GPRS网络结构及功能、协议总结

GPRS网络结构及功能、协议总结一、GPRS 概述1、小区和路由区一个路由区有若干个邻近小区组成小区（CGI ）：一组无线电基站提供服务的区域路由区：用来平衡位置更新业务和寻呼业务小区重新选择：MS

GPRS网络结构及功能、协议总结

一、GPRS 概述

1、小区和路由区

一个路由区有若干个邻近小区组成

小区（CGI ）：一组无线电基站提供服务的区域

路由区：用来平衡位置更新业务和寻呼业务

小区重新选择：MS 从一个基站转移到另一个基站

位置更新：MS 改变了小区，则执行位置更新程序通知网络。

寻呼：数据到达空闲的MS ，网络便发布通告，要求与此移动台建立通信。

小区追踪：正在发送和接收数据的移动台，网络在小区级别上进行追踪，即网络对正在使用的小区进行追踪。

路由区追踪：处于空闲状态的移动台，网络在路由区级别上进行追踪，即网络追踪路由区域。

GSM 网中每个小区和一个位置区域（LA ）相联系

GPRS 网中每个小区和一个路由区（RA ）相联系

2、接入SGSN

授权：验证移动台用户信息的过程

鉴权：验证移动台身份的过程

SGSN 追踪MS ，确定MS 的位置

MS 创建一个PDP 地址（如IP 地址）后，才可以开始传输数据分组

3、PDP 数据分组协议前后关系（上下文）

PDP 地址可以是X.25、IP 或两者都是

每个PDP 地址都固定在GGSN

静态分配的PDP 地址：通常锁定在用户本网的GGSN 中

动态分配的PDP 地址：通常锁定在用户本网或用户所访问的网络中

创建PDP 地址：在现有SGSN 和锁定PDP 地址的GGSN 之间建立联系

PDP 前后关系（上下文）：SGSN 保持的记录和GGSN 认定这一联系

一个MS 只能附属于一个SGSN ，而它却可以拥有多个PDP 地址，并且同时处于活动状态。每一个地址锁定在不同的GGSN 中。

4、GPRS 终端

分为A 、B 、C 三类

5、GPRS 的应用

网上聊天、文本和可视信息、静态图像、动态图像、网页浏览、文档共享/协同工作、音频、工作分派、企业内部电子邮件、因特网电子邮件、车辆定位、远程局域网接入、文件传输、家庭自动化

6、GPRS 网络结构

新的标准, 提供与分组数据网之间的高效数据分组路由和传送

提供的业务包括:

– 直接 IP 连接

– 点对点 或 点对多点

使用现有的BSS 基础设施提供增值业务

新增两个网络单元：SGSN 、GGSN

PCU 分组控制单元：将数据业务指向GPRS 网，PCU 在基站子系统外为分组数据业务提供物理接口和逻辑接口。

当话音和数据业务在用户终端初始化时，就通过空中接口传输到BTS ，且以标准GSM 呼叫的同样方式从BTS 传输到BSC 。在BSC 的输出端，话务量被分开了：语

音信号传送到标准GSM 的MSC ，数据信号通过帧中继接口的PCU 发送到SGSN 上。 分组数据传输速率9.6~171kbit/s

SGSN/VLR MSC/VLR

域名服务器（DNS ）：把域名转化为IP ，反之亦然

动态主机配置协议（DHCP ）：为移动台提供自动寻址和重新寻址。

数据路由：GPRS 网络的主要特点之一是移动用户收发的数据分组路由。这一特点可以分为两方面：数据分组路由和移动性管理

GPRS 移动性管理：

MS3个状态：空闲、守候、就绪

向激活移动台的分组传输是从分组寻呼开始的，分组寻呼通知移动台准备接收数据分组。分组寻呼通过有寻呼消息表示的信道后，数据传输立即开始进行。分组寻呼消息的目的是简化接收分组的过程。移动台只接听分组寻呼消息，而不是下行信道中所有数据分组，从而大大减少电池的耗费。

设置守候状态的主要原因：减少GPRS 网中由于小区信息更新所引起的负荷并保留移动台的电池消耗。当移动台处于守候状态时，SGSN 无需知道每个小区的变化，只需知道每个路由区的变化。

7、GPRS 协议

GSM RF 层：管理MS 和BSS 间的物理连接，这一层实际上对应于BTS 中的信道

编解码单元CCU 。分为物理RF 层（与调制与解调任务相对应，GSM 中采用GMSK 调制和Viterbi 解调）、物理链路层（在射频接口的物理信道上提供信息的传输：主要完成信道编码（FEC 前向纠错）、交织、射频信道测量（接收质量和信号电平、定时提前量、物理链路拥塞检测）、无线电管理过程（小区选择/再选择、功率控制、DRX ））

注：加密功能由LLC 逻辑链路控制层完成。

媒体接入控制层（MAC ）：使多个MS 分享同一的传输媒体。它直接与物理层连接。在上行链路上（如一MS 初始接入），MAC 作用是对在多个用户同时提出申请接入时，对有限的物理资源进行合理的管理。解决机制：基于时分的ALOHA 协议。MAC 层的协调功能还解决一个MS 内不同业务对有限的无线信道资源的竞争。

在下行链路上（如MS 终端），MAC 对接入请求进行排队并制定接入时间表。 MAC 层也对将发送的数据赋予不同的优先级，而后按优先级的次序进行传输。信令数据比用户数据有更高的优先级。信令和用户数据复合后进入传输介质。

MAC 层关键标识符：TBF 、TFI 。3种媒体接入方式：固定分配、动态分配、扩展动态分配。

无线链路控制层（RLC ）：主要负责对发网空中接口的数据进行分段和重组。支持两种操作模式：回复（进行有选择的重发）或不回复（不能保证RLC 块的成功发送）。

逻辑链路控制层（LLC ）：在MS 和SGSN 之间提供了一个高可靠性的加密逻辑链路。该逻辑链路通过TLLI 来识别。LLC 层独立于低层无线接口协议，支持MS 和SGSN 间点对点及点对多点的数据传输。LLC 层用户SNDCP 、GMM/SM、SMS 。功能：证实用非证实消息的传递、流量控制、帧错误检测。

LLC 层业务接入点（SAP ）指第三层协议提供业务的地方，LLC 层共给上层用户提供了6个SAP （4个专用于SNDCP 层、1个专用于GMM 、1个专用于SMS ）。每个SAP 通过SAPI 来标识。

GPRS 移动性/会话管理（GMM/SM）：包括连接、认证和传递会话管理报文（包括PDP 上下文激活和去激活）等。GMM 子层中使用分组TMSI （P_TMSI）来标识一个MS ，但要用TLLI 来对无线资源寻址。

子网相关汇聚协议层（SNDCP ）：主要功能是多个PDP 上下文的复用、用户数据的压缩和解压缩、协议控制消息的压缩和解压缩、将网络层分组数据单元（N-PDU ）

分解为LLC-PDU ，同时将LLC-PDU 组装成N-PCU 。

网络业务层（NS ）：主要功能是网络业务PDU 的传输、网络拥塞指示、状态指示。分为网络业务子网部分（定义了所用的第二层协议（如帧中继、ATM 等））和网络业务控制部分（NS-VC 网络业务控制实体对等层之间的虚电路，由NS-VCI 标识；对于帧中继网络，NS-VC 就是PVC 永久虚连接，由DLCI 标识PVC ）。负荷分担。

BSS 的GPRS 协议层（BSSGP ）：主要功能是提供与无线相关的数据、QoS 和选路信息，以满足在BSS 和SGSN 之间传输用户数据时的需要。BSSGP 虚连接（BVC ）是网络业务给BSSGP 实体提供的通信路径，由BSSGP 虚连接标识符（BVCI ）标识。每个BVC 由一组NS-VC 支持，每组NS-VC 支持一个或多个BVC 。BVCI 和NSEI 一起标识SGSN 中的一个BVC 。BSSGP 中用BVCI 来标识一个小区。

GPRS 隧道协议（GTP ）：用于GPRS 骨干网中GSN 节点之间的接口协议，由GTP 信令和数据传输程序组成。GTP 协议仅由SGSN 和GGSN 执行。GPRS 规范中规定了采用无连接路径协议UDP/IP传送GTP 信令信息，选取UDP/IP无连接路径或TCP/IP面向连接路径上建立的隧道传送用户分组数据。

BSSAP Subset of BSSAP procedures BSSAP程序子集

GPRS 的RR 状态:分组传输模式、分组空闲模式

GTP 协议（GPRS 隧道协议）：GPRS 网把所有的数据网络协议封装到自己的封装协议中。目的为了确保骨干网的安全性，简化路由机理及数据在GPRS 网上的传输。 Gb ：PCU 与SGSN 之间，用于帧中继；

Gr ：SGSN 与HLR 之间，用于移动应用部分（MAP ）的扩展；

Gn ：SGSN 与GGSN 之间，用于GTP （隧道）协议；

Gi ：GGSN 与PDN 之间（X.25和因特网协议（IP ））；

Gs ：SGSN 与MSC/VLR之间，用于支持同步的GPRS 和GSM 操作，它与基站移动请求部分（BSSMAP ）相同，但可任意选择；

Gd ：通过GPRS 传送SMS 消息（与GSM 的MAP 相同）；

Gc ：GSN 与HLR 之间（与MAP 相同，可选项）。

每个SGSN 用帧中继网络连接到PCU

SGSN 和GGSN 在基于IP 路由的GPRS 骨干网连接在一起。GPRS 利用GTP 协议来开拓协议数据单元（PDU ）。GPRS 通过封装和拆装传输相应的PDU 。

GTP IPv4被用作GPRS 骨干网网络层协议。

GPRS 支持MS 与IP 和X.25的互通，IP 优先，X.25次之。

8、TDMA-GPRS 物理信道（时隙）

已经分配给GPRS 业务的物理信道叫做分组数据信道（PDCH ）

各种逻辑信道的组合可以映射成一个物理信道。物理信道也可以合起来以提供更高的数据传输速率。网络可以根据需求动态地为GPRS 优选可变的物理信道的数目。

9、GPRS 逻辑信道

GSM 中，逻辑信道表示特定的实体之间的信息流。逻辑信道是在物理信道（如PDCH ）中实现。多个逻辑信道利用一个超帧结构以时分方式映射到同一个物理信道。几个组合逻辑信道可以通过多元化方式映射到同一个物理信道。

10、GPRS 设备的功能

信道编解码单元（CCU ）：处理新的编码方案（及任何压缩编码技术），位于BTS 中，其功能是信道编解码功能（如前向纠错和空中接口的交织）、无线信道测量（接受信号的质量）、无线管理等。

分组控制单元（PCU ）：提供与GPRS 网（帧中继）的接口并管理时隙分配

第三层的业务要通过一个业务接入点（SAP ）提供，每一个节点都分配了称为业务接入点标识（SAPI ）的不同标识。与SAP 相连的可以是一个或多个终端，该SAP 通过一个数据链路连接标识（DLCI ）来识别。

数据链路连接：MS 与BTS 之间存在对等协议，两者之间的虚拟连接叫做数据链路连接。

Agprs 接口（分组化的无线接口）：BSC 与PCUSN 之间，同步面向连接的链路，由专用Agprs PCM64kbps 信道组成，支持一个信令64kbps 的LAPD 信道（T1上是TS-24；E1上是TS-16或TS-31），传输3种不同的SAPI ：

SAPI0：Agprs RSL无线信令链路=共享GSM 和GPRS ，传送专用于对GSM 和GPRS 之间GPRS 时隙和动态无线电时隙进行分配的所有消息

SAPI1：Agprs GSL GPRS无线信令链路=RACH，直接分配，寻呼，为MS 建立许可的临时块流（TBF ）的信道请求，为TBF 下行链路建立从PCU 到MS 的寻呼请求。 SAPI62：Agprs OML 操作维护链路=无线电配置，传送专用于对GSM 和GPRS 之间GPRS 时隙和动态无线电时隙进行分配的所有消息

Gb 接口（分组网络接口）：异步非连接的

SGSN 功能：移动性管理（MM ）（可实现会话管理，状态控制-移动台状态，数据分组在下行链路的传输，包括位置跟踪等）、利用网际协议（IP ）在第三层传输分组数据、鉴权、加密、压缩等；临时存储功能、SGPR 连接、启动去连接请求、用户的入网信息。

GGSN 功能：SGSN 和外部数据网之间的互连点，提供GPRS 用户和IP 之间的安全通信，在GPRS 网络系统自身内提供隧道能力，完成类似于网关移动交换中心的功能，接近于IP 的路由器。

HLR ：网络数据库，任何网络中（逻辑上）只存在一个HLR ，尽管HLR 可能是分布式的。存储的信息与网络中注册的所有用户有关，包括用户的ID 、MSISDN 、IMSI 、当前（交换区）位置和所选择的用户开户入网服务（包括给定的服务质量（QoS ）、静态分配PDP 地址、漫游许可等）等。

VLR 功能：拥有与HLR 类似的信息、与每个MSC 一对一的关系、暂存存储器（LAI 、存储鉴权参数、MSRN 、TMSI 或P_TMSI）

BG 边界网关：提供PLMN 间和内部PLMN 骨干网之间的接口，提高了网络的安全性，支持不同网络间的漫游协议。

SS7到IP 的网关(SIG)功能：提供IP 网络中GPRS 节点和SS7网络中GSM 节点之间的互连。SIG 负责从GSM HLR 到恰当的SGSN 的路由消息。SIG 把SS7网上由GSM HLR 引起的TCAP/GSM MAP编码消息转换成用户数据报协议/因特网协议消息，对Gr 接口实现MAP/IP到MAP/TCAP的转换。

域名系统：建立域名和IP 地址之间的映射关系

动态主机配置协议（DHCP ）：配置参数——动态分配IP 地址、子网掩码、缺省路由器（GGSN 地址）、域名系统（DNS ）服务器；将IP 地址和配置信息动态分配给网络设备，减少为网络使用的手动配置计算机的管理负荷。为了实现通信，每个系统必须至少应拥有IP 地址、子网掩码、路由器地址。

计费网关功能（CGF ）：确保计费准确无误。由计费记录采集器、集中处理器、数据流分配器三个功能区组成。

管理维护中心（OMC ）功能：所有交换部件和规程的事件和报警，故障管理，性能管理，安全管理等。包括OMC-R （管理PCUSN ）、OMC-D （管理GPRS 核心网设备，包括GGSN 、SGSN 、SIG 、公共服务（PS ）（如DNS/DHCP）、RADIUS ）、OMC-S （管理GSM

核心网设备）。

网络管理中心（NMC ）功能：主干路由管理、高级报警、OMC 辅助。在整个国家或地区网络中，所有OMC 都要向NMC 提供报告。

11、GPRS 主要工作过程

移动管理（MM ）：MS 能够发送数据前，必须先进行GPRS 连接（MS 与网络（SGSN ）之间的连接过程），建立与某个SGSN 的连接，并被分配P_TMSI后，分配一个临时逻辑链路标识（TLLI ）。连接后，就能为一个或多个分组数据协议（PDP ）的一个或多个路由环境而与SGSN 进行协商。

GPRS 用户3种MM 状态：空闲、就绪（定位到小区级）、等待状态（定位到路由区级）

GPRS 附着：需要MS 的P_TMSI和其所在区域的（RAI ）

IMSI 附着：GSM 所特有，若MS 还没分配TMSI 或P_TMSI，则可通过GPRS 连接实现 IMSI/GPRS附着

由MS 发起的GPRS 去附着

由网络发起的GPRS 去附着

由MS 发起的PDP 上下文激活

由网络发起的PDP 上下文激活

来自MS 的GPRS 数据传输

GPRS 数据向MS 传输

由MS 发起的PDP 上下文去激活

由网络发起的PDP 上下文去激活

安全功能：鉴权（加密密钥Kc 、随机数RAND 、认证响应SRES ）、加密

Web 接入

12、射频和MS-PCUSN 接口

GSM RF 层：管理MS 和BSS 间的物理连接，这一层实际上对应于BTS 中的信道编解码单元CCU 。分为物理RF 层（与调制与解调任务相对应，GSM 中采用GMSK 调制和Viterbi 解调）、物理链路层（在射频接口的物理信道上提供信息的传输：主要完成信道编码（FEC 前向纠错）、交织、射频信道测量（接收质量和信号电平、定时