多少 ＧＰＲＳ用户。总之，对于如何定量地描述ＧＰＲＳ用户的行为和话务模型是一个值得探讨的
问题。
——ＧＰＲＳ系统性能指标描述
ＧＰＲＳ系统的性能包括ＰＣＵ、ＳＧＳＮ、ＧＧＳＮ、计费系统的性能。这些设备主要是用可靠性（如设备的故障率、中断恢复服务时间），吞吐量和系统容量（如处理能力和计费容量），与外部网络的接口指标等来描述。
——外部网络的透明接入和非透明接入
用户通过 ＧＰＲＳ网络接入到互联网、企业内部网或ＩＳＰ时，需要对用户的身份、服务质量进行鉴权和数据加密等过程，用户 ＭＳ的动态ＩＰ地址的分配可以分别由运营商、企业网或ＩＳＰ等实现，因此 ＧＰＲＳ用户的接入方式有透明接入和非透明接入两种方式。
如果用户的 ＩＰ地址是运营商分配的公有地址（动态或静态），则ＧＧＳＮ不参与用户的论证和鉴权过程 用户可以通过 ＧＧＳＮ透明地接入到 ＧＰＲＳ内部网络或互联网络，这种方式称为透明方式。
非透明方式主要是用户通过ＧＰＲＳ网络接入到企业网络或ＩＳＰ的情形。用户 ＭＳ的ＩＰ地址是由企业网络或ＩＳＰ分配的私有地址（动态或静态），用户访问该企业网络或ＩＳＰ时 ，ＧＧＳＮ需要企业网络或ＩＳＰ中的专用服务器对该用户进行鉴权或论证。
2024年2月13日发(作者：段凌春)
一、GPRS的功能和业务
GPRS主要是在移动用户和远端的数据网络（如支持 TCP／IP、X.25等网络）之间提供一种连接，从而给移动用户提供高速无线IP和无线X.25业务。
GPRS采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。如果把空中接口上的TDMA帧中的8个时隙都用来传送数据，那么数据速率最高可达
164kb／空中接口的信道资源既可以被话音占用，也可以被GPRS数据业务占用。当然在信道充足的条件下，可以把一些信道定义为GPRS专用 信道。要实现GPRS网络，需要在传统的GSM网络中引入新的网络接口和通信协议。目前GPRS网络引入GSN（GPRS Surporting Node）节点。
二、GPRS的网络结构
GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在现有的GSM网络中需要增加一些节点，如GGSN（Gateway GPRS Supporting Node，网关GPRS支持节点）和SGSN（Serving GSN，服务GPRS支持节点）。
图1 GPRS网络结构
GSN是GPRS网络中最重要的网络节点。GSN具有移动路由管理功能，它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可以是一种类似于路由器的独立又备，也可以与GSM中的MSC集成在一起。
GSN有两种类型：一种为SGSN（Serving GSN，服务GSN），另一种为GGSN（Gateway GSN，网关GSN），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、PSPDN和LAN等。有的文献中，把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。
另外，有的厂商提出了GR（GSMRegister，GPRS数据库）的概念。GR类似于GSM
中的HLR，是GPRS业务数据库。它可以独立存在，也可 以和HLR共存，由服务器或程控交换机实现。GR这个名称在ETSI的建议中没有专门提及。
GPRS网络结构中还引入了下列新的网络接口：
· Gn，GSN主干网接口，用于各种GSN之间。
· Gb，BSS和sGsN之间的接口。
· Gr，SGSN和HLR之间的接口。
· Gp，不同的GSM网络（不同的PLMN）之间的接口。
· Gs，SGSN和MSC之间的接口。
三、GPRS协议模型
移动台（MS）和SGSN之间的GPRS分层协议模型如图2所示。Um接口是GSM 的空中接口。Um接口上的通信协议有5层，自下而上依次为物理层、MAC
Mdium Access Control）层、LLC （Logical Link Control）层、SNDC（Subnetwork
Dependant Convergence）层和网络层。
■Um接口的物理层为射频接口部分，而物理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20OkHz，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20Okb／s。考虑前向纠错码的开销，则最终的数据速率可达164kb/s左右。
■MAC为媒质接入控制层。MAC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。GPRS的逻辑信道共有3 类，分别是公共控制信道、分组业务信道和GPRS广播信道。公共控制信道用来传送数据通信的控制信令，具体又分为寻呼和应答等信道。分组业务信道用来传送 分组数据。广播信道则是用来给移动台发送网络信息。
■LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议。LLC层负责在高层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。
■BSS中的LLR层是逻辑链路传递层。这一层负责转送MS和SGSN之间的LLC帧。LLR层对于SNDC数据单元来说是透明的，即不负责处理SNDC数据。
■SNDC被称为子网依赖结合层。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。
■网络层的协议目前主要是Phase l阶段提供的TCP／IP和L25协议。TCP／IP和X.25协议对于传统的GSM网络设备（如BSS和NSS等设备）是透明的。
四、GPRS的路由管理
GPRS的路由管理是指GPRS网络如何进行寻址和建立数据传送路由。GPRS的路由管理表现在以下3个方面：移动台发送数据的路由建立；移动台接收数据的路由建立；以及移动台处于漫游时数据路由的建立。
对于第一种情况，如图3中的路径1所示。当移动台产生了一个PDU（分组数据单元），这个PDU经过SNDC层处理，称为SNDC数据单 元。然后经过LLC层处理为LLC郑通过空中接口送到GSM网络中移动台所处的SGSN。SGSN把数据送到GGSN。GGSN把收到的消息进行解装处 理，转换为可在公用数据网中传送的格式（如PSPDN的PDU），最终送给公用数据网的用户。为了提高传输效率，并保证数据传输的安全，可以对空中接口上 的数据做压缩和加密处理。
图3 GPRS的路由管理
在第二种情况中，一个公用数据网用户传送数据到移动台，如图3中的路径2所示。首先通过数据网的标准协议建立数据网和GGSN之间的路由。 数据网用户发出的数据单元（如PSPDN中的PDU），通过建立好的路由把数据单元PDU送给GGSN。而GGSN再把PDU送给移动台所在的SGSN上 GSN把PDU封装成SNDC数据单元，再经过LLC层处理为LLC帧单元，最终通过空中接口送给移动台。
第三种情况是一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户。这种情况下的数据传送路由如图3的路由3所示。其数据必须要经过归属地的GGSN，然后送到移动用户A。
五、空中按口的信道构成
GPRS空中接口的信道构成如下：
· PDTCH（Pachet Data Traffic Channe1），分组数据业务信道。这种信道用来传送空中接口的GPRS分组数据。
· PPCH（Packet Paging Channe1），分组寻呼信道PPCH用来寻呼GPRS被叫用户。
· PRACH（Packet Randem Access Channel），分组随机接入信道。GPRS用户通过PRACH向基站发出信道请求。
· PAGCH（Packet Access Grant Channel），分组接人应答信道。PAGCH是一种应答信道，对PRACH作出应答。
· PACCH（Packet Asscrchted Control Channel），分组随路控制信道。这种信道用来传送实现GPRS数据业务的信令。 移动台发送数据时的空中接口信道使用过程如图4所示。移动台接收数据时的空中接口信道使用过程如图5所示。
图4 移动台发送数据时的信道使用过程
图5 移动台接收数据时的信道使用过程
六. GPRS与IP
ＧＰＲＳ的技术的引进，把电信网络和计算机网络有机地连接在一起，朝未来的全ＩＰ网络平台发展。
——编者 从ＧＰＲＳ结构可以看出，基站与 ＳＧＳＮ设备之间的连接一般通过帧中继连接，ＳＧＳＮ与 ＧＧＳＮ设备之间通过ＩＰ网络连接。
ＧＧＳＮ可以由具有 ＮＡＴ（网络地址翻译）功能的路由器承担内部ＩＰ地址与外部网络ＩＰ地址的转换， ＭＳ可以访问ＧＰＲＳ内部的网络，也可以通过 ＡＰＮ（外部网络接入点名）访问外部的ＰＤＮ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络。
在标识 ＧＰＲＳ设备中，如手机 ＭＳ的标识除了在 ＧＳＭ中使用的ＩＭＳＩ、ＭＳＩＳＤＮ等号码外，还需要分配ＩＰ地址。网元设备ＳＧＳＮ、 ＧＧＳＮ的标识既有７号信令地址，又有数据ＧＧＳＮ的ＩＰ地址，ＧＳＮ（ＳＧＳＮ或ＧＧＳＮ）之间的通信采用ＩＰ地址，而ＧＳＮ与ＭＳＣ、ＨＬＲ等实体的 通信采用 ７号信令地址。在ＧＰＲＳ系统中，有两个重要的数据库记录信息。一是用户移动性管理上下文，用于管理移动用户的位置信息，另一是用户的ＰＤＰ上 下文（分组数据协议上下文），用于管理从手机ＭＳ到网关ＧＧＳＮ及到ＩＳＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务提供商）之间的数据路由信息。当 ＭＳ访问 ＧＰＲＳ内 部网络或外部ＰＤＮ／ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络时， ＭＳ向ＳＧＳＮ发激活ＰＤＰ上下文请求消息，ＭＳ可以与运营商签约选择固定服务的ＧＧＳＮ。或根据 ＡＰＮ选择规则，由 ＳＧＳＮ选择服务的ＧＧＳＮ，ＳＧＳＮ再向ＧＧＳＮ发建立ＰＤＰ上下文请求消息。ＧＧＳＮ分配 ＭＳ一个ＩＰ地址（静态或动态、公用 或私有），在建立 ＰＤＰ上下文过程中，需要对用户的身份，需要的服务质量进行鉴权和论证，在成功地建立和激活ＰＤＰ上下文后， ＭＳ、
ＳＧＳＮ和 ＧＧＳＮ都存储了用户的 ＰＤＰ上下文信息。有了用户的位置信息和数据的路由信息， ＭＳ就可以访问该网络的资源。 二代半产品ＧＰＲＳ的问世，在开发 和部署ＧＰＲＳ业务时会遇到一些新的概念。
——ＧＰＲＳ系统容量概念
ＧＰＲＳ的系统容量包括ＧＳＮ的网络容量和ＲＦ（射频） 容量。在ＧＳ
Ｍ系统中，系统的容量是系统能支持的用户数。而ＧＰＲＳ系统采用分组交换技术，多用户共享无线信道，如在描述ＧＰＲＳ交换系统的容量时，除了 人们习惯的用户数外，还采用存储的最大 ＰＤＰ上下文个数、用户的附着数，同时激活的ＰＤＰ上下文个数、数据吞吐量等指标。而在ＧＰＲＳ系统容量的描述 中，要考虑ＧＰＲＳ使用的信道数，支持多大的数据流量，支持多少 ＧＰＲＳ用户。总之，对于如何定量地描述ＧＰＲＳ用户的行为和话务模型是一个值得探讨的
问题。
——ＧＰＲＳ系统性能指标描述
ＧＰＲＳ系统的性能包括ＰＣＵ、ＳＧＳＮ、ＧＧＳＮ、计费系统的性能。这些设备主要是用可靠性（如设备的故障率、中断恢复服务时间），吞吐量和系统容量（如处理能力和计费容量），与外部网络的接口指标等来描述。
——外部网络的透明接入和非透明接入
用户通过 ＧＰＲＳ网络接入到互联网、企业内部网或ＩＳＰ时，需要对用户的身份、服务质量进行鉴权和数据加密等过程，用户 ＭＳ的动态ＩＰ地址的分配可以分别由运营商、企业网或ＩＳＰ等实现，因此 ＧＰＲＳ用户的接入方式有透明接入和非透明接入两种方式。
如果用户的 ＩＰ地址是运营商分配的公有地址（动态或静态），则ＧＧＳＮ不参与用户的论证和鉴权过程 用户可以通过 ＧＧＳＮ透明地接入到 ＧＰＲＳ内部网络或互联网络，这种方式称为透明方式。
非透明方式主要是用户通过ＧＰＲＳ网络接入到企业网络或ＩＳＰ的情形。用户 ＭＳ的ＩＰ地址是由企业网络或ＩＳＰ分配的私有地址（动态或静态），用户访问该企业网络或ＩＳＰ时 ，ＧＧＳＮ需要企业网络或ＩＳＰ中的专用服务器对该用户进行鉴权或论证。