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GPRS

GPRS中文是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service,GPRS)是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它經(jīng)常被描述成“2.5G”,也就是說這項(xiàng)技術(shù)位于第二代(2G)和第三代(3G)移動通訊技術(shù)之間。它通過利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道,提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。最初有人想通過擴(kuò)展GPRS來覆蓋其他標(biāo)準(zhǔn),只是這些網(wǎng)絡(luò)都正在轉(zhuǎn)而使用GSM標(biāo)準(zhǔn),這樣GSM就成了GPRS唯一能夠使用的網(wǎng)絡(luò)。GPRS在Release 97之后被集成進(jìn)GSM標(biāo)準(zhǔn),起先它是由ETSI標(biāo)準(zhǔn)化的,但是當(dāng)前已經(jīng)移交3GPP負(fù)責(zé)。

GPRS原理

  GPRS 區(qū)別于舊的電路交換(or CSD)連接,連接在Release 97之前(GSM電話功能還沒怎么開發(fā))就已經(jīng)包含進(jìn)GSM標(biāo)準(zhǔn)中。在舊有系統(tǒng)中一個數(shù)據(jù)連接要創(chuàng)建并保持一個電路連接,在整個連接過程中這條電路被獨(dú)占直到連接被拆除。 GPRS 基于分組交換,也就是說多個用戶可以共享一個相同的傳輸信道,每個用戶只有在傳輸數(shù)據(jù)的時候才會占用信道。這就意味著所有的可用帶寬可以立即分配給當(dāng)前發(fā)送數(shù)據(jù)的用戶,這樣更多的間隙發(fā)送或者接受數(shù)據(jù)的用戶可以共享帶寬。 WEB瀏覽,收發(fā)電子郵件和即時消息都是共享帶寬的間歇傳輸數(shù)據(jù)的服務(wù)。
  通常GPRS數(shù)據(jù)的計(jì)費(fèi)是不是按照電路交換方式的秒,而是千字節(jié)KB。電路交換方式下,即使網(wǎng)絡(luò)上沒有數(shù)據(jù)傳輸,其他用戶也不能使用空閑的信道。
  GPRS最初支持(理論上)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP,點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議PPP和X.25連接。后者典型的應(yīng)用是無線付費(fèi)終端,盡管它已經(jīng)作為標(biāo)準(zhǔn)需求被去除。X.25依然可以通過PPP甚至是IP得到支持, 但是這樣做既不需要重新封裝也不用集成什么到終端里。

GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

  GPRS網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)體包括GPRS骨干網(wǎng)、GGSN、SGSN、本地位置寄存器HLR、移動交換中心(MSC,拜訪位置寄存器(VLR)、移動臺、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(PDN)、短消息業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)移動交換中,C,,(SMS.GMSC)和短消息業(yè)務(wù)互通移動交換中心(sMs.IWMSC)等。
  GPRS網(wǎng)絡(luò)引入了分組交換和分組傳輸?shù)母拍?,這樣使得GSM網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持從網(wǎng)絡(luò)體系上得到了加強(qiáng)。圖2和圖3從不同的角度上給出了GPRS網(wǎng)絡(luò)的組成示意圖。GPRS其實(shí)是疊加在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)的另一網(wǎng)絡(luò),GPRS網(wǎng)絡(luò)在原有的GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加了SGSN(服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn))、GGSN(網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn))等功能實(shí)體。GPRS共用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)的BSS系統(tǒng),但要對軟硬件進(jìn)行相應(yīng)的更新;同時GPRS和GSM網(wǎng)絡(luò)各實(shí)體的接口必須作相應(yīng)的界定;另外,移動臺則要求提供對GPRS業(yè)務(wù)的支持。GPRS支持通過GGSN實(shí)現(xiàn)的和PSPDN的互聯(lián),接口協(xié)議可以是X.75或者是X.25,同時GPRS還支持和IP網(wǎng)絡(luò)的直接互聯(lián)。

GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖1  GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

GPRS網(wǎng)絡(luò)組成

圖2  GPRS網(wǎng)絡(luò)組成

GPRS協(xié)議棧

  GPRS協(xié)議規(guī)程體現(xiàn)了無線和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的特征。其中既包含類似局域網(wǎng)技術(shù)中的邏輯鏈路控制LLC子層和媒體接入控制MAC子層,又包含RLC和BSSGP等新引入的特定規(guī)程。并且各種網(wǎng)絡(luò)單元所包含的協(xié)議層次也有所不同,如PCU中規(guī)程體系與無線接入相關(guān),GGSN中規(guī)程體系完全與數(shù)據(jù)應(yīng)用相關(guān),而SGSN規(guī)程體系則涉及兩個方面,它既要連接PCU進(jìn)行無線系統(tǒng)和用戶管理,又要連接GGSN進(jìn)行數(shù)據(jù)單元的傳送。SGSN的PCU側(cè)的Gb接口上采用幀中繼規(guī)程,與GGSN側(cè)的Gn接口上則采用TCP/IP規(guī)程,SGSN中協(xié)議低層部分,如NS和BSSGP層與無線管理相關(guān),高層部分,如LLC和SNDCP則與數(shù)據(jù)管理相關(guān)。
  由GPRS系統(tǒng)的端到端之間的應(yīng)用協(xié)議結(jié)構(gòu)可知,GPRS網(wǎng)絡(luò)是存在于應(yīng)用層之下的承載網(wǎng)絡(luò),它用于以承載IP或X.25等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由于GPRS本身采用IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),所以基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的IP應(yīng)用規(guī)程結(jié)構(gòu)可理解為兩層IP結(jié)構(gòu),即應(yīng)用級的IP協(xié)議以及采用IP協(xié)議的GPRS系統(tǒng)本身。
  GPRS分為傳輸面和控制面兩個方面。傳輸面為提供用戶信息傳送及其相關(guān)信息傳送控制過程(如流量控制,錯誤檢測和恢復(fù)等)的分層規(guī)程??刂泼鎰t包括控制和支持用戶面功能的規(guī)程,如分組域網(wǎng)絡(luò)接入連接控制(附著與去激活過程),網(wǎng)絡(luò)接入連接特性(PDP上下文激活和去激活),網(wǎng)絡(luò)接入連接的路由選擇(用戶移動性支持),網(wǎng)絡(luò)資源的設(shè)定控制等。

GPRS接口種類

  GPRS系統(tǒng)中存在各種不同的接口種類,如圖所示。GPRS接口涉及幀中繼規(guī)程、七號信令協(xié)議、IP協(xié)議等不同規(guī)程種類,內(nèi)容非常多。以下分別予以簡單介紹。

GPRS接口種類
 

  GPRS接口種類
 ?、?Gb接口
  Gb鏈路提供BSS與SGSN之間的連接,用以傳送小區(qū)管理和路由區(qū)切換信息,并進(jìn)行MS與SGSN之間的數(shù)據(jù)傳送。
 ?、?Gr接口
  Gr接口指GPRS系統(tǒng)中SGSN與HLR之間的接口,用于傳送MS的加密信息,鑒權(quán)信息和用戶數(shù)據(jù)庫信息等。
  Gr接口采用CCS7規(guī)程,應(yīng)用層采用MAP協(xié)議。
 ?、?Gn/Gp接口
  如圖所示,Gn是同一個PLMN內(nèi)部GSN之間的接口,Gp是不同PLMN中GSN之間的接口,Gn與Gp接口都采用基于IP的GTP協(xié)議規(guī)程,提供協(xié)議規(guī)程數(shù)據(jù)包在GSN結(jié)點(diǎn)間通過GTP隧道協(xié)議傳送的機(jī)制。Gn接口一般支持域內(nèi)靜態(tài)或動態(tài)路由協(xié)議,而Gp接口由于經(jīng)由PLMN之間路由傳送,所以它必須支持域間路由協(xié)議,如邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP。
  GTP規(guī)程僅在SGSN與GGSN之間實(shí)現(xiàn),其他系統(tǒng)單元不涉及GTP規(guī)程的處理。
 

Gn與Gp接口

 ?、?Gi接口
  Gi接口是GPRS網(wǎng)絡(luò)與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接口點(diǎn),它可以采用X.25協(xié)議、x.75協(xié)議或IP協(xié)議等接口方式。其中與IP接口方式。在IP網(wǎng)絡(luò)中,子網(wǎng)的鏈接一般通過路由器進(jìn)行。因此,外部IP網(wǎng)認(rèn)為GGSN就是一臺路由器,他們之間可跟據(jù)客戶需要考慮采用何種IP路由協(xié)議。
  另外,根據(jù)協(xié)議和IP網(wǎng)絡(luò)的基本要求,可由運(yùn)營商在Gi接口上配置防火墻,進(jìn)行數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)安全性管理;配置域名服務(wù)器進(jìn)行域名解析;配置動態(tài)地址服務(wù)器進(jìn)行MS地址的分配;配置Radius服務(wù)器進(jìn)行用戶接入鑒權(quán)等。
  ⑤ Gs接口
  Gs接口為SGSN與MAC之間的接口,在Gs接口存在的情況下,MS可通過SGSN進(jìn)行IMSI/GPRS聯(lián)合附著、LA/RA聯(lián)合更新,并采用尋呼協(xié)調(diào)通過SGSN進(jìn)行GPRS附著用戶的電路尋呼,從而降低系統(tǒng)無線資源的利用,減少系統(tǒng)信令鏈路負(fù)荷,有效提高網(wǎng)絡(luò)性能。
  ⑥ Ga接口
  SGSN/GGSN與計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)CG之間的接口是用于傳送計(jì)費(fèi)信息,它采用類似GTP的GTP協(xié)議(如圖)。
 

  Ga接口

GPRS服務(wù)

  GPRS提升GSM的數(shù)據(jù)服務(wù)性能:
  點(diǎn)到點(diǎn) (P2P) 服務(wù): 連接 (IP protocols)IP網(wǎng)絡(luò) and X.25網(wǎng)絡(luò)。
  多播(P2MP)服務(wù) : 一點(diǎn)到多點(diǎn)的組播和多方通話。
  短信服務(wù) (SMS): 發(fā)送SMS。
  多媒體短信(MMS): 發(fā)送攜帶語音和圖像信息的短消息。
  因特網(wǎng)服務(wù)提供商服務(wù): 提供互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容服務(wù)。
  郵件服務(wù)通過POP3或者IMAP協(xié)議檢查閱讀發(fā)送電子郵件
  匿名服務(wù): 匿名訪問預(yù)定服務(wù)
  未來功能: 靈活加入新的功能,例如更大容量,更多用戶,新的資源和無線網(wǎng)絡(luò)。

GPRS特點(diǎn)

  GPRS,通用無線分組業(yè)務(wù)是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù),提供端到端的、廣域的無線IP連接。GPRS充分利用共享無線信道,采用IPOverPPP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)終端的高速、遠(yuǎn)程接入。作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動通信演變的過渡技術(shù)(2.5G),GPRS在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢。
  GPRS有下列特點(diǎn):
  1、可充分利用現(xiàn)有資源—中國移動全國范圍的電信網(wǎng)絡(luò)--GSM,方便、快速、低建設(shè)成本地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠(yuǎn)程接入網(wǎng)絡(luò)的部署;
  2、傳輸速率高,GPRS數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)到57.6Kbps,最高可達(dá)到115Kbps—170Kbps,完全可以滿足用戶應(yīng)用的需求,下一代GPRS業(yè)務(wù)的速度可以達(dá)到384Kbit/s;
  3、接入時間短,GPRS接入等待時間短,可快速建立連接,平均為兩秒;
  4、提供實(shí)時在線功能“alwaysonline”,用戶將始終處于連線和在線狀態(tài),這將使訪問服務(wù)變得非常簡單、快速;
  5、按流量計(jì)費(fèi),GPRS用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源,用戶可以一直在線,按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費(fèi)用,沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時,用戶即使掛在網(wǎng)上也是不收費(fèi)的。
  GPRS業(yè)務(wù),具有接入迅速、永遠(yuǎn)在線、流量計(jì)費(fèi)等特點(diǎn),在遠(yuǎn)程突發(fā)性數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸中有不可比擬的優(yōu)勢,特別適合于頻發(fā)小數(shù)據(jù)量的實(shí)時傳輸,因而GPRS業(yè)務(wù)在某些行業(yè)上有特殊的應(yīng)用。

GPRS的技術(shù)構(gòu)成

  GPRS是由ETSI 定義的一種數(shù)據(jù)無線傳輸技術(shù),其目的是在GSM 等移動通信網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)高速移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的,GPRS 采用了多種技術(shù)手段這也正是GPRS 優(yōu)于其他移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主要技術(shù)特點(diǎn):
  1、以分組方式在GSM網(wǎng)路上傳送數(shù)據(jù)和信令,優(yōu)于無線和有線網(wǎng)絡(luò)資源,在無線子系統(tǒng)和有線網(wǎng)路子系統(tǒng)之間保持嚴(yán)格分界,使有線網(wǎng)路子系統(tǒng)可以與其他無線接入技術(shù)相連。
  2、定義了新的GPRS 無線信道,時隙分配靈活,每個TDMA幀可有1~8 個時隙,并可以為不同用戶所分享。這樣,對于每個用戶,GPRS 可以提供9~170Kbps 的速率。因此,GPRS 可以支持從低速短消息到高速Web 瀏覽的各種應(yīng)用,同時,GPRS 也容許用戶在收發(fā)數(shù)據(jù)同時接聽語音呼叫。
  3、通過TCP/IP 和X.25 接口,通過與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的無縫連接。GPRS 能以快速預(yù)約的方式開始數(shù)據(jù)傳輸,通常為0.5~1s,這就意味著數(shù)據(jù)用戶不必等待手機(jī)撥號,無需建立完全的端到端連接。
  GPRS 的系統(tǒng)中,SGSN 為本服務(wù)區(qū)內(nèi)的GPRS 用戶提供分組路由,SGSG 完成的功能主要有移動性管理,邏輯鏈路管理,分組路由與傳送,數(shù)據(jù)計(jì)費(fèi),聯(lián)系HLR、MSC 及BSC 等;GGSN 提供與其他GPRS 網(wǎng)路及外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的接口,GGSN 完成的功能主要有ISP 選擇,移動臺鑒權(quán),IP 主機(jī)配置等。
  與電路交換式數(shù)據(jù)呼叫不同,GPRS 分組是從基站發(fā)送到SGSN,而不是通過MSC 連接到語音網(wǎng)絡(luò)上。SGSN 與GGSN 進(jìn)行通信,GGSN 對分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理,再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò),如Internet。來自Internet 標(biāo)識有移動臺地址的IP 包,由GGSN接收,再轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN,繼而傳送到移動臺上。
  GPRS 采用分組交換技術(shù),它可以讓多個用戶共享某些固定的信道資源。GSM空中接口的信道資源既可以被話音占用,也可以被GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用。當(dāng)然在信道充足的條件下,可以把一些信道定義為GPRS 專用信道。
  根據(jù)歐洲ETSI 的GSM2+階段的建議,GPRS 分為兩個發(fā)展階段(即Phase1 和Phase2)。GPRS 的Phase1 階段將能支持下列功能和業(yè)務(wù):*TCP/IP 和X.25 業(yè)務(wù);*全新GPRS 空中接口加密技術(shù);*GPRS 附加業(yè)務(wù);*增強(qiáng)型的短信業(yè)務(wù)(E- SMS);*GPRS 分組數(shù)據(jù)計(jì)費(fèi)功能,即根據(jù)數(shù)據(jù)量計(jì)費(fèi)。
  上述功能業(yè)務(wù)中最重要的是TCP/IP 和X.25 功能。GSM網(wǎng)絡(luò)可以通過TCP/IP 和X.25 為用戶提供電子郵件、WWW 瀏覽、專用數(shù)據(jù)、LAN 接入等業(yè)務(wù)。
  GPRS Phase2 階段的規(guī)范尚在制定中,它能提供更多的新功能和新業(yè)務(wù)。

GPRS和電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的比較

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  GPRS 電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)
交換方式 分組交換 電路交換
最大速率 117.2kbit/s 9.6kbit/s
連接類型 虛擬連接 專用鏈路
業(yè)務(wù)傳送方式 Push或Pull Pull
并發(fā)性 同時支持多種應(yīng)用 一次只能支持一種業(yè)務(wù)
計(jì)費(fèi)方式 按流量計(jì)費(fèi) 按時間計(jì)費(fèi)
復(fù)用方式 統(tǒng)計(jì)復(fù)用 靜態(tài)時分復(fù)用
直接性 即時接入 存在呼叫建立延遲


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