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1、分组域核心网技术原理介绍,中国移动通信集团设计院有限公司交换所 王 钢 2010年1月,课程目录,分组域的引入,1,2,3,分组域的功能和提供的业务,分组域基站子系统,4,分组域交换子系统,5,分组域协议模型,6,分组域产品情况介绍,7,分组域的演进和发展,分组域的引入,第一代移动通信网络：模拟网（AMPS、TACS） 第二代移动通信网络：数字移动通信网（GSM网络） 第一代的模拟通信网和第二代数字移动通信网都主要以语音业务为主。 模拟通信网不能提供ISDN业务。 数字移动通信网只能采用CSD方式或HSCSD技术现有GSM数字移动电话网可以为GSM用户提供接入Internet的服务。,分组域的
2、引入,CSD和HSCSD技术 CSD（ Circuit Switched Data ）电路交换数据 HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)高速电路交换数据 CSD采用TDMA技术，把每一物理信道分成若干时隙，同时采用新的信道编码方案，将传输速率由9.6kbps提高到14.4kbps，并将200KHz载波内的8个时隙合并在一起，形成一个高速数据传输信道。理论上一个信道的传输速率最高可达115.2kbps，实际应用可以向用户提供64kbps内的任何数据速率。,分组域的引入,现有的GSM网络业务主要以语音业务为主，但随着 网络的发展及完善，无线数据将成为移动
3、通信的重要组 成部分，也是移动业务新的增长点。 GPRS是为GSM移动用户提供移动数据通信的一种较 好的解决方案，同时也是现有GSM网络向第三代移动通 信系统过渡的基础。,分组域的引入,GPRS (General Packet Radio Service)通用无线分 组交换技术采用基于数据包的分组交换技术，将每个时隙 传输速率由9.6kbps最高提高到21.4kbps，然后将8个时隙 合并在一起，最大可提供171.2kbps的传输速率。 采用GPRS后，多个用户可以共享同一信道，只有有信 息需要发送时才占用信道，提高信道的利用率，提供更多 的业务。,课程目录,分组域的引入,1,2,3,分组域的
4、功能和提供的业务,分组域基站子系统,4,分组域交换子系统,5,分组域协议模型,6,分组域产品情况介绍,7,分组域的演进和发展,分组域的功能和提供的业务,GPRS采用基于数据包的分组交换技术，给移动用户 提供无线分组数据接入服务。GPRS主要是在用户和数据 网络之间提供一种高速率的连接，给移动用户提供高速 无线IP和无线X.25业务。 GSM网络可以通过TCP/IP和X.25为用户提供EMAIL、 WWW浏览、专用数据、LAN接入等业务。,分组域的功能和提供的业务,GPRS在初始阶段支持以下业务和功能： TCP/IP和X.25业务 空中加密 GPRS附加业务 增强型的短信业务 GPRS分组数据计
5、费功能,分组域的功能和提供的业务,由于GPRS采用分组交换技术，可以让GPRS用户灵活 组合使用多个无线时隙。多个用户可以合用一个时隙， 也可以合用多个（18）时隙；用户可以只占用上行链 路的一个或多个(18)时隙，也可以只占用下行链路的 一个或多个(18)时隙；单用户可以只占用一个时隙进 行语音通信，也可以占用多个（18）时隙分别完成不 同的数据通信。,分组域的功能和提供的业务,分组域的网络结构,分组域的功能和提供的业务,分组域的网络结构,GPRS网络是基于已有的GSM网络实现的，为了能够实现 GPRS的各种功能，需要在现有的GSM网络上增加分组交换中 心和与数据网连接的IP路由器。 在GP
6、RS网络中，这两部分是靠在GSM网络上增加两个节 点SGSN(Serving GPRS Surpporting Node)和GGSN(Gateway GPRS Surpporting Node)来实现。,课程目录,分组域的引入,1,2,3,分组域的功能和提供的业务,分组域基站子系统,4,分组域交换子系统,5,分组域协议模型,6,分组域产品情况介绍,7,分组域的演进和发展,分组域基站子系统,GPRS的BSS由 BSC(Base Site Cintroller)、 PCU(Packet Controller Unit)、 BTS(Base Transceiver Station)、 OMC-R(O
7、perations & Management Center-Radio) 四部分组成,分组域基站子系统,GPRS系统的BSS在硬件上只需要增加PCU以提供分组数据业 务。而BSC、BTS和OMC-R则需要更新相应的处理软件。新的处 理软件可以使BSC提供GPRS路由管理及其他GPRS功能，使BTS 提供新的信道编码、调制、功率控制等GPRS功能。OMC-R可以 管理PCU和BSC、BTS中GPRS的各种功能。,分组域基站子系统,PCU为BSS提供分组数据的功能，由无线分组处理器、缓冲 管理单元和 Gb终端三部分组成。 PCU可以设置在BTS中，处于 CCU（Channel Codec Unit
8、）与BSC之间，通过BSC与GSN相连， 或者由BSC通过RXCDR与GSN相连； PCU也可以设置在BSC中，处 于BSC与GSN之间，直接与GSN相连。可以通过一个与BSC相连的 远端合路器将几个 PCU上的数据集中到一个Gb链路上。Gb接口 可以直接与GSN相连，也可以通过帧中继与GSN连接。 PCU作为 BSC的扩展，可以通过软件下载和操作由OMC-R进 行管理。 OMC-R的管理信息通过BSC传递到PCU。PCU与BSC间通 过厂家内部接口 Agprs相连，主要包括操作维护、无线信令、 GPRS无线信令及话务四种信息。,分组域基站子系统,分组域的空中接口,GSM系统的空中接口Um中，
9、每20ms传送的比特数为456bits， 其中45%的比特被用于纠错，每时隙的传输速率为9.6kbps。 GPRS采用新的编码算法，提高了传输速率。 GPRS规范中定义了四种编码方案：,分组域基站子系统,分组域的空中接口,GPRS物理链路层与现有GSM保持一致，数据同样被编码 为456bits/20ms，它的高传输速率主要是通过减少错误保 护编码而获得的。因此，系统对传输的链路质量要求较高， CS-1、CS-2已经得到实际应用，而CS-3、CS-4由于对传输 的链路质量要求太高而暂时只能用于微蜂窝或室内覆盖。 同样，由于跳频技术导致误码扩散，在GPRS系统中不宜采 用跳频等技术。,分组域基站子
10、系统,分组域的空中接口,GPRS系统是在已有的GSM系统上叠加一些节点而实现的， 并且其物理链路保持不变，所以其空中接口的信道与已有 GSM系统信道的构成相似，GPRS空中接口的信道构成如下表：,分组域基站子系统,分组域的空中接口,在后面的网络演进中可以了解到，GPRS系统可以并存于已 有的GSM系统中，它的空中接口的信道向后兼容GSM现有的信道。 下面两张图分别表示GPRS系统上行链路和下行链路传送数据过程中信道的使用情况。在图中可以看到，一些已有GSM的信道也能够在系统中应用。,课程目录,分组域的引入,1,2,3,分组域的功能和提供的业务,分组域基站子系统,4,分组域交换子系统,5,分组域
11、协议模型,6,分组域产品情况介绍,7,分组域的演进和发展,分组域交换子系统,分组域交换子系统,交换子系统各个网元 分组控制单元 PCU 服务GPRS支持节点 SGSN 网关GPRS支持节点GGSN 归属位置寄存器 HLR 计费网关 CG 域名服务器 DNS 边界网关 BG,分组域交换子系统,分组控制单元 PCU (Package Control Unit) PCU提供下列两个接口间的互联功能： 分组化的无线接口Agprs （同步面向连接的链路） 分组网络接口 Gb （异步非连接） PCU设备提供的RLC/MAC功能允许多个移动台对无线物理信道（PDCH）的共享，即允许一个移动台并行地使用多个物
12、理信道，也允许多个移动台同时使用一个物理信道。 对于GPRS用户发起的GPRS分组数据业务，由移动台经GPRS基站子系统的PCU，通过Gb接口接入到GPRS网的SGSN,分组域交换子系统,服务GPRS支持节点 SGSN（SERVICE GPRS SUPPORT NODE） 移动性管理MM 用户附着激活 位置更新 鉴权（与HLR协同） 加密（与HLR协同） 路由选择（GPRS网内） 压缩 计费（不存储话单）,分组域交换子系统,网关GPRS支持节点GGSN (GATEWAYGPRS SUPPORT NODE) SGSN与外部的分组数据网之间的互联点。 封装与拆封 PDP地址的分配（内含动态主机配置
13、协议DHCP）和激活/去激活。 计费（不存储话单）,分组域交换子系统,归属位置寄存器 HLR HLR/AUC是现有GSM的网络设备。为支持GPRS，需包括静态分配PDP地址、漫游许可等。 GPRS网的HLR/AUC的任务只是对GPRS用户进行鉴权，只在外部数据网主动访问GPRS用户时，它才提供用户的位置信息和路由信息。,分组域交换子系统,计费网关CG GPRS业务的计费点在SGSN和GGSN，通过Ga端口，GSN将产生的话单送至CG CG所采集的话单信息包括： PDP对话时间 协议的GPRS QoS 输入字节 输出字节 CG完成计费话单的检错、纠错和话单的合并。因用户一次业务期间可能产生多个计
14、费信息。CG需对一个用户的一次业务进行话单合并。,分组域交换子系统,域名服务器 DNS DNS完成对APN的解析 路由区更新时，提供的原SGSN的逻辑名解析为原SGSN的IP地址。,分组域交换子系统,边界网关 BG 当GPRS用户在不同运营商的GPRS网间漫游时，可能会出现不同运营公司的GSN节点之间的通信，此时则需要通过两个运营公司的BG之间的互联来完成。 BG应具有基本的安全功能，此外还可以根据运营商之间的漫游协定增加相关功能。,分组域交换子系统,GPRS的移动管理主要包括： 激活（ATTACH） 去激活（DETACH） 鉴权与加密 位置管理 用户管理,分组域交换子系统,MS的三种移动管理
15、状态 GPRS用户总处于三种状态之一： 空闲状态（IDLE） 准备状态（READY） 等待状态（STANDBY）,分组域交换子系统,GPRS连接 MS向SGSN发送一个附带自身识别码（P_TMSI或TMSI）的链接请求。 SGSN协同HLR，对用户是否被授权使用该业务进行鉴权。 鉴权通过后，SGSN向MS发送一个带TLLI（临时逻辑链路标识）回复信号，TLLI为此MS专用。 SGSN内更新所分配TLLI与MS间的映射数据库。,分组域交换子系统,GPRS去连接,分组域交换子系统,GPRS激活 MS向SGSN发送一个PDP前后关系激活请求 SGSN检查存储在自身的MS签名数据，确定MS能否激活PD
16、P地址 SGSN向DNS发送查询请求，包括APN DNS完成对APN的解析，将相应GGSN的IP地址返回给SGSN SGSN在自身PDP前后关系中插入NSAPI和GGSN地址 SGSN向相应GGSN请求为MS创建一个前后关系 GGSN为MS分配IP地址（动态归属位置配置协议DHCP） GGSN向SGSN发送一个带有隧道标识TID信息的回复 SGSN向MS返回一个激活PDP确认消息 SGSN准备在MS与GGSN间传送PDP分组（PDU）,分组域交换子系统,GPRS激活,1. MS向SGSN发送一个PDP前后关系激活请求,2. SGSN检查存储在自身的MS签名数据，确定MS能否激活PDP地,3. SGSN向DNS发送查询请求，包括APN,4. DNS完成对APN的解析，将相应GGSN的IP地址返回给SGSN,5.SGSN在自身PDP前后关系中插入NSAPI和GGSN地址,6.SGSN向相应GGSN请求为MS创建一个前后关系,7.GGSN为
