GPRS 移动通信系统

通用分组无线业务GPRS概述GPRS的业务GPRS的网络结构及其功能描述GPRS的移动性管理和会话管理GPRS的空中接口GPRS概述GSM低速：9.6kbit/s或14.4kbit/s只能为每个用户分配一个信道高速电路数据（HSCSD）提供与有线网64kbit/s相比的高速数据不适于突发性强的数据传输GPRS按需动态占用资源：只在有数据传输时才分配无线资源频谱利用率较高数据传输速率最高可达到171.2kbit/s适合各种突发性强的数据传输按传输的数据量和计时两者结合的计费方式GPRS的业务

GPRS网络业务

GPRS的业务质量用户终端业务

GPRS网络业务点对点业务

GPRS网络在业务请求者和业务接收者之间提供的分组传送业务点对多点业务可根据某业务请求者请求，把信息传送给多个或一组用户PTM业务请求者定义用户组成员国际移动组识别（IMGI）识别组成员业务请求者可定义所传信息的地理区域，地理区域可以是一个或几个，即所有成员可能分布在不同的地理区域内点对点业务类型特点业务对象面向无连接的网络业务PTP-CLNS数据报型业务用户之间的信息传递没有端到端的呼叫建立过程；分组的传送没有逻辑连接和交付确认保证突发非交互式应用业务，如基于IP的网络应用面向连接的网络业务PTP-CONS虚电路型业务为两用户间传送多路数据分组建立逻辑电路；要求有建立连接、数据传送和连接释放的过程。面向连接的网络协议CONP支持的业务，即X.25协议支持的业务主要为移动用户用户终端业务基于PTP的用户终端业务信息点播业务-Internet浏览业务（WWW）；各种类型的信息查询业务，如娱乐类（影视、餐馆等）、商业类（股票等）、交通类（路况、时刻表等）、新闻类、天气预报等

E-mail业务会话业务-在两个用户的实时终端到实时终端之间提供双向信息交换

远程操作业务-如：电子银行、电子商务、远程监控定位业务等。

基于PTM的用户终端业务点对多点应用业务点对多点单向广播业务-例如：新闻广播、天气预报、本地广告、旅游信息等。

集团内部点对多点双向数据量事务处理业务五种可协商的QoS的基本属性（图6-52）QoS组合每一种属性都有多个级别的值可供选用不同级别属性值的组合构成了对要求不同的QoS的各种应用的支持QoS定义文件（Profile）

与每一个包数据协议PDP（PacketDataProtocol）关联相联系被当作一个单一的参数，具有多个数据传递属性Profile协商过程中QoS属性的定义移动台可为每一个QoS属性申请一个值，包括存储在HLR中用户开户的缺省值网络也为每一个属性协商一个等级，能够与有效的GPRS资源相一致，以便提供适当的资源支持已经协商的

QoS定义文件GPRS的业务质量QoS可靠性等级平均吞吐量等级峰值吞吐量等级延迟等级优先级业务等级分类图6－53业务等级的分类GPRS的网络结构

及其功能描述GPRS网络是在GSM网基础上发展的移动数据分组网GPRS的基本功能

在移动终端和标准数据通信网的路由器之间传递分组业务GPRS的网络结构GPRS协议栈GPRS信令平面

组成作用无线接入在移动台和基站子系统（BSS）之间传递数据核心网在基站子系统和标准数据网边缘路由器之间中继传递数据新增功能（相对于GSM）SGSN及其对外接口GGSN及其对外接口其它功能实体和网络接口GPRS网络结构及其接口GPRS新增功能

SGSN—GPRS业务支持节点GGSN—GPRS网关支持节点PTMSC—点对多点业务中心等基站软件更新新的GPRS移动台新的移动性管理（MM）程序原有GSM网络子系统的软件更新和新的MAP(mobileapplicationpart)信令及GPRS信令MSC/VLRBSCRAbisAPSTNHLR/AUCSMS-GMSCSS7SS7SS7GGSN防火墙防火墙GiGi数据网X.25数据网（Internet)其它PLMN网GrGdBTSUm防火墙GcGsEIRGfSGSNGbPTMSCBGGnGpGnGPRSbackbone(IPbased)图6－54GPRS网络结构及其接口SGSNSGSNGnGnGGSNGnBSSBSSGbGb归属PLMN其它PLMNIP网络外部IP网络（或X.25网络）GiGpBSSBSSGbGbIP(Backbone)SGSN及其对外接口在一个归属PLMN内，可以有多个SGSN:SGSN功能类似GSM中的MSC/VLR对移动台进行鉴权、移动性管理和路由选择建立移动台GGSN的传输通道接收基站子系统透明传来的数据进行协议转换后经过

GPRS的IP骨干网传给

GGSN（或SGSN）或反向进行计费和业务统计SGSN的对外接口图6－55SGSN及对外部的接口SGSN的对外接口接口连接SGSN与功能GbBSS传输信令和话务信息。流量控制，支持移动性管理和会话功能，支持MS经BSS到SGSN间分组数据的传输Gn同PLMNSGSN或GGSN支持用户数据和有关信令的传输，支持移动性管理Gp异PLMN与Gn接口功能相似，还提供边缘网关BG、防火墙及不同PLMN间互联功能GsMSC/VLR支持SGSN和MSC/VLR之间的配合工作：SGSN向MSC/VLR发送MS的位置信息或接收来自MSC/VLR的寻呼信息。GrHLR支持SGSN接入HLR并获得用户管理数据和位置信息GfEIR支持SGSN与EIR交换数据，认证MS的IMEI信息GdSMS-GMSC提高SMS的使用效率GGSN及其对外接口GGSN功能GPRS网对外部数据网络的网关或路由器，提供GPRS和外部分组数据网的互联。接收移动台发送的数据，选择到相应的外部网络或接收外部网络的数据，根据其地址选择GPRS网内的传输通道，传输给相应的SGSN。地址分配和计费等GGSN的对外接口接口连接GGSN与功能Gn见上页GpGi外部分组数据网与外部分组数据网互联（IP、X.25等）GcGGSN与HLR获得MS的位置信息，从而实现网络发起的数据业务其它功能实体和网络接口为了支持分组数据的新协议必须升级软件，增加新的协议功能以Um接口为例逻辑信道增加了分组数据信道（PDCH）采用4种新的信道编码方式

CS-1（9.05kbit/s）、CS-2（13.4kbit/s）、

CS-3（15.6kbit/s）、CS-4（21.4kbit/s）。支持多时隙的传输方式（最多可达8个时隙）GPRS骨干网（IPBackbone）将（S/G）GSNs等互联起来的IP专用网或分组数据网，也可做为专用线路。PLMN内部骨干网专用IP网（只用于GPRS数据和GPRS信令）。通过Gp接口，采用边缘网关（BG）和多个PLMN互连骨干网连接起来。多个PLMN骨干网通过漫游协议进行选择，该协议包括BG安全功能。多个PLMN骨干网互连可以通过分组数据网，也可以用一条专用线路。GPRS的移动台分类A类GPRS手机、B类GPRS手机和C类GPRS手机

GPRS的移动台移动台类型同时连接GSM和GPRS系统同时提供GPRS和GSM业务自动进行业务切换A类YYYB类YNYC类YNNGPRS协议栈RLC/MAC&.LLCSNDCPGn接口&.Gb接口的协议层图6－56GPRS协议栈GSMRFMACRLCLLCSNDCPIPTCPUDP应用GSMRFL1bisMACNSRLCBSSGPRelayL1bisL1NSL2UDP/TCPBSSGPLLCSNDCPGTPRelayIPL1L2IPUDP/TCPGTPIPIPL2L1L1L2IPTCPUDP应用MSUmBSSGbSGSNGnGGSNGi主机互联网GPRS其它在空中接口协议栈中，应用层数据需通过网络层到物理层的各层进行相应的数据变换处理，变换成比特流在物理信道上传输。各层的数据变换简述如下•网络层(如IP/X.25)将网络层分组数据(N－PDU)传送到SNDCP层；•SNDCP层将N－PDU处理成段送至LLC层；•LLC层将上层的段作为信息数据，加上帧头(FH)和帧校验序列(FCS)形成帧，再送至下层；•RLC/MAC层将帧分段，加上块头(BH)和块校验序列(BCS)形成RLC块，再送至物理层；•物理层有两个子层：PLL(物理链路子层)和RFL(物理射频子层)。PLL对RLC块进行信道编码形成无线块(RadioBlock)，映射成突发(Burst)，加在物理信道(时隙)上，再由RFL调制到射频载波上发送。RLC/MAC&.LLC协议层功能RLC/MAC无线链路控制/媒体接入层无线链路控制功能：提供与无线解决方案有关的可靠的链路；媒体接入控制功能：控制无线信道的接入信令过程（请求和允许）以及将LLC（链路控制）帧映射为GSM的物理信道。LLC逻辑链路控制层在MS与SGSN之间提供安全可靠的逻辑链路；独立于低层无线接口协议，以便允许引入其它GPRS无线解决方案，对NSS只作最少改动。RLC/MAC&.LLCNormalTDMABurstNormalTDMABurstNormalTDMABurstNormalTDMABurstBHInformationFieldBCSBHInformationFieldBCSBHInformationFieldBCSFHInformationFieldFCSLLCFrameRLCBlockLLCLayerRLC/MACLayerPhysicalLayer图6－57LLCPDU到RLC数据块的分解SNDCP将若干分组数据协议合路压缩和解压缩用户数据或协议控制信息，以提高信道的利用率将网络协议单元（N-PDU）分解成逻辑链路控制协议数据单元（LL-PDU），或将LL-PDU组装成N-PDU子网汇聚协议SNDCP:SubnetworkDependentConvergenceProtocol的功能分组数据协议分组数据协议分组数据协议N-PDUSN-PDUSNDCPLLCNSAPINetworkServiceAccessPointIdentifier

SAPI图6－58不同分组数据协议的合路Gn&.Gb接口的协议层协议层功能Gb接口NS网络业务层传输BSSGP协议数据单元BSSGP基站系统GPRS协议层在BSS和SGSN之间传输与路由及QoS相关的信息Gn接口L1、L2基于OSI第一、二层协议为GPRS骨干网传输IP数据IP：GPRS骨干网协议用户数据和控制信令的路由选择TCP/UDP传送GPRS骨干网内部的GTP分组数据单元。TCP适用需要可靠数据链路的协议（如X.25）UDP适用传输不需要可靠数据的链路（如IP）GTP隧道协议在GPRS骨干网内部支持点间传输用户数据和信令。所有的点对点、采用PDP的分组数据单元都通过此协议进行封装打包，见图6－59

GTP协议头封装到用户数据图6－59GTP协议头封装到用户数据GPRSBackboneIPHeaderUDPHeaderGTPHeaderUserDataPayload(T-PDU)(userIPDatagram)UDPHeaderGTPHeaderUserDataPayload(T-PDU)(userIPDatagram)UserDataPayload(T-PDU)(userIPDatagram)GTPHeaderGTPLayerUDPLayerBackboneIPLayer用户IP数据GPRS信令平面MS与SGSN间SGSN与HLR间SGSN与MSC/VLR间SGSN与EIR间SGSN与SMS-GMSC或SMS-IWMSC间GSN与GSN间GGSN与HLR间MS与SGSN间的

信令平面移动性管理和会话管理协议GMM/SM支持移动性管理功能GMM/SMGMM/SMLLCLLCRLCRLCBSSGPMACMAC网络业务GSMRFGSMRFL1bisRelayBSSGP网络业务L1bisMSUmBSSGbSGSN图6－60MS与SGSN之间的信令平面SGSN与HLR间的

信令平面移动应用部分（MAP）协议支持与HLR的信令交换L1L1MTP2MTP2MTP3MTP3SCCPSCCPTCAPTCAPMAPMAPSGSNHLRGr图6－61SGSN与HLR之间的信令平面SGSN与MSC/VLR间的

信令平面BSSAP+支持SGSN与MSC/VLR之间的信令SGSNGsMSC/VLRL1L1MTP2MTP2MTP3MTP3SCCPSCCPBSSAP+BSSAP+图6－62SGSN与MSC/VLR之间的信令平面SGSN与EIR间的

信令平面MAP协议支持SGSN与EIR间的信令L1L1MTP2MTP2MTP3MTP3SCCPSCCPTCAPTCAPMAPMAPSGSNEIRGf图6－63SGSN与EIR之间的信令平面SGSN与SMS-GMSC

或SMS-IWMSC间的信令平面图6－64SGSN与SMS-GMSC之间或SGSN与SMS-IWMSC之间的信令平面L1L1MTP2MTP2MTP3MTP3SCCPSCCPTCAPTCAPMAPMAPSGSNSMS-MSCGdGSN与GSN间的

信令平面图6－65GSN与GSN间的信令平面GSNGnGSNL1L1L2L2IPIPUDPUDPGTPGTPGGSN与HLR间的

信令平面GGSN与HLR间的信令通道可选如果在GGSN内安装了7号信令，则可在GGSN与HLR间使用MAP协议。如下图。如果在GGSN内没有安装7号信令，在PLMN内，安装了7号信令接口的任何GSN均可用作GTP至MAP间的协议转换器，允许GGSN与HLR之间信令交换。L1L1MTP2MTP2MTP3MTP3SCCPSCCPTCAPTCAPMAPMAPGGSNHIRGc图6－66GGSN与HLR采用MAP的信令平面GPRS的移动性管理和会话管理GPRS手机的注册

首次使用手机必须注册到PLMN网上，并将位置更新信息存储到SGSN中GPRS不同网络单元的用户信息（见下页表）注册过程连接到GPRS网络（GPRS附着）

手机开机后，向网络发送附着消息。SGSN从HLR收集用户数据，对用户进行鉴权，然后与GPRS手机附着。连接到IP网络（PDP关联）手机与网络附着后，向网络请求一个IP地址，网络为移动台分配IP地址，使其成为外部IP网络的一部分。静态IP地址：分配用户固定的IP地址。或者动态IP地址：每次会话都分配用户一个新的IP地址管理过程功能移动性管理（GMM）GPRS用户的移动性，如将用户当前位置通知网络等会话管理（SM）支持移动用户对PDP关联的处理，也就是说GPRS移动台连接到外部数据网络的处理过程GPRS不同网络单元的

用户信息信息类型信息元素存储位置认证IMSITMSIIPaddressSIM，HLR，VLR，SGSN，GGSNVLR，SGSNMS，SGSN，GGSN存储位置VLR-addressLocationAreaServingSGSNRoutingAreaHLRSGSNHLR,VLRSGSN业务Basicservices，Supplementaryservices，

Circuitswitchedbearerservices，GPRSserviceinformationBasicservices，Supplementaryservices，CSbearerservicesGPRSserviceinformationHLRVLRSGSN鉴权数据Ki，algorithmsTripletsSIM，ACVLR，SGSN路由区移动性管理状态GPRS附着和去附着GPRS的位置区域管理GPRS的移动性管理路由区RA规定路由区由一个或多个小区组成，最大的路由区为一个GSM网定义的位置区LA。一个路由区不能跨越多个位置区。一个路由区只能由一个SGSN提供服务。目的更有效的寻呼GPRS用户标识路由区识别RAI结构

RAI=MCC+LAC+RAC确定者运营商作用

RAI作为系统信息进行广播，移动台监视RAI，以确定是否穿越了路由区边界。如果确实穿越了边界，移动台将启动路由区域更新过程。MCC为移动国家号码LAC为位置区代码RAC为路由区代码移动性管理状态三种移动性管理状态在一定条件要进行状态转化状态移动台功能SGSN存储的位置信息与移动性管理建立关联收发数据激活/清除PDP移动关联进行PTP数据收发空闲NNNN无守候Y仅收YN路由区RA就绪YYYY小区cell空闲状态守候状态就绪状态附着

去附着守候状态定时器到时（58分）GPRS就绪状态定时器到时（44秒）数据包发送/接收图6－67状态转换关系GPRS附着和去附着GPRS附着

GPRS手机建立与GPRS网络的连接，MS请求接入，并发起与SGSN的连接，在移动台和SGSN间建立MM移动关联。GPRS去附着

GPRS手机结束与GPRS网络的连接，MS将从就绪状态变为空闲状态，结束与SGSN建立的MM移动关联的连接。GPRS的位置区域管理GPRS的位置区域管理就是移动台位置移动的管理。位置更新过程的分类条件小区位置更新（CellUpdate）就绪状态的MS在路由区内从一个小区移到另一个小区时路由区位置更新（RoutingAreaUpdate）SGSN内MS从一个路由区移到另一个路由区时SGSN间SGSN间的RA/LA联合更新(CombinedInterSGSNRA/LAUpdate)SGSN与MSC/VLR建立关联之后GPRS的会话管理GPRS的会话管理是指GPRS移动台连接到外部数据网络的处理过程功能支持用户终端对PDP(PacketDataProtocol)

移动关联的处理PDP移动关联是指GPRS系统提供一组将移动台与一个PDP地址（通常是IP地址）相关联和释放相关联的功能。方式移动台附着到网络后，应激活所有需要与外部网络进行数据传输的地址，当数据传输结束后，再解除这些地址。移动台状态守候或就绪