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1、1,移动通信技术,第4章 通用分组无线业务GPRS,2,第4章通用分组无线业务GPRS,内容 GPRS的基本概念、特点、系统结构、技术参数、编号 GPRS的网络结构、系统功能 GPRS用户描述、安全保证、业务及应用、局限性,3,第4章通用分组无线业务GPRS,重点 GPRS的概念、特点、系统结构 GPRS的网络结构、空中接口、用户数据的传输 难点 GPRS的系统功能 GPRS的用户描述 目的和要求 掌握GPRS概念、特点、系统结构 理解GPRS网络结构、空中接口、基本原理、用户数据传输,4,4.1GPRS概述,GPRS产生的背景 IP技术已成为发展方向 交换方式 IP传输技术在未来通信中占有重
2、要地位 移动数据市场的形成 移动通信业务仍是传统的话音通信占主导地位 发展移动数据业务是各运营商的战略发展方向,5,4.1GPRS概述,GSM向第三代移动通信系统的演进 3G的主要特征：具有宽带数据通信和多媒体通信能力，提供快速分组交换能力 GSM网络向WCDMA演变存在平滑过渡的问题，电路交换方式不能满足大业务量数据的传输要求，需要中间技术进行承接 采用GPRS方案，既能充分利用原有GSM资源，又能平滑过渡到3G,6,4.1GPRS概述,GPRS概念 GPRS是GSM在Phase2+阶段引入的通用分组无线数据业务，核心网采用基于分组交换的IP技术，传送不同速率的数据及信令，不需要利用电路交换
3、模式的网络资源 是2.5代技术，对GSM的升级，应用于GSM，不会替代GSM,7,4.1GPRS概述,GPRS特点 GPRS采用分组交换技术，仅在实际传送和接收数据时才占用无线资源 高效传输高速或低速数据和信令 优化了对网络资源和无线资源的利用 定义了新的无线信道，分配灵活，提高了信道利用率 小区内多个用户可共享一条无线信道同时通信 某用户所需所传输的数据量大而信道尚有空闲时，可同时占用同一载波的多个时隙通信，满足了数据业务的突发性要求 支持四种不同的QoS级别,8,4.1GPRS概述,GPRS支持中高速数据传输 最高速率理论值可达21.48=171.2kbit/s。但需一个载频的8个时隙同时
4、提供给同一用户，且不能采用任何形式的纠错措施，并需对现有的GSM网络作较大的改动 对GSM网络不作太多改动的情况下，只能采用14.4kbit/s8=115.2kbit/s的最高理论速率 GPRS的传输速率取决于GSM为其预留的信道数 GPRS的实际速率介于14.443.2kbit/s，上下行非对称 GPRS采用了四种与GSM不同的信道编码方案：CS-1、CS-2、CS-3和CS-4,9,4.1GPRS概述,GPRS网络接入速度快，提供与现有数据网间的无缝连接 GPRS的核心网络层采用IP技术，底层可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的IP网无缝连接 GPRS具有与GSM一样的安全功能 G
5、PRS可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级(QoS)的计费功能 GPRS有“永远在线”的特点，用户可随时与网络保持联系 将现有GSM网络升级至分组交换的GPRS网络，需要在网络中作些改动 用户要使用GPRS业务，必须使用GPRS移动台或GPRS/GSM双模移动台，以适应分组数据处理的需要,10,4.1GPRS概述,GPRS系统结构 GPRS网络是基于现有的GSM网络实现的 为了实现GPRS，需要在现有GSM网络中增加一些节点：SGSN（GPRS业务支持节点）、GGSN（GPRS网关支持节点） 、PCU（分组控制单元）,11,4.1GPRS概述,GPRS的技术及参数 工作频段 上行： 8
6、90915 MHz；17101780 MHz 下行： 935960 MHz；18051880 MHz 频道间隔：200KHz 频率复用：43方式 每载波信道数：8（时隙） 每信道数据率(对应四种编码方案） CS-1：9.05kbit/s CS-2：13.4kbit/s CS-3：15.6kbit/s CS-4：21.4kbit/s,12,4.1GPRS概述,单终端多信道能力：同一载波下的18个时隙 调制方式：GMSK 信道占用方式：按需分配 信道前向纠错编码：卷积码 移动台类别：三类（A、B、C） ARQ（自动重发请求）功能；鉴权和加密实现QoS保证；功率控制；点对点PTP业务可无连接或面向连
7、接；有点对多点PTM业务；与话音业务共享无线资源；计费灵活，可根据流量、时间或QoS进行,13,4.1GPRS概述,GPRS的系统容量 GSN的网络容量和RF（射频）容量 确定GPRS系统容量时，要考虑GPRS使用的信道数、支持的数据流量、支持GPRS用户数 GPRS系统的性能 PCU、SGSN、GGSN、计费系统的性能 设备主要是用可靠性（如设备故障率、中断恢复服务时间）、吞吐量和系统容量（如处理能力和计费容量），与外部网络的接口指标等来描述,14,4.1GPRS概述,GPRS的编号 GPRS一部分编号与GSM相同 如MSISDN、IMSI、IMEI、TMSI、LAI、CGI等 路由寻址区标
8、识RAI 由运营商定义，在BCCH中广播 RAI比LAI更精确 一个RA可包括若干个小区，MS离开一个RAI范围，就会进行一个RAI更新过程 结构：RAI=LAI+RAC RAC为路由寻址区代码,15,4.1GPRS概述,分组临时移动用户标识符P-TMSI P-TMSI分配给每个连接在GPRS网络上的MS 作用类似于TMSI，结构也相似 TMSI和P-TMSI依靠它们前两个比特的值来区分 “11”代表P-TMSI “00、01、10”代表TMSI,16,4.1GPRS概述,PDP地址 PDP地址即用户网络层地址 在高层，一个GPRS用户用IMSI来惟一标识 网络层， GPRS用户通过一个或多个
9、网络层地址标识 PDP地址可临时或永久性地分配给一个用户 PDP地址可以是IPv4、IPv6地址或X .121地址,17,4.1GPRS概述,网络层服务接入点标识NSAPI和临时逻辑链路标识TLLI RA内，可用NSAPI/TLLI标识符对标识MS和SGSN之间的逻辑链路 NSAPI用于标识子网依赖汇聚协议SNDCP和上层协议之间进行通信的服务接入点 在SGSN和GGSN中，NSAPI被用于标识和MS相关的PDP上下文 TLLI用于定义RA内，MS和SGSN间的对应关系 TLLI只对该MS和SGSN有效，对其他网络单元或用户无意义,18,4.1GPRS概述,隧道标识符TID 隧道技术 用于将不
10、同地点的两个相同网络类型的网络相连，在节点间快速传输数据包 在传输过程中，节点对信息内容不作任何处理 隧道协议用TID来标识一个PDP上下文 TID是IMSI和NSAPI的组合，可惟一标识一个PDP上下文 匿名接入时为AA-TID 由TLLI和NSAPI两部分组成 结构和TID相同，只是用TLLI替代了IMSI 由于TLLI比IMSI位数少，需用无效数字作填充，但不能与TID发生冲突,19,4.1GPRS概述,GSN地址与GSN号码 GSN地址：各自的IP地址 为IPv4或IPv6类型 用于GPRS骨干网相互间的通信 结构： 当地址类型为IPv4时，类型为0，长为4字节 当地址类型为IPv6时
11、，类型为1，长为16字节,20,4.1GPRS概述,GSN地址 GSN和所有PLMN的其他GPRS骨干节点的IP地址建立专门的地址空间，形成一个专用内网 对GGSN和SGSN，该IP地址也可以对应一个或多个DNS类型的逻辑GSN名称 GSN号码 用于与HLR等设备的通信 支持NO.7信令系统,21,4.2GPRS总体结构,GSM系统的缺点及解决 GSM系统的缺点 从用户角度看 GSM中的数据传输速率为9.6kbit/s，每条短消息长度限制在160个字符，数据传输速率受限 GSM是电路交换网络，链路不能共享，用户必须为之付费。不经济，不合理 GSM网络不能直接和分组数据网PDN互通导致费用的升高
12、，连接建立时间增长 从运营商角度看 空中接口制约着移动通信中业务量的增长,22,4.2GPRS总体结构,解决方法： 提高用户的数据传输速率 GPRS制定了四种编码方案（CS-1CS-4），以增加网络最大“净”数据传输速率 GPRS用信道捆绑的方法增加用户数据传输效率 提高无线频率资源的利用率 GPRS采用了频率资源动态分配的方法 资源按优先级分配给各业务 一条物理信道也可以由若干个GPRS用户共享 上行和下行链路的非对称传输 实际进行数据传输时才占用无线资源,23,4.2GPRS总体结构,基于GSM的GPRS网络结构 GPRS网络在GSM网络基础上的升级 GSM网络侧需要增加新节点、接口，对部
13、分设备软件升级 与GSM相比，GPRS新增的主要设备 SGSN：对移动终端进行鉴权和移动性管理 记录移动台的当前位置信息 建立移动终端到GGSN的传输通道，接收从BSS送来的移动台的分组数据，通过GPRS骨干网传送给GGSN，或者将分组发送到同一服务区内的移动台 集成计费网关、边缘网关（负责实现不同GPRS网络之间的互连）和防火墙的功能,24,4.2GPRS总体结构,GGSN：连接GPRS网络与外部数据网络的节点，主要是起网关作用，相当于一个路由器 可和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等 负责存储已经激活的GPRS用户的路由信息 GGSN接收移动台发送来的数据，进行协议转
14、换，转发至相应的外部网络，或接收来自外部数据网络的数据，通过隧道技术，传送给相应SGSN GGSN可具有地址分配、计费、防火墙功能,25,4.2GPRS总体结构,PCU：用于分组数据的信道管理和信道接入控制 可作为BSC的一个单元，也可以是一台单独的设备 SGSN和GGSN可分可合 SGSN和GGSN的功能可由一个物理节点全部实现，也可由不同的物理节点来实现 SGSN和GGSN都有IP路由功能，并能与IP路由器互连,26,4.2GPRS总体结构,为了升级至GPRS，GSM中需要进行改造的设备 BTS：对于目前使用的CS-1和CS-2，只需软件升级 BSC：需要增加新的分组数据处理单元PCU模块
15、 MSC/VLR 如需实现MSC与SGSN的Gs接口，则需要对MSC做软件升级，否则无需对MSC进行改造 MSC可以与SGSN/GGSN安装在一起，并逐步用GPRS核心网取代MSC的功能,27,4.2GPRS总体结构,HLR：需要软件升级支持GPRS的用户数据和路由信息以及与SGSN的Gr接口 OMC：需增加对新的网络单元进行网络管理的功能 计费系统：需升级计费系统采用按数据流量而不是按时长计费 终端：采用支持GPRS的终端,28,4.2GPRS总体结构,GPRS骨干网络 基于IP的网络，提供GPRS内部和GPRS之间的通信 边界网关BG 作用：确保不同运营商之间的GPRS网络的通信安全 由移
16、动运营商达成的有关协议 包括防火墙、路由器及保证运营商之间互连互通所需的一些特殊功能 域名系统DNS 用于IP网络，提供逻辑域名和IP地址之间的映射 GPRS中，用于提供逻辑接入点名和GGSN IP地址间的映射 计费网关CG 收集来自SGSN和GGSN的计费信息，并送往计费系统,29,4.2GPRS总体结构,GPRS骨干网络示意图,30,4.2GPRS总体结构,GPRS接口 两大类：一类既可传信令，也可传数据；一类只能传数据 GPRS相关的接口都用G标识 A、D、C、E接口与GSM系统中同,31,4.2GPRS总体结构,GPRS空中接口 主要特征 GPRS可以为分组业务动态分配物理资源 提供上下无线链路不对称业务 可在一个物理信道PDCH上复用多个用户数据，体现和满足了分组交换业务的突发特性 一个用户可以占用多个PDCH，通过合并使用最多至8个GSM物理信道，可以显著提高分组业务的数据传输速率 采用多种编码方案，在不同信道状态下更有效传输不同速率的用户数据,32,4.2GPRS总体结构,GPRS空中接口与GSM相关部分 由物理层和数据链路层的低层组成
