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3.7.2SGSN与HLR间信令平面22

3.7.3SGSN与MSC/VLR间信令平面22

3.7.4SGSN与EIR间信令平面23

3.7.5SGSN与SMS-GMSC、SMS-IWMSC间信令平面23

3.7.6GPRS支持节点间信令平面24

3.7.7GGSN与HLR间信令平面24

第4章移动性管理25

4.1MM状态25

4.1.1IDLE状态25

4.1.2STANDBY状态25

4.1.3READY状态26

4.2MM状态功能26

4.2.1MM状态迁移26

4.2.2就绪定时器功能27

4.2.3周期性路由区更新定时器功能28

4.2.4用户可及定时器功能28

4.3SGSN与MSC/VLR的交互29

4.3.1SGSN-MSC/VLR关联的管理29

4.3.2组合RA/LA更新29

4.3.3CS寻呼协调及网络操作模式30

4.4MM规程31

4.4.1GPRS附着功能31

4.4.2GPRS分离规程33

4.4.3清除功能36

4.5安全性功能36

4.5.1用户鉴权36

4.5.2用户身份机密性37

4.5.3用户数据和GMM/SM信令机密性37

4.5.4用户身份检查38

4.6位置管理功能38

4.6.1小区更新规程39

4.6.2路由区更新规程39

4.6.3组合RA/LA更新规程42

4.6.4周期性路由区更新和位置区更新43

4.7用户数据管理功能44

4.7.1插入用户数据规程44

4.7.2删除用户数据规程44

4.8MS类标处理功能45

第5章无线资源管理功能46

第6章分组路由与传输功能48

6.1PDP状态和状态转换48

6.2会话管理规程49

6.2.1静态地址与动态地址49

6.2.2PDP上下文的激活规程50

6.2.3PDP上下文的修改52

6.2.4PDP上下文的去激活53

6.3业务流程举例54

6.3.1MS发起分组数据业务54

6.3.2网络发起分组数据业务55

第7章用户数据传输57

7.1传输模式57

7.1.1GTP传输模式57

7.1.2LLC传输模式57

7.1.3RLC传输模式57

7.2LLC功能57

7.2.1寻址58

7.2.2服务58

7.2.3功能58

7.3SNDCP功能58

7.4PPP功能60

7.5Gb接口60

7.5.1物理层60

7.5.2FR子层60

7.5.3NS子层61

7.5.4BSSGP层61

7.6Abis接口62

7.6.1结构A63

7.6.2结构B64

7.6.3结构C64

第8章信息存储66

8.1HLR66

8.2SGSN67

8.3GGSN68

8.4MS69

8.5MSC/VLR70

第9章编号71

9.1IMSI71

9.2P-TMSI72

9.3NSAPI/TLLI72

9.3.1NSAPI72

9.3.2临时逻辑链路标志（TLLI）72

9.4PDP地址和类型73

9.5TID73

9.6路由区识别73

9.7小区标识74

9.8GSN地址74

9.9接入点名字74

第10章运营方面的问题75

10.1计费信息75

10.2计费功能75

10.2.1分组型业务计费方式和电路型业务计费方式的区别75

10.2.2计费基本功能76

10.2.3话单类型76

10.2.4话单传送接口77

10.3网络服务质量（QoS）77

10.3.1优先级别78

10.3.2延时级别78

10.3.3可靠性级别78

10.3.4峰值吞吐量级别78

10.3.5平均吞吐量级别79

10.4消息过滤功能80

10.5兼容性问题80

第11章与GSM其它业务的交互81

11.1与点对点短消息业务关系81

11.2与电路交换业务的关系81

11.3与补充业务的关系82

第12章IP相关的基础知识83

12.1NAT83

12.2FIREWALL83

12.3GRE83

12.4DNS84

12.5RADIUS84

课程说明

课程介绍

本课程为华为传送网网络级网管T2100的一个整体介绍，主要阐述了网络级网管T2100兴起和发展的客观需求，华为传送网管的一体化解决方案。

本课程的主要内容如下：

系统的功能结构和体系架构，系统的组网结构，系统的性能指标和功能特点等四章内容。

课程目标

完成本课程的学习后，您应该能够：

●了解GPRS主要功能实体、网络接口、无线资源管理

●掌握主要网络接口的功能

相关资料

第1章GPRS概述

1.1GPRS的产生

GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分组无线业务）是在现有的GSM移动通信系统基础上发展起来的一种移动分组数据业务。

GPRS通过在GSM数字移动通信网络中引入分组交换的功能实体，以完成用分组方式进行的数据传输。

GPRS系统可以看作是对原有的GSM电路交换系统的基础上进行的业务扩充，以支持移动用户利用分组数据移动终端接入Internet或其它分组数据网络的需求。

以GSM、CDMA为主的数字蜂窝移动通信和以Internet为主的分组数据通信是目前信息领域增长最为迅猛的两大产业，正呈现出相互融合的趋势。

GPRS可以看作是移动通信和分组数据通信融合的第一步。

移动通信在目前的话音业务继续保持发展的同时，对IP和高速数据业务的支持已经成为第二代移动通信系统演进的方向，而且也将成为第三代移动通信系统的主要业务特征。

GPRS包含丰富的数据业务，如：

PTP点对点数据业务，PTM－M点对多点广播数据业务、PTM－G点对多点群呼数据业务、IP－M广播业务。

这些业务已具有了一定的调度功能，再加上GSM－phase2+中定义的话音广播及话音组呼业务，GPRS已能完成一些调度功能。

GPRS主要的应用领域可以是：

E-mail电子邮件、WWW浏览、WAP业务、电子商务、信息查询、远程监控等等。

1.2GPRS的发展

GSM－GPRS通过在原GSM网络基础上增加一系列的功能实体来完成分组数据功能，新增功能实体组成GSM－GPRS网络，作为独立的网络实体对GSM数据进行旁路，完成GPRS业务，原GSM网络则完成话音功能，尽量减少了对GSM网络的改动。

GPRS网络与GSM原网络通过一系列的接口协议共同完成对移动台的移动管理功能。

GPRS新增了如下功能实体：

服务GPRS支持节点SGSN，网关GPRS支持节点GGSN，点对多点数据服务中心等，及一系列原有功能实体的软件功能的增强。

GPRS大规模的借鉴及使用了数据通信技术及产品，包括帧中继、TCP/IP、X.25、X.75、路由器、接入网服务器、防火墙等。

GPRS最早在1993年提出，1997年出台了第一阶段的协议，到目前为止GPRS协议还在不断更新，2000年初推出SMG#30，匿名接入功能在新的协议中不再体现。

GPRS协议除包含新出台的协议外，还对原有的一些协议进行了较多的修改。

1.3GPRS与HSCSD业务的比较

表1-1HSCSD与GPRS的比较

比较项目

HSCSD

GPRS

提供的业务

适合于实时性强的应用，例如会议电视

应用更加广泛，适用于突发性的数据业务，小数据量的频繁传送，偶然的出现的大数据量业务，如网页浏览等

业务质量和性能

数据业务的建链时间长，大于20秒

数据业务的建链时间短，小于3秒

数据速率

4*14.4kb/s=57.6kb/s

6*9.6kb/s=57.6kb/s

（受限于64kb/s的交换矩阵）

CS-2最大速率为107.2kb/s

（受限于16kb/s的TRAU子速率）

CS-4最大速率为171kb/s

无线资源管理

一个用户可分配多个信道，用户接入后即占用了该业务信道，无线资源的利用率较差

可动态分配资源，一个用户可分配多个时隙，一个时隙也可多个MS共享，用户可一直与网络连接，但仅当传送数据时才占用无线信道资源

网络设施的改造

初期投资少，对于TRAU、IWF等速率适配设备需要硬件升级，不需要增加新的网络单元，其他部分主要是软件升级

初期投资大，需增加SGSN、GGSN网络设施，BSC需增加硬件设备，BTS、HLR、SMC等需软件升级

计费

连接的时间，占用的信道数等

数据量，连接时间和QoS等

网络规划

基于原有电路型业务的模型，无线和网络易于规划设计

在无线方面缺乏经验，数据业务量增加后，网络规划困难

HSCSD（HighSpeedCircuitSwitchingData）业务是将多个全速业务信道复用在一起，以提高无线接口数据传输速率的一种方式。

由于目前MSC的交换矩阵为64kb/s，为了避免对MSC进行大的改动，限定入交换速率小于64kb/s。

这样，GSM网络在引入HSCSD之后，可支持的用户数据速率将达到38.4kb/s（4时隙），57.6kb/s（4时隙，14.4kb/s信道编码）或57.6kb/s（6时隙－透明数据业务）。

HSCSD适合提供实时性强的业务如会议电视，而GPRS则适合于突发性的业务，业务应用范围较广。

HSCSD作为电路型数据业务在无线接口上虽然也有无线资源的协商和调整（非透明业务），但对于一个连接来说，无论是否有实时数据的传送，至少需要保持一个时隙的无线连接。

当数据业务量增加时，需增设新的基站或大量的无线信道。

而对于GPRS业务来说，用户只有需要发送信息时才申请无线资源，其他时间MS随保持PDP上下文激活状态，而不需要任何无线资源。

在上行链路上网络需要对MS进行争抢判决，多个MS可共享一个时隙的无线资源，且随着USF的变化，上行资源的复用可以改变，在下行信道上采用排队的机制，多个MS可共享多时隙的下行资源，以TFI进行区分。

虽然在网络建设上GPRS相对HSCSD对于网络的改动更大，但对于无线资源的利用来说却是占用最小的爱而兰负荷，在最大程度上减少了BTS的投资，即使在不增加频率资源和小区的情况下也可以提供业务。

运营者可以根据业务负荷和实际需要在话音和数据业务之间动态分配无线信道。

尤其是由于电路型呼叫的建立、结束和阻塞使得空闲信道表现为“空隙”和“突发”时，可被GPRS业务所利用，而HSCSD业务无法使用。

HSCSD除了一些数据速率适配所必须的硬件更换之外几乎不需要对硬件设备进行改动，GPRS则需要增加SGSN和GGSN两个网络实体，HLR等网络设备需要软件升级。

但从发展的眼光开看，GPRS的网络结构为第三代移动通信网络的建设打下了良好的基础。

第一阶段的第三代核心网络将主要采用GPRS网络。

1.4CSD与GPRS的比较

以下对GSM电路交换型数据业务与GPRS分组型数据业务的技术特征做一下对比说明。

1.4.1电路交换的通信方式

在电路交换的通信方式中，在发送数据之前，首先需要通过一系列的信令过程，为特定的信息传输过程（如通话）分配信道，并在信息的发送方、信息所经过的中间节点、信息的接收方之间建立起连接，然后传送数据，数据传输过程结束以后再释放信道资源，断开连接。

图1-1是一个基于电路方式的话音通信过程示意图。

图1-1基于电路方式的通信过程

电路交换的通信方式一般适用于需要恒定带宽、对时延比较敏感的业务，如话音业务目前一般都采用电路交换的通信方式。

1.4.2分组交换的通信方式

在分组交换的通信方式中，数据被分成一定长度的包（分组），每个包的前面有一个分组头（其中的地址标志指明该分组发往何处）。

数据传送之前并不需要预先分配信道，建立连接。

而是在每一个数据包到达时，根据数据包头中的信息（如目的地址），临时寻找一个可用的信道资源将该数据报发送出去。

在这种传送方式中，数据的发送和接收方同信道之间没有固定的占用关系，信道资源可以看作是由所有的用户共享使用。

由于数据业务在绝大多数情况下都表现出一种突发性的业务特点，对信道带宽的需求变化较大，因此采用分组方式进行数据传送将能够更好地利用信道资源。

例如一个进行WWW浏览的用户，大部分时间处于浏览状态，而真正用于数据传送的时间只占很小比例。

这种情况下若采用固定占用信道的方式，将会造成较大的资源浪费。

图1-2是基于分组的通信过程示意图。

图1-1分组通信示意图

在GPRS系统中采用的就是分组通信技术，用户在数据通信过程并不固定占用无线信道，因此对信道资源能够更合理地应用。

在GSM移动通信的发展路标中，GPRS是移动业务和分组业务相结合的第一步，也是采用GSM技术体制的第二代移动通信技术向第三代移动通信技术发展的重要里程碑。

第2章GPRS基本功能和业务

2.1GPRS业务种类

在PLMN中，GPRS（通用分组无线业务）使得用户能够在端到端分组传输模式下发送和接收数据。

在GPRS中定义了两类承载业务：

点对点（PTP）和点对多点（PTM）。

以GPRS承载业务支持的标准网络协议为基础，GPRS网络营运者可以支持或提供给用户各种电信业务。

GPRS提供应用业务的特点：

--适用不连续的非周期性（突发）的数据传送，突发出现的时间间隔远大于突发数据的平均传输时延；

--适用小于500字节小数据量事务处理业务，允许每分钟出现几次，可以频繁传送；

--适用几千字节大数据量事务处理业务，允许每小时出现几次，可以频繁传送。

上述GPRS应用业务特点表明：

GPRS非常适合突发数据应用业务，能高效利用信道资源，但对大数据量应用业务GPRS网络要加以限制。

主要原因是：

－数据业务量较小。

GPRS网络时依附于原有的GSM网络之上。

但在目前，GSM网络还主要提供电话业务，电话用户密度高业务量大，而GPRS数据用户密度低。

在一个小区内不可能有更多的信道用于GPRS业务。

--无线信道的数据速率较低。

采用GPRS推荐的CS-1和CS-2信道编码方案时，数据速率仅为9.05Kbit/s和13.4Kbit/s（包括RLC块字头）。

但能够保证实现小区的100%和90%覆盖时，能满足同频道干扰C/I_9dB要求。

原因是CS-1和CS-2编码方案RLC（无线链路控制）块中的半速率和1/3速率比特用于前向纠错FEC，因此降低了C/I要求。

因此目前GPRS应主要采用CS-1和CS-2编码方案。

能满足现有电路设计要求。

虽然CS-3和CS-4编码方案数据速率较高为15.6Kbit/s和21.4Kbit/s（包括RLC块字头），它是通过减少和取消纠错比特换取数据速率的提高。

因此CS-3和CS-4编码方案要求较高的C/I值。

仅适合能满足较高的C/I值的特殊地区使用。

--当采用静态分配业务信道方式时，初期一个小区一般考虑分配一个频道（载波）即8个信道（时隙）用于分组数据业务。

例如某家公司的第一代GPRSBSS多时隙工作能力：

上下行各5个时隙（PDCH）用于全双工MS。

一个小区仅能提供上下行最高数据速率小于67Kbit/s（CS-2编码）。

当下行4个时隙（PDCH）和上行2个时隙（PDCH）用于半双工MS工作。

一个小区仅提供下行最高数据速率小于53.6Kbit/s（CS-2编码）和上行最高数据速率小于28.6Kbit/s（CS-2编码）。

多时隙信道一般用于Web浏览业务（数据库查询）和FTP文件传送业务等。

由于多时隙信道数量有限，因此GPRS网络要对大数据量应用业务加以限制，允许每小时出现几次。

--当GPRS业务和GSM业务共享信道，采用动态分配信道方式时，电话有较高的优先级。

可利用任何一个信道的两次通话间隙传送GPRS分组数据业务，如果某个信道用于GPRS业务，一个分组数据信道（PDCH）可以实现多个GPRSMS用户共享（即多个逻辑信道可以复用到一个物理信道），因此GPRS特别适用突发数据的应用，大大地提高了信道利用率。

第3章GPRS基本体系结构和传输机制

3.1GPRS接入接口和参考点

GPRSPLMN用户接入点：

Um接口和R参考点

GPRSPLMN网间接入点：

Gp接口

GPRSPLMN到外部固定网络的接入点：

Gi参考点

3.2网络互通

通过Gi接口，GPRSPLMN支持与外部数据网络的互通：

与PSPDN网络或IP网络。

3.3逻辑体系结构

GPRS网络引入了分组交换和分组传输的概念，这样使得GSM网络对数据业务的支持从网络体系上得到了加强。

图3-1从不同的角度上给出了GPRS网络的组成示意图。

GPRS其实是叠加在现有的GSM网络的另一网络，GPRS网络在原有的GSM网络的基础上增加了SGSN（服务GPRS支持节点）、GGSN（网关GPRS支持节点）等功能实体。

GPRS共用现有的GSM网络的BSS系统，但要对软硬件进行相应的更新；

同时GPRS和GSM网络各实体的接口必须作相应的界定；

另外，移动台则要求提供对GPRS业务的支持。

GPRS支持通过GGSN实现的和PSPDN的互联，接口协议可以是X.75或者是X.25，同时GPRS还支持和IP网络的直接互联。

图3-1GPRS网络组成

3.3.2主要网络实体

1.GPRSMS

●终端设备

TE（TeminalEquipment，终端设备）是终端用户操作和使用的计算机终端设备，在GPRS系统中用于发送和接收终端用户的分组数据。

TE可以是独立的桌面计算机，也可以将TE的功能集成到手持的移动终端设备上，同MT（MobileTerminal）合二为一。

从某种程度上说，GPRS网络所提供的所有功能都是为了在TE和外部数据网络之间建立起一个分组数据传送的通路。

●移动终端

MT（MobileTermianl，移动终端）一方面同TE通信，另一方面通过空中接口同BTS通信，并可以建立到SGSN的逻辑链路。

GPRS的MT必须配置GPRS功能软件，以使用GPRS系统业务。

在数据通信过程中，从TE的观点来看，MT的作用就相当于将TE连接到GPRS系统的Modem。

MT和TE的功能可以集成在同一个物理设备中。

●移动台

MS（移动台）可以看作是MT和TE功能的集成实体，物理上可以是一个实体，也可以是两个实体（TE+MT）。

MS有三种类型：

（1）A类：

可同时进行分组交换业务和电路交换业务。

（2）B类：

可同时附着在GPRS网络和GSM网络上，但不能同时进行电路交换和分组交换业务。

（3）C类：

不能同时附着在GPRS网络和GSM网络上。

2.分组控制单元

PCU是在BSS侧增加的一个处理单元，主要完成BSS侧的分组业务处理和分组无线信道资源的管理，目前PCU一般实现在BSC和SGSN之间。

3.服务GPRS支持节点

SGSN是GPRS网络的一个基本的组成网元，是为了提供GPRS业务而在GSM网络中引进的一个新的网元设备。

其主要的作用就是为本SGSN服务区域的MS转发输入/输出的IP分组，其地位类似于GSM电路网中的VMSC。

SGSN提供以下功能：

（4）本SGSN区域内的分组数据包的路由与转发功能，为本SGSN区域内的所有GPRS用户提供服务。

（5）加密与鉴权功能

（6）会话管理功能

（7）移动性管理功能

（8）逻辑链路管理功能

（9）同GPRSBSS、GGSN、HLR、MSC、SMS-GMSC、SMS-IWMSC的接口功能

（10）话单产生和输出功能，主要收集用户对无线资源的使用情况

此外，SGSN中还集成了类似于GSM网络中VLR的功能，当用户处于GPRSAttach（GPRS附着）状态时，SGSN中存储了同分组相关的用户信息和位置信息。

同VLR相似，SGSN中的大部分用户信息在位置更新过程中从HLR获取。

4.关口GPRS支持节点

GGSN也是为了在GSM网络中提供GPRS业务功能而引入的一个新的网元功能实体，提供数据包在GPRS网和外部数据网之间的路由和封装。

用户选择哪一个GGSN作为网关，是在PDP上下文s激活过程中根据用户的签约信息以及用户请求的接入点名确定的。

GGSN主要提供以下功能：

（11）同外部IP分组网络的接口功能，GGSN需要提供MS接入外部分组网络的关口功能，从外部网的观点来看，GGSN就好象是可寻址GPRS网络中所有用户IP的路由器，需要同外部网络交换路由信息

（12）GPRS会话管理，完成MS同外部网的通信建立过程

（13）将移动用户的分组数据发往正确的SGSN的功能

（14）话单的产生和输出功能，主要体现用户对外部网络的使用情况

5.计费网关

CG主要完成从各GSN的话单收集、合并、预处理工作，并完成同计费中心之间的通信接口。

在GSM原有网络中并没有这样一个设备，GPRS用户一次上网过程的话单会从多个网元实体中产生，而且每一个网元设备中都会产生多张话单。

引入CG的目的就在话单送往计费中心之前对话单进行合并与预处理，以减少计费中心的负担；

同时SGSN、GGSN这样的网元设备也不需要实现同计费中心的接口功能。

6.RADIUS服务器

在非透明接入的时候，需要对用户的身份进行认证，RADIUS服务器（RemoteAuthenticationDialInUserServiceServer，远程接入鉴权与认证服务器）上存储有用户的认证、授权。

该功能实体并非GPRS所专有的设备实体。

7.域名服务器

GPRS网络中存在两种域名服务器，一种是GGSN同外部网之间的DNS，主要功能是对外部网的域名进行解析，其作用完全等同于固定Internet网络上的普通DNS；

另一种是GPRS骨干网上的DNS，其作用主要有两点：

其一是在PDP上下文激活过程中根据确定的APN（AccessPointName）解析出GGSN的IP地址，另一是在SGSN间的路由区更新过程中，根据旧的路由区号码，解析出老的SGSN的IP地址。

8.边缘网关

BG实际上就是一个路由器，主要完成分属不同GPRS