GPRS通信技术

1、GPRS!讯技术1.概念GP RS（Ge neral Packet 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。GPR环但具有GSMS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In ternet 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GPR刖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、In ternet浏览、文件传输等功能等。GPR助移动

2、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GPR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。GPRS4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IP连接。通俗地讲，GPR克一项高速

3、数据处理 的科技，它以分组交换技术为基础，用户通过GPR刖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In ternet浏览等。GPRS是种新的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。GPR睬用分组交换技术，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支术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. G PRS网络总体结构GP

4、R测络的实现是在现有GSMI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GPRSS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关支持结点（GGSN Gateway GPRS Support Node）和 分组控制单元（PCU, P ackage Co ntrol Un it），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 GPR酣户数据 和路由信息，以实现对 GPRS勺移动性管理和路由管理。另外

5、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勺多种业务。GPRM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。GGSr在GPR测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，女口ISDN和LAN等。SGSN己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GSMS站，但基 站要进行软件更新，并采用新的GP

6、R够动台。GPRSg增加新的移动性管理程序， 通过路由器实现GPRSt干网互联。图2-2 GPRS网络模型2. G PRS协议移动台(MS)和SGSN之间的GPR鲂层协议模型如图2-3。Um接口是GSM勺空 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(MdiumAccessControl)层、LLC(Logical LinkControl)层、SNDC(SubnetworkDependant Con verge nee)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勺主要作用是定义和分配空中接口

7、的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。应用层IP/X,25*IP/X.LLC.RLCMACPLLRFLMAG幀中继-PLL物理层”RFUB5S、 中卷RLC- - SSGF-i中缁ILLCjTCP/UDP*BSSGPdIPh帧中继-*ft理层，5G5N.GTPTCP/UDP iIPvL2 物埋层*m-Grn- GG5Nf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SNDCg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

8、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 I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NSS 等设备）是透明的。3. G PRS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

9、个PDU分组数据单元），这个PDL经过SNDC 层处理为SND（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SGSNSGSNE数据送到GGSNGGS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勺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GG

10、S再把PDL送给 移动台所在的SGSN GSN把PDU封装成SND（数据单元，再经LLC层处理为LLC 帧单兀，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，GPRSt块具有短信和GPR助能。如图是一个典型的GPRSf WSN勺应用系统结构。该结构中 ARMS过GPR模块将WS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 WSr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

11、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In ternet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乙PRE与W込应川系貳结构图2-3 GPRS与WSN应用系统结构4.特点1. 应用上的特点GP RS也就目前，用手机上网还显得有些不尽人意。因此，全面的解决方法 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

12、理。n（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勺支持，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，I的确是件非常令人恼火的事。 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

13、”，也无需付费。做个“打 电话”的比方，在使用GSM+W/手机上网时，就好比电话接通便开始计费；而使 用GPRS+WAP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 GS嗣络中，GPRSr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In ternet浏览、收发E-mail等等

14、。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。GPRSS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GPR刖提供高达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，GPR酣户能和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 1GPRSi种新的GS贓据业务，它可以给移动用户提供无线分组数据接入股务。GPR註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。GPR咏用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固