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第 5 章 GPRS 系统

第 5 章 GPRS 系统. 第 1 节 GPRS 简介 第 2 节 GPRS 的网络结构 第 3 节 GPRS 传输平台和信令平台 * 第 4 节 GPRS 的高级功能 第 5 节 GPRS 的主要接口 * 第 6 节 GPRS 计费管理 第 7 节 GPRS 组网 * 第 8 节 GPRS 系统规划 课后作业. 第 1 节 GPRS 简介. 5.1.1 GPRS 概述 5.1.2 GPRS 的主要特点 5.1.3 GPRS 的业务 5.1.4 GPRS 的具体应用 5.1.5 GPRS 标准和业务的发展.

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第 5 章 GPRS 系统

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  1. 第5章 GPRS系统 第1节 GPRS简介 第2节 GPRS的网络结构 第3节 GPRS传输平台和信令平台* 第4节 GPRS的高级功能 第5节 GPRS的主要接口* 第6节 GPRS计费管理 第7节 GPRS组网 * 第8节 GPRS系统规划课后作业

  2. 第1节 GPRS简介 5.1.1 GPRS概述 5.1.2 GPRS的主要特点 5.1.3 GPRS的业务 5.1.4 GPRS的具体应用 5.1.5 GPRS标准和业务的发展

  3. GSM数据业务综述 • GSM承载业务 • HSCSD • GPRS • EDGE

  4. GPRS • General Packet Radio Service通用分组无线业务 • 首次采用分组交换技术，提高信道的利用率，有效利用无线资源，降低通信成本 • 采用新的信道编码技术, 一个时隙的传输速率由9.6Kbps提高到14.4Kbps • 使用1到8个时隙传输一路数据,数据速率最高可达115.2kbps

  5. EDGE • Enhanced Data rates for GSM Evolution增强数据速率改进，又称作EGPRS • 使用高效调制方式：8-PSK调制和GMSK，使每时隙的传输速率高达48kbps，频谱效率可达0.5bit/s/Hz/基站 • 允许集中使用最多8个时隙传输一路数据，传输速率可达384kbps • 可使GSM提供多媒体业务，承载会议电视业务

  6. 5.1.1 GPRS概述 • GPRS采用与GSM相同的频段（900、1800和1900MHz ）、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。 • 在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。 • GSM移动台（MS）：要具有GPRS功能。

  7. 5.1.1 GPRS概述 构成GPRS系统的方法是： • 在GSM系统中引入3个主要组件 • GPRS服务支持结点（SGSN） • GPRS网关支持结点（GGSN） • 分组控制单元（PCU） • 对GSM的相关部件进行软件升级

  8. GPRS系统原理图

  9. 5.1.2 GPRS的主要特点 • 采用分组交换技术，高效传输数据和信令，优化了对网络资源和无线资源的利用 • 定义了新的GPRS无线信道，且分配方式十分灵活 • 采用与GSM不同的信道编码方案，定义了CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四种编码方案。 • 支持四种不同的QoS级别

  10. 5.1.2 GPRS的主要特点 • GPRS的网络层采用IP技术，底层可使用多种传输技术，方便地实现与IP网无缝连接 • 使用封装和隧道技术实现用户数据在MS和外部数据网络之间的透明传输，缩减了GPRS PLMN对外部数据协议解释的需求，且易于在将来引入新的互通协议。 • 数据传输高效、可靠：用户数据能够压缩，并有重传协议保护。

  11. 5.1.2 GPRS的主要特点 • 网络接入速度快，并能在0.5 ~1秒之内恢复数据的重新传输。 • GPRS的安全功能：密码设置程序的算法、密钥和标准与GSM中的一样，但密码算法专为分组数据传输所优化。身份认证和加密功能由SGSN来执行。 • 计费方式更加合理：GPRS可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级（QoS）的计费功能，一般以数据传输量为依据。

  12. GPRS的技术优势 • 资源利用率高，用户费用相对较低 • 传输速率高 • 接入时间短：少于1秒 • 支持IP协议和X.25协议

  13. GPRS存在的问题 • GPRS会发生包丢失现象 • 分组交换连接比电路交换连接要差一些 • 有限的无线资源可供使用，话音和GPRS业务相互干扰 • 实际速率比理论值低 • 终端不支持无线终止功能 ：未经授权的内容也会发送给终端用户，而用户要为这些垃圾内容付费 • 调制方式不是最优：GPRS基于GMSK，不如EDGE基于一种新的调制方法8PSK支持更高的速率 • 存在转接时延

  14. 5.1.3 GPRS的业务 • GPRS是一组新的GSM承载业务，是以分组模式在PLMN和与外部网络互通的内部网上传输。 • 在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS网络管理可以提供（或支持）一系列的交互式电信业务： • 承载业务 • 用户终端业务 • 附加业务

  15. 承载业务 支持在用户与网络接入点之间的数据传输的性能，提供两种承载业务： • 点对点业务（PTP））包括两种： • PTP无连接型网络业务（PTP-CLNS） • PTP面向连接型网络业务（PTP-CONS） • 点对多点业务（PTM） 包括有三种： • 点对多点广播（PTM-M）业务：某一地区的所有用户 • 点对多点群呼（PTM-G）业务：某一区域的特定用户 • IP多点传播（IP-M）业务：定义为IP协议序列一部分

  16. 用户终端业务 • GPRS支持电信业务，提供完全的通信业务能力，包括终端设备能力 • 用户终端业务可以分为： • 基于PTP的用户终端业务：会话，报文传送，检索，遥信 • 基于PTM的用户终端业务：分配，调度，会议，预定发送，地区选路

  17. 附加业务

  18. 信息业务：如股票价格、新闻、天气预报、航班信息、娱乐、交通信息等等 交谈 ：允许移动用户参与到现有的因特网聊天组中 网页浏览 文件共享及协同性工作 分派工作 企业E-mail 因特网E-mail 交通工具定位 静态图像 声频：如音乐 远程局域网接入 文件传送 5.1.4 GPRS的具体应用

  19. 5.1.5 GPRS标准和业务的发展* • GPRS的标准制订工作 • GPRS的发展动向 • 我国GPRS标准化工作的进展概况

  20. GPRS的标准制订工作 • 1993年就提出了在GSM网上开通GPRS业务 • 1997年GPRS的标准化工作取得重大进展，10月份ETSI发布了GSM02.60 GPRS Phase1业务描述。 • 1999年底完成GPRS Phase2的工作。 • GPRS的标准分3个阶段，分别制订了18个新的标准并对几十个现有标准进行修订，以实现GPRS

  21. GPRS的标准的3个阶段

  22. GPRS的发展过程 • GPRS是GSM向3G迈进的一个重要步骤，根据ETSI对GPRS发展的建议，GPRS从试验到投入商用后，分为两个发展阶段： • 向用户提供电子邮件、因特网浏览等数据业务 • EDGE的GPRS，简称E-GPRS。 • 全世界有近百个运营商开通了GPRS商用系统、试商用系统或实验系统

  23. 我国GPRS的进展概况 • 我国从1996年开始跟踪研究GPRS的相关标准，着重组织开展了一系列GPRS相关标准研究工作。 • 2000年4月，完成"900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网GPRS隧道协议（GTP）规范" • 1998年开始，我国运营者开始酝酿在国内兴建GPRS的试验网络工作 • 2000年内和2001年上半年，已颁布900/1800MHz TDMA蜂窝移动通信网通用分组无线业务相关的系列标准。

  24. 我国GPRS的进展概况 • 2000年12月21日，中国移动通信集团公司在京宣布：正式启动称为"移动梦网" 的GPRS网络建设 • 2001年10月中国移动GPRS业务投入商用 • 2002年5月17日正式商用

  25. 第2节 GPRS的网络结构 5.2.1 GPRS网络总体结构 5.2.2 GPRS逻辑体系结构 5.2.3 GPRS网络的主要实体

  26. 5.2.1 GPRS网络总体结构 GPRS系统结构图

  27. GPRS网络是在现有GSM网络中增加 GGSN 和 SGSN来实现以分组方式下发送和接收数据的 GPRS分组从基站发送到SGSN SGSN与 GGSN进行通信 GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如因特网或X.25网络 来自因特网标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上 GPRS的工作机制

  28. GPRS的工作机制 • GPRS支持与基于IP的网络互通，当在TCP连接中使用数据报时，GPRS提供TCP/IP报头的压缩功能 • 具有GPRS业务功能的移动终端MT，具有GSM和GPRS业务运营商提供的地址 • 移动终端通过GSM网络提供的寻址方案和运营商的具体网间互通协议实现全球网间通信 • 分组公共数据网的终端利用数据网识别码向GPRS终端直接发送数据

  29. GPRS总体结构及接入接口和参考点（图）

  30. GPRS总体结构及接入接口和参考点 • 对于一个支持GPRS 的公共陆地移动网络（PLMN），当它运行GPRS业务时可能涉及到任何其他网络，这时就产生了网络互通的需求。 • GGSN到外部分组网络通过Gi参考点连通 • GPRS网络之间通过Gp接口连通

  31. GPRS总体结构及接入接口和参考点 • 从MS端到GPRS网络有两个接入点: • Um接口用于无线通信接入，移动终端MT（例如手机）通过Um接口接入GPRS PLMN • R参考点用于信息的产生或接收，是MT和TE（如笔记本电脑）之间的参考点 • MS可以由TE和MT两部分组成，它们通过R参考点组成一个整体，也可单独由一个移动终端（MT）组成。

  32. 5.2.2 GPRS逻辑体系结构 • GPRS通过在GSM网络结构中增添SGSN和GGSN两个新的网络节点来实现。 • 增加了这两个网络节点，需要命名一系列新的接口

  33. GPRS逻辑体系结构图 Um Gb

  34. GPRS体系结构中的接口及参考点

  35. GPRS体系结构中的接口及参考点 还新增加了两个控制单元： • PCU（Packet Control Unit，分组控制单元）：使BSS提供数据功能、控制无线接口、使多个用户使用相同的无线资源 • GBIU（GB Interface Unit， Gb接口单元）：提供从BSS到SGSN的标准接口。可以和PCU合并在同一个物理实体中。

  36. 对GSM网络的影响 引入两个GPRS支持节点和新的接口及单元， 会对GSM网络设备产生以下的影响： • HLR现有软件需更新，以支持Gc、Gr接口 • MSC现有软件需更新，以支持Gs接口 • 在BSC中引入PCU，并且软件需要升级 • BTS配合BCF进行相应的软件升级

  37. 5.2.3 GPRS网络的主要实体 GPRS网络主要实体包括： • GPRS支持节点（GSN） • GPRS骨干网 • 本地位置寄存器HLR • 短消息业务网关移动交换中心（SMS-GMSC）和短消息业务互通移动交换中心（SMS-IWMSC） • GPRS移动台 • 移动交换中心（MSC）/拜访位置寄存器（VLR） • 分组数据网络（PDN）等

  38. GPRS支持节点（GSN） • 是GPRS网络中最重要的网络节点，包含了支持GPRS所需的功能 • 具有移动路由管理功能，可以连接各种类型的数据网络，并可以连到GPRS寄存器 • 可以完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式转换 • 是一种类似于路由器的独立设备，也与GSM中的MSC集成在一起 • 在一个GSM网络中允许存在多个GSN • GSN有两种类型：SGSN和GGSN

  39. SGSN • 是GSM网络结构中为移动终端（MS）提供业务的节点（即Gb接口由SGSN支持） • 与MSC处于网络体系的同一层，跟踪单个MS的存储单元，实现安全功能和接入控制。 • SGSN可以通过任意Gs接口向MSC/VLR发送定位信息，并可以经Gs接口接收来自MSC/VLR的寻呼请求 • 通过帧中继与基站系统的BTS相连，是GSM网络结构与移动台之间的接口。

  40. SGSN • 在激活GPRS业务时，SGSN建立起一个移动性管理（MM）环境，包含关于这个移动终端（MS）的移动性和安全性方面的信息 • 主要作用： • 记录移动台的当前位置信息 • 完成与移动台之间的移动分组数据的发送和接收

  41. GGSN • 主要是起网关作用，连接GSM网络和外部分组交换网（如因特网和局域网） 。也被称作GPRS路由器。 • GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以和多种不同的数据网络连接（如ISDN和LAN等），把分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。 • 通过配置一个PDP地址被分组数据网接入

  42. GGSN • 可以经Gc接口从HLR查询移动用户当前的地址信息 • 存储属于这个节点的GPRS业务用户的路由信息，并根据该信息将PDU利用隧道技术发送到MS的当前的业务接入点SGSN

  43. SGSN和GGSN • SGSN和GGSN利用GPRS隧道协议（GTP）对IP或X.25分组进行封装，实现二者之间的数据传输。 • SGSN与GGSN的功能既可由一个物理节点全部实现，也可在不同的物理节点上分别实现 • 它们都应有IP路由功能，并能与IP路由器相连 • 当SGSN与GGSN位于不同的PLMN时，通过Gp接口互联

  44. GPRS骨干网 GPRS骨干网有两种 • 内部PLMN骨干网是指位于同一个PLMN上的并与多个GSN互联的IP网 • 外部PLMN骨干网是指位于不同的PLMN上的并与GSN和内部PLMN骨干网互联的IP网

  45. 内部、外部PLMN骨干网（图）

  46. GPRS骨干网 • 两个内部PIMN骨干网使用边界网关（BG，Border Gateways）和一个外部PLMN骨干网并经Gp接口相连的 • 外部PLMN骨干网的选择取决于包含有BG安全功能的漫游协定 • BG不在GPRS的规范之列 • 外部PLMN可以是一个分组数据网

  47. GPRS网络骨干网的组成（图）

  48. GPRS骨干网 • 一个内部PLMN骨干网都是一个IP专网，且仅用于传送GPRS数据和GPRS信令 • 在GPRS骨干网内部，各GSN实体之间通过Gn接口相连，它们之间的信令和数据传输都是在同一传输平台中进行的，所利用的传输平台可以在ATM、以太网、DDN、ISDN、帧中继等现有传输网中选择

  49. 本地位置寄存器HLR • 在HLR中有GPRS用户数据和路由信息 • 从SGSN经Gn接口或GGSN经Gc接口均都可访问HLR • 对于漫游的MS来说，HLR可能位于另一个不同的PLMN中，而不是当前的PLMN中

  50. 短消息业务网关移动交换中心（SMS-GMSC）和短消息业务互通移动交换中心（SMS-IWMSC）短消息业务网关移动交换中心（SMS-GMSC）和短消息业务互通移动交换中心（SMS-IWMSC） • SMS-GMSC和SMS-IWMSC经Gd接口连接到SGSN上，这样就能让GPRS MS通过GPRS无线信道收发短消息（SM）

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