網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從圖1中可以看出GPRS是在GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加GPRS服務(wù)節(jié)點(diǎn)（SGSN）和GPRS 關(guān)口節(jié)點(diǎn)（GGSN）這兩種核心網(wǎng)絡(luò)實(shí)體以及Gb、Gn/Gp、Gi、Gr、Gf、Gd、Gs、Gc等接口 實(shí)現(xiàn)的。



下面對(duì)圖1中的具體單元進(jìn)行說(shuō)明。

（1） SGSN


圖1 GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

主要功能是對(duì)MS進(jìn)行鑒權(quán)和移動(dòng)性管理，進(jìn)行路由選擇，建立MS到GGSN的傳輸通道，接收BSS透明傳送來(lái)的MS數(shù)據(jù)，進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后通過(guò)GPRS骨干網(wǎng)傳送給GGSN 或反向工作，并進(jìn)行計(jì)費(fèi)和業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)。

（2） GGSN

這是用于接入外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，對(duì)于外部網(wǎng)絡(luò)它就是一個(gè)子網(wǎng)路由器。GGSN接收MS發(fā)送的數(shù)據(jù)，選路到相應(yīng)的外部網(wǎng)絡(luò)，或接收外部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，根據(jù)其地址選擇GPRS 網(wǎng)內(nèi)的傳輸通道，傳給相應(yīng)的SGSN。另外GGSN還具有地址分配和計(jì)費(fèi)功能等。

（3） Gb接口

這是BSS與SGSN間的接口。它支持移動(dòng)性管理功能和會(huì)話功能，如GPRS附著/分離，安全，路由區(qū)更新，數(shù)據(jù)連接信息的激活/去激活等，同時(shí)支持MS分組業(yè)務(wù)經(jīng)BSS到 SGSN的傳輸。

（4）Gn/Gp接口

這是SGSN與GGSN間的接口，支持兩者間信令和數(shù)據(jù)信息的傳輸。其中Gp是SGSN 與其他PLMN的GGSN的接口。

（5）Gr接口

這是SGSN與HLR間的接口，通過(guò)MAP信令傳送用戶數(shù)據(jù)和位置信息等。

（6）Gs接口

這是SGSN與MSC/VLR間的接口，它是用來(lái)支持SGSN和MSC/VLR間配合工作的，使SGSN能夠送MS的位置信息到MSC/VLR或接收MSC/VLR的尋呼信息，從而可以節(jié) 約無(wú)線資源。這是一個(gè)可選接口，但對(duì)于GPRS的A類終端則必須有此接口。

（7）Gd接口

這是SGSN與SMS-GMSC間的接口，支持通過(guò)GPRS的分組業(yè)務(wù)信道傳送短消息。

（8）Gc接口

這是GGSN和HLR間的接口，支持GGSN從HLR獲得MS的位置信息，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這個(gè)接口也是可選接口。

（9）Gi接口

這是GGSN與外部IP網(wǎng)間的接口，這個(gè)接口所支持的協(xié)議不是由GPRS標(biāo)準(zhǔn)制定的，根據(jù)所互通的數(shù)據(jù)網(wǎng)而采用相應(yīng)的IP網(wǎng)或X.25網(wǎng)所適用的協(xié)議。

（10）Um接口

這是空中接口，其射頻部分與GSM相同，但邏輯信道增加了分組數(shù)據(jù)信道（PDCH），采用新的四類編碼方式C1（9.06 kbit/s）、C2(13.4 kbit/s)、C3(15.6 kbit/s)、C4（21.4 kbit/s）， 同時(shí)支持多時(shí)隙（最多8個(gè)時(shí)隙）合并傳輸方式。

4 GPRS的基本工作流程

下面具體說(shuō)明GPRS用戶是如何接入GPRS網(wǎng)絡(luò)以及如何利用GPRS網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)Internet、 Intranet等外部數(shù)據(jù)網(wǎng)。

在GPRS用戶使用GPRS業(yè)務(wù)之前，它首先要通過(guò)GPRS附著過(guò)程（Attach）將自己的信息登記在SGSN中。附著過(guò)程結(jié)束后，SGSN建立了移動(dòng)臺(tái)的信息，并對(duì)移動(dòng)臺(tái)作移 動(dòng)性管理，盡可能地獲得移動(dòng)臺(tái)的位置信息。移動(dòng)臺(tái)如要訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)網(wǎng)，需要發(fā)起PDP 上 下文激活過(guò)程（PDP Context Activation），通過(guò)此過(guò)程使移動(dòng)臺(tái)到GGSN建立一條邏輯通路， 從而可以訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)網(wǎng)。

4.1 GPRS附著過(guò)程

當(dāng)GPRS用戶開機(jī)時(shí)，GPRS手機(jī)將監(jiān)聽無(wú)線信道，收聽系統(tǒng)信息，然后在系統(tǒng)信息給出的控制信道上發(fā)送接入請(qǐng)求，系統(tǒng)將分配無(wú)線信道給GPRS手機(jī)，之后，GPRS手機(jī) 將在系統(tǒng)分配的無(wú)線信道上向SGSN發(fā)送附著請(qǐng)求，如圖2所示，下面給出一種最簡(jiǎn)單的附著過(guò)程：


圖2 GPRS移動(dòng)臺(tái)的附著過(guò)程



（1）移動(dòng)臺(tái)向SGSN發(fā)送一個(gè)附著請(qǐng)求來(lái)啟動(dòng)附著過(guò)程。

（2）SGSN向MS發(fā)送一個(gè)消息Identity Request（Identity Type=IMSI），請(qǐng)求移動(dòng)臺(tái) 的IMSI。

（3）移動(dòng)臺(tái)以一個(gè)消息Identity Response將它的IMSI告知SGSN。

（4）SGSN用取得的IMSI到HLR中請(qǐng)求認(rèn)證三碼組（Authentication Triplets），并對(duì) MS進(jìn)行鑒權(quán)。

（5）移動(dòng)臺(tái)的認(rèn)證通過(guò)后，SGSN向HLR發(fā)送Update Location消息。

（6）HLR發(fā)送一條消息Insert Subscriber Data給SGSN，消息包括GPRS subscription data （移動(dòng)臺(tái)的GPRS簽約數(shù)據(jù)）。

（7）SGSN根據(jù)移動(dòng)臺(tái)的GPRS簽約數(shù)據(jù)決定是否允許移動(dòng)臺(tái)在當(dāng)前路由區(qū)內(nèi)附著，如允許，SGSN將向HLR返回一條消息Insert Subscriber Data Ack。

（8）HLR向SGSN返回一條消息Update Location Ack作為對(duì)Update Location消息的 響應(yīng)。

（9）SGSN向MS發(fā)送一條消息Attach Accept。

移動(dòng)臺(tái)附著成功后，要想訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)網(wǎng)，還需發(fā)起PDP 上下文激活過(guò)程。下面這個(gè)例子給出了一個(gè)最典型的PDP上下文激活的過(guò)程。

4.2 PDP上下文的激活過(guò)程

當(dāng)用戶想訪問(wèn)本公司的Intranet時(shí)，在GPRS終端上輸入訪問(wèn)點(diǎn)名（APN） “Intranet.Ltd.com”，則可觸發(fā)PDP上下文激活過(guò)程，該過(guò)程如圖3所示。


（1）移動(dòng)終端向SGSN發(fā)送激活PDP上下文請(qǐng)求消息，消息中帶有如下信息：訪問(wèn)點(diǎn)名= Intranet.Ltd.com（要接入本公司的Intranet）；PDP地址為空，代表請(qǐng)求動(dòng)態(tài)地址分配； 服務(wù)質(zhì)量和其他選項(xiàng)。

（2）SGSN請(qǐng)求DNS對(duì)APN進(jìn)行解析，得到該APN對(duì)應(yīng)的GGSN的IP地址。

（3）SGSN向GGSN發(fā)送建立PDP上下文請(qǐng)求消息，消息中帶有如下信息：訪問(wèn)點(diǎn)名= Intranet.Ltd.com（要接入本公司的Intranet）；PDP地址為空，代表請(qǐng)求動(dòng)態(tài)地址分配； 服務(wù)質(zhì)量和其他選項(xiàng)。

（4）GGSN對(duì)該用戶進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證通過(guò)以后使用RADIUS服務(wù)器、DHCP服務(wù)器或直接由GGSN為該用戶分配動(dòng)態(tài)IP地址。GGSN向SGSN返回建立PDP上下文響應(yīng)消 息。

（5）SGSN向移動(dòng)終端發(fā)送激活PDP上下文接受消息。 至此，移動(dòng)終端和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)通路建立起來(lái)，移動(dòng)終端可以和該數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行通信。

5 GPRS對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)的影響

5.1 現(xiàn)有設(shè)備的改造

（1）盡管GPRS采用了新的編碼方案，但對(duì)于C1和C2編碼方式，現(xiàn)網(wǎng)上大多數(shù)廠家的BTS 不需要硬件改造，只需版本升級(jí)即可。但是，對(duì)于C3、C4編碼方式，均需對(duì)現(xiàn)有BTS做 硬件改動(dòng)，目前各廠家還不支持這兩種編碼方式。

（2）BSC需要增加處理分組數(shù)據(jù)及無(wú)線分組信道管理的PCU（Packet Control Unit）模塊。 部分廠家采用的是在BSC中插入單元的方式，部分是采用分立設(shè)備。

（3） 如果需要MSC與SGSN的Gs接口，則需要對(duì)MSC做軟件升級(jí)，以實(shí)現(xiàn)MSC/VLR 和SGSN聯(lián)合進(jìn)行移動(dòng)性管理和利用GPRS信道進(jìn)行電路型業(yè)務(wù)的尋呼。如果不采用Gs接 口，則MSC無(wú)需改造。目前除Ericsson外，其他廠家不支持Gs接口。

（4） HLR HLR需要支持GPRS的用戶數(shù)據(jù)和路由信息及與SGSN的Gr接口，因此需要軟件升級(jí)。

（5) OMC OMC需要增加對(duì)新的網(wǎng)絡(luò)單元進(jìn)行管理的功能。

（6）計(jì)費(fèi)系統(tǒng) 由于GPRS采用了與電路型業(yè)務(wù)完全不同的計(jì)費(fèi)信息，因此需要改造原計(jì)費(fèi)系統(tǒng)或建新的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)以處理由計(jì)費(fèi)關(guān)口（Charging Gateway）或SGSN和GGSN（內(nèi)置CG功能） 出來(lái)的計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)。

（7）終端 需要引入支持GPRS的終端。GPRS定義了三類終端，A類：GPRS和GSM電路型業(yè)務(wù)可同時(shí)工作，這種情況下需要SGSN與MSC/VLR之間配合工作，應(yīng)選用Gs接口；B類： 可同時(shí)附著在GPRS和GSM電路型業(yè)務(wù)上，但二者不能同時(shí)工作，只能交替工作；C類：只能附著在一類業(yè)務(wù)上，需要人工切換工作。初期的GPRS終端多是B類和C類終端。

5.2 新增網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

引入GPRS除了需要增加SGSN和GGSN這兩種核心設(shè)備外，還需要增加以下設(shè)備：

· 域名服務(wù)器（DNS），用于將邏輯名稱轉(zhuǎn)化為IP地址。在GPRS網(wǎng)中DNS的一個(gè)重要功能是將用戶輸入的接入點(diǎn)名稱（APN）轉(zhuǎn)化為與之相應(yīng)的GGSN地址，通 過(guò)GGSN接入外部數(shù)據(jù)網(wǎng)。另外，當(dāng)GPRS的運(yùn)營(yíng)者同時(shí)成為Internet業(yè)務(wù)提供者（ISP）時(shí)，也需要配置DNS。

·邊界網(wǎng)關(guān)（BG），用于兩個(gè)PLMN互連，具有安全性功能的網(wǎng)關(guān)。

·防火墻（Firewall），用于防止通過(guò)外部IP網(wǎng)對(duì)內(nèi)部GPRS網(wǎng)的破壞。

·計(jì)費(fèi)關(guān)口（Charging Gateway），用于收集SGSN和GGSN的計(jì)費(fèi)信息并進(jìn)行預(yù)處理后送給結(jié)算中心。 另外，如果同時(shí)還作為Internet業(yè)務(wù)提供者，還需增加各種服務(wù)器。

5.3 對(duì)無(wú)線網(wǎng)規(guī)劃的影響

由于GPRS的無(wú)線資源是動(dòng)態(tài)分配且可變，而且分組型業(yè)務(wù)與電路型業(yè)務(wù)的話務(wù)模型是不同的，GPRS的容量規(guī)劃與GSM有很大不同。

另外GPRS采用了新的信道編碼方式，GPRS無(wú)線信道對(duì)無(wú)線環(huán)境的要求與話音信道的要求不一樣。圖4為GPRS四種編碼方式單時(shí)隙的吞吐量情況。盡管對(duì)于C1編碼方式， 在C/I為5時(shí)，仍可以進(jìn)行通信，但實(shí)際吞吐率已大大下降。因此，盡管GPRS與話音可以共用物理信道，但在業(yè)務(wù)量較大的情況下，特別是當(dāng)采用C3、C4編碼方式后，還應(yīng)考 慮采用單獨(dú)一段頻率用于GPRS業(yè)務(wù)，其小區(qū)規(guī)劃方式也不同于話音業(yè)務(wù)。當(dāng)然實(shí)際規(guī)劃中可以采用共用和獨(dú)立相結(jié)合的規(guī)劃方式。


圖4 四種編碼方式的最大吞吐量

5.4 對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的影響

由于GPRS為分組數(shù)據(jù)網(wǎng)，因此其傳輸網(wǎng)絡(luò)與GSM有很大不同。其BSS與SGSN間的Gb接口采用了幀中繼協(xié)議，因此可以采用幀中繼網(wǎng)進(jìn)行傳輸，當(dāng)然也可以采用2 Mbit/s PCM線路進(jìn)行傳輸，在初始數(shù)據(jù)量不大的情況下，可以利用原A接口的傳輸資源。GSN 間的IP骨干網(wǎng)則可采用各種底層傳輸平臺(tái)，如ATM、以太網(wǎng)、DDN、ISDN、幀中繼等。

在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，對(duì)于本地GPRS網(wǎng)，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)如SGSN、GGSN、DNS、Firewall 可利用以太網(wǎng)。

6 中國(guó)移動(dòng)通信GPRS試驗(yàn)情況

中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司自1999年10月起開始在北京、廣東、福建、浙江、上海、天津、遼寧七地組織GPRS的試驗(yàn)，摩托羅拉、愛(ài)立信、諾基亞、阿爾卡特、西門子、北電 和華為等公司提供了試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)進(jìn)度和規(guī)模都處于世界領(lǐng)先地位。

目前，各試驗(yàn)點(diǎn)都順利地實(shí)現(xiàn)了端到端的GPRS連接，其他各項(xiàng)試驗(yàn)也在加緊進(jìn)行中。根據(jù)計(jì)劃，今年年底GPRS將在我國(guó)部分地區(qū)投入商用。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，GPRS的建設(shè) 將在全國(guó)鋪開，屆時(shí)廣大中國(guó)移動(dòng)通信的用戶就可親身感受這一新技術(shù)的無(wú)窮魅力。