GPRS培训材料 深圳市华为技术有限公司 版权所有 不得复制 目 录 1 GPRS概述 第 5 页 1.1 GPRS的产生 第 5 页 1.2 GPRS的发展 第 5 页 1.3 GPRS与HSCSD业务的比较 第 5 页 1.4 CSD与GPRS的比较 第 6 页 1.4.1 电路交换的通信方式 第 6 页 1.4.2 分组交换的通信方式 第 7 页 2 GPRS基本功能和业务 第 8 页 2.1 GPRS业务种类 第 8 页 3 GPRS基本体系结构和传输机制 第 8 页 3.1 GPRS接入接口和参考点 第 8 页 3.2 网络互通 第 9 页 3.3 逻辑体系结构 第 9 页 3.3.1 主要网络实体 第 10 页 3.3.2 主要网络接口 第 12 页 3.4 高层功能 第 13 页 3.4.1 网络接入控制功能 第 13 页 3.4.2 分组路由和转发功能 第 14 页 3.4.3 移动性管理功能 第 15 页 3.4.4 逻辑链路管理功能 第 15 页 3.4.5 无线资源管理功能 第 15 页 3.4.6 网络管理功能 第 16 页 3.5 功能分配 第 16 页 3.6 GPRS数据传输平面 第 17 页 3.7 GPRS信令平面 第 18 页 3.7.1 MS与SGSN间信令平面 第 18 页 3.7.2 SGSN与HLR间信令平面 第 18 页 3.7.3 SGSN与MSC/VLR间信令平面 第 18 页 3.7.4 SGSN与EIR间信令平面 第 19 页 3.7.5 SGSN与SMS-GMSC、SMS-IWMSC间信令平面 第 19 页 3.7.6 GPRS支持节点间信令平面 第 19 页 3.7.7 GGSN与HLR间信令平面 第 20 页 4 移动性管理 第 20 页 4.1 MM状态 第 20 页 4.1.1 IDLE状态 第 20 页 4.1.2 STANDBY状态 第 21 页 4.1.3 READY状态 第 21 页 4.2 MM状态功能 第 21 页 4.2.1 MM状态迁移 第 21 页 4.2.2 就绪定时器功能 第 22 页 4.2.3 周期性路由区更新定时器功能 第 22 页 4.2.4 用户可及定时器功能 第 23 页 4.3 SGSN与MSC/VLR的交互 第 23 页 4.3.1 SGSN-MSC/VLR关联的管理 第 23 页 4.3.2 组合RA/LA更新 第 23 页 4.3.3 CS寻呼协调及网络操作模式 第 23 页 4.4 MM
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第 24 页 4.4.1 GPRS附着功能 第 24 页 4.4.2 GPRS分离规程 第 26 页 4.4.3 清除功能 第 27 页 4.5 安全性功能 第 28 页 4.5.1 用户鉴权 第 28 页 4.5.2 用户身份机密性 第 28 页 4.5.3 用户数据和GMM/SM信令机密性 第 29 页 4.5.4 用户身份检查 第 29 页 4.6 位置管理功能 第 29 页 4.6.1 小区更新规程 第 30 页 4.6.2 路由区更新规程 第 30 页 4.6.3 组合RA/LA更新规程 第 31 页 4.6.4 周期性路由区更新和位置区更新 第 33 页 4.7 用户数据管理功能 第 33 页 4.7.1 插入用户数据规程 第 34 页 4.7.2 删除用户数据规程 第 34 页 4.8 MS类标处理功能 第 34 页 5 无线资源管理功能 第 34 页 6 分组路由与传输功能 第 35 页 6.1 PDP状态和状态转换 第 35 页 6.2 会话管理规程 第 36 页 6.2.1 静态地址与动态地址 第 36 页 6.2.2 PDP上下文的激活规程 第 36 页 6.2.3 PDP上下文的修改 第 38 页 6.2.4 PDP上下文的去激活 第 38 页 6.3 业务流程举例 第 39 页 6.3.1 MS发起分组数据业务 第 39 页 6.3.2 网络发起分组数据业务 第 40 页 7 用户数据传输 第 41 页 7.1 传输模式 第 41 页 7.1.1 GTP传输模式 第 41 页 7.1.2 LLC传输模式 第 41 页 7.1.3 RLC传输模式 第 42 页 7.2 LLC功能 第 42 页 7.2.1 寻址 第 42 页 7.2.2 服务 第 42 页 7.2.3 功能 第 42 页 7.3 SNDCP功能 第 42 页 7.4 PPP功能 第 43 页 7.5 Gb接口 第 44 页 7.5.1 物理层 第 44 页 7.5.2 FR子层 第 44 页 7.5.3 NS子层 第 44 页 7.5.4 BSSGP层 第 44 页 7.6 Abis接口 第 45 页 7.6.1 结构A 第 46 页 7.6.2 结构B 第 46 页 7.6.3 结构C 第 47 页 8 信息存储 第 47 页 8.1 HLR 第 47 页 8.2 SGSN 第 48 页 8.3 GGSN 第 49 页 8.4 MS 第 50 页 8.5 MSC/VLR 第 51 页 9 编号 第 51 页 9.1 IMSI 第 52 页 9.2 P-TMSI 第 52 页 9.3 NSAPI/TLLI 第 52 页 9.3.1 NSAPI 第 52 页 9.3.2 临时逻辑链路标志（TLLI） 第 52 页 9.4 PDP地址和类型 第 53 页 9.5 TID 第 53 页 9.6 路由区识别 第 53 页 9.7 小区标识 第 53 页 9.8 GSN地址 第 53 页 9.9 接入点名字 第 53 页 10 运营方面的问题 第 54 页 10.1 计费信息 第 54 页 10.2 计费功能 第 54 页 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 第 54 页 10.2.2 计费基本功能 第 54 页 10.2.3 话单类型 第 55 页 10.2.4 话单传送接口 第 55 页 10.3 网络服务质量（QoS） 第 55 页 10.3.1 优先级别 第 55 页 10.3.2 延时级别 第 55 页 10.3.3 可靠性级别 第 56 页 10.3.4 峰值吞吐量级别 第 56 页 10.3.5 平均吞吐量级别 第 57 页 10.4 消息过滤功能 第 57 页 10.5 兼容性问题 第 57 页 11 与GSM其它业务的交互 第 58 页 11.1 与点对点短消息业务关系 第 58 页 11.2 与电路交换业务的关系 第 58 页 11.3 与补充业务的关系 第 58 页 12 IP相关的基础知识 第 58 页 12.1 NAT 第 58 页 12.2 FIREWALL 第 59 页 12.3 GRE 第 59 页 12.4 DNS 第 59 页 12.5 RADIUS 第 59 页 1 GPRS概述 1.1 GPRS的产生 GPRS（General Packet Radio Service，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－phase 2+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。 1.2 GPRS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。 1.3 GPRS与HSCSD业务的比较
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1-1 HSCSD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（High Speed Circuit Switching Data）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。 1.1 CSD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。 1.1.1 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2-1是一个基于电路方式的话音通信过程示意图。 图2-1 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。 1.1.1 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2-2是基于分组的通信过程示意图。 图2-2 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。 2 GPRS基本功能和业务 2.1 GPRS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
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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
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时，数据速率仅为9.05 Kbit/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/I³9dB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GPRS BSS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GPRS MS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。 3 GPRS基本体系结构和传输机制 3.1 GPRS接入接口和参考点 GPRS PLMN用户接入点：Um接口和R参考点 GPRS PLMN网间接入点：Gp接口 GPRS PLMN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，GPRS PLMN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2-1和图2-2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2-3 GPRS网络结构 图2-4 GPRS网络组成 1.1.1 主要网络实体 1) GPRS MS I. 终端设备 TE（Teminal Equipment，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(Mobile Terminal)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。 II. 移动终端 MT（Mobile Termianl，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。 III. 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： A类：可同时进行分组交换业务和电路交换业务。 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。 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： 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。 加密与鉴权功能 会话管理功能 移动性管理功能 逻辑链路管理功能 同GPRS BSS、GGSN、HLR、MSC、SMS-GMSC、SMS-IWMSC的接口功能 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GPRS Attach（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： 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 GPRS会话管理，完成MS同外部网的通信建立过程 将移动用户的分组数据发往正确的SGSN的功能 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（Remote Authentication Dial In User Service Server，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(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地址。 该功能实体并非GPRS所专有的设备实体。 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。 1.1.2 主要网络接口 1) Um接口 GPRS MS与GPRS网络侧的接口，通过MS完成与网络侧的通信，完成分组数据传送、移动性管理、会话管理、无线资源管理等多方面的功能。 2) Gb接口 Gb接口是SGSN和BSS间接口（在华为的GPRS系统中，Gb接口是SGSN和PCU之间的接口），通过该接口SGSN完成同BSS系统、MS之间的通信，以完成分组数据传送、移动性管理、会话管理方面的功能。该接口是GPRS组网的必选接口。 在目前的GPRS标准协议中，指定Gb接口采用帧中继作为底层的传输协议，SGSN同BSS之间可以采用帧中继网进行通信，也可以采用点到点的帧中继连接进行通信。 3) Gi接口 Gi接口是GPRS与外部分组数据网之间的接口。GPRS通过Gi接口和各种公众分组网如Internet或ISDN网实现互联，在Gi接口上需要进行协议的封装/解封装、地址转换（如私有网IP地址转换为公有网IP地址）、用户接入时的鉴权和认证等操作。 4) Gn接口 Gn接口是GRPS支持节点间接口，即同一个PLMN内部SGSN间、SGSN和GGSN间接口，该接口采用在TCP/UDP协议之上承载GTP(GPRS隧道协议)的方式进行通信。 5) Gs接口 Gs接口是SGSN与MSC/VLR之间接口，Gs接口采用7号信令上承载BSSAP+协议。SGSN通过GS接口和MSC配合完成对MS的移动性管理功能，包括联合的Attach/Detach、联合的路由区/位置区更新等操作。SGSN还将接收从MSC来的电路型寻呼信息，并通过PCU下发到MS。如果不提供Gs接口，则无法进行寻呼协调，网络只能工作在操作模式II或III，不利于提高系统接通率；如果不提供Gs接口，则无法进行联合位置路由取更新更新，不利于减轻系统信令负荷。 6) Gr接口 Gr接口是SGSN与HLR之间接口，Gr接口采用7号信令上承载MAP+协议的方式。SGSN通过Gr接口从HLR取得关于MS的数据，HLR保存GPRS用户数据和路由信息，当发生SGSN间的路由区更新时，SGSN将会更新HLR中相应的位置信息；当HLR中数据有变动时，也将通知SGSN，SGSN会进行相关的处理。 7) Gd接口 Gd接口是SGSN与SMS-GMSC、SMS-IWMSC之间的接口。通过该接口，SGSN能接收短消息，并将它转发给MS，SGSN和SMS_GMSC、SMS_IWMSC、短消息中心之间通过Gd接口配合完成在GPRS上的短消息业务。如果不提供Gd接口，当Class C手机附着在GPRS网上时，它将无法收发短消息。 8) Gp接口 Gp节是GPRS网间接口，是不同PLMN网的GSN之间采用的接口，在通信协议上与Gn接口相同，但是增加了边缘网关（BG，Border Gateway）和防火墙，通过BG来提供边缘网关路由协议，以完成归属于不同PLMN的GPRS支持节点之间的通信。 9) Gc接口 Gc接口是GGSN与HLR之间的接口，主要用于网络侧主动发起对手机的业务请求时，由GGSN用IMSI向HLR请求用户当前SGSN地址信息。由于移动数据业务中很少会有网络侧主动向手机发起业务请求的情况，因此Gc接口目前作用不大。 10) Gf接口 Gf接口是SGSN与EIR之间的接口，由于目前网上一般都没有EIR，因此该接口作用不大。 1.2 高层功能 GPRS网络的高层功能包括以下几个方面： 网络接入控制功能 分组路由和转发功能 移动性管理功能 逻辑链路管理功能 无线资源管理功能 网络管理功能 1.2.1 网络接入控制功能 网络接入控制功能控制MS对网络的接入，使MS能使用网络的相关资源完成数据功能。对于GPRS而言，用户可以从移动终端和固定网络侧（包括Internet和X.25）发起。对于特定PLMN运营商，可能限制某些特定用户接入网络或者向特定用户提供特定的业务。 GPRS网络接入功能包含如下几个组成部分： 1) 注册功能 注册功能是指将用户的ID和用户的PDP上下文、在PLMN中的位置联系以及对外部分组数据网络的接入点联系起来。这种联系可以作为静态形式存贮在HLR中，或者是根据需要动态分配。 2) 鉴权功能 此功能是指向用户授予使用某种特定网络服务的权利和对特定用户的申请进行鉴权。鉴权的实现是和移动性管理联系在一起的。 3) 许可控制功能 此功能是指根据用户所申请的QoS所需要的无线资源，决定是否分配无线资源。许可控制功能的实现是和无线资源管理功能联系在一起的，用于估计小区的无线资源需求。 4) 消息屏蔽功能 此功能是指通过包过滤功能将未被授权的和多余的消息滤除。在GPRS的第一阶段，支持网络控制的和预约的消息屏蔽功能，在第二阶段，将支持用户控制的消息屏蔽功能。 5) 分组终端适配功能 此功能是指将发往终端设备的分组数据包或终端设备发往网络的分组数据包适配成适合于在GPRS网络传输的格式。 6) 计费数据收集功能 此功能是指根据用户预约和业务量进行计费数据收集。 1.2.2 分组路由和转发功能 分组路由和转发功能完成对分组数据的寻址和发送工作，保证分组数据按最优路径送往目的地。分组路由功能和转发功能由以下几个部分组成： 转发功能（中继功能） 路由功能 地址转换和映射功能 封装功能 燧道功能 压缩功能 加密功能 DNS功能 1) 转发（中继）功能 转发功能是指将数据包从一个节点送到路由中的下一个节点的功能。 在GPRS中，转发功能是指SGSN或GGSN接收来自输入的数据包然后转发节点的过程。SGSN和GGSN转发功能首先存贮所有有效的PDP PDU直到将PDP PDU发送出去或超时，超时的PDP PDU将被丢弃。 2) 路由功能 路由功能是指利用数据包消息中提供的目的地址决定该数据包消息应该发往哪个节点和发送过程中应使用的下层服务的过程。 分组路由和传输功能包括以下几个方面： 在同一PLMN中的移动终端和外部网络之间，也就是在参考点R和参考点Gi之间的路由功能。 在不同PLMN（参考点R和参考点Gi在不同的PLMN）中的移动终端和外部网络之间，也就是在通过Gp接口在参考点R和参考点Gi之间的路由功能。 在不同终端之间，也就是在不同MS的参考点R之间的路由功能。 3) 地址
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和映射功能 地址翻译功能是指将一种地址转换为另外一种地址的功能。地址翻译可以将外部网络协议地址转换为内部网络协议地址，以便于数据包在GPRS PLMN内部或GPRS PLMN之间路由和传输。 地址映射功能是指将一个网络地址映射为另一个同类型的网络地址。地址映射功能拥有在GPRS PLMN或GPRS PLMN之间路由数据包。 4) 封装功能 封装是指为了在PLMN内部或PLMN之间路由数据包而在数据包的头部增加地址信息和控制信息。去封装是指将这些地址信息和控制信息去除，从而解出数据包。 GPRS提供一个MS和外部网络之间的透明通道，封装功能存在于MS、SGSN和GGSN之中。在SGSN和GGSN之间，GPRS骨干网通过在PDP PDU上封装一个GTP协议头组成一个GTP帧，然后将GTP帧封装成TCP或UDP帧，再将该帧封装成IP帧。GPRS骨干网通过包含在IP和GTP协议头中的GSN地址和隧道终点标志来唯一定位GSN PDP 上下文。 5) 隧道功能 隧道功能是指将封装后的数据包在GPRS PLMN内部或GPRS PLMN之间、从封装点到去封装点之间传输的功能。 6) 压缩功能 通过压缩功能能够最大限度地利用无线传输能力。 7) 加密功能 加密功能用于提高在无线接口上传输的用户数据和信令保密性。它也用于保护GPRS PLMN不受外来的非法入侵。 8) DNS功能 DNS功能将GSN的逻辑名字翻译成它的地址。 1.2.3 移动性管理功能 移动性管理功能用于在PLMN中保持对移动台MS当前位置跟踪功能。GPRS网的移动性管理处理功能与现有的GSM系统类似。一个或多个蜂窝构成一个路由区(是一个位置区的子集)。一个SGSN对每个路由区提供服务。对MS位置的跟踪取决于MS移动性管理状态。当MS处于STANDBY状态，仅仅知道MS位置是在那一个路由区。当MS处于READY状态，可以知道MS的位置是在那一个蜂窝。 1.2.4 逻辑链路管理功能 逻辑链路指MS到GPRS网络间所建立的、传送分组数据所需的逻辑链路。逻辑链路管理功能是指在MS与PLMN之间、在无线接口上维持一个通信渠道。当逻辑链路建立后，MS与逻辑链路具有一一对应关系。 逻辑链路管理包括以下功能： 逻辑链路建立功能 逻辑链路维护功能 逻辑链路释放功能 进一步的信息可以参考GSM 04.64。 1.2.5 无线资源管理功能 无线资源管理功能是指无线通信通道的分配和管理，GPRS无线资源管理功能要实现GPRS和GSM共用无线信道。无线资源管理功能包括以下几个方面： 1) Um管理功能 Um管理功能是指管理每个小区中的的物理信道资源、确定分配给GPRS业务的比例。分配的策略可以根据本地用户需求和运营者的运营策略选择。 2) 小区重选功能 该功能使得MS能够选择一个最佳小区，小区重选功能涉及到无线信号质量的测量和评估，同时要检测和避免各侯选小区的拥塞。 3) Um-tranx功能 该功能提供MS和BSS之间通过无线接口传输数据包的能力，包括以下几个方面： 无线接口上的媒体接入控制 无线物理信道上的包复用 MS内部的包识别 检错和纠错 流量控制 4) 路径管理功能 该功能管理BSS和SGSN之间的分组数据通信路径，这些路径的建立和释放可以动态地基于业务量也可以静态地基于每个小区的最大期望业务负荷。 1.2.6 网络管理功能 即GPRS系统的操作维护功能。此功能与实现有关。 1.3 功能分配 高层功能在各网络实体之间的分配如下表所示。 Function MS BSS SGSN GGSN HLR Network Access Control: Registration X Authentication and Authorisation X X X Admission Control X X X Message Screening X Packet Terminal Adaptation X Charging Data Collection X X Packet Routing & Transfer: Relay X X X X Routing X X X X Address Translation and Mapping X X X Encapsulation X X X Tunnelling X X Compression X X Ciphering X X X Mobility Management: X X X X Logical Link Management: Logical Link Establishment X X Logical Link Maintenance X X Logical Link Release X X Radio Resource Management: Um Management X X Cell Selection X X Um-Tranx X X Path Management X X 1.1 GPRS数据传输平面 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，从下面的几个图中可以看出，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。 数据传输平面如下图所示： 图2-5 GPRS数据传输平台 对其中的功能实体说明如下： § GTP：GPRS燧道协议。所有在GSN间传送的PDU应经GTP重新包装，GTP提供流量控制功能。 § UDP/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。 § IP：网络层协议，此处不述。 § L2：数据链路层协议，可采用一般以太网协议。 § L1：物理层。 § Network Service：数据链路层协议，采用帧中继方式。 § BSSGP：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。 § LLC：传输层协议，提供端到端的可靠无差错的逻辑数据链路。 § SNDCP：执行用户数据的分段、压缩功能等，待详细分析。 § MAC：介质控制接入强，属于链路层协议。 § RLC：无线链路控制子层，属于链路层和网络层协议。 1.1 GPRS信令平面 1.1.1 MS与SGSN间信令平面 1.1.1 SGSN与HLR间信令平面 1.1.2 SGSN与MSC/VLR间信令平面 SGSN与EIR间信令平面 1.1.3 SGSN与SMS-GMSC、SMS-IWMSC间信令平面 1.1.4 GPRS支持节点间信令平面 1.1.5 GGSN与HLR间信令平面 1) 基于MAP的信令平面 2) 基于GTP的信令平面 2 移动性管理 2.1 MM状态 用户的移动性管理活动用三个不同的MM状态来描述。每个状态描述了一定层次的功能和信息分配。这些信息存储在MS和SGSN的MM上下文中。 MM上下文也即移动性管理上下文，用户首次附着到GPRS网络中，SGSN就要建立一个MM 上下文，如果用户再次附着，SGSN会搜索SDB中的已有的数据重建MM上下文。MM 上下文包括用户移动性管理的一些内容：IMSI，MM 状态，P-TMSI，MSISDN，Routeing Area，Cell identity，New SGSN Address，VLR Num等等。 三种不同的MM状态是：IDLE状态、STANDBY状态和READY状态。 2.1.1 IDLE状态 在IDLE状态（空闲状态）下，MS和SGSN的MM上下文中不包含该用户的有效的位置及路由信息。 在IDLE状态下，MS可以接收PTM-M传输，PTP和PTM-G业务不能进行。 在MS和SGSN之间为了建立MM 上下文，MS应执行PLMN选择、小区选择与重新以及GPRS附着程序。 2.1.2 STANDBY状态 在STANDBY状态（待命状态）下，用户附着到移动性管理，MS和SGSN中建立了该用户的、以IMSI标识的MM上下文。 MS可以接收PTM-M和PTM-G业务数据，经SGSN的电路交换业务也可以接收。但是PTP业务的接收和发送，PTM-G数据的发送在此状态下不能执行。MS可执行GPRS路由区(RA)功能、GPRS小区选择和本地小区重选功能。当MS进入新的RA时，MS执行移动性管理程序通知SGSN。当MS在同一RA的小区间移动时，MS不通知SGSN。因此MS工作在STANDBY状态时，SGSN MM上下文中的位置信息仅包含路由区域信息。 在STANDBY状态，MS可以启动PDP上下文激活或PDP上下文去激活流程。在PDP上下文收发数据前，必须要激活该PDP上下文。 在网络需要给出于STANDBY状态的MS发送数据或信令时，SGSN在MS所在路由区内送寻呼请求。在MS对寻呼进行响应后，MS中MM状态从STANDBY状态转变为READY状态；同时，当SGSN接收到寻呼响应后，SGSN中MM状态也从STANDBY状态转变为READY状态。 与此类似的是，以及当MS发送数据和信令信息后，MS的MM状态从STANDBY状态转变为READY状态；当SGSN收到MS送出的数据和信令信息时，SGSN的MM状态从STANDBY状态转变为READY状态。 无论是MS还是SGSN都可以通过启动GPRS分离规程来将MM状态迁移到IDLE状态。如果MS可及定时器超时，SGSN发起隐含的GPRS分离规程，SGSN和MS中MM上下文话将被删除，MM状态进入IDLE状态。 2.1.3 READY状态 在READY状态（就绪状态）下，SGSN 中对应于该MS的MM 上下文中扩展了一项信息----MS所驻留的小区位置信息。这项信息是MS执行相关的移动性管理规程（PDP上下文激活规程）来向网络提供的。 GPRS 小区的选择和重选是由MS在本地完成的，也可以由网络来控制。 在这种状态下，MS可以发送和接收PTP PDUs，网络侧不对MS发起PS寻呼，对其它业务的寻呼可以通过SGSN实现。 无论是否为该MS分配无线资源，MM 状态仍保持在READY状态，直到MM READY定时器超时。MM READY定时器超时后，MM状态转变为STANDBY状态。为了从READY状态进入IDLE状态，MS需要启动PDP去活规程。 2.2 MM状态功能 2.2.1 MM状态迁移 移动性管理三种工作状态转换工作模型见图4-1。 图4-1 移动性管理状态迁移模型 2.2.2 就绪定时器功能 就绪定时器功能维护MS中和SGSN中的就绪定时器，该功能是为了避免SGSN中的MM上下文和PDP上下文无限制积累而消耗有限的存储空间。就绪定时器控制MS和SGSN中MM上下文保持在MM READY状态的时间。当该定时器超时后，MS中和SGSN中的MM上下文应该迁移到STANDBY状态。在MS发送LLC PDU后，MS中的该定时器需要重启；在SGSN收到一个正确的LLC PDU后，相应的就绪定时器需要重启。 就绪定时器的的长度在MS中和SGSN中一样的，由SGSN通过Attach Accept、Routeing Area Update Accept等消息来控制。 当就绪定时器设置为0时，MS应该回到STANDBY状态；当就绪定时器全1编码时，就绪定时器功能被禁止。 2.2.3 周期性路由区更新定时器功能 周期性路由区更新定时器功能检视MS中的周期性RA更新规程，其功能是使MS尽量可靠地附着在GPRS网络上。 周期性RA更新的时长在一个路由区中是唯一的，由SGSN通过Attach Accept、Routeing Area Update Accept等消息来通知MS。在该定时器超时后，MS应该主动发起周期性RA更新规程。 对于MS离开GPRS覆盖区后，又回到GPRS覆盖区的情形：如果回到GPRS覆盖区前，周期性RA更新定时器超时了，MS应该立即执行周期性RA更新规程；如果该定时器没有超时，MS不得发起周期性RA更新规程。 如果将GSM覆盖区和GPRS覆盖区结合起来考虑，MS离开覆盖区一段时间后又回到覆盖区的行为相当复杂，在这儿不详细介绍。如有兴趣，可参见GSM 03.60，6.2.3节。 2.2.4 用户可及定时器功能 用户可及定时器功能监视SGSN中的周期性RA更新规程，其功能是减少系统在寻呼方面的信令开销。用户可及定时器时长比周期性路由区更新定时器要稍微长些。该定时器超时意味着用户要么不在覆盖区，要么是关机、MS故障、电池耗尽或人为掉电，此时再对该用户进行寻呼是必然没有响应的，没有响应又会导致寻呼重发，无谓地增加系统的信令开销。 为了让用户不可及原因消除后，用户能够尽快恢复到不可及原因发生前的GPRS业务能力，同时又不增加系统的信令负荷，SGSN中的MM上下文和PDP上下文应该维持不变。 用户可及定时器在进入READY状态后停止，在回到STANDBY状态后重启。 在该定时器超时后，SGSN应该清除相应的PPF标志，此后SGSN不再对该MS进行寻呼。在检测到MS的下次活动后SGSN中相应的PPF置位。在用户首次注册到SGSN，相应的PPU是置位的。 2.3 SGSN与MSC/VLR的交互 为了提高系统的效率（主要是无线资源的利用率），通过一种特定的、在SGSN和相关MSC/VLR之间的关联，提高SGSN与相应的MSC/VLR是有吸引力的想法。 在SGSN和MSC/VLR都支持可选的Gs接口时，这种想法就实现了。 当SGSN存储了相应的VLR号，VLR存储了相应的SGSN号，这种关联机建立起来了。这种关联主要是要协调同时GPRS附着和IMSI附着的MS。 通过这种关联，GSM/GPRS系统可以支持如下功能： 1) 通过SGSN实现IMSI附着和IMSI分离。这使得组合GPRS/IMSI附着和组合GPRS/IMSI分离成为可能，这样可以节省无线资源。 2) 通过SGSN来实现LA更新（包括周期性LA更新）。这使得组合LA/RA更新成为可能，这样可以节省更多的无线资源。 3) 通过SGSN实现CS寻呼，提高系统电路交换接通率 4) 非GPRS业务提醒规程 5) 身份识别规程 6) MM信息规程 后面三个功能意义不大，第一个比较简单，重点介绍第二和第三个功能。 2.3.1 SGSN-MSC/VLR关联的管理 这部分内容比较繁复，暂省略。 2.3.2 组合RA/LA更新 当同时处于IMSI附着和GPRS附着的MS进入一个工作在网络操作模式I的路由区时，该MS发起组合RA/LA更新规程。对于进入其它网络操作模式的路由区，由于不支持寻呼协调，MS发起组合RA/LA更新规程没有任何意义。 Class A的MS在进行电路交换业务时只进行路由区更新，不进行组合路由区/位置区更新。 Class B的MS在进行电路交换业务时，不进行任何更新。 Class C的MS从不进行组合路由区/位置区更新。 2.3.3 CS寻呼协调及网络操作模式 如果一个MS既附着在GPRS网络又附着在GSM网络，而且网络工作在操作模式I，则MSC/VLR可以通过SGSN来进行电路业务寻呼。如果该MS处于STANDBY状态，则寻呼在路由区级别进行；如果该MS处于READY状态，则寻呼在小区级别进行。 通过SGSN进行电路寻呼的示意图如下。 根据网络对电路业务和GPRS业务的寻呼式及其配合关系，可将网络划分为表6-1所示的三种网络工作模式。 表6-1 网络工作模式 模式 电路寻呼 所用信道 GPRS寻呼 所用信道 寻呼协调关系 PPCH PPCH 有寻呼协调功能，应选用Gs接口。 对附着在GPRS网络上的MS，网络下发分组寻呼的信道与电路寻呼一样，MS只需监视一个寻呼信道。如果给MS分配了PDCH，则网络还可以在该PDCH上给该MS下发电路寻呼信消息 PCH PCH PACCH NA II PCH PCH 无寻呼协调功能。 所有寻呼均在PCH上下发。MS只需监视PCH，即使给MS分配了PDCH，MS也仍在PCH上侦听电路寻呼消息。 III PCH PPCH 无寻呼协调功能。 电路寻呼消息：网络在PCH上下发。 分组寻呼消息：如果小区配有PCCCH则在PPCH上下发（MS需要同时侦听PCH和PPCH这两个信道），否则在PCH上下发。 PCH PCH 1.1 MM规程 GPRS的MM规程通常与附着、用户鉴权、标识校验、加密等接入控制与安全性管理等一起执行。 1.1.1 GPRS附着功能 当MS完成GPRS附着规程后，MS就处于READY状态，在MS和SGSN中建立了该MS的MM上下文。此后，MS可以通过PDP上下文激活规程激活其PDP上下文。 如果网络操作模式为I，已经GPRS附着的MS，通过组合RA/LA更新规程完成IMSI附着 如果网络操作模式为II或III，或者MS没有附着在GPRS，则MS按照GSM规范中规定的IMSI附着规程进行。 在附着规程中，MS向网络指示其附着类型（IMSI附着、GPRS附着或组合的IMSI/GPRS附着）和其身份识别。身份识别应优先使用P-TMSI（如果有有效的P-TMSI的话），然后才使用IMSI。 对于Class C的MS，在进行IMSI附着前必须处于GPRS分离状态；在进行GPRS附着前，必须处于IMSI分离状态。 单纯的GPRS附着规程比较简单，以下是组合GPRS
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