GPRS手机上网流程剖析

12GfGiGnGbGcGpGsMSC/VLRMSBSSTEInternetUmGrHLROtherPLMNSGSNGdSM-SCSMS-GMSCSMS-IWMSCGGSNEIRSGSNGnFRSS7ATM/DDN/ISDN/Ethernet,etcBGGPRSbackboneGGSNX.25TEGiCGMSBSSUmGbGPRS体系结构图3GPRS骨干网SGSNSGSNGGSNGPRS手机上网方式GnIP类接口七号信令类接口BSSMSCSMS-GMSCAUmPDPnetwork(IP/X.25)GiTEMTMSHLRGsGrGdGcGb4GPRS手机分类A类可同时附着在GPRS网络和GSM网络上，并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，GPRS业务和电路交换业务，仅能选择其中一种业务，未选中业务的状态是断开状态，不能实现连接。5MS多时隙能力的概念定义要素：最大接收时隙数（下行时隙）、最大发射时隙数（上行时隙）、最大总时隙数定义：多时隙能力等级1－29；等级数越大，多时隙能力越强影响MS多时隙能力的因素是否能同时发送和接收（取决于是否有多于一个的收发信机）考虑MS做邻近小区测量、收发信机发射准备、收发信机接收准备等时间要求GPRS手机的多时隙能力6模式I：SGSN与MSC/VLR通过Gs接口配合进行寻呼，CS的寻呼与PS寻呼在同一寻呼信道下发，MS只需监视一个寻呼信道。如果给MS分配了分组数据信道，则对该MS的寻呼就在该分组数据信道上下发。模式II：小区中未配置分组寻呼信道，CS寻呼和GPRS寻呼都使用CCCH寻呼信道。MS只需监视CCCH寻呼信道。模式III：CS寻呼在CCCH寻呼信道上发送，而GPRS寻呼在分组寻呼信道（如果配置了的话）或CCCH寻呼信道上发送。MS需要监视CCCH寻呼信道和分组寻呼信道这两个信道。GPRS手机与网络工作模式7不同的编码方式其传输速率不同、容错能力不同GPRS四种定义了CS-1至CS-4四种信道编码方式数据速率依次为9.05Kbps,13.4Kbps,15.6Kbps，21.4KbpsCS-1与SDCCH的信道编码相同；CS-1，CS-2所要求的C/I与电路型基本相同，可覆盖小区的90％－100％；CS-3较高；CS-4对C/I要求很高，需要良好的无线环境网络根据对无线传输的实时监测结果调整信道编码模式不同的时隙可选择不同的信道编码方式当无线传输质量较好时，应采用效率更高的编码方式分组数据信道的编码方式8GPRS手机状态空闲(Idle)状态：用户未连到GPRS用户移动性管理(MM)MS和SGSNContext不包含该用户的有效位置及路由信息GPRSMS不可及保持(Standby)状态：用户被连到移动性管理，MS和SGSN为用户建立MMContextSGSNMMContext中包含GPRSRA信息MS可接收寻呼，但不能进行数据传送就绪(Ready)状态：MS执行移动性管理程序，网络获知用户小区位置信息MS可以发送和接收数据MMContext保持在就绪状态（无数据发送），直到定时器超时，转为保持状态9Idle定时器超时PDU发送或接收GMM状态模型Ready能获知MS小区位置信息Standby获知MS路由区位置信息10HLRGPRS用户信息域描述IMSI用户标识MSISDN用户基本的MSISDNSGSNNumber用户登记的SGSN的SS7号码SGSNAddress用户登记的SGSN的IP地址SMSParameters短消息有关的用户签约数据MSPurgedforGPRS用户GPRS清除标志MNRG用户GPRS不可及标志GGSN-list列表，每一项包含某一GGSN的SS7号码和IP地址PDPContextIdentifierPDP上下文索引PDPTypePDP类型PDPAddressPDP地址QosProfileSubscribed用户登记的Qos过滤VPLMNAddressAllowed是否允许用户使用VPLMN的APNAccessPointName外部分组数据网接入点11Attach_request(IMSI)TripletrequestAuthenticationUpdate_locationIMSIcurrentSGSNGPRS手机附着规程(1)SGSNMS空闲状态HLR12Insert_subscriber_dataUpdate_location_ackIMSITLLI+currentRA+subscriptiondataGPRS手机附着规程(2)SGSNAttach_accept(TLLI)MSTLLIMS就绪HLR13GPRS手机PDP上下文实体：SGSN、GGSN和MSPDP上下文状态非激活状态：PDP上下文不包含处理分组数据包所需的路由及映射信息，对于用户的路由区更新信息不作修改，不能进行数据传送激活状态：PDP上下文包含处理分组数据包所需的路由及映射信息，可以进行数据传送，此时的MM状态为就绪或待命PDP上下文信息MS、SGSN和GGSN中的PDP上下文信息略有不同包括PDPState，PDPType，PDPAddress，APN，SendN-PDUNumber，ReceiveN-PDUNumber，QoSProfileNegotiated等等APN：用于推导出应接入的GGSN及外部网络PDP地址静态地址动态地址14BSSSS7GPRS骨干网GPRSMSPDP地址NSAPIP-TMSIIMSITLLISS7编号SGSN内部PDP地址SS7编号外部GGSN地址内部PDP地址TID=IMSI+NSAPIX.25/X.75网X.121地址IP网IP地址地址类型MS的PDP地址与所接入的外部网络相对应MS的PDP地址可以静态分配，也可以由GGSN动态分配15GPRS节点GPRSMS(Subscriber)IP网络地址规划GSN节点的IP地址可以是私有的或公有的，需要在整个GPRS骨干网内统一规划对于IPv4，现实的做法是采用位于10.0.0.0～10.255.255.255范围内的私有地址一个GSN节点可以分配多个IP地址网络可以在用户签约时分配给其静态IP地址，或在PDP上下文激活时分配动态IP地址静态IP地址必须是公有地址，而动态IP地址可以是私有的，也可以是公有的（对IPv4网络来说是不可能的）分配了私有地址的用户在访问外部IP网络时，网络需要做地址映射和转换工作用户的IP地址可以由ISP、网络运营商或Intranet分配16GPRS手机固定和动态IP地址分配静态IP地址：存储在HLR动态IP地址：每个GGSN域都分配了一个IP地址集动态IP地址：动态IP地址的分配可以由外部的RADIUS进行BTSSGSNMSBSCGGSNBackboneISPCorp.NetworkRADIUSHLR17APN结构定义APN网络标识定义了GGSN所连接的外部网络，是APN的必选项APN运营商标识定义了GGSN位于的GPRS骨干网，是APN的可选项包含了网络标识和运营商标识的APN对应一个GGSN的域名？DNSBTSSGSNMSDNSBSCGGSN(B)BackboneDNSISPBISPACorp.NetworkGGSN(A)SGSN在PDP激活的时候，将APN翻译为与外部网络连接的GGSN的IP地址19Activate_PDP_context_req(NSAPI1,type[+@ofPDP],APN,QoS)TLLI(NSAPI1+PDPctxt)(TID+@ofGGSN1)TLLIActivate_PDP_ctxtDNS_query(APN)DNS_response(@IPofGGSN1)DNSPDP上下文激活规程(1)SGSN20Create_PDP_contextresponse(IP@)TID1IP@currentSGSNActivate_PDP_context_accept(IP@)Create_PDP_context_req(type[+@ofPDP],APN,QoS)TLLI1NSAPI+PDPcontextTID1Create_PDP_ctxt@GGSN1PDP上下文激活规程(2)SGSNGGSN21TLLIIMSINSAPI1TID1+@GGSN1NSAPI1TLLINSAPI1TLLIUserpacketUserpacketUserpacketTID1@GGSN1PDPnetwork(IP/X.25)GPRS手机数据发送SGSNGGSN22typeand@ofMSNSAPI1......TID1@currentSGSNTID1NSAPI1TLLI+currentRANSAPI1TLLIPacketreceivedPacketreceivedTID1@SGSN@MSPaquetreceivedPDPnetwork(IP/X.25)GPRS手机数据接收SGSNGGSN如果MS为保持状态，则在整个路由区进行寻呼23透明接入外部IP网络GiReferencePointOperatorspecificIPNetwork没有用户鉴权动态IP地址可以由GGSN直接分配，也可以由外部的DHCP服务器分配GGSNFirewall/ProxyDHCPDNSExternalIPNetworkPLMNGPRSNetwork24非透明接入外部IP网络RADIUS服务器的主要用途是用户鉴权RADIUS服务器也可以分配IP地址一个GGSN可以支持多个APNBTSSGSNMSBSCGGSNBackboneISPLANRADIUSserverRADIUSclientPAP/CHAPAccept/RejectHLRInternet/IntranetRouter&Firewall25Intranet208.86.86.y208.86.86.y不同接入方式时的IP地址分配IPaddress138.192.x.yIntranetIPaddress168.86.x.yInternetGPRSnetwork138.192GPRSnetworkISPISPISPISP168.8626分组路由和隧道传输BTSSGSNMSCorp.NetworkBSCGGSNBackboneFWFWApplicationserverDestination/sourceprivateIPaddressesGGSN/FWpublicIPaddressesGTPtunnelIPSectunnel27漫游－连接到归属ISPHomePLMNGGSNGGSNBGISPNetworkBGMSSGSNHLRVisitingPLMNRoamingMSRe-attachSubscriptiondataGTPaddres-singIPSectunnelhop-by-hopSGSNMS28HomePLMNGGSNGGSNBGHomeISPNetworkBGMSSGSNHLRVisitingPLMNRoamingMSRe-attachVisitingISPNetworkSGSNRADIUSRADIUSRoamingagreementbetweenISP’sMS漫游－连接到拜访ISP29HomePLMNGGSNGGSNMSBGMulti-HomedISPNetworkBGMSSGSNHLRVisitingPLMNRoamingMSRe-attachSGSNSameordifferentIPserveraddress漫游－连接到多宿主ISP30