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1、GPRS通信技术 作者： 日期：8 个人收集整理，勿做商业用途GPRS通讯技术1. 概念GPRS(GeneralPacket Radio Service，通用无线分组业务)作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信(3G)的过渡技术。GPRS不但具有GSM通信系统覆盖范围广、通信质量高，而且还具有分组传输数据传输快、信道利用率高等优点，另外它是永远在线和按流量计费的，支持TCP/IP协议，可以直接与Internet互通，因此特别适合中低速率的环境监测及监控领域，比如无线传感器网络（WSN）的监测与控制。利用GPRS可以使用户在移动状态下使用各种高速数据传输业务，包括E-mail收发、Inte
2、rnet浏览、文件传输等功能等。GPRS为移动用户提供数据传输业务是移动通信的未来发展之路，目前GSM系统是使用用户最多的移动通信系统之一，全世界已有近百个运营商开通了GPRS系统服务。研究和开发GPRS相关信息电子产品具有很广阔的市场前景。2. 技术理论GPRS是由英国BTCellnet公司早在1993年提出的，是GSM Phase2+(1997年)规范实现的内容之一，是一种基于GSM的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的lP或者X.25连接。GPRS在现有的GSM网络基础上叠加了一个新的网络，同时在网络上增加一些硬件设备和软件升级，形成了一个新的网络逻辑实体，提供端到端的、广域的无线I
3、P连接。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的科技，它以分组交换技术为基础，用户通过GPRS可以在移动状态下使用各种高速数据业务，包括收发E-mail、进行Internet浏览等。GPRS是一种新的GSM数据业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X25服务。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，能够高效的利用无线信道资源。GPRS技术160Kbps的传送速率几乎能让无线上网达到公网ISDN的效果，实现“随身携带互联网”。使用GPRS，数据实现分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。1.
4、GPRS网络总体结构GPRS网络的实现是在现有GSM网络的基础上，对原有GSM网络的基站子系统以及网络子系统的设备及功能进行了改进和增强。构成GPRS系统的方法是首先在GSM系统中引入3个主要组件:GPRS服务支持结点(SGSN，Serving GPRS Supporting Node)、GPRS网关支持结点(GGSN，Gateway GPRS Support Node)和分组控制单元(PCU，Package Control Unit)，同时对GSM的相关部件进行软件升级，主要包括对HLR和VLR的功能进行了扩展，使之可以支持GPRS用户数据和路由信息，以实现对GPRS的移动性管理和路由管理。
5、另外增强了基站子系统的功能，以支持用户分组数据的传送，增加了业务信道和控制信道的种类，以支持GPRS的多种业务。GPRS网络的简化模型如图2-2。GPRS在一个发送实体和一个或多个接收实体之间提供数据传送能力。这些实体可以是移动用户或终端设备，后者被连接到一个GPRS网络或一个外部的数据网络。GGSN在GPRS网络和公用数据网之间起网关的作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN和LAN等。SGSN记录移动台的当前位置信息，并在移动台和各种数据网络之间完成移动分组数据的发送和接收，为服务区内所有用户提供双向的分组路由。系统共用GSM基站，但基站要进行软件更新，并采用新的GPRS移动台。G
6、PRS要增加新的移动性管理程序，通过路由器实现GPRS骨干网互联。图2-2 GPRS网络模型2.GPRS协议移动台(MS)和SGSN之间的GPRS分层协议模型如图2-3。Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信协议有5层，自下而上依次为物理层、MAC(Mdium AccessControl)层、LLC(Logical LinkControl)层、SNDC(SubnetworkDependant Convergence)层和网络层。Um接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。MAC为媒质接入控制层，MAC的主要作用是定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得
7、这些信道能被不同的移动台共享。图2-3 GPRS分层协议模型GPRS协议模型:LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议。LLC层负责在高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧。SNDC被称为子网依赖结合层，它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定TCP/IP地址和加密方式。在SNDC层，移动台和SGSN之间传送的数据被分割为一个或多个SNDC数据包单元，SNDC数据包单元生成后被放置到LLC帧内。网络层的协议目前主要是Phase l阶段提供的TCP/IP和X25协议，这些协议对于传统的GSM网络传输设备(如BSS和
8、NSS等设备)是透明的。3.GPRS路由管理GPRS的路由管理是指GPRS网络如何进行寻址和建立数据传送路由。GPRS的路由管理表现在以下三个方面:移动台发送数据的路由建立、移动台接收数据的路由建立、以及移动台处于漫游时数据的路由建立。第一种情况，当移动台产生了一个PDU(分组数据单元)，这个PDU经过SNDC层处理为SNDC数据单元。然后经过LLC层处理为LLC帧，通过空中接口送到GSM网络中移动台所处的SGSN，SGSN把数据送到GGSN。GGSN把收到的消息进行解装处理，转换为可在公用数据网中传送的格式(如PSPDN的PDU)，最终送给公用数据网的用户。为了提高传输效率并保证数据传输的安
9、全，可以对空中接口上的数据做压缩和加密处理。第二种情况中，一个公用数据网用户传送数据到移动台，首先通过数据网的标准协议建立数据网和GGSN之间的路由。数据网用户发出的数据单元(如PSPDN中的PDU)，通过建立好的路由把数据单元PDU送给GGSN。而GGSN再把PDU送给移动台所在的SGSN，GSN把PDU封装成SNDC数据单元，再经LLC层处理为LLC帧单元，最后经空中接口送给移动台。第三种情况中，一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户，其数据必须经过归属地的GGSN，然后送给移动用户。3.硬件设计1.应用系统硬件结构设计GPRS模块一般都有串口通信接口，与控制端通过串口通信，GPR
10、S模块具有短信和GPRS功能。如图是一个典型的GPRS与WSN的应用系统结构。该结构中ARM通过GPRS模块将WSN网络监测数据实时传给监控中心，手机用户可以通过短信查询WSN数据，另外手机监控客户端也可以通过GPRS监控WSN，监控中心上有Web服务器，对外提供Web服务，用户可以通过Web浏览器监控WSN。通过监控中心与Internet相连，可以支持一些比较复杂的应用，另外支持的通信方式比较多，使用户可以随时随地以多种通信方式来监控WSN。该方案还可以让监控中心同时和多个GPRS模块通信，从而监控多个WSN。图2-3GPRS与WSN应用系统结构4. 特点1.应用上的特点目前，用手机上网还显
11、得有些不尽人意。因此，全面的解决方法GPRS也就这样应运而生了，这项全新技术可以令您在任何时间、任何地点都能快速方便地实现连接，同时费用又很合理。简单地说：速度上去了，内容丰富了，应用增加了，而费用却更加合理。(1)高速数据传输速度10倍于GSM，还可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件，可谓不一般的巨大进步。(2)永远在线由于建立新的连接几乎无需任何时间(即无需为每次数据的访问建立呼叫连接)，因而您随时都可与网络保持联系，举个例子，若无GPRS的支持，当您正在网上漫游，而此时恰有电话接入，大部分情况下您不得不断线后接通来电，通话完毕后重新拨号上网。这对大多数人来说，的确是件非常令人恼火的
12、事。而有了GPRS，您就能轻而易举地解决这个冲突。(3)仅按数据流量计费即根据您传输的数据量(如：网上下载信息时)来计费，而不是按上网时间计费也就是说，只要不进行数据传输，哪怕您一直“在线”，也无需付费。做个“打电话”的比方，在使用GSM+WAP手机上网时，就好比电话接通便开始计费；而使用GPRS+WAP上网则要合理得多，就像电话接通并不收费，只有对话时才计算费用。总之，它真正体现了少用少付费的原则。2.技术特点（1）相对低廉的连接费用资源利用率高在GSM网络中，GPRS首先引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤
13、为重要。按电路交换模式来说，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道。在会话期间，许多应用往往有不少的空闲时段，如上Internet浏览、收发E-mail等等。对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了“得到多少、支付多少”的原则。实际上，GPRS用户的连接时间可能长达数小时，却只需支付相对低廉的连接费用。（2）传输速率高GPRS可提供高达115kbps的传输速率（最高值为171.2kbps，不包括FEC）。这意味着在数年内，通过便携式电脑，GP
14、RS用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。（3）接入时间短分组交换接入时间缩短为少于1GPRS是一种新的GSM数据业务，它可以给移动用户提供无线分组数据接入股务。GPRS主要是在移动用户和远端的数据网络（如支持TCP/IP、X.25等网络）之间提供一种连接，从而给移动用户提供高速无线IP和无线X.25业务。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。如果把空中接口上的TDMA帧中的8个时隙都用来传送数据，那么数据速率最高可达164kb/8.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。要实现GPRS网络，需要在传统的GSM网络中引入新的网络接口和通信协议。目前GPRS网络引入GSN（GPRS Surporting Node）节点。移动台则必须是GPRS移动台或GPRS/GSM双模移动台。
