详尽的GPRS技术和GPRS应用

1GPRS技术和GPRS应用2一、电路模式数据服务•GSM中的数据服务：－SMS(160个字符的短消息)－传真服务：9.6kb/s－使用电路模式传输数据，－使用透明模式的速率：14.4kb/s－使用非透明模式的速率：9.6kb/s在一次会话过程中，BSS中的物理资源被独占。而且，速率非常低，成本高。3•HSCSD(HighSpeedCircuitSwitchedData)高速电路交换数据业务，是基于电路交换的点到点的数据传输业务，可提供实时的高速数据传输，主要特点是在一个TDMA帧中分配多个时隙给同一个移动台，还可以采用上下行链路非对称配置。可能的配置有：－4×14.4=57.6kb/s－6×9.6=57.6kb/s以上速率均受当前MSC交换矩阵的速率64kb/s的限制。4缺点：数据传输时，建立链接的时间比较长，大于20s；一个移动台分配多个物理信道，接入后即独占了该话务信道，无线资源的利用率较差。优点：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，其他部分是软件升级。提供的业务：适合于实时性强的应用，如电视会议。5•ECSD(EnhancedCircuitSwitchedData)增强型电路交换数据业务，应用于EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvaluation)中。使用了8PSK的调制技术，在一个物理信道上可以有43.2kb/s(最大值)。6二、GPRSGPRS(GeneralPacketRadioService)，通用分组无线服务，使用带移动性管理的分组交换模式，以及无线接入技术。PSTNBasicdata9.6Kbit/sGSMBTSGSMBSCMSCGSMMSSGSNGGSNInternetGPRSBackboneIPNetworkGPRSCoreGPRS13.4-107.2kbit/sWCDMABSWCDMARNCWCDMAMS2G2.5G3G图１３-１GPRS网络架构图１３-２GPRS在移动互联网系统中的位置GSMInternetIntranet公司内部网互联网移动互联网平台运营商网络接入系统BSCWAP网关MSC接入服务器SGSNBGDNSGGSNGPRS核心位于接入区9•GPRS和GSM的不同之处GPRS利用了大部分GSM系统中的接入功能，但是在无线资源的分配方式上有所不同。－使用分组模式接入到网络；－在BSS子系统中增加了一些设备；－可以直接接入到其他的数据网络(X.25,IP)。10•GPRS的应用－直接通过移动台接入数据网(i-mode,WAP…)－使用GPRS移动台作为外置modem图１３－１GPRS的应用RS232、USB接口、蓝牙等HTTP,POP,…TCP/IPPPPPPPGPRS接往GPRS网络RS232RS23212•GPRS提供的服务１.PDPcontextPDP:PacketDataProtocol要使用GPRS服务的移动台，必须先和网络(SGSN,GGSN)建立一个会话，这个过程将使用GPRS的一些必要参数。在移动台和GPRS支持节点间支持一特定PDP地址的参数集，被称为PDPcontext。13PDPcontext包括：－PDPtype:使用的数据网类型－PDPAddress:分配给移动台的地址(动态或者静态)－QoS-profile(参数)－接向外部数据网的接出点地址(GGSN的地址)14PDPcontext的状态－INACTIVE：INACTIVE状态表现为移动用户的有些PDPAddress的数据服务没有激活。PDPcontext没有与相关PDPAddress有关的、用来处理PDPPDUs的路由或映射信息。此时不会发生数据传输。在INACTIVE状态，即使用户已经处于GPRSMM状态，用户的地理位置的变化不会引起PDPcontext的更新。－ACTIVE：在ACTIVE状态，移动台中的、SGSN中的、GGSN中的，对应于正在使用中的PDPAddress的PDPcontext被激活。PDPcontext中这一特定PDPAddress传送PDPPDUs的路由和映射信息。只有当移动用户处于STANDBY和READY状态时，PDPcontext才可以处于ACTIVE状态。15INACTIVEACTIVEActivatePDP-contextDeactivatePDP-context或MMstate变为Idle16２.QoS的指标－优先级：反映了会话的优先等级，仅仅使用在不正常的情况下(如网络发生了阻塞)，分为highpriority(1),normalpriority(2),lowpriority(3)。－吞吐量－平均值－峰值－可靠性－时延图１３－３指令AT的内容&d2;+cgdcont=1,IP,apn,0.0.0.0,0,0;+cgqreq=1,2,1,3,7,31ATCommandAPN名字申请的IP地址QoS参数•时延(1),•优先级(2),•可靠性(3),•吞吐量蜂值(7),•吞吐量平均值(31)IdentityofPDPcontextPDP类型数据压缩没有激活首部文件压缩没有激活18３.提高速率的技术－开发可以在每个TDMA帧中用数个时隙接收/发送数据的终端－减少对用户数据的保护－使用能获得更高频谱利用率的调制技术19•GPRS网络结构１.GPRS手机GPRS移动台分三种：－ClassA：移动台既可以使用GPRS服务，又可以使用GSM服务，并且移动台同一时刻支持两种服务。－ClassB：移动台可以使用GPRS服务，也可以使用GSM服务，但是每次只能使用其中一种服务。－ClassC：移动台只能使用GSM服务或者GPRS服务。20SGSNMSCClassA:同时进行图１３－４GPRS的ClassA移动台21SGSNMSCClassB:同时监听图１３－５GPRS的ClassB移动台22SGSNMSCClassB:但不能同时进行图１３－６GPRS的ClassB移动台23SGSNMSCClassC:既不能同时监听，也不能同时进行图１３－７GPRS的ClassC移动台24２.新增的网络接入设备－PCU(PacketControllerUnit)：分组控制单元，通常位在BSC中(或BTS、SGSN中)。负责GPRS的空中接口资源共享(RLC/MAC层)、分段并重组RLC/MAC块、通过ARQ机制保证空中接口数据发送的可靠性(在PDCH信道上)、无线信道管理功能(功率控制、阻塞控制、广播控制信息等)。作用等同于GSM中的TRAU。－CCU(ChannelCodecUnit)：信道编码器单元，在BTS中，负责交织编码和纠正错码；无线信道测量功能(接收信号的电平、接收信号质量电平以及和时间提前值测量的有关信息)。25图１３－８PCUAbisBTSBSCsiteGSNsiteBSCsiteGSNsiteBSCsiteGSNsiteCCUPCUCCUBTSCCUCCUBTSCCUCCUUmGbABCPCUPCUKey:Circuit-switchingfunction(16or64kbit/s)Packet-switchingfunctionGb图１３－９PCU位置[摘自3GPPTS03.60Figure50]27３.新增的核心网络实体SGSN(ServingGPRSSupportNode)，GPRS服务支持节点，是管理出现在某一给定区域的移动台的路由器。负责在GGSN和不同的BSS间转发数据分组；移动性管理；GPRS会话管理；加密；计费；数据压缩(V.42bis)；TCP/IP首部压缩(RFC1144)。28图１３－１０SGSN的任务和功能(a)路由管理SGSNVLRVLRHLRHLRHLR(b)GPRS移动性管理SGSNPLMN计费网关GGSN分组数据网£$Ýξ(c)计费(本网资源)29图１３－１１SGSN的会话管理SGSNGGSN分组数据网PDPContextPDPContextPDPContext30GGSN(GatewayGPRSSupportNode)，GPRS网关支持节点，是连接GPRS网络和外部数据网络的的路由器，负责将来自外部数据网络的分组送往和目的节点相连的SGSN；计费(针对外网资源)。31GGSNPLMN分组数据网分组数据网分组数据网SGSNSGSNSGSNGGSN分组数据网分组数据网GGSNSGSNPLMN计费网关£Ýξ$图１３－１２GGSN的任务和功能(a)数据网和PLMN的接口(b)分组数据转发(c)计费32－GGSN种类GPRS可以为用户提供不同层次和种类的服务。GGSN可以和内部/外部的鉴权服务器、分配IP地址的服务器相连。•GGSNTypeA(透明接入GGSN)运营商有自己的DHCP/RADIUS服务器和DNS服务器，并且可以为处于PDPcontextactivation状态下的移动用户提供IP地址。•GGSNTypeB(非透明接入GGSN)GGSN为外部的ISP的鉴权和IP地址分配提供中继。•GGSNTypeC(共同的GGSN)处于同一Intranet中的多个用户通过GGSN接入到PLMN中。33DHCPRADIUSDNSInternet/IntranetDHCPRADIUSDNSDHCPRADIUSDNS属于PLMNPLMNInternetGGSNGGSNGGSNBACIntranetofVolumeCustomer属于同一ISPISP-Function图１３－１３不同类型的GGSN34４.网络接口在GPRS的网络部分定义了大量的信令接口。图１３－１４GPRS网络结构及接口InterPLMNGdGfGsGrSS7NetworkMSCISDN/PSTNNetworkExternalIPnetworkEIRHLR/AuCSMSCBSCBTSUm(SGSN)GbIPBackboneGnGnFirewallGi(GGSN)(BG)(LIG)(DNS)(CG)BillingSystemSGSN-ServingGPRSSupportNodeGGSN-GatewayGPRSSupportNodeBG-BorderGatewayCG-ChargeGatewayDNS-DomainNameSystemLIG-LegalInterceptionGatewayR图１３－１５GPRS网络结构及接口SGSN-ServingGPRSSupportNodeGGSN-GatewayGPRSSupportNodeBG-BorderGatewayCG-ChargeGatewayDNS-DomainNameSystemLIG-LegalInterceptionGatewayGdGfGsGrMSCPacketDataNetwork(IP/PPP/X.25)EIRHLR/AuCSMSC-G-MSCSMS-IW-MSCBSCBTSUmSGSNGbGnGnGcForeignPLMNBGBGGGSNCGGaSGSNGaVLRGpGpGiR37信令接口GrGr接口是在SGSN和HLR之间。－Gr接口涉及位置区更新－下载鉴权三要素－连接移动终端操作是通过MAP协议完成的。SCCPMTP2MTP3MTP2MTP3SCCPGrSGSNHLRTCAPMAPTCAPMAPL1L1图１３－１６SGSN和HLR的接口[摘自3GPPTS03.60Figure6]MAP协议支持和HLR间的信令交换。TCAP,SCCP,MTP3,MTP2等协议和在GSM网络中作用一样。39信令接口GsGs接口是在MSC和SGSN之间的。－Gs接口被用来联合的GSM/GPRSpaging寻呼－联合的路由区及位置区更新(CombinedRA/LAupdate)－已接入GPRS的手机执行GSM接入－已接入GSM的手机执行GPRS接入－退出GPRS(GPRSDetach)和退出GSM(IMSIDetach)－移动性管理信息(MMinformation)－MS信息查询(MSinformationrequired)－特定移动台信息告示(Non-GPRSAlert)