GPRS网络结构及功能协议总结.docx

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GPRS网络结构及功能协议总结

GPRS网络结构及功能、协议总结

一、GPRS概述

1、小区和路由区

一个路由区有若干个邻近小区组成

小区（CGI）：

一组无线电基站提供服务的区域

路由区：

用来平衡位置更新业务和寻呼业务

小区重新选择：

MS从一个基站转移到另一个基站

位置更新：

MS改变了小区，则执行位置更新程序通知网络。

寻呼：

数据到达空闲的MS，网络便发布通告，要求与此移动台建立通信。

小区追踪：

正在发送和接收数据的移动台，网络在小区级别上进行追踪，即网络对正在使用的小区进行追踪。

路由区追踪：

处于空闲状态的移动台，网络在路由区级别上进行追踪，即网络追踪路由区域。

GSM网中每个小区和一个位置区域（LA）相联系

GPRS网中每个小区和一个路由区（RA）相联系

2、接入SGSN

授权：

验证移动台用户信息的过程

鉴权：

验证移动台身份的过程

SGSN追踪MS，确定MS的位置

MS创建一个PDP地址（如IP地址）后，才可以开始传输数据分组

3、PDP数据分组协议前后关系（上下文）

PDP地址可以是X.25、IP或两者都是

每个PDP地址都固定在GGSN

静态分配的PDP地址：

通常锁定在用户本网的GGSN中

动态分配的PDP地址：

通常锁定在用户本网或用户所访问的网络中

创建PDP地址：

在现有SGSN和锁定PDP地址的GGSN之间建立联系

PDP前后关系（上下文）：

SGSN保持的记录和GGSN认定这一联系

一个MS只能附属于一个SGSN，而它却可以拥有多个PDP地址，并且同时处于活动状态。

每一个地址锁定在不同的GGSN中。

4、GPRS终端

分为A、B、C三类

5、GPRS的应用

网上聊天、文本和可视信息、静态图像、动态图像、网页浏览、文档共享/协同工作、音频、工作分派、企业内部电子邮件、因特网电子邮件、车辆定位、远程局域网接入、文件传输、家庭自动化

6、GPRS网络结构

新增两个网络单元：

SGSN、GGSN

PCU分组控制单元：

将数据业务指向GPRS网，PCU在基站子系统外为分组数据业务提供物理接口和逻辑接口。

当话音和数据业务在用户终端初始化时，就通过空中接口传输到BTS，且以标准GSM呼叫的同样方式从BTS传输到BSC。

在BSC的输出端，话务量被分开了：

语音信号传送到标准GSM的MSC，数据信号通过帧中继接口的PCU发送到SGSN上。

分组数据传输速率9.6~171kbit/s

SGSN/VLRMSC/VLR

域名服务器（DNS）：

把域名转化为IP，反之亦然

动态主机配置协议（DHCP）：

为移动台提供自动寻址和重新寻址。

数据路由：

GPRS网络的主要特点之一是移动用户收发的数据分组路由。

这一特点可以分为两方面：

数据分组路由和移动性管理

GPRS移动性管理：

MS3个状态：

空闲、守候、就绪

向激活移动台的分组传输是从分组寻呼开始的，分组寻呼通知移动台准备接收数据分组。

分组寻呼通过有寻呼消息表示的信道后，数据传输立即开始进行。

分组寻呼消息的目的是简化接收分组的过程。

移动台只接听分组寻呼消息，而不是下行信道中所有数据分组，从而大大减少电池的耗费。

设置守候状态的主要原因：

减少GPRS网中由于小区信息更新所引起的负荷并保留移动台的电池消耗。

当移动台处于守候状态时，SGSN无需知道每个小区的变化，只需知道每个路由区的变化。

7、GPRS协议

GSMRF层：

管理MS和BSS间的物理连接，这一层实际上对应于BTS中的信道编解码单元CCU。

分为物理RF层（与调制与解调任务相对应，GSM中采用GMSK调制和Viterbi解调）、物理链路层（在射频接口的物理信道上提供信息的传输：

主要完成信道编码（FEC前向纠错）、交织、射频信道测量（接收质量和信号电平、定时提前量、物理链路拥塞检测）、无线电管理过程（小区选择/再选择、功率控制、DRX））

注：

加密功能由LLC逻辑链路控制层完成。

媒体接入控制层（MAC）：

使多个MS分享同一的传输媒体。

它直接与物理层连接。

在上行链路上（如一MS初始接入），MAC作用是对在多个用户同时提出申请接入时，对有限的物理资源进行合理的管理。

解决机制：

基于时分的ALOHA协议。

MAC层的协调功能还解决一个MS内不同业务对有限的无线信道资源的竞争。

在下行链路上（如MS终端），MAC对接入请求进行排队并制定接入时间表。

MAC层也对将发送的数据赋予不同的优先级，而后按优先级的次序进行传输。

信令数据比用户数据有更高的优先级。

信令和用户数据复合后进入传输介质。

MAC层关键标识符：

TBF、TFI。

3种媒体接入方式：

固定分配、动态分配、扩展动态分配。

无线链路控制层（RLC）：

主要负责对发网空中接口的数据进行分段和重组。

支持两种操作模式：

回复（进行有选择的重发）或不回复（不能保证RLC块的成功发送）。

逻辑链路控制层（LLC）：

在MS和SGSN之间提供了一个高可靠性的加密逻辑链路。

该逻辑链路通过TLLI来识别。

LLC层独立于低层无线接口协议，支持MS和SGSN间点对点及点对多点的数据传输。

LLC层用户SNDCP、GMM/SM、SMS。

功能：

证实用非证实消息的传递、流量控制、帧错误检测。

LLC层业务接入点（SAP）指第三层协议提供业务的地方，LLC层共给上层用户提供了6个SAP（4个专用于SNDCP层、1个专用于GMM、1个专用于SMS）。

每个SAP通过SAPI来标识。

GPRS移动性/会话管理（GMM/SM）：

包括连接、认证和传递会话管理报文（包括PDP上下文激活和去激活）等。

GMM子层中使用分组TMSI（P_TMSI）来标识一个MS，但要用TLLI来对无线资源寻址。

子网相关汇聚协议层（SNDCP）：

主要功能是多个PDP上下文的复用、用户数据的压缩和解压缩、协议控制消息的压缩和解压缩、将网络层分组数据单元（N-PDU）分解为LLC-PDU，同时将LLC-PDU组装成N-PCU。

网络业务层（NS）：

主要功能是网络业务PDU的传输、网络拥塞指示、状态指示。

分为网络业务子网部分（定义了所用的第二层协议（如帧中继、ATM等））和网络业务控制部分（NS-VC网络业务控制实体对等层之间的虚电路，由NS-VCI标识；对于帧中继网络，NS-VC就是PVC永久虚连接，由DLCI标识PVC）。

负荷分担。

BSS的GPRS协议层（BSSGP）：

主要功能是提供与无线相关的数据、QoS和选路信息，以满足在BSS和SGSN之间传输用户数据时的需要。

BSSGP虚连接（BVC）是网络业务给BSSGP实体提供的通信路径，由BSSGP虚连接标识符（BVCI）标识。

每个BVC由一组NS-VC支持，每组NS-VC支持一个或多个BVC。

BVCI和NSEI一起标识SGSN中的一个BVC。

BSSGP中用BVCI来标识一个小区。

GPRS隧道协议（GTP）：

用于GPRS骨干网中GSN节点之间的接口协议，由GTP信令和数据传输程序组成。

GTP协议仅由SGSN和GGSN执行。

GPRS规范中规定了采用无连接路径协议UDP/IP传送GTP信令信息，选取UDP/IP无连接路径或TCP/IP面向连接路径上建立的隧道传送用户分组数据。

BSSAP+SubsetofBSSAPproceduresBSSAP程序子集

GPRS的RR状态:

分组传输模式、分组空闲模式

GTP协议（GPRS隧道协议）：

GPRS网把所有的数据网络协议封装到自己的封装协议中。

目的为了确保骨干网的安全性，简化路由机理及数据在GPRS网上的传输。

Gb：

PCU与SGSN之间，用于帧中继；

Gr：

SGSN与HLR之间，用于移动应用部分（MAP）的扩展；

Gn：

SGSN与GGSN之间，用于GTP（隧道）协议；

Gi：

GGSN与PDN之间（X.25和因特网协议（IP））；

Gs：

SGSN与MSC/VLR之间，用于支持同步的GPRS和GSM操作，它与基站移动请求部分（BSSMAP）相同，但可任意选择；

Gd：

通过GPRS传送SMS消息（与GSM的MAP相同）；

Gc：

GSN与HLR之间（与MAP相同，可选项）。

每个SGSN用帧中继网络连接到PCU

SGSN和GGSN在基于IP路由的GPRS骨干网连接在一起。

GPRS利用GTP协议来开拓协议数据单元（PDU）。

GPRS通过封装和拆装传输相应的PDU。

GTPIPv4被用作GPRS骨干网网络层协议。

GPRS支持MS与IP和X.25的互通，IP优先，X.25次之。

8、TDMA-GPRS物理信道（时隙）

已经分配给GPRS业务的物理信道叫做分组数据信道（PDCH）

各种逻辑信道的组合可以映射成一个物理信道。

物理信道也可以合起来以提供更高的数据传输速率。

网络可以根据需求动态地为GPRS优选可变的物理信道的数目。

9、GPRS逻辑信道

GSM中，逻辑信道表示特定的实体之间的信息流。

逻辑信道是在物理信道（如PDCH）中实现。

多个逻辑信道利用一个超帧结构以时分方式映射到同一个物理信道。

几个组合逻辑信道可以通过多元化方式映射到同一个物理信道。

10、GPRS设备的功能

信道编解码单元（CCU）：

处理新的编码方案（及任何压缩编码技术），位于BTS中，其功能是信道编解码功能（如前向纠错和空中接口的交织）、无线信道测量（接受信号的质量）、无线管理等。

分组控制单元（PCU）：

提供与GPRS网（帧中继）的接口并管理时隙分配

第三层的业务要通过一个业务接入点（SAP）提供，每一个节点都分配了称为业务接入点标识（SAPI）的不同标识。

与SAP相连的可以是一个或多个终端，该SAP通过一个数据链路连接标识（DLCI）来识别。

数据链路连接：

MS与BTS之间存在对等协议，两者之间的虚拟连接叫做数据链路连接。

Agprs接口（分组化的无线接口）：

BSC与PCUSN之间，同步面向连接的链路，由专用AgprsPCM64kbps信道组成，支持一个信令64kbps的LAPD信道（T1上是TS-24；E1上是TS-16或TS-31），传输3种不同的SAPI：

SAPI0：

AgprsRSL无线信令链路=共享GSM和GPRS，传送专用于对GSM和GPRS之间GPRS时隙和动态无线电时隙进行分配的所有消息

SAPI1：

AgprsGSLGPRS无线信令链路=RACH，直接分配，寻呼，为MS建立许可的临时块流（TBF）的信道请求，为TBF下行链路建立从PCU到MS的寻呼请求。

SAPI62：

AgprsOML操作维护链路=无线电配置，传送专用于对GSM和GPRS之间GPRS时隙和动态无线电时隙进行分配的所有消息

Gb接口（分组网络接口）：

异步非连接的

SGSN功能：

移动性管理（MM）（可实现会话管理，状态控制-移动台状态，数据分组在下行链路的传输，包括位置跟踪等）、利用网际协议（IP）在第三层传输分组数据、鉴权、加密、压缩等；临时存储功能、SGPR连接、启动去连接请求、用户的入网信息。

GGSN功能：

SGSN和外部数据网之间的互连点，提供GPRS用户和IP之间的安全通信，在GPRS网络系统自身内提供隧道能力，完成类似于网关移动交换中心的功能，接近于IP的路由器。

HLR：

网络数据库，任何网络中（逻辑上）只存在一个HLR，尽管HLR可能是分布式的。

存储的信息与网络中注册的所有用户有关，包括用户的ID、MSISDN、IMSI、当前（交换区）位置和所选择的用户开户入网服务（包括给定的服务质量（QoS）、静态分配PDP地址、漫游许可等）等。

VLR功能：

拥有与HLR类似的信息、与每个MSC一对一的关系、暂存存储器（LAI、存储鉴权参数、MSRN、TMSI或P_TMSI）

BG边界网关：

提供PLMN间和内部PLMN骨干网之间的接口，提高了网络的安全性，支持不同网络间的漫游协议。

SS7到IP的网关（SIG）功能：

提供IP网络中GPRS节点和SS7网络中GSM节点之间的互连。

SIG负责从GSMHLR到恰当的SGSN的路由消息。

SIG把SS7网上由GSMHLR引起的TCAP/GSMMAP编码消息转换成用户数据报协议/因特网协议消息，对Gr接口实现MAP/IP到MAP/TCAP的转换。

域名系统：

建立域名和IP地址之间的映射关系

动态主机配置协议（DHCP）：

配置参数——动态分配IP地址、子网掩码、缺省路由器（GGSN地址）、域名系统（DNS）服务器；将IP地址和配置信息动态分配给网络设备，减少为网络使用的手动配置计算机的管理负荷。

为了实现通信，每个系统必须至少应拥有IP地址、子网掩码、路由器地址。

计费网关功能（CGF）：

确保计费准确无误。

由计费记录采集器、集中处理器、数据流分配器三个功能区组成。

管理维护中心（OMC）功能：

所有交换部件和规程的事件和报警，故障管理，性能管理，安全管理等。

包括OMC-R（管理PCUSN）、OMC-D（管理GPRS核心网设备，包括GGSN、SGSN、SIG、公共服务（PS）（如DNS/DHCP）、RADIUS）、OMC-S（管理GSM核心网设备）。

网络管理中心（NMC）功能：

主干路由管理、高级报警、OMC辅助。

在整个国家或地区网络中，所有OMC都要向NMC提供报告。

11、GPRS主要工作过程

移动管理（MM）：

MS能够发送数据前，必须先进行GPRS连接（MS与网络（SGSN）之间的连接过程），建立与某个SGSN的连接，并被分配P_TMSI后，分配一个临时逻辑链路标识（TLLI）。

连接后，就能为一个或多个分组数据协议（PDP）的一个或多个路由环境而与SGSN进行协商。

GPRS用户3种MM状态：

空闲、就绪（定位到小区级）、等待状态（定位到路由区级）

GPRS附着：

需要MS的P_TMSI和其所在区域的（RAI）

IMSI附着：

GSM所特有，若MS还没分配TMSI或P_TMSI，则可通过GPRS连接实现

IMSI/GPRS附着

由MS发起的GPRS去附着

由网络发起的GPRS去附着

由MS发起的PDP上下文激活

由网络发起的PDP上下文激活

来自MS的GPRS数据传输

GPRS数据向MS传输

由MS发起的PDP上下文去激活

由网络发起的PDP上下文去激活

安全功能：

鉴权（加密密钥Kc、随机数RAND、认证响应SRES）、加密

Web接入

12、射频和MS-PCUSN接口

GSMRF层：

管理MS和BSS间的物理连接，这一层实际上对应于BTS中的信道编解码单元CCU。

分为物理RF层（与调制与解调任务相对应，GSM中采用GMSK调制和Viterbi解调）、物理链路层（在射频接口的物理信道上提供信息的传输：

主要完成信道编码（FEC前向纠错）、交织、射频信道测量（接收质量和信号电平、定时提前量、物理链路拥塞检测）、无线电管理过程（小区选择/再选择、功率控制、DRX））

注：

加密功能由LLC逻辑链路控制层完成。

分组逻辑信道：

PRACHUL-MS利用它发起上行链路传输，来发送数据或信令信息，获取任一定时提前信息，采用8bit或11bit的接入突发序列。

PPCHDL-寻呼MS，寻呼优先级高于数据传输，寻呼在路由区域内处于待机模式的MS。

PAGCHDL-在分组传输的建立过程中。

它用来发送资源分配信息。

若MS当前正处于接入一个分组传输的过程中，那么资源分配信息就能在PACCH上发送。

PNCHDL-用于点到多点（PTM-M）的通知，这种通知以一种资源分配消息的形式进行。

PBCCHDL-广播分组数据系统信息。

PDTCHUL/DL-用于数据业务，用来进行数据传输并直接映射到一个物理信道（时隙）上，这些是临时专用于一个MS或一组MS。

注：

PDTCH为单工信道。

PACCHUL/DL-用于控制信令。

包括确认信息和功率控制信息，也用来承载资源分配和再分配信息。

PACCH与当前分配给MS的PDTCH共享资源。

用来承载RLC/MAC控制块。

PTCCHUL和DL-定时提前量（TA）校正的专用控制信道。

网络控制：

NC0（标准MS控制）：

MS进行自主的小区重选

NC1（带测量报告的MS控制）：

MS向网络发送测量报告，并进行标准的小区重选

NC2（网络控制）：

MS向网络发送测量报告，根据网络发送的小区重选命令来实现小区重选。

接入类型：

一阶段和二阶段接入

上行链路资源分配：

动态分配（USF）、静态分配（位图）

位图

传输方式：

应答方式（所有的应答消息是在PACCH（RLC/MAC控制块）上进行传输的）、无应答方式

临时流标识符（TFI）：

区别了已分配有同一PDCH（上行或下行）的不同MS的TBF，但这仅控制了同一TDMA的TBF。

通过使用逻辑链路控制（LLC）和RLC/MAC协议，网络层协议数据单元（NL_PDU）在空中接口上被发送。

子网汇聚协议SNDCP将分组发送到LLC帧。

LLC帧被分割成RLC数据分组，这些分组经物理层格式化后进入同一个物理信道（每一个帧一个）上的4个相继的时隙。

RLC/MAC数据分组的传输速率是每20ms一个分组。