GPRS工作原理以及其通信协议.docx

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GPRS工作原理以及其通信协议

关于GPRS通信协议

简介：

首先介绍了GPRS的工作原理和工作特点，然后介绍GPRS的协议模型和应用范围，接着介绍了GPRS在传输中所需要用的3种协议，最后介绍了一种基于单片机的GPRS的无线数据传送系统

GPRS的工作原理简介

GPRS工作时，是通过路由管理来进行寻址和建立数据连接的，而GPRS的路由管理表现在以下3个方面：

移动终端发送数据的路由建立；移动终端接收数据的路由建立；以及移动终端处于漫游时数据路由的建立。

对于第一种情况，当移动终端产生了一个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帧，通过空中接口（空中接口（AirInterface）是指用户终端（UT）和无线接入网络（RAN）之间的接口）送到GSM网络中移动终端所处的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。

在第二种情况中，一个公用数据网用户传送数据到移动终端时，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送给移动终端所在的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终端。

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必须要经过归属地的GGSN，然后送到移动用户A。

GPRS的英文全称是：

“GeneralPacketRadioService”（译作“通用分组无线服务”），它是利用“包交换”（Packet－Switched）的概念发展起来的一套无线传输方式。

所谓“包交换”就是将Data封装成许多独立的封包，再将这些封包一一传送出去，形式上有点类似邮局中的寄包裹。

其作用在于只有当有资料需要传送时才会占用频宽，而且可以以传输的资料量计价，这对广大用户来说是较合理的计费方式，因为像Internet这类的数据传输大多数的时间频宽是闲置的。

GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。

在现有的GSM网络中需增加一些节点，如GGSN（GatewayGPRSSupportingNode，GPRS网关支持节点）和SGSN（ServingGSN，GPRS服务支持节点），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可以完成移动终端（即手机）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设备，也可以与GSM中的MSC（MobileSwitchingCenter，移动交换中心，将本网和其它网络连接起来）集成在一起。

GSN有两种类型：

一种为SGSN（ServingGSN，服务GSN），另一种为GGSN（GatewayGSN，网关GSN），SGSN的主要作用是记录移动终端的当前位置信息，并且在移动终端和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（综合业务数字网）、PSPDN（分组交换公用数据网）和LAN（局域网）等。

国外有些资料甚至将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。

　GPRS网不但具有覆盖范围广、数据传输速度快、通信质量高、永远在线和按流量计费等优点，而且其本身就是一个分组型数据网，支持TCP/IP协议，可以直接与Internet互通。

因此，GPRS在无线上网、环境监测便携型、交通监控、移动办公等行业中具有无可比拟的性价比优势。

GPRS的主要特点

相对原来GSM的电路交换数据传送方式，GPRS采用分组交换技术。

由于使用“分组”技术，用户上网可以免受掉线的麻烦。

此外，使用GPRS上网的方法与WAP不同，用WAP上网就如在家中上网，先“拨号连接”，而上网后便不能同时使用该电话线，但GPRS则较优越，下载资料和通话可以同时进行。

从技术上来说，声音的传送（即通话）继续使用GSM，而数据的传送则使用GPRS，就把移动电话的应用提升到一个更高层次，而且不需重新组网，十分经济。

GPRS的用途十分广泛，包括通过手机发送及接收电子邮件、在Internet上浏览等。

使用GPRS，数据可实现分组发送和接受，这意味着用户总是在线且按流量计费，降低了服务成本。

GPRS的最大优势在于数据传输速度不是WAP所能比拟的。

目前的GSM移动通信网的传输速度为每秒9.6K字节，GPRS手机在今年初推出时已达到56Kbps的传输速度，到现在更是达到了115Kbps（此速度是常用56kmodem理想速率的两倍）。

除了速度上的优势，GPRS还有“永远在线”的特点，即用户随时与网络保持联系。

举个例子，用户访问Internet时，点击一个超级链接，手机就在无线信道上发送和接受数据，主页下载到本地后，没有数据传送，手机就进入一种“准休眠”状态，手机释放所用的无线频道给其它用户使用，这时网络与用户之间还保持一种逻辑上的连接，当用户再次点击，手机立即向网络请求无线频道用来传送数据，而不像普通拨号上网那样断线后还得重新拨号才能上网。

GPRS的协议模型

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（MediaAccessControl）层、LLG（LogicalLinkControl）层、SNDC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200Kbps。

考虑前向纠错码的开销，则最终的数据速率可达164kbps左右；MAC为媒质访问控制层。

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终端共享；LLG层为逻辑链路控制层。

它是一种基于高速数据链路规程HDLG的无线链路协议；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；网络层的协议目前主要是Phasel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、NSS等设备）是透明的。

GPRS的应用范围

GPRS是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输业务，在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS可以提供系列交互式业务服务：

1、点对点面向连接的数据业务。

为两个用户或者多个用户之间发送多分组的业务，该业务要求有建立连接、数据传送以及连接释放等工作程序。

2、单点对多点业务。

根据某个业务请求者的要求，把单一信息传送给多个用户。

该业务又可以分为点对多点多信道广播业务、点对多点群呼业务和IP多点传播业务。

3、点对点无连接型网络业务。

各个数据分组彼此互相独立，用户之间的信息传输不需要端到端的呼叫建立程序，分组的传送没有逻辑连接，分组的交付没有确认保护，是由IP协议支持的业务。

GPRS除了提供点对点、点对多点的数据业务外，还能支持用户终端业务、补充业务、GSM短消息业务和各种GPRS电信业务。

GPRSDTU（数据传输终端）的INERNET接入技术

GPRSDTU（数据传输终端）的INERNET接入技术，通过点对点协议建立通信链路，将集成有GPPS模块的DTU采集处理后的数据经UDP／IP封包，采用TCP／IP协议进行远程无线数据传输。

所以我们必须了解ppp协议和UDP/IP、TCP/IP协议，下面介绍了3种协议

（一）ppp协议

1.1PPP协议简介

PPP提供了一种在点对点的链路上封装多协议数据报（IP、IPX和AppleTalk）的标准方法。

它不仅能支持IP地址的动态分配和管理；同步（面向位的同步数据块的传送）或异步（起始位+数据位+奇偶校验位+停止位）物理层的传输；网络层协议的复用；链路的配置、质量检测和纠错；而且还支持多种配置参数选项的协商。

PPP协议主要包括三部分：

LCP（LinkControlProtocol）链路控制协议、NCP（NetworkControlProtocol）和PPP的扩展协议（如MultilinkProtocol，）。

随着网络技术的不断发展，网络带宽已不在是瓶颈，所以PPP扩展协议的应用也就越来越少，因此往往人们在叙述PPP协议时经常会忘记它的存在。

而且大部分网络教材上会将PPP的认证也作为PPP协议的一个主要部分，实际上这是一个错误概念的引导。

PPP协议默认是不进行认证配置参数选项的协商，它只作为一个可选的参数，当点对点线路的两端需要进行认证时才需配置。

当然在实际应用中这个过程是不可忽略的，例如我们使用计算机上网时，需要通过PPP协议与NAS设备互连，在整个协议的协商过程中，我们需要输入用户名和密码。

因此当别人说PPP协议主要包括LCP、认证和NCP协议三个部分时，你不要认为他的说法有误，而只是不够准确罢了。

1.2总结

􀁹PPP协议由于自身诸多的优点取代了SLIP协议，从而成为目前被广泛使用的数据链路层协议

􀁹SLIP协议归咎其其简单数据包的封装方式，使其仅能在点对点的链路上封装单一的网络层协议（IP协议）

􀁹PPP协议包括LCP协议、NCP协议和PPP扩展协议

􀁹RFC1661文档中说明了PPP协议缺省是不进行PAP和CHAP认证

第二章PPP协议的三组件

2.1PPP协议的组件

首先简单介绍一下PPP协议的三组件：

PPP协议的封装方式、LCP协议的协商过程和NCP协议的协商过程，然后再结合具体的LCP和NCP数据报的封装格式和两个阶段实际数据报文的交换过程，进一步理解PPP的LCP和NCP协商阶段的具体内容。

2.1.1PPP协议的封装

我们知道ISO参考模型共分七层，自下而上分别是物理层、数据链路层、网

络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

通常我们会依据协议所完成的

功能将它与这七层进行对照，PPP协议就属于数据链路层协议。

4

我们在提及PPP协议的报文封装格式时，不可不先提一下HDLC协议。

HDLC也是最常用的数据链路层协议，它是从SDLC协议衍进过来的，许多常用的数据链路层协议的封装方式都是基于HDLC的封装格式的，同样PPP协议也不例外，它也采用了HDLC的定界帧格式。

下图为PPP数据帧的

封装格式：

以下为对PPP数据帧封装格式的一点说明：

􀁹每一个PPP数据帧均是以一个标志字节起始和结束的，该字节为0x7E。

􀁹紧接在起始标志字节后的一个字节是地址域，该字节为0xFF。

我们熟知网络是分层的，且对等层之间进行相互通信，而下层为上层提供服务。

当对等层进行通信时首先需获知对方的地址，而对不同的网络，在数据链路层则表现为需要知道对方的MAC地址、X.121地址、ATM地址等；在网络层则表现为需要知道对方的IP地址、IPX地址等；而在传输层则需要道对方的协议端口号。

例如如果两个以太网上的主机希望能够通信的话，首先发送端需获知对端的MAC地址。

但由于PPP协议是被运用在点对点的链路上的特殊性，它不像广播或多点访问的网络一样，因为点对点的链路就可以唯一标示对方，因此使用PPP协议互连的通信设备

的两端无须知道对方的数据链路层地址，所以该字节已无任何意义，按照协议的规定将该字节填充为全1的广播地址。

􀁹同地址