GPRSEDGE网络规划优化.docx

1、GPRSEDGE网络规划优化资料编码产品名称使用对象产品版本编写部门资料版本GPRS/EDGE网络规划优化拟 制：日 期：审 核：日 期：审 核：日 期：批 准：日 期：华 为 技 术 有 限 公 司版权所有 XX目 录第1章 GPRS基本原理 41.1 GPRS概述 41.1.1 GPRS标准和业务的发展 41.1.2 GPRS的技术优势和局限 51.2 GPRS的网络体系结构 61.2.1 GPRS总体结构3 61.2.2 GPRS逻辑体系结构 71.2.3 GPRS网络主要实体 81.3 GPRS网络协议平台 111.3.1 GPRS数据传输协议平台 111.3.2 GPRS信令协议平台

2、 121.4 GPRS网络接口协议 151.4.1 Um接口 151.4.2 Gb接口 211.4.3 Gn接口/Gp接口 231.4.4 其他主要接口 251.5 GPRS的管理控制功能 261.6 GPRS业务内容及业务质量 261.6.1 承载业务 261.6.2 GPRS的补充业务 271.6.3 GPRS业务的具体应用 281.6.4 GPRS与电路交换业务的关系 291.6.5 GPRS的业务质量 301.7 GPRS编号计划及作用 341.7.1 IMSI 351.7.2 P-TMSI 351.7.3 NSAPI/TLLI 361.7.4 PDP地址和类型 371.7.5 TID

3、（隧道标识符） 371.7.6 RAI（路由区识别） 381.7.7 小区标识 381.7.8 GSN地址和编号 381.7.9 APN（接入点名） 381.8 GPRS各实体信息存储 391.8.1 HLR 391.8.2 MS 401.8.3 GGSN 411.8.4 SGSN 411.9 帧中继(Frame Relay) 421.9.1 帧中继概念 431.9.2 帧中继的帧结构 431.9.3 帧中继工作原理 441.9.4 拥塞控制 451.9.5 帧中继技术特点 461.9.6 帧中继在GPRS Gb接口的应用 471.10 GPRS分组数据传输示例 48第1章 GPRS基本原理1

4、.1 GPRS概述 GPRSGeneral Packet Radio Service，为通用分组无线业务的简称。GPRS网络引入了分组交换和分组传输的概念，为GSM用户提供了数据通讯应用，如E-mail、internet等。GPRS是GSM Phase2.1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 ，具有充分利用现有的网络、资源利用率高、始终在线、传输速率高、资费合理等特点。1.1.1 GPRS标准和业务的发展欧洲最早是在1993年就提出了在GSM网上开通GPRS业

5、务，1997年GPRS的标准化工作取得重大进展，10月份ETSI发布了GSM02.60 GPRS Phase1业务描述。1999年底完成GPRS Phase2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1-1列出了这3个阶段。表1-1 GPRS的标准的3个阶段阶段1阶段2阶段3主要修改标准02.60业务描述03.60 系统描述和网络结构04.60 RLC/MAC协议01.61 加密要求,SAGE 算法,合法监听03.20等等 安全方面 03.22 空闲模式程序04.0407 GPRS，系统和时间安排信息 04.08 MAC、

6、RLC和层3移动性管理 05系列 无线接口物理层 08.58&08.60 Abis接和TRAU帧结构改变 09.02 MAP增加Gr和Gd接口协议 11.10 TBR-19 MS测试 11.2X BSS测试 11.11 SIM 12.XX O&M 03.64 无线接口描述04.61 PTM-M业务03.61 点对多点-广播业务04.62 PTM-G业务03.62 点对多点-群呼04.64 LLC04.65SNDCP07.60 用户互通08.14 Gb层108.16 Gb层网络业务08.18 BSSGP、Gb接口09.16 Gb层209.18 Gb层309.60 Gn&Gp接口09.61 外部网

7、路互通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。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。截止目前，中国移动已经完成了GPRS两期工程的建设，在全国多个城市商用。1.1.2 GPRS的技术优势和局限1GPRS的技术优势GPRS引入了分

8、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，具有以下的技术优势。1) 资源利用率高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2) 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）。而电路交换数据业务速率为每秒9.6K比特，因此电路交换数据业务(简称CSD)与GPRS的关系就象是9.6K 猫和33.6K、56K猫的区别一样，这意味着通过便携式电

9、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!3) 永远在线GPRS具有永远在线的特点，即用户随时与网络保持联系。用户访问互联网时，手机就在无线信道上发送和接受数据，没有数据传送时，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他用户使用，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，而不象普通拨号上网那样断线后还得重新拨号才能上网冲浪。4) 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Int

10、ernet应用（如E-mail、网页浏览等）操作更加便捷、流畅。2GPRS的局限相对于现在的非语音数据服务，GPRS大幅提高了频谱的利用和开发，是一种重要的移动数据服务。但仍存在一些限制，如： 1）实际传输速度比理论低得多：达到理论上的最高传输速度172.2 Kbps的条件是，只一个用户占用全部八个时隙并且没有任何错误保护程序。现实中，营运商不可能允许单个GPRS用户占用全部时隙。另外，GPRS终端时隙支持能力受很大局限。因此，理论上最大速度要考虑到现实环境的约束而重新检验。2）终端不支持无线终止功能：启用GPRS服务时，用户确认就服务内容的流量支付费用。用户就要为不想收取的垃圾内容付费。 G

11、PRS终端是否支持无线终止，威胁GPRS的应用和市场开拓。3）调制方式不是最优：GPRS使用名为GMSK（Gaussian Minimum-Shift Keying）的调制技术。EDGE基于一种新的调制方法8 PSK（eight-phase-shift keying），允许无线接口有更高的比特率。8 PSK也用于UMTS。 4）传输延迟： 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数据丢失或出错的情况。 1.2 GPRS的网络体系结构1.2.1 GPRS总体结构3在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM系统中的绝大

12、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：GPRS服务支持结点(SGSN, Serving GPRS Supporting Node)，GPRS网关支持结点(GGSN, Gateway GPRS Support Node)，分组控制单元(PCU)；(2) 对GSM的相关部件进行软件升级。GPRS总体结构如图1-1所示：图1-1 GPRS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

13、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。1.2.2 GPRS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两个新的网络节点和分组控制单元(PCU, Packet Control Unit)来实现。由于增加了这些网络节点，需要命名新的接口。图1-2说明了GPRS逻辑体系结构。图1-2 GPRS逻辑体系结构表1-2给出了GPRS体系结构中的接口。表1-

14、2 GPRS体系结构中的接口接口说明R是移动终端MT(例如手机)和TE(如笔记本电脑)之间的参考点。GbSGSN与BSS之间的接口GcGGSN与HLR之间的接口GdSMS-GMSC之间的接口，SMS-IWMSC与SGSN之间的接口GiGPRS与外部分组数据之间的接口GnPLMN内部SGSN间、SGSN和GGSN间接口Gp是不同PLMN网的GSN之间采用的接口GrSGSN与HLR之间的接口GsSGSN与MSC/VLR之间的接口GfSGSN与EIR之间的接口UmMS与GPRS网络侧的接口1.2.3 GPRS网络主要实体GPRS网络主要实体包括GPRS移动台MS、分组控制单元PCU、GPRS支持节点

15、GSN、计费网关CG，边缘网关BG，DNS域名服务器、RADIUS服务器等。1. GPRS移动台（MS）GPRS移动台MS 可以由TE和MT两部分组成：TE（Terminal Equipment，终端设备）和MT（Mobile Terminal，移动终端）。当TE的功能集成到MT移动终端设备上时候MS就是一个集成的移动终端(MT)。MS根据移动台和网络的能力不同，而分为以下3类：A类GPRS移动台：可同时连接到GSM和GPRS系统，能在2个系统中同时激活、收听系统消息，能同时进行分组交换业务和电路交换业务。B类GPRS移动台：可同时附着在GPRS网络和GSM网络上，可提供GPRS分组交换业务和

16、GSM电路交换业务，但不能同时进行电路交换和分组交换业务。当B类MS在GPRS业务期间，如果有一个电路交换呼叫接入，MSC/VLR送一个“挂起”通知，SGSN收到通知后，就“挂起”（临时中断）GPRS的连接，电路交换完成后，MSC/VLR发给SGSN“恢复”通知，GPRS就恢复连接。C类GPRS移动台：不能同时附着在GPRS网络和GSM网络上，只能通过手工操作切换业务。2分组控制单元（PCU）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组网结构有以下三种，分别集成在基站，BSC或者以独立设备存在，如图1-3 所示。华为GPRS采用C种

17、组网方式。图1-3 PCU组网方式3GPRS支持节点（GSN）GPRS的支持节点GSN是GPRS网络中最重要的网络节点，包含了支持GPRS所需的功能。在一个GSM网络中允许存在多个GSN。GSN有两种类型：SGSN和GGSN。 SGSN是为移动终端(MS)提供业务的节点(即Gb接口由SGSN支持)。在激活GPRS业务时，SGSN建立起一个移动性管理环境，包含关于这个移动终端(MS)的移动性和安全性方面的信息。SGSN的主要作用就是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和SGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。 SGSN可以通过任意Gs接口向MSC/VLR发送定位信息，并可以经Gs接口接收来自

18、MSC/VLR的寻呼请求。GGSN是GPRS网络与外部PDN相连的网关。它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN和LAN等。GGSN又被称作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。GGSN通过配置一个PDP地址被分组数据网接入。它存储属于这个节点的GPRS业务用户的路由信息，并根据该信息将PDU利用隧道技术发送到MS的当前的业务接入点，即SGSN。GGSN可以经Gc接口从HLR查询该移动用户当前的地址信息。SGSN与GGSN的功能既可以由一个物理节点全部实现，也可以在不同的物理节点上分别实现。它

19、们都应有IP路由功能，并能与IP路由器相连。当SGSN与GGSN位于不同的PLMN时，通过Gp接口互联。4计费网关（CG）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。5RADIUS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（Remote Authe

20、ntication Dial In User Service Server，远程授权拨入用户服务服务器）上存储有用户的认证、授权信息。 该功能实体并非GPRS所专有的设备实体。 6DNS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(Access Point Name)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

21、地址。 该功能实体并非GPRS所专有的设备实体。7边缘网关（BG）BG 实际上就是一个路由器，主要完成分属不同GPRS网络的SGSN、GGSN之间的路由功能，以及安全性管理功能。该功能实体并非GPRS所专有的设备实体。1.3 GPRS网络协议平台和GSM相比，GPRS体现出了分组交换和分组传输的特点，即数据和信令是基于统一的传输平面，在数据传输所经过的几个接口，传输层（LLC）以下的协议结构对于数据和信令是相同的。而在GSM中，数据和信令只是在物理层上相同。1.3.1 GPRS数据传输协议平台传输协议平台提供用户信息的传递，主要由GTP、IP、LLC、RLC等分别构成GPRS网络各段的传输模式

22、。图1-4 传输协议平台对其中的功能实体说明如下：1GTP：GPRS燧道协议。在传输平台，GTP利用GSN之间建立的隧道机制传输用户分组数据。在GSM09.60中对GTP作了规范。2UDP/TCP：传输层协议，建立端到端连接的可靠链路，TCP具有保护和流量控制功能，确保数据传输的准确，TCP面向连接的协议。UDP则是面向非连接的协议，UPP不提供错误恢复能力，也不关心是否已正确接收了报文，只充当数据报的发送者和接收者。3IP：网络层协议。用以用户数据和控制信令的选路。4L2：数据链路层协议，可采用一般以太网协议。5L1：物理层。6Network Service：数据链路层协议，采用帧中继方式。

23、GSM08.16 对NS进行了规范。7BSSGP：GPRS基站系统协议，该层包含了网络层和一部分传输层功能，主要解释路由信息和服务质量信息。GSM08.18对BSSGP进行了规范。8LLC：传输层协议，提供端到端的可靠无差错的逻辑数据链路。LLC是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议，能够提供高可靠的加密逻辑链路。LLC层负责从高层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，并可支持多种QoS延时登记。GSM04.64对LLC进行了规范。9SNDCP：执行用户数据的分段、压缩功能等。SNDCP在

24、GSM04.65中有说明。10. 无线链路控制(RLC)/介质访问控制(MAC)该层提供无线链路控制功能和媒体接入控制功能，RLC层可支持MS与BSS之间的有确认和无确认两种模式的传输，可提供一条独立于无线解决方案的可靠链路。 MAC层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。MAC还将LLC帧映射到GSM物理信道中去。GSM04.60对RLC/MAC进行了规范。11. GSM RFUm接口的物理层为射频接口部分，而逻辑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。1.3.2 GPRS信令协议

25、平台信令协议平台描述了信令传输的层次结构，包括用于控制和支持传输平台的协议。信令协议平台按其应用可以分为7个种类。图 1-5 图 1-10分别表示了这七种信令协议平台。表1-3 信令平面实现功能信令平面分类实现功能MS-SGSN-GGSNGMM/SM是指GPRS移动性管理和会话管理，如GPRS服务连接、GPRS服务断开。安全、路由区更新、定位更新、PDP环境激活、PDP环境去活等。SGSN-HLRSGSN-EIRSGSN-SMS-GMSC/ SMS-IWMSC采用MAP (MAP, Mobile Application Part)协议实现鉴权、登记、移动性管理及短消息等功能SGSN-MSC/V

26、LR采用BSSAP+(Base Station System Application+ )协议实现联合的移动性管理、寻呼等功能，使用SS7传送GSN-GSN采用GTP协议来传送骨干网的相关信令消息，利用下层的UDP来提供无确认的传送。规定了移动台MS接入GPRS网络的隧道机制和管理协议要求.信令主要执行建立、修改和删除隧道功能。GGSN-HLR通常有两种可供选择的信令路径实现方法。如果在GGSN上安装有SS7接口，就可以使用基于MAP的GGSN-HLR信令；如果在GGSN上没有安装SS7接口，与GGSN在同一PLMN中的任一具备SS7接口的GSN都能用作一个GTP到MAP协议的转换器，使用基于

27、GTP的GGSN-HLR信令.MS与SGSN间信令平面GPRS 图图1-5 MS-SGSN-GGSN之间信令协议平台 图1-6 SGSN与HLR、EIR、SMS-GMSC/ SMS-IWMSC之间的信令协议平台图1-7 SGSN与MSC/VLR之间的信令协议平台图1-8 GSN与GSN之间的信令协议平台图1-9 GGSN与HLR之间基于MAP的信令协议平台图1-10 GGSN与HLR之间基于GTP的信令协议平台1.4 GPRS网络接口协议1.4.1 Um接口GPRS的无线接口Um可以用图1-11 GPRS MS-网络参考模型来描述。MS与网络之间的通信涉及了物理射频(RF)、物理链路、无线链路

28、控制/媒体接入控制(RLC/MAC)、逻辑链路控制(LLC)和子网依赖汇聚层(SNDCP)几个层次。 图1-11 GPRS MS-网络参考模型1物理层物理层分为物理RF层和物理链路层两个子层。物理RF层执行物理波形的调制和解调功能，把物理链路层收到的比特序列调制成波形，或把接收的波形解调成物理链路层所需要的比特序列。物理RF层由GSM05系列标准定义，包括如下的内容：载波频率的特点和GSM信道结构；发送波形的调制方式和GSM信道的数据速； 发射机和接收机的特性及其要求。物理链路层提供在MS和网络之间的物理信道上进行信息传输的服务。（1）前向纠错编码、检测和纠正发送的码字并提供错误码字的指示、块

29、交织、在TDMA帧的连续四个突发上进行正交交织。（2）.无线信道测量功能，包括接收信号质量和电平，测量时间提前量，物理链路层拥塞检测。（3）无线管理功能，包括小区选择和重选的过程；发射机的功率控制过程； 电池功率管理过程，例如非连续接收(DRX)过程。2数据链路层包括RLC和MAC两个子层。MAC层的功能定义了多个MS共享传输媒体（物理信道PDCH）的过程。其提供了上行链路对多个MS的竞争仲裁过程、冲突避免、检测和恢复方法。下行链路是从网络到多个MS 的传输，不需要竞争裁决。MAC层功能还允许单个的MS并行地使用几个物理信道。GPRS的MAC层功能主要负责：（1）提供在上行和下行链路高效的数据

30、和信令的复用功能，复用的控制留给网络端。在下行链路，复用根据调度机制来控制；在上行链路，复用通过分配媒体到单个用户来控制。 （2）对于移动发起的信道接入，进行信道接入尝试间的争强裁决，包括冲突的检测和恢复。 （3）对于移动终止的信道接入，按照顺序的接入尝试分配资源。（4）优先级处理。RLC功能定义了选择性重传未成功发送的RLC数据块的过程。RLC/MAC功能提供了非确认和确认两种操作模式。RLC（Radio Link Control，无线链路控制）层主要负责LLC-PDU包的拆分和组装，它运用一种滑动窗口协议，采用确认或非确认模式在对等层之间传送数据。GPRS的RLC滑动窗口大小为64。华为公

31、司PCU系统支持RLC层的确认和非确认两种模式，能根据MS的请求信息指定上行数据传送的RLC模式，根据下行LLC-PDU包类型确定下行数据传送的RLC模式。(当采用确认模式，TBF（Temporary Block Flow，临时块流）的每个发送的数据块都需要得到对方的确认，否则要重传，直到所有数据都传送完毕并得到对方确认才可释放TBF。当采用非确认模式时，传送的数据块无需得到对方确认，丢失或传送错误的数据块以填充比特代替，数据传送完毕即可释放TBF。)RLC/MAC无线块结构：无线资源分配和无线传输以无线块（BLOCK）为基本单位，RLC/MAC块是由MAC字头、RLC数据块（或RLC/MAC控制块）组