GPRS一日通教程Word格式文档下载.docx
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第八讲GPRS系统规划45
8.1GPRS系统容量的规划46
8.4PCU的规划50
8.5IP地址的规划51
8.6GPRS网络建设时需考虑的问题52
第九讲典型例子53
9.1NokiaGPRS系统解决方案53
9.2爱立信GPRS系统解决方案56
第十讲国际漫游组网结构56
10.1GPRS国际漫游拓扑结构56
10.2中国移动GPRS国际漫游正式组网结构57
10.3GPRS国际漫游下的PDP激活过程58
GPRS系统原理介绍
第一讲GPRS简介
1.1概述
GPRS（GeneralPacketRadioService）是通用分组无线业务的简称。
GPRS是GSMPhase2.1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
Ø
GPRS服务支持结点（SGSN,ServingGPRSSupportingNode）
GPRS网关支持结点（GGSN,GatewayGPRSSupportNode）
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1.1GPRS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1.1GSM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
95MHz
1900MHz频段
1850---1910MHz
1930---1990MHz
80MHz
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。
1.2GPRS的主要特点
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。
（5）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。
（6）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。
（7）在GSMPLMN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的小区位置，实现安全功能和接入控制。
节点SGSN通过帧中继连接到基站子系统。
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。
（8）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。
（9）蜂窝选择可由MS自动进行，或者基站子系统指示MS选择某一特定的蜂窝。
MS在重新选择另一个蜂窝或蜂窝组（即一个路由区）时会通知网络。
（10）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。
（11）为了收发GPRS数据，MS会激活它所想用的分组数据地址。
这个操作使得MS可被相应的GGSN所识别，从而能开始与外部数据网络的互通。
（12）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GPRSPLMN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。
（13）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。
（14）GPRS的核心网网络层采用IP技术，底层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。
1.3GPRS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。
在支持GPRS承载业务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
在用户与网络接入点之间支持数据传输的性能。
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分组传输。
由业务请求者启动，被接收者接收。
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。
GPRSPTM业务能够提供一个用户将数据发送给具有单向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---是定义为一部分IP协议序列的业务。
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1-1GPRS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1-2GPRS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
1.4GPRS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，并且按时间收费。
因此相对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。
1.5GPRS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，拓展展了业务运用。
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。
GPRS确实会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，XX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（GaussianMinimum-ShiftKeying）的调制技术，相比之下，EDGE基于一种新的调制方法8PSK（eight-phase-shiftkeying），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。
1.6GPRS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GSM02.60GPRSPhase1业务描述。
1999年底完成GPRSPhase2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1-3GPRS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
04.60RLC/MAC协议
03.64无线接口描述
04.61PTM-M业务
03.61点对多点-广播业务
04.62PTM-G业务
03.62点对多点-群呼
04.64LLC04.65SNDCP
07.60用户互通
08.14Gb层1
08.16Gb层网络业务
08.18BSSGP、Gb接口
09.16Gb层2
09.18Gb层3
09.60Gn&
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
PTPTCP/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"
900/1800MHzTDMA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900/1800MHzTDMA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ETSISMG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。
2002年5月，中国移动GPRS二期工程完成，正式投入商用。
第二讲GPRS的网络结构
2.1GPRS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2-1GPRS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BSS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2-2GPRS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GPRSPLMN，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。
2.2GPRS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
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