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GPRS (General Packet Radio Services)

GPRS (General Packet Radio Services). 解放军信息工程大学信息技术学院. 主要内容. 一、发展历史与概况 二、 GSM 回顾 三、 GPRS 网络结构与协议 四、 GPRS 提供的服务 五、会晤和移动性管理及路由 六、空中接口 - 物理层 七、协议结构 八、与 IP 网的互通 九、 GPRS 的前景. 一、发展历史与概况. 发展动力、发展过程 GPRS 技术特点 从用户角度 中国现状. 一、发展历史与概况. 发展动力、发展历史 移动市场和 IP 市场的相结合驱动 — 要求提供高性能的无线 Internet 接入；

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GPRS (General Packet Radio Services)

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Presentation Transcript

  1. GPRS(General Packet Radio Services) 解放军信息工程大学信息技术学院

  2. 主要内容 一、发展历史与概况 二、GSM回顾 三、GPRS网络结构与协议 四、GPRS提供的服务 五、会晤和移动性管理及路由 六、空中接口-物理层 七、协议结构 八、与IP网的互通 九、GPRS的前景

  3. 一、发展历史与概况 • 发展动力、发展过程 • GPRS技术特点 • 从用户角度 • 中国现状

  4. 一、发展历史与概况 • 发展动力、发展历史 • 移动市场和IP市场的相结合驱动—要求提供高性能的无线Internet接入； • GSM数据业务缺陷（用户观点）—速度慢（9.6kbps）、接入复杂（若干秒）、昂贵（按时收费）； • GSM数据业务缺陷（技术观点）—基于电路交换，空中接口每用户分配固定的一个电路； • 数据业务特点—突发、适于多用户共享按需分配； • 由2G向3G演进

  5. 一、发展历史与概况 • 发展动力、发展历史 • ETSI标准化：开始于1994年，1998年标准公开发表； • 1999年，网络运营者进行网络试验并且签署有关GPRS基础设施的商业合同； • 2000年，GPRS基础设施并入到GSM网络中； • 2001年，网络运营者开展GPRS商用业务，并且推广GPRS； • 2002年，GPRS/EDGE开始在实际应用中出现； • 2002年到2003年，新一代移动通信系统UMTS实现商用。

  6. 一、发展历史与概况 • GPRS技术特点 • 针对无线分组接入的承载服务—完成UE到分组数据网的高效接入； • 网络基于IP和FR; • 接入时间小于1s； • 最高速率171kbps; • 可基于数据量计费；

  7. 二、GSM回顾 GSM的PLMN系统结构 物理层实现技术特色 软件开发平台：VxWORKS 协议软件实现技术特色

  8. 二、 GSM回顾 GSM的PLMN系统结构

  9. 二、 GSM回顾 • GSM的PLMN系统结构 • BSS:BTS+ BSC; • MS:MT+SIM; • NSS:MSC+HLR+VLR+AUC+EIR+GMSC; • IMEI:The international mobile station equipment identity; • IMSI:The international mobile subscriber identity; • MSISDN : The mobile subscriber ISDN number; • TMSI:VLR, which is responsible for the current location of a subscriber, can assign a temporary mobile subscriber identity (TMSI) ;

  10. 二、 GSM回顾 GSM分层覆盖

  11. 二、 GSM回顾 位置区

  12. 二、 GSM回顾 MSC/VLR服务区

  13. 二、 GSM回顾 PLMN服务区

  14. 二、 GSM回顾 GSM空中信道划分

  15. 二、 GSM回顾 分层帧结构

  16. 三、GPRS系统结构 概述 增加GPRS支持节点； 增加PCU单元 增加若干接口

  17. 三、GPRS系统结构 GPRS网络是一个承载网

  18. 三、 GPRS系统结构 GPRS系统结构 GPRS系统结构

  19. 三、 GPRS系统结构 • 增加支持节点 增加GSNs(GPRS support nodes) • SGSN：serving GPRS support node—服务区； • GGSN：gateway GPRS support node—外部接口； • GGSN与SGSN是多对多的关系(many-to-many ) ；

  20. 三、 GPRS系统结构 • 增加PCU 在BSS子系统中增加PCU(Packet Control Unit) ; • 管理分组分段和规划; • 管理无线信道; • 传输错误检测和自动重发; • 信道编码方案; • 质量控制; • 功率控制； PCU 位于基站控制器，可作为BSC 插卡，也可以独立地存在，PCU和BSC之间没有通用的接口协议。

  21. 三、 GPRS系统结构 • 增加若干接口 • Gn、GP：GSNs之间接口，在同一个PLMN是Gn,在不同PLMN是Gp; • Gf： SGSN与EIR; • Gi：PLMN 与外部 PDNs； • Gr：HLR与SGSN； • Gc ：HLR与GGSN; • Gd：SGSN与SMS-GMSC • Gb：SGSN与BSC；

  22. 四、GPRS提供的服务 承载服务与增补服务 服务的QoS 分组交换与电路交换共存服务

  23. 四、GPRS提供的服务 • 承载服务与增补服务 • PTP服务 • PTP-CLNS ：无连接； • PTP-CONS ：面向连接； • PTM服务（未来） • PTM-M：广播在一定的地理区； • PTM-G：一定组别； • 增补服务：call forwarding unconditional (CFU) ，call forwarding on mobile subscriber not reachable (CFNRc) ，closed user group (CUG)；

  24. Class Probability for Lost packet Duplicated packet Out of sequence packet Corrupted packet 1 10­9 10­9 10­9 10­9 2 10­4 10­5 10­5 10­6 3 10­2 10­5 10­5 10­2 四、GPRS提供的服务 • 服务的QoS • 业务的优先级：高、正常、低； • 可靠性：3类；

  25. Class 128 byte packet 1024 byte packet Mean delay 95% delay Mean delay 95% delay 1 <0.5s <1.5s <2s <7s 2 <5s <25s < 15s <75s 3 <50s <250s <75s <375s 4 Best effort Best effort Best effort Best effort 四、GPRS提供的服务 • 服务的QoS • 延迟：4类

  26. 四、GPRS提供的服务 • 服务的QoS • 吞吐量：the maximum/peak bit rate and the mean bit rate • 分组交换与电路交换共存服务-3种移动台 • A类：同时支持GPRS和常规GSM业务； • B类：可以同时注册，但只能使用一种； • C类：只能注册一种；但SMS总是可以使用；

  27. 五、会晤和移动性管理及路由 引言 绑定和解除绑定 会晤管理 路由 位置管理

  28. 五、会晤和移动性管理及路由 • 引言 对一个GPRS终端： • 如何完成注册； • 如何让外部分组数据网知道； • 如何完成分组路由； • 如何跟踪用户位置；

  29. 五、会晤和移动性管理及路由 • 捆绑（attachment)和解除捆绑(detachment) • 对一个GPRS终端在通信前要主动向SGSN完成捆绑： • 检查用户权限； • 把用户数据从HLR拷贝到SGSN； • 分配一个P-IMSI； • 对于A、B类移动台可实施组合的分组和电路交换捆绑； • 解除捆绑：可以由网络或终端发起。

  30. 五、会晤和移动性管理及路由 • 会晤管理 • 在Attachment后，要申请一个或多个PDP地址（Packet Data Protocol address），如IP地址； • 对于每一个会晤要创建一个PDP上下文（context); • PDP上下文刻画了会晤的特性 • PDP类型(e.g,IPv4)； • PDP 地址(e.g., 129.187.222.10)； • 预约的QoS； • 接入外部PDN的GGSN的地址 ；

  31. 五、会晤和移动性管理及路由 • 会晤管理 • PDP上下文存贮在MS、SGSN、GGSN; • PDP上下文激活后，MS外部可见，可以收发分组； • 一个MS可以同时有多个PDP上下文； • 一个MS PDP地址可静态、可动态分配； • 动态分配：dynamic home-PLMN PDP address、dynamic visited-PLMN PDP address; • GGSN负责分配PDP地址分配和激活/去激活；

  32. 五、会晤和移动性管理及路由 • 会晤管理 • PDP context激活规程

  33. 五、会晤和移动性管理及路由 路由

  34. 五、会晤和移动性管理及路由 • 路由 • 例子：从PLMN1中的MS的IP包到LAN中的Host; • SGSN检查PDP context ，打包路由到GGSN； • GGSN拆包并发送到IP网； • LAN的接入路由器将这个包提交给Host; • 例子：从LAN中的Host来的IP包路由到MS(属于PLMN2); • Host发包到PLMN2中的GGSN（MS的home-GGSN）； • 该GGSN从HLR中得知，MS目前定位在PLMN1; • GGSN打包，通过隧道送到MS当前的SGSN; • SGSN拆包，并提交到MS;

  35. 五、会晤和移动性管理及路由 • 位置管理 MS需发位置更新包 • MS有3种状态 • Idle:MS不可达，不发位置更新消息; • Standby：RA变化才触发位置更新消息，LA含多个Ras路由区，在RA内要寻呼； • Ready：每个小区变化都触发位置更新消息到SGSN，不需要寻呼; • 移动性管理分两层：Cell、RA层，不需要涉及GGSN、VLR、HLR；SGSN层，更新信息存贮在GGSN、VLR、HLR ；

  36. 五、会晤和移动性管理及路由 • 位置管理 • Standby状态下RA更新规程

  37. 六、空中接口-物理层 多址和无线资源管理原理 GPRS中的逻辑信道 分组数据逻辑信道向物理信道的映射 4种信道编码方案

  38. 六、空中接口-物理层 • 多址和无线资源管理原理—按需分配 • 多个GPRS终端可共享一个SLOT; • 一个GPRS终端可独享多个SLOT; • 上下行可不对称分配；

  39. 六、空中接口-物理层 多址和无线资源管理原理—按需分配

  40. Group Channel Function Direction Packet data traffic channel PDTCH Data traffic MS <--> BSS Packet broadcast control channel PBCCH Broadcast control MS <-- BSS Packet common control channel (PCCCH) PRACH Random access MS --> BSS PAGCH Access grant MS <-- BSS PPCH Paging MS <-- BSS PNCH Notification MS <-- BSS Packet dedicated control channels PACCH Associated control MS <--> BSS PTCCH Timing advance control MS <--> BSS 六、空中接口-物理层 • GPRS中的逻辑信道

  41. 六、空中接口-物理层 • GPRS中的逻辑信道 • PDTCH(The packet data traffic channel )：承载业务数据； • PBCCH(The packet broadcast control channel) ：广播电路和分组交换网络的系统信息 ； • PACCH(The packet associated control channel)：总是与一个PDTCH一起分配； • PTCCH(The packet timing advance control channel)：用于自适应帧同步；

  42. 六、空中接口-物理层 • GPRS中的逻辑信道 • PCCCH(The packet common control channel): • PRACH(The packet random access channel)：申请PDTCH; • PAGCH(The packet access grant channel)：分配一个或多个PDTCH到MS; • PPCH(The packet paging channel)：在下行数据包发送前，寻呼MS确定其位置； • PNCH(The packet notification channel )：inform a mobile station of incoming PTM messages (multicast or group call)；

  43. 六、空中接口-物理层 GPRS中的逻辑信道 上行信道请求分配过程

  44. 六、空中接口-物理层 GPRS中的逻辑信道 下行寻呼过程

  45. 六、空中接口-物理层 分组逻辑信道向物理信道映射

  46. 六、空中接口-物理层 • 4种信道编码方案 • CS1，传输速率为9.05Kbps，净数据与总信息的比例大约是1:2 • CS2，传输速率为13.4Kbps，净数据与总信息的比例大约是2:3 • CS3，传输速率为15.6Kbps，净数据与总信息的比例大约是3:4 • CS4，传输速率为21.4Kbps，净数据与总信息的比例大约是1:1 以上速率都是指：/单SLOT

  47. 七、协议结构 传输平面 信令平面

  48. 七、协议结构 传输平面-用户数据和随路信令

  49. 七、协议结构 • 传输平面 • GPRS骨干网 • GTP协议：隧道协议，用于所有的GSNs间（Gn、Gp)； • TCP、UDP、IP协议栈：在GTP下； • 在IP下面可使用Ethernet, ISDN, or ATM-based protocols 传输结构总结：IP/X.25-over-GTP-over-UDP/TCP-over-IP

  50. 七、协议结构 • 传输平面 • (SNDCP) Subnetwork Dependent Convergence Protocol • 在SGSN和MS之间传输数据包； • 在LLC上面，复用多个网络层连接到一个逻辑虚联接； • 压缩/解压缩用户数据和冗余的报头；

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