GPRS

GPRS原理

　　GPRS 區(qū)別于舊的電路交換（or CSD）連接，連接在Release 97之前（GSM電話功能還沒怎么開發(fā)）就已經(jīng)包含進GSM標準中。在舊有系統(tǒng)中一個數(shù)據(jù)連接要創(chuàng)建并保持一個電路連接，在整個連接過程中這條電路被獨占直到連接被拆除。 GPRS 基于分組交換，也就是說多個用戶可以共享一個相同的傳輸信道，每個用戶只有在傳輸數(shù)據(jù)的時候才會占用信道。這就意味著所有的可用帶寬可以立即分配給當前發(fā)送數(shù)據(jù)的用戶，這樣更多的間隙發(fā)送或者接受數(shù)據(jù)的用戶可以共享帶寬。 WEB瀏覽，收發(fā)電子郵件和即時消息都是共享帶寬的間歇傳輸數(shù)據(jù)的服務(wù)。
　　通常GPRS數(shù)據(jù)的計費是不是按照電路交換方式的秒，而是千字節(jié)KB。電路交換方式下，即使網(wǎng)絡(luò)上沒有數(shù)據(jù)傳輸，其他用戶也不能使用空閑的信道。
　　GPRS最初支持（理論上）互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP，點到點協(xié)議PPP和X.25連接。后者典型的應(yīng)用是無線付費終端，盡管它已經(jīng)作為標準需求被去除。X.25依然可以通過PPP甚至是IP得到支持, 但是這樣做既不需要重新封裝也不用集成什么到終端里。

GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　GPRS網(wǎng)絡(luò)主要實體包括GPRS骨干網(wǎng)、GGSN、SGSN、本地位置寄存器HLR、移動交換中心(MSC，拜訪位置寄存器(VLR)、移動臺、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(PDN)、短消息業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)移動交換中，C,,(SMS．GMSC)和短消息業(yè)務(wù)互通移動交換中心(sMs．IWMSC)等。
　　GPRS網(wǎng)絡(luò)引入了分組交換和分組傳輸?shù)母拍睿@樣使得GSM網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持從網(wǎng)絡(luò)體系上得到了加強。圖2和圖3從不同的角度上給出了GPRS網(wǎng)絡(luò)的組成示意圖。GPRS其實是疊加在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)的另一網(wǎng)絡(luò)，GPRS網(wǎng)絡(luò)在原有的GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加了SGSN（服務(wù)GPRS支持節(jié)點）、GGSN（網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點）等功能實體。GPRS共用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)的BSS系統(tǒng)，但要對軟硬件進行相應(yīng)的更新；同時GPRS和GSM網(wǎng)絡(luò)各實體的接口必須作相應(yīng)的界定；另外，移動臺則要求提供對GPRS業(yè)務(wù)的支持。GPRS支持通過GGSN實現(xiàn)的和PSPDN的互聯(lián)，接口協(xié)議可以是X.75或者是X.25，同時GPRS還支持和IP網(wǎng)絡(luò)的直接互聯(lián)。

圖1  GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖2  GPRS網(wǎng)絡(luò)組成

GPRS協(xié)議棧

　　GPRS協(xié)議規(guī)程體現(xiàn)了無線和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的特征。其中既包含類似局域網(wǎng)技術(shù)中的邏輯鏈路控制LLC子層和媒體接入控制MAC子層，又包含RLC和BSSGP等新引入的特定規(guī)程。并且各種網(wǎng)絡(luò)單元所包含的協(xié)議層次也有所不同，如PCU中規(guī)程體系與無線接入相關(guān)，GGSN中規(guī)程體系完全與數(shù)據(jù)應(yīng)用相關(guān)，而SGSN規(guī)程體系則涉及兩個方面，它既要連接PCU進行無線系統(tǒng)和用戶管理，又要連接GGSN進行數(shù)據(jù)單元的傳送。SGSN的PCU側(cè)的Gb接口上采用幀中繼規(guī)程，與GGSN側(cè)的Gn接口上則采用TCP/IP規(guī)程，SGSN中協(xié)議低層部分，如NS和BSSGP層與無線管理相關(guān)，高層部分，如LLC和SNDCP則與數(shù)據(jù)管理相關(guān)。
　　由GPRS系統(tǒng)的端到端之間的應(yīng)用協(xié)議結(jié)構(gòu)可知，GPRS網(wǎng)絡(luò)是存在于應(yīng)用層之下的承載網(wǎng)絡(luò)，它用于以承載IP或X.25等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由于GPRS本身采用IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的IP應(yīng)用規(guī)程結(jié)構(gòu)可理解為兩層IP結(jié)構(gòu)，即應(yīng)用級的IP協(xié)議以及采用IP協(xié)議的GPRS系統(tǒng)本身。
　　GPRS分為傳輸面和控制面兩個方面。傳輸面為提供用戶信息傳送及其相關(guān)信息傳送控制過程（如流量控制，錯誤檢測和恢復(fù)等）的分層規(guī)程?？刂泼鎰t包括控制和支持用戶面功能的規(guī)程，如分組域網(wǎng)絡(luò)接入連接控制（附著與去激活過程），網(wǎng)絡(luò)接入連接特性（PDP上下文激活和去激活），網(wǎng)絡(luò)接入連接的路由選擇（用戶移動性支持），網(wǎng)絡(luò)資源的設(shè)定控制等。

GPRS接口種類

　　GPRS系統(tǒng)中存在各種不同的接口種類，如圖所示。GPRS接口涉及幀中繼規(guī)程、七號信令協(xié)議、IP協(xié)議等不同規(guī)程種類，內(nèi)容非常多。以下分別予以簡單介紹。

　　GPRS接口種類
　?、?Gb接口
　　Gb鏈路提供BSS與SGSN之間的連接，用以傳送小區(qū)管理和路由區(qū)切換信息，并進行MS與SGSN之間的數(shù)據(jù)傳送。
　?、?Gr接口
　　Gr接口指GPRS系統(tǒng)中SGSN與HLR之間的接口，用于傳送MS的加密信息，鑒權(quán)信息和用戶數(shù)據(jù)庫信息等。
　　Gr接口采用CCS7規(guī)程，應(yīng)用層采用MAP協(xié)議。
　?、?Gn/Gp接口
　　如圖所示，Gn是同一個PLMN內(nèi)部GSN之間的接口，Gp是不同PLMN中GSN之間的接口，Gn與Gp接口都采用基于IP的GTP協(xié)議規(guī)程，提供協(xié)議規(guī)程數(shù)據(jù)包在GSN結(jié)點間通過GTP隧道協(xié)議傳送的機制。Gn接口一般支持域內(nèi)靜態(tài)或動態(tài)路由協(xié)議，而Gp接口由于經(jīng)由PLMN之間路由傳送，所以它必須支持域間路由協(xié)議，如邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP。
　　GTP規(guī)程僅在SGSN與GGSN之間實現(xiàn)，其他系統(tǒng)單元不涉及GTP規(guī)程的處理。
 

　　④ Gi接口
　　Gi接口是GPRS網(wǎng)絡(luò)與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接口點，它可以采用X.25協(xié)議、x.75協(xié)議或IP協(xié)議等接口方式。其中與IP接口方式。在IP網(wǎng)絡(luò)中，子網(wǎng)的鏈接一般通過路由器進行。因此，外部IP網(wǎng)認為GGSN就是一臺路由器，他們之間可跟據(jù)客戶需要考慮采用何種IP路由協(xié)議。
　　另外，根據(jù)協(xié)議和IP網(wǎng)絡(luò)的基本要求，可由運營商在Gi接口上配置防火墻，進行數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)安全性管理；配置域名服務(wù)器進行域名解析；配置動態(tài)地址服務(wù)器進行MS地址的分配；配置Radius服務(wù)器進行用戶接入鑒權(quán)等。
　?、?Gs接口
　　Gs接口為SGSN與MAC之間的接口，在Gs接口存在的情況下，MS可通過SGSN進行IMSI/GPRS聯(lián)合附著、LA/RA聯(lián)合更新，并采用尋呼協(xié)調(diào)通過SGSN進行GPRS附著用戶的電路尋呼，從而降低系統(tǒng)無線資源的利用，減少系統(tǒng)信令鏈路負荷，有效提高網(wǎng)絡(luò)性能。
　?、?Ga接口
　　SGSN/GGSN與計費網(wǎng)關(guān)CG之間的接口是用于傳送計費信息，它采用類似GTP的GTP協(xié)議（如圖）。
 

GPRS服務(wù)

　　GPRS提升GSM的數(shù)據(jù)服務(wù)性能：
　　點到點 (P2P) 服務(wù)： 連接 (IP protocols)IP網(wǎng)絡(luò) and X.25網(wǎng)絡(luò)。
　　多播(P2MP)服務(wù) ： 一點到多點的組播和多方通話。
　　短信服務(wù) (SMS)： 發(fā)送SMS。
　　多媒體短信(MMS)： 發(fā)送攜帶語音和圖像信息的短消息。
　　因特網(wǎng)服務(wù)提供商服務(wù)： 提供互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容服務(wù)。
　　郵件服務(wù)通過POP3或者IMAP協(xié)議檢查閱讀發(fā)送電子郵件
　　匿名服務(wù)： 匿名訪問預(yù)定服務(wù)
　　未來功能： 靈活加入新的功能，例如更大容量，更多用戶，新的資源和無線網(wǎng)絡(luò)。

GPRS特點

　　GPRS，通用無線分組業(yè)務(wù)是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。GPRS充分利用共享無線信道，采用IPOverPPP實現(xiàn)數(shù)據(jù)終端的高速、遠程接入。作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動通信演變的過渡技術(shù)（2.5G），GPRS在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢。
　　GPRS有下列特點：
　　1、可充分利用現(xiàn)有資源—中國移動全國范圍的電信網(wǎng)絡(luò)--GSM，方便、快速、低建設(shè)成本地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠程接入網(wǎng)絡(luò)的部署；
　　2、傳輸速率高，GPRS數(shù)據(jù)傳輸速度可達到57.6Kbps，最高可達到115Kbps—170Kbps，完全可以滿足用戶應(yīng)用的需求，下一代GPRS業(yè)務(wù)的速度可以達到384Kbit/s；
　　3、接入時間短，GPRS接入等待時間短，可快速建立連接，平均為兩秒；
　　4、提供實時在線功能“alwaysonline”，用戶將始終處于連線和在線狀態(tài)，這將使訪問服務(wù)變得非常簡單、快速；
　　5、按流量計費，GPRS用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，用戶可以一直在線，按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時，用戶即使掛在網(wǎng)上也是不收費的。
　　GPRS業(yè)務(wù)，具有接入迅速、永遠在線、流量計費等特點，在遠程突發(fā)性數(shù)據(jù)實時傳輸中有不可比擬的優(yōu)勢，特別適合于頻發(fā)小數(shù)據(jù)量的實時傳輸,因而GPRS業(yè)務(wù)在某些行業(yè)上有特殊的應(yīng)用。

GPRS的技術(shù)構(gòu)成

　　GPRS是由ETSI 定義的一種數(shù)據(jù)無線傳輸技術(shù)，其目的是在GSM 等移動通信網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)高速移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。為了實現(xiàn)預(yù)期目的，GPRS 采用了多種技術(shù)手段這也正是GPRS 優(yōu)于其他移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主要技術(shù)特點：
　　1、以分組方式在GSM網(wǎng)路上傳送數(shù)據(jù)和信令，優(yōu)于無線和有線網(wǎng)絡(luò)資源，在無線子系統(tǒng)和有線網(wǎng)路子系統(tǒng)之間保持嚴格分界，使有線網(wǎng)路子系統(tǒng)可以與其他無線接入技術(shù)相連。
　　2、定義了新的GPRS 無線信道，時隙分配靈活，每個TDMA幀可有1~8 個時隙，并可以為不同用戶所分享。這樣，對于每個用戶，GPRS 可以提供9~170Kbps 的速率。因此，GPRS 可以支持從低速短消息到高速Web 瀏覽的各種應(yīng)用，同時，GPRS 也容許用戶在收發(fā)數(shù)據(jù)同時接聽語音呼叫。
　　3、通過TCP/IP 和X.25 接口，通過與現(xiàn)有標準數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的無縫連接。GPRS 能以快速預(yù)約的方式開始數(shù)據(jù)傳輸，通常為0.5~1s，這就意味著數(shù)據(jù)用戶不必等待手機撥號，無需建立完全的端到端連接。
　　GPRS 的系統(tǒng)中，SGSN 為本服務(wù)區(qū)內(nèi)的GPRS 用戶提供分組路由，SGSG 完成的功能主要有移動性管理，邏輯鏈路管理，分組路由與傳送，數(shù)據(jù)計費，聯(lián)系HLR、MSC 及BSC 等；GGSN 提供與其他GPRS 網(wǎng)路及外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的接口，GGSN 完成的功能主要有ISP 選擇，移動臺鑒權(quán)，IP 主機配置等。
　　與電路交換式數(shù)據(jù)呼叫不同，GPRS 分組是從基站發(fā)送到SGSN,而不是通過MSC 連接到語音網(wǎng)絡(luò)上。SGSN 與GGSN 進行通信，GGSN 對分組數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，如Internet。來自Internet 標識有移動臺地址的IP 包，由GGSN接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN,繼而傳送到移動臺上。
　　GPRS 采用分組交換技術(shù)，它可以讓多個用戶共享某些固定的信道資源。GSM空中接口的信道資源既可以被話音占用，也可以被GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用。當然在信道充足的條件下，可以把一些信道定義為GPRS 專用信道。
　　根據(jù)歐洲ETSI 的GSM2+階段的建議，GPRS 分為兩個發(fā)展階段（即Phase1 和Phase2）。GPRS 的Phase1 階段將能支持下列功能和業(yè)務(wù)：*TCP/IP 和X.25 業(yè)務(wù)；*全新GPRS 空中接口加密技術(shù)；*GPRS 附加業(yè)務(wù)；*增強型的短信業(yè)務(wù)（E- SMS）；*GPRS 分組數(shù)據(jù)計費功能，即根據(jù)數(shù)據(jù)量計費。
　　上述功能業(yè)務(wù)中最重要的是TCP/IP 和X.25 功能。GSM網(wǎng)絡(luò)可以通過TCP/IP 和X.25 為用戶提供電子郵件、WWW 瀏覽、專用數(shù)據(jù)、LAN 接入等業(yè)務(wù)。
　　GPRS Phase2 階段的規(guī)范尚在制定中，它能提供更多的新功能和新業(yè)務(wù)。

GPRS和電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的比較