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GPRS

GPRS

又名:通用分组无线业务(GeneralPacketRadioService,GPRS)
分类: 通信
属性: 技术
最后修改时间: 2013年05月10日
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GPRS中文是通用分组无线业务(General Packet Radio Service,GPRS)是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。它经常被描述成“2.5G”,也就是说这项技术位于第二代(2G)和第三代(3G)移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道,提供中速的数据传递。最初有人想通过扩展GPRS来覆盖其他标准,只是这些网络都正在转而使用GSM标准,这样GSM就成了GPRS唯一能够使用的网络。GPRS在Release 97之后被集成进GSM标准,起先它是由ETSI标准化的,但是当前已经移交3GPP负责。

GPRS原理

  GPRS 区别于旧的电路交换(or CSD)连接,连接在Release 97之前(GSM电话功能还没怎么开发)就已经包含进GSM标准中。在旧有系统中一个数据连接要创建并保持一个电路连接,在整个连接过程中这条电路被独占直到连接被拆除。 GPRS 基于分组交换,也就是说多个用户可以共享一个相同的传输信道,每个用户只有在传输数据的时候才会占用信道。这就意味着所有的可用带宽可以立即分配给当前发送数据的用户,这样更多的间隙发送或者接受数据的用户可以共享带宽。 WEB浏览,收发电子邮件和即时消息都是共享带宽的间歇传输数据的服务。
  通常GPRS数据的计费是不是按照电路交换方式的秒,而是千字节KB。电路交换方式下,即使网络上没有数据传输,其他用户也不能使用空闲的信道。
  GPRS最初支持(理论上)互联网协议IP,点到点协议PPP和X.25连接。后者典型的应用是无线付费终端,尽管它已经作为标准需求被去除。X.25依然可以通过PPP甚至是IP得到支持, 但是这样做既不需要重新封装也不用集成什么到终端里。

GPRS网络结构

  GPRS网络主要实体包括GPRS骨干网、GGSN、SGSN、本地位置寄存器HLR、移动交换中心(MSC,拜访位置寄存器(VLR)、移动台、分组数据网络(PDN)、短消息业务网关移动交换中,C,,(SMS.GMSC)和短消息业务互通移动交换中心(sMs.IWMSC)等。
  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和图3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。

GPRS网络结构

图1  GPRS网络结构

GPRS网络组成

图2  GPRS网络组成

GPRS协议栈

  GPRS协议规程体现了无线和网络相结合的特征。其中既包含类似局域网技术中的逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层,又包含RLC和BSSGP等新引入的特定规程。并且各种网络单元所包含的协议层次也有所不同,如PCU中规程体系与无线接入相关,GGSN中规程体系完全与数据应用相关,而SGSN规程体系则涉及两个方面,它既要连接PCU进行无线系统和用户管理,又要连接GGSN进行数据单元的传送。SGSN的PCU侧的Gb接口上采用帧中继规程,与GGSN侧的Gn接口上则采用TCP/IP规程,SGSN中协议低层部分,如NS和BSSGP层与无线管理相关,高层部分,如LLC和SNDCP则与数据管理相关。
  由GPRS系统的端到端之间的应用协议结构可知,GPRS网络是存在于应用层之下的承载网络,它用于以承载IP或X.25等数据业务。由于GPRS本身采用IP数据网络结构,所以基于GPRS网络的IP应用规程结构可理解为两层IP结构,即应用级的IP协议以及采用IP协议的GPRS系统本身。
  GPRS分为传输面和控制面两个方面。传输面为提供用户信息传送及其相关信息传送控制过程(如流量控制,错误检测和恢复等)的分层规程。控制面则包括控制和支持用户面功能的规程,如分组域网络接入连接控制(附着与去激活过程),网络接入连接特性(PDP上下文激活和去激活),网络接入连接的路由选择(用户移动性支持),网络资源的设定控制等。

GPRS接口种类

  GPRS系统中存在各种不同的接口种类,如图所示。GPRS接口涉及帧中继规程、七号信令协议、IP协议等不同规程种类,内容非常多。以下分别予以简单介绍。

GPRS接口种类
 

  GPRS接口种类
  ① Gb接口
  Gb链路提供BSS与SGSN之间的连接,用以传送小区管理和路由区切换信息,并进行MS与SGSN之间的数据传送。
  ② Gr接口
  Gr接口指GPRS系统中SGSN与HLR之间的接口,用于传送MS的加密信息,鉴权信息和用户数据库信息等。
  Gr接口采用CCS7规程,应用层采用MAP协议。
  ③ Gn/Gp接口
  如图所示,Gn是同一个PLMN内部GSN之间的接口,Gp是不同PLMN中GSN之间的接口,Gn与Gp接口都采用基于IP的GTP协议规程,提供协议规程数据包在GSN结点间通过GTP隧道协议传送的机制。Gn接口一般支持域内静态或动态路由协议,而Gp接口由于经由PLMN之间路由传送,所以它必须支持域间路由协议,如边界网关协议BGP。
  GTP规程仅在SGSN与GGSN之间实现,其他系统单元不涉及GTP规程的处理。
 

Gn与Gp接口

  ④ Gi接口
  Gi接口是GPRS网络与外部数据网络的接口点,它可以采用X.25协议、x.75协议或IP协议等接口方式。其中与IP接口方式。在IP网络中,子网的链接一般通过路由器进行。因此,外部IP网认为GGSN就是一台路由器,他们之间可跟据客户需要考虑采用何种IP路由协议。
  另外,根据协议和IP网络的基本要求,可由运营商在Gi接口上配置防火墙,进行数据和网络安全性管理;配置域名服务器进行域名解析;配置动态地址服务器进行MS地址的分配;配置Radius服务器进行用户接入鉴权等。
  ⑤ Gs接口
  Gs接口为SGSN与MAC之间的接口,在Gs接口存在的情况下,MS可通过SGSN进行IMSI/GPRS联合附着、LA/RA联合更新,并采用寻呼协调通过SGSN进行GPRS附着用户的电路寻呼,从而降低系统无线资源的利用,减少系统信令链路负荷,有效提高网络性能。
  ⑥ Ga接口
  SGSN/GGSN与计费网关CG之间的接口是用于传送计费信息,它采用类似GTP的GTP协议(如图)。
 

  Ga接口

GPRS服务

  GPRS提升GSM的数据服务性能:
  点到点 (P2P) 服务: 连接 (IP protocols)IP网络 and X.25网络。
  多播(P2MP)服务 : 一点到多点的组播和多方通话。
  短信服务 (SMS): 发送SMS。
  多媒体短信(MMS): 发送携带语音和图像信息的短消息。
  因特网服务提供商服务: 提供互联网内容服务。
  邮件服务通过POP3或者IMAP协议检查阅读发送电子邮件
  匿名服务: 匿名访问预定服务
  未来功能: 灵活加入新的功能,例如更大容量,更多用户,新的资源和无线网络。

GPRS特点

  GPRS,通用无线分组业务是一种基于GSM系统的无线分组交换技术,提供端到端的、广域的无线IP连接。GPRS充分利用共享无线信道,采用IPOverPPP实现数据终端的高速、远程接入。作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术(2.5G),GPRS在许多方面都具有显著的优势。
  GPRS有下列特点:
  1、可充分利用现有资源—中国移动全国范围的电信网络--GSM,方便、快速、低建设成本地为用户数据终端提供远程接入网络的部署;
  2、传输速率高,GPRS数据传输速度可达到57.6Kbps,最高可达到115Kbps—170Kbps,完全可以满足用户应用的需求,下一代GPRS业务的速度可以达到384Kbit/s;
  3、接入时间短,GPRS接入等待时间短,可快速建立连接,平均为两秒;
  4、提供实时在线功能“alwaysonline”,用户将始终处于连线和在线状态,这将使访问服务变得非常简单、快速;
  5、按流量计费,GPRS用户只有在发送或接收数据期间才占用资源,用户可以一直在线,按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用,没有数据流量的传递时,用户即使挂在网上也是不收费的。
  GPRS业务,具有接入迅速、永远在线、流量计费等特点,在远程突发性数据实时传输中有不可比拟的优势,特别适合于频发小数据量的实时传输,因而GPRS业务在某些行业上有特殊的应用。

GPRS的技术构成

  GPRS是由ETSI 定义的一种数据无线传输技术,其目的是在GSM 等移动通信网络上实现高速移动数据业务。为了实现预期目的,GPRS 采用了多种技术手段这也正是GPRS 优于其他移动数据业务的主要技术特点:
  1、以分组方式在GSM网路上传送数据和信令,优于无线和有线网络资源,在无线子系统和有线网路子系统之间保持严格分界,使有线网路子系统可以与其他无线接入技术相连。
  2、定义了新的GPRS 无线信道,时隙分配灵活,每个TDMA帧可有1~8 个时隙,并可以为不同用户所分享。这样,对于每个用户,GPRS 可以提供9~170Kbps 的速率。因此,GPRS 可以支持从低速短消息到高速Web 浏览的各种应用,同时,GPRS 也容许用户在收发数据同时接听语音呼叫。
  3、通过TCP/IP 和X.25 接口,通过与现有标准数据业务的无缝连接。GPRS 能以快速预约的方式开始数据传输,通常为0.5~1s,这就意味着数据用户不必等待手机拨号,无需建立完全的端到端连接。
  GPRS 的系统中,SGSN 为本服务区内的GPRS 用户提供分组路由,SGSG 完成的功能主要有移动性管理,逻辑链路管理,分组路由与传送,数据计费,联系HLR、MSC 及BSC 等;GGSN 提供与其他GPRS 网路及外部数据网的接口,GGSN 完成的功能主要有ISP 选择,移动台鉴权,IP 主机配置等。
  与电路交换式数据呼叫不同,GPRS 分组是从基站发送到SGSN,而不是通过MSC 连接到语音网络上。SGSN 与GGSN 进行通信,GGSN 对分组数据进行相应的处理,再发送到目的网络,如Internet。来自Internet 标识有移动台地址的IP 包,由GGSN接收,再转发到SGSN,继而传送到移动台上。
  GPRS 采用分组交换技术,它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。GSM空中接口的信道资源既可以被话音占用,也可以被GPRS 数据业务占用。当然在信道充足的条件下,可以把一些信道定义为GPRS 专用信道。
  根据欧洲ETSI 的GSM2+阶段的建议,GPRS 分为两个发展阶段(即Phase1 和Phase2)。GPRS 的Phase1 阶段将能支持下列功能和业务:*TCP/IP 和X.25 业务;*全新GPRS 空中接口加密技术;*GPRS 附加业务;*增强型的短信业务(E- SMS);*GPRS 分组数据计费功能,即根据数据量计费。
  上述功能业务中最重要的是TCP/IP 和X.25 功能。GSM网络可以通过TCP/IP 和X.25 为用户提供电子邮件、WWW 浏览、专用数据、LAN 接入等业务。
  GPRS Phase2 阶段的规范尚在制定中,它能提供更多的新功能和新业务。

GPRS和电路交换数据业务的比较

  GPRS 电路交换数据业务
交换方式 分组交换 电路交换
最大速率 117.2kbit/s 9.6kbit/s
连接类型 虚拟连接 专用链路
业务传送方式 Push或Pull Pull
并发性 同时支持多种应用 一次只能支持一种业务
计费方式 按流量计费 按时间计费
复用方式 统计复用 静态时分复用
直接性 即时接入 存在呼叫建立延迟

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