GPRS原理知识培训资料.ppt

1、GPRS原理概述,GUANGZHOU,CHINA 2020年7月31日 摩托罗拉广州工程部,GPRS系统体系结构 网元基本功能 接口协议栈流程介绍 GPRS移动性管理 GPRS会话管理 GPRS无线原理,GPRS体系结构图,Gi,Internet,PCU,BSC,MSC/VLR,GMSC,SMS-C,BTS,Um,Abis,A,E,D,C,SGSN,GGSN,Gb,Gd,Gr,Gs,WAP GW,MMS,GRE隧道,GPRS网络体系结构,GGSN,DNS,CG,Router,SGSN,PCU,BSC,BTS,SS7,省网管,GGSN,CG,Router,SGSN,PCU,BSC,BTS,SS7

2、,A省,Internet,互联骨干网,A省节点,其它PLMN,BG,C省节点,B省,C省,B省节点,深圳网络结构示意图,SGSN1,SGSN2,CG,Gn,CE,Gn CE,155 POS,155 POS,OMC,HW8505,NE40,165,计费中心,Gn漫游VPN,HW8505,网管路由器NE16,DACS,深圳,汕头,揭阳,东莞,惠州,PCU,76 E1,8 E1,6 E1,24 E1,8 E1,省网管中心,Gr,Gr,广域连接图,S8505-1,S8505-2,CGW,OMC-T,FTP Server,保税机房计费中心 LAN Switch,NE40-4,SGSN,SGSN,NE16

3、,GPRS系统体系结构 网元基本功能 接口协议栈流程介绍 GPRS移动性管理 GPRS会话管理 GPRS无线原理,网络接入控制： 鉴权加密 IMEI检查 逻辑链路管理 SGSN-MS之间逻辑链路的管理 支持确认/不确认传输 用户信息管理 移动性信息 签约信息 计费管理 路径管理 SGSN-BSS之间数据传输路径管理 SGSN-GGSN/SGSN-SGSN间的路径管理 路由和隧道传输 用户数据的存储转发 路由选择：围绕PDP上下文来进行 地址翻译和映射：包括DNS、由APN推导出GGSN地址等 封装与隧道传输,SGSN的功能,GGSN的功能,网络接入控制（外部PDN侧） 消息过滤 计费信息收集

4、移动性管理和会话管理 路由选择与转发 存储转发 路由选择 地址翻译和映射 封装和隧道传输 可以动态分配IP地址 IP业务的支持 计费 CG计费 Radius计费 业务管理 对APN进行管理,DNS功能,SGSN,GGSN(A),MS,在PDP激活时，解析手机接入IP网络所用的接入点名（APN），以确定本次激活所用的GGSN SGSN之间路由区更新过程中，解析旧SGSN的IP地址,CG的功能,实时采集GPRS话单 临时存储和缓冲GPRS话单，备份话单 GPRS话单预处理 向计费中心传送GPRS话单 CG重定向,BG实现以下运营商互通必须的协议 安全性协议：推荐使用IPSec和防火墙 路由协议：推

5、荐使用BGP 计费协议：运营商协商确定，也许需要BG收集计费信息 一般基于路由器 可与GGSN合设,BG的功能,保存和更新GPRS用户签约数据 用户鉴权 提供移动性管理和路由选择所需的位置/路由信息及相关处理，如 保存和更新用户服务SGSN号码和地址 GPRS用户位置删除指示 MS是否可及标志 用户跟踪(可选),HLR/AUC的功能,HLR GPRS用户信息,GPRS系统体系结构 网元基本功能 接口协议栈流程介绍 GPRS移动性管理 GPRS会话管理 GPRS无线原理,Gb接口介绍 七号信令接口介绍 Gn接口介绍 Gi接口介绍 Ga接口介绍,Gb数据传输平面,Application,Appli

6、cation,IP/X25,IP/X25,IP/X25,SNDCP,GTP,LLC,LLC,UDP/TCP,UDP/TCP,RLC,RLC,(BSSGP),(BSSGP),IP,IP,MAC,MAC,Frame,relay,Frame,relay,L2,L2,L2 (MAC),relay,relay,SNDCP,GTP,Um,Gb,Gn,Gi,MAC: Media Access Control RLC: Radio Link Control LLC: Logical Link Control,BSSGP: BSS GPRS Protocol SNDCP: Sub-Network Depende

7、ncy Convergence Protocol GTP: GPRS Tunneling Protocol,MS-BSS/SGSN信令平面,GMM: GPRS Mobility Management SM: Session Management,MS,BSS,SGSN,Gb寻址,Subscriber data,RLC/MAC head,LLC head,SNDCP head,LLC FCS,Gb接口封装流程示意,Gb接口介绍 七号信令接口介绍 Gn接口介绍 Gi接口介绍 Ga接口介绍,基于七号信令接口,Gr接口：SGSNHLR 鉴权、移动性管理，必须 Gd接口：SGSNSMS-MSC 通过GP

8、RS传送SMS，可选 Gc接口：GGSNHLR 网络发起PDP上下文激活，可选 Gs接口：MSC-HLR 完成联合更新、附着 在SGSN和MSC间转发信令,GGSN,SZ-SGSN1,SZ-SGSN2,255-19-32 8613200540,255-19-125 8613090665,深圳/惠州,东莞/汕头/揭阳,SZ-GMSC1,HZ-HLR2,HZ-HLR1,SZ-GMSC2,HSTP2,HSTP1,DG-GMSC1,ST-HLR2,ST-HLR1,DG-GMSC2,JY-HLR1,Gb接口介绍 七号信令接口介绍 Gn接口介绍 Gi接口介绍 Ga接口介绍,Gn&Gp protocol s

9、tack,Gn&Gp接口,GTP-C tunnel,GTP-U tunnel,signaling,User data,UDP path,Gn&Gp接口,Gn&Gp接口,Path 是SGSN和GGSN间、SGSN和SGSN间的一条路径。只要上面有一个PDP上下文存在，这条路径就是激活的。如果上面没有PDP上下文使用的话，路径会被删除。 路径的维护是通过在路径上发送ECHO消息来检测的。Path故障后，上面的PDP上下文都要被删除掉。 Tunnel Tunnel是通过创建PDP上下文建立起来的。路径上可能会有多条tunnel存在 NSAPI NSAPI是SM管理实体分配的，取值范围515。对于一个

10、MS上的多个上下文，可以用NSAPI来区分。如果是一个MS上的多个IP地址，则在选择NSAPI时，在MS的整个范围内选择。通常NSAPI和RAB ID值是相等的 TEID TEID是隧道的一个端点的标识，TEID=（IMSI，NSAPI）。TEID只是一个整数，但是TEID能够和IMSI与NSAPI关联起来标识一个PDP上下文信令面上一个用户上的多个PDP上下文可以用同一个TEID，用户面上则要为不同的PDP上下文分配不同的TEID,Gn&Gp接口,Tunnel管理流程创建/修改/删除PDP上下文流程,Gn&Gp接口,在APN解析过程中，DNS将GGSN列表发给SGSN，SGSN在列表中依次使

11、用GGSN Gn接口地址进行激活，如果创建消息无响应，则SGSN使用下一个地址，直到耗尽为止，流程失败。 在requst消息中为分别为下行隧道分配了Tunnel Endpoint Identifier Data I （用于用户面）和Tunnel Endpoint Identifier Control Plane field （用于信令面） 在响应中同样要分配这样的两个域，响应消息中是GGSN为上行隧道用户面和信令面分配的隧道标识 charging ID在由GGSN分配，在GGSN中是唯一的。这个ID用于唯一的区分一个上下文在SGSN和GGSN中的计费记录,Gb接口介绍 七号信令接口介绍 Gn接

12、口介绍 Gi接口介绍 Ga接口介绍,Gi接口协议栈,Gi接口使用什么样的协议栈是和GGSN接入何种类型的外部数据网有关的，在接入IP网络时，选择的协议栈如下：,Gb接口介绍 七号信令接口介绍 Gn接口介绍 Gi接口介绍 Ga接口介绍,Ga接口,Ga接口采用GTP 协议，GTP 协议在继承GTP协议的基础上,信令流程有部分变化， 主要信令流程有 1 .ECHO流程 作用与GTP协议相同 2.重定向流程（Redirection ） 当CG判断自身有问题时，发送重定向请求，要求SGSN将话单发往其他的CG 3.话单传送（DATA Record Transfer ） 将话单传送到CG，同时具有重发或删

13、除指示的能力,GPRS系统体系结构 网元基本功能 接口协议栈流程介绍 GPRS移动性管理 GPRS会话管理 GPRS无线原理,移动性管理完成MS在网络具体位置信息的管理 移动性管理专用流程 附着 周期性位置/路由区更新 正常的位置区/路由区更新 移动性管理通用流程 分离 P-TMSI重分配 鉴权 身份识别 移动性管理连接管理流程 连接的建立和释放,移动性管理（MM）概念,路由区：位置区的子集 RAI= MCC+ MNC+ LAC+ RAC 移动性管理实体：SGSN、HLR和MS 定时器 Ready timer 只在GPRS中有 当定时器超时将MS的GMM状态迁移到STANDBY状态 当有LLC

14、 PDU开始传输时开始计数 长度在SGSN设置，通过附着和路由区更新流程下发给手机 Periodic RA Update Timer 监控手机中的周期性路由区更新流程 定时器长度在SGSN设置，通过附着和路由区更新流程下发 在特定的环境下，此定时器会引起CS域的周期性位置更新流程 Mobile Reachable Timer SGSN配置 比周期性路由区更新定时器稍微长一些 READY/PMM-CONNECT停止状态，STANDBY/PMM-IDLE清零开始 超时后，PPF标志清除。并将手机隐式分离掉,移动性管理概念,GMM状态模型(2G),GMM状态 空闲：GMM上下文未建立，MS不可及 待

15、命：GMM上下文已建立，MS可接收寻呼，但不能进行数据传送；知道手机所在路由区 就绪：MS可以进行数据传送；知道手机所在小区 GMM上下文 MS相关标识 GMM状态 MS的位置信息（路由区标识、小区标识） 当前服务SGSN的地址、VLR编号(MS only) 加密算法、鉴权参数,GMM状态和上下文(2G),How to management(2G),Gn,一般功能 GPRS附着：建立起MM上下文，MM状态转为就绪 GPRS分离：删除MM上下文，MM状态转为空闲 可以由MS发起或由网络侧发起 安全性功能：鉴权、加密、标识校验等 位置管理：路由区更新、周期性路由区、小区更新 网络侧特定功能 与HL

16、R配合进行GMM上下文清除 用户数据管理 MS类标处理 与MSC/VLR配合进行联合位置更新、联合寻呼等,移动性管理 主要功能,GPRS手机附着流程,（IMSI）,Authentication Triplets （RAND, SRES, Kc）,（SRES ）,（RAND）,2G鉴权流程,（SRES =? SRES ）,分离流程,分离流程可以由MS、SGSN、HLR发起 隐式分离和显示分离 网络或手机发起的分离过程为显示分离 移动可达定时器超时或者无线接口逻辑链路中断造成的 网络侧分离，但是不通知MS为隐式分离 分离后 删除动态MM上下文和PDP上下文,位置管理功能路由区更新,路由区更新流程,

17、路由区更新包括Intra SGSN更新和Inter SGSN更新 Intra SGSN更新指New RA和Old RA在同一个SGSN中；如果不在同一个SGSN中则为Inter SGSN更新 路由区更新发生场景 MS进入一个新的路由区 周期性路由区定时器超时 SUSPEND的手机没有被恢复 小区更新条件 手机处于ready状态 在同一个RA中发生cell变化 MS和SGSN应该支持小区通知功能，MS发一个LLC空帧带代替小区更新流程； 如果路由区更新失败则迁移到IDLE状态 在Inter SGSN更新中，要根据New RA构造域名RACxx.LACyyyy.MNCzzz.MCCwww.GPRS

18、 ，通过DNS解析获得NEW SGSN IP地址，发起取MM/PDP上下文的流程。,路由区更新流程,流程触发 在跨越SGSN的RAU中，MS的“Routeing Area Update Request”消息是向新SGSN提交，新SGSN向旧SGSN发出一个“SGSN Context Request”消息，包含四个参数：old RAI, TLLI, old P-TMSI Signature, New SGSN Address，目的是为从旧的SGSN中得到相关MS的MM上下文和PDP上下文。 安全性检查 旧SGSN验证P-TMSI签名 或者新SGSN进行鉴权，TMSI Signature将被“MS

19、 Validated”代替。 如果P-TMSI检查失败而新SGSN鉴权成功，则新SGSN重新向旧SGSN发请求 旧SGSN将MM/PDP上下文转发到新SGSN，数据转发 每个PDP上下文中包含：确认模式下下一个下行/上行N-PDU的SNDCP发送/接收N-PDU序列号，以及下一个下行至MS的N-PDU的GTP序列号和下一个隧道传输至GGSN的上行N-PDU序列号。传送的数据包含：缓存在旧SGSN中的N-PDU以及在此期间继续发至旧SGSN的N-PDU。此前已经发往MS但尚未得到MS确认的N-PDU也将随同其SNDCP序列号一同发往MS。旧SGSN会启动一个定时器并在超时时停止向MS传送N-PD

20、U。 数据转发到新的SGSN 如果有PDP，则重新创建PDP隧道 更新HLR 删除旧SGSN 将用户签约信息插入新SGSN,寻呼流程,流程触发 在移动可达定时器运行的时间内，有MM消息下发或者用户数据下发 流程响应 3G中，以service respond响应 2G中，以LLC帧响应 P-TMSI和Imsi的应用 先用P-TMSI进行寻呼 IMSI寻呼作为异常流程进行，MS删除PDP上下文和MM上下文，重新开始PDP激活和附着流程。 成功寻呼后，MS状态 3G由PMM-IDLE迁移到PMM-CONNECT 2G由STANDBY迁移到READY,GPRS系统体系结构 网元基本功能 接口协议栈流程

21、介绍 GPRS移动性管理 GPRS会话管理 GPRS无线原理,会话管理的概念,会话管理实体：SGSN、GGSN和MS PDP上下文状态 非激活状态：PDP上下文不包含处理分组数据包所需的路由及映射信息，对于用户的路由区更新信息不作修改，不能进行数据传送 激活状态： PDP上下文包含处理分组数据包所需的路由及映射信息，可以进行数据传送，此时的MM状态为就绪或待命 PDP上下文信息 MS、SGSN和GGSN中的PDP上下文信息略有不同 包括PDP State，PDP Type，PDP Address，APN，Send N-PDU Number，Receive N-PDU Number，QoS Pr

22、ofile Negotiated等等 APN：用于推导出应接入的GGSN及外部网络 PDP地址 静态地址 动态地址,PDP上下文状态迁移,PDP上下文激活：MS发起或网络发起，PDP上下文状态迁移为ACTIVE 鉴权 SGSN经过APN分析推导出GGSN地址 QoS协商、地址分配、启动计费等 PDP上下文修改 PDP上下文中的某些参数（如服务SGSN、QoS）需要改变时执行该规程 PDP上下文去激活 MS发起或网络发起，PDP上下文状态迁移为INACTIVE 删除PDP上下文 回收动态PDP地址 二次激活 在一个PDP地址上可以有多个通过而起激活流程产生的PDP上下文，这些上下文用TFT进行区

23、分和标识,会话管理主要功能,APN结构定义,APN网络标识定义了GGSN所连接的外部网络 APN运营商标识定义了GGSN位于的GPRS骨干网 包含了网络标识和运营商标识的APN对应一个GGSN的域名 APN分类 通用APN：UNINET、UNIWAP 企业应用APN：SWJT.SZ,uniwap.mnc.mcc.gprs,APN网络 标识,APN运营商 标识,归属地接入,Home PLMN,Visit PLMN,Roaming,Example APN:CityA_Bank,The GGSN which provide service is belong to home network,VPN

24、tunnel,APN的解析流程,“. mnc01.mcc460.gprs”,“.CityA.mnc01.mcc460.gprs”,Query,Response,referral to “.gd.mnc00.mcc460.gprs” name servers,Get the IP address of GGSN(CityA),APN : CityA_bank.CityA.mnc01.mcc460.gprs,CityB,Root DNS,CityA DNS,CityA Bank Server,GGSN,7. Activate PDP Context Accept,5. Create PDP Con

25、text Response,5. Create PDP Context Request,1. Activate PDP Context Request,SGSN,BSS,MS,C1,C2,(APN/IP or null/Qos),APN selection,Ask DNS,QoS negotiation,Check the APN,QoS negotiation,Distribute a IP addr,Distribute a charging ID,(IP/Qos),If the QoS not accept by MS, then starts inactive procedure.,P

26、DP上下文激活规程 (1),PDP上下文激活规程 (2),MS发起ACTIVE流程 NSAPI由手机的SM模块选择，要保证没有被手机的其他SM实体使用 手机上报一个Qos，用于后续Qos协商过程 手机上报一个APN；或者不上报APN，由SGSN或签约信息决定 手机上报一个静态地址；或者不使用地址，而由动态地址分配设备分配一个地址 签约数据对比 进行APN选择 根据手机上报的APN、SGSN配置的默认APN、签约的APN、VPLMN是否漫游允许，根据TS24.008APN选择流程选择一个APN 进行APN解析 根据选择的APN，一次在CACHE/HLSTFILE/DNS server中进行APN

27、解析 Qos协商 根据手机上报的Qos、SGSN配置的默认Qos、签约的Qos进行协商，协商出一个Qos 在Gn接口发起创建GTP隧道 是否支持请求的APN及地址 进行Qos协商 进行应用层接入鉴权、计费 创建成功，SGSN开始传输数据,PDP上下文修改、去激活规程,去激活流程 MS发起PDP去激活 SGSN发起PDP去激活 GGSN发起PDP去激活 修改流程 SGSN发起的PDP修改，修改Qos GGSN发起的PDP修改，修改改变传输路由的QoS或用户的PDP ADDRESS MS发起修改流程的目的是为了改变PDP Context的QoS或TFT,GPRS系统体系结构 网元基本功能 接口协议

28、栈流程介绍 GPRS移动性管理 GPRS会话管理 GPRS无线原理,GPRS逻辑信道类型,业务信道：PDTCH 一个MS可以同时复用最多8个PDTCH 控制信道 分组广播控制信道：PBCCH - Packet Broadcast Control CHannel 分组公共控制信道：PCCCH - Packet Common Control CHannel 分组寻呼信道：PPCH Packet Paging CHannel 分组随机接入信道：PRACH Packet Random Access Channel 分组接入允许信道：PAGCH Packet Access Grant CHannel 分

29、组通知信道：PNCH Packet Notification CHannel 分组专用控制信道： PACCH - Packet Associated Control CHannel PTCCH Packet TA Control CHannel,GPRS无线信道,逻辑信道映射(Mapping) PBCCH+PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH PDTCH+PACCH+PTCCH,信道分类 GPRS Reserved (G or R) GSM Reserved (C or empty) Switch-able TS (S),时隙分配,时隙

30、可由语音与GPRS共享. 根据GSM和GPRS的网络负荷动态分配. 不同用户可分配同一时隙. 单一用户分配多个时隙以提高数据吞吐量.,时隙分配-GSM 电路交换数据业务,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,Downlink (BTS MS),Uplink (MS BTS),8 timeslots per Frame,Timeslots assigned to MS1,Timeslots assigned to MS2,时隙分配-GPRS分组交换数据业务,0 1 2 3 4

31、 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,Downlink (BTS MS),Uplink (MS BTS),8 timeslots per Frame,Timeslots assigned to MS1,Timeslots assigned to MS2,时隙分配,BTS,User rate at CS2 = 40.2 kbps,Site with one carrier will be able to share timeslots (Voice and GPRS),SH,SH,GPRS编码方式,GPRS 规范定义了新的四种数据编码CS1- CS4,GPRS无线编码流程(Radio Coding Procedure),Add BCS,Add precoded USF,Add tail bits,Coding,Puncture,456 bits,Payload,CS1 - CS3 Radio Block Structure,*Rectangular interleaving of one Radio Block over four bursts in consec