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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

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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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GSM 数据业务综述

1. GSM 承载业务2. HSCSD

3. GPRS

4. EDGE

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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

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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

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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。

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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

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GPRS 系统原理图

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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

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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。

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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。

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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

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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

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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

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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

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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

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附加业务简称 名称 简称 名称

CLIP 主叫线路识别表示 CW 呼叫等待CLIR 主叫线路识别限制 HOLD 呼叫保持CoLP 连接线路识别表示 MPTY 多用户业务CoLR 连接线路识别限制 CUG 封闭式的用户群CFU 无条件呼叫转移 AoCI 资费信息通知CFB 移动用户遇忙呼叫转移 BAOC 禁止所有呼叫

CFNRy 无应答呼叫转移 BOIC 禁止国际呼出

CFNRc 无法到达的移动用户呼

叫转移 BAIC 禁止所有呼入

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5.1.4 GPRS 的具体应用• 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

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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

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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

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GPRS 的标准的 3 个阶段

阶段 102.60 业

务描述 　 　 　 　 　

阶段 203.60 系统描述和网络结构

03.64 无线接口描

述

03.61 点对多点 -广播业务

03.62 点对多点 -

群呼　 　

阶段 3

04.60 RLC/MAC 协议

04.61 PTM-M

业务

04.62 PTM-G 业

务

04.64 LLC04.65SNDCP

07.60 用户互通

08.14 Gb层 1

08.16 Gb 层网络业务

08.18 BSSGP、Gb 接口

09.16 Gb层 2

09.18 Gb层 3

09.60 Gn&Gp

接口

09.61 外部网路互

通

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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：

1. 向用户提供电子邮件、因特网浏览等数据业务2. 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

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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。

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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

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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

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5.2.1 GPRS 网络总体结构

GPRS 系统结构图

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GPRS 的工作机制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 1.GPRS 分组从基站发送到 SGSN2.SGSN 与 GGSN 进行通信3.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4.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

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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

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GPRS总体结构及接入接口和参考点（图）

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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

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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。

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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

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GPRS逻辑体系结构图

Um Gb

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GPRS 体系结构中的接口及参考点 接口或参考点 说明

R 非 ISDN 终端与移动终端之间的参考点Gb SGSN与 BSS 之间的接口Gc GGSN与 HLR 之间的接口

GdSMS-GMSC 之间的接口， SMS-IWMSC与 SGSN 之间的接口

Gi GPRS 与外部分组数据之间的参考点Gn 同一 GSM 网络中两个 GSN 之间的接口Gp 不同 GSM 网络中两个 GSN 之间的接口Gr SGSN与 HLR 之间的接口Gs SGSN与MSC/VLR 之间的接口Gf SGSN与 EIR 之间的接口Um MS与 GPRS 固定网部分之间的无线接口

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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。

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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

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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

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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

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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。

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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

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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

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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

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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

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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

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内部、外部 PLMN骨干网（图）

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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

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GPRS 网络骨干网的组成（图）

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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

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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

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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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GPRS 移动台• GPRS 定义了 3类MS ：

• A 类：可同时运行 GPRS 和其他 GSM 业务• B 类：可在 GPRS 和其他 GSM 业务之间切换，某

一时刻只能运行一种业务• C 类：只能运行 GPRS 业务

• GPRS MS 能以 A 类、 B 类、 C 类三个运行模式中的一个进行操作

• 其操作模式的选定由MS 所申请的服务所决定

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移动交换中心（ MSC ）/拜访位置寄存器（ VLR ）

• 在需要 GPRS 网络与其他 GSM 业务进行配合时选用 Gs 接口• 利用 GPRS 网络实现电路交换业务的寻呼• GPRS 网络与 GSM 网络联合进行位置更新• GPRS 网络的 SGSN 节点接收MSC/VLR 发来的寻呼请求等。

• MSC/VLR存储MS （此MS 同时接入 GPRS业务和 GSM 电路业务）的 IMSI 以及 MS 相连接的 SGSN号码

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分组数据网络（ PDN ）

• PDN 是提供分组数据业务的外部网络• 移动终端通过 GPRS 接入不同的 PDN 时，

采用不同的分组数据协议地址

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第 3 节 GPRS 传输平台和信令平台 *

5.3.1 传输平台 5.3.2 信令平台

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5.3.1 传输平台 • 传输平台由一个分层协议结构组成，如下页图

所示• 用于用户信息传输以及与此相关的信息传输

中的过程控制（例如：流量控制、检错、纠错和错误恢复等）

• 传输平台通过底层无线接口和网络子系统（ NSS ）平台连接，这种独立性是通过保留Gb 接口来实现的。

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传输平台（图）

1

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5

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7

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10

6

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传输平台说明 1——GPRS 隧道协议（ GTP ）

• GTP是 GPRS骨干网中 GSN 节点之间的互联协议，它是为 Gn 接口和 Gp 接口定义的协议

• GPRS骨干网中 GSN 间的用户数据和信令利用 GTP 进行隧道传输

• 所有的点对点 PDP 协议数据单元（ PDU ）将由 GTP 协议进行封装

• 在 GSM09.60 中对 GTP 作了规范

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传输平台说明 2——UDP/TCP

• 在 GPRS骨干网中需要一个可靠的数据链路（如 X.25 ）进行 GTP PDU 的传输时，所用的传输协议是 TCP 协仪

• 如果不要求一个可靠的数据链路（如 IP ），就使用 UDP 协议来承载 GTP PDU

• TCP 提供流量控制功能和防止 GTP PDU丢失或破坏的功能

• UDP 提供防护 GTP PDU受到破坏的功能

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传输平台说明 3——IP

• 这是 GPRS骨干网络协议，用以用户数据和控制信令的选路

• GPRS骨干网最初是建立在 IPv4 协议基础上的，随着 IPv6 的广泛使用， GPRS会最终采用 IPv6 协议。

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传输平台说明 4——子网相关融合协议（ SNDC

P ）• 这个传输功能将网络级特性映射到底层网络特性中去

• 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

• SNDCP在 GSM04.65 中有说明

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传输平台说明 5——逻辑链路控制（ LLC ）

• 是一种基于高速数据链路规程 HDLC 的无线链路协议，能够提供高可靠的加密逻辑链路

• 负责从高层 SNDC 层的 SNDC 数据单元上形成LLC 地址、帧字段，从而生成完整的 LLC 帧

• 可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制

• 独立于底层无线接口协议，这是为了在引入其他可选择的 GPRS 无线解决方案时，对网络子系统 NSS 的改动程度最小

• GSM04.64对 LLC 进行了规范

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传输平台说明 6——中继转发（ Relay ）

• 在 BSS 中，这项功能中继转发 Um和Gb 接口间的 LLC PDU

• 在 SGSN 中，这项功能是转发 Gb和 Gn接口间的 PDP PDU

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传输平台说明 7——GPRS 基站系统协议

（ BSSGP ）• 这层用来传输在 BSS和 SGSN 之间与选

路服务质量有关的信息• BSSGP没有纠错功能• GSM08.18对 BSSGP 进行了规范

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传输平台说明 8——网络服务（ NS ）

• 这层传输 BSSGP PDU

• NS以 BSS和 SGSN 之间的帧中继连接为基础，而且有多跳功能，并能横贯有帧中继交换节点的网络

• GSM08.16 对 NS 进行了规范

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传输平台说明 9——无线链路控制（ RLC） / 介质访问控制

（MAC ）• 这层具备两个功能： RLC和MAC• RLC 功能：提供一条独立于无线解决方

案的可靠链路• MAC 功能：

• 定义和分配空中接口的 GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享

• 将 LLC 帧映射到 GSM物理信道中去• GSM04.60对 RLC/MAC 进行了规范

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传输平台说明 10——GSM RF

• Um 接口的物理层为射频接口部分• GSM空中接口的载频带宽为 200kHz ，

一个载频分为 8 个物理信道• 如果 8 个物理信道都分配为传送 GPRS

数据，则原始数据速率接近 200kbit/s 。考虑前向纠错码的开销，最终的数据速率可达 164kbit/s左右。

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5.3.2 信令平台

• 信令平台描述了信令传输的层次结构，由一些用于控制和支持传输平台功能的协议组成

• 信令平台按其应用可以分为 7 个种类

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信令平台 1——MS-SGSN（图）

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信令平台 1——MS-SGSN

• 前页图中的 GMM/SM 是指 GPRS 移动性管理和会话管理

• 移动性管理包括 GPRS 服务连接、 GPRS 服务断开、安全、路由区更新、定位更新、 PDP环境激活、 PDP环境去活等。详见 5.4.3 移动性管理（MM）功能

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信令平台 2——SGSN-HLR

• 图中， MAP表示移动应用部分（MAP， Mobile Application Part ）

• 这个协议支持与HLR 的信令交换。

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信令平台 3——SGSN-MSC/VLR

• 图中 BSSAP+表示基站系统应用部分（ BSSAP， Base Station System Application+ ），是 BSSAP过程的一个子集，支持SGSN与MSC/VLR 之间的信令传送

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信令平台 4——SGSN-EIR

• 图示的信令平台表示移动应用部分（MAP ）支持 SGSN与EIR 间的信令传送。

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信令平台 5——SGSN-SMS-GMSC或 SMS-IWMSC

• 图示的信令平台表示移动应用部分（ MAP ）支持 SGSN与SMS-GMSC或SMS-IWMSC之间的信令传送。

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信令平台 6——GSN-GSN

• 用户数据报协议（ UDP ）用来传输两个GPRS 支持节点（ GSN ）之间的信令信息。

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信令平台 7——GGSN-HLR

• 当任选信令路径时，允许一个 GGSN 与一个 HLR 交换信令信息。通常有两种可供选择的信令路径实现方法：• 基于 MAP的 GGSN-HLR 信令• 基于 GTP和MAP的 GGSN-HLR 信令

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基于 MAP的 GGSN-HLR 信令

• 如果在GGSN 上安装有 SS7 接口，则在GGSN和HLR 之间就可以使用MAP 协议。

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基于 GTP和MAP的 GGSN-HLR信令

• 如果在 GGSN 上没有安装 SS7 接口，与GGSN 在同一 PLMN 中的任一具备 SS7 接口的 GSN 都能用作一个 GTP到MAP 协议的转换器，以便在 GPRS骨干网中，在 GGSN 和有协议转换功能的 GSN 之间通过隧道传输信令信息

• 下页图中的互联（ Interworking ）功能提供GTP和MAP 间的互联，以进行 GGSN-HLR间的信令传输

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基于 GTP和MAP 的GGSN-HLR 信令（图）

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第 4 节 GPRS 的高级功能

5.4.1 网络访问控制功能 5.4.2 分组选路和传输功能 5.4.3 移动性管理（MM）功能 5.4.4 逻辑链路管理功能 5.4.5 无线资源管理功能 5.4.6 网络管理功能

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5.4.1 网络访问控制功能

• 网络访问就是用户连接到电信网中以使用由这个网络所提供的服务或者设施的途径

• 访问协议是一组己定义了的过程，它能让用户使用到电信网络提供的服务或设施

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81网络访问控制功能说明表（一）

功能 功能说明

注册功能

通过注册功能，用户的移动 ID和用户在PLMN范围内的分组数据协议及其地址联系起来，还与连到外部 PDP网的用户访问点联系在一起。这种联系可以是静态的，即存储在一个 HLR中，还可以是动态的，即分布于每一个所必需的基站。

身份认证

和授权

该功能进行服务请求者的身份认证和识别，并验证服务请求类型以确保某个用户使用某特定网络服务的权限。

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网络访问控制功能说明表（二）

功能 功能说明

许可证控制功能

许可证控制的目的是为了计算需要那些网络资源以提供所要求的服务质量，并判断这些资源是否可用，然后预定这些资源。许可证控制与无线资源管理功能相辅相成，以估计每一个蜂窝对无线资源的需求程度。

消息筛选

用于滤除未授权或不请自来的消息，这可通过分组过滤功能来实现。

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网络访问控制功能说明表（三）

功能 功能说明

分组终端适配功能

该功能使从终端设备接收或向终端设备发送的数据分组经过适配，以适合于在GPRS网络中传输。

计费数据收集功能

收集有关按用户计费和按流量计费的必要数据。

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5.4.2 分组选路和传输功能

• 路由是一个有序的节点列表，用于在PLMN 内或 PLMN 之间传递信息

• 每一个路由均由源节点、零个或多个中继节点和目的节点所组成

• 路由选择是指根据一定规则，判断或选择在 PLMN 之内或之间传输消息所用路由的过程

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分组选路和传输功能主要项目功能说明表（一）

功能 功能说明中继功

能 是指一个节点接收来自第二个节点的信息，然后以一定路由把它转发到第三个节点。

路由选择功能

该功能决定要发送到目的地址的消息应经哪一个网络节点转发，以及决定使用哪一个底层服务来到达 GPRS 支持节点。且选择传输路径的下一跳 GSN 之间的数据传输可以通过具备内部选路功能的外部数据网进行。

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分组选路和传输功能主要项目功能说明表（二）

功能 功能说明

地址转换

和映射功能

地址转换就是将一个地址转换成另一个不同类型的地址，可以将一个外部网络协议地址转换成一个内部网络地址，以便在 PLMN 之间选择路由来发送分组。地址映射用于将一个网络地址映射成同类型的另一个网络地址已进行路由选择，并在 PLMN 之间或之内中继转发消息。

封包功能

封包是指将地址和控制信息加入到一个数据单元中，用以在 PLMN 之间或其内部为分组选择路由。解包是指将分组中地址和控制信息删除，还原出原始数据单元。

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分组选路和传输功能主要项目功能说明表（三）

功能 功能说明隧道传输功能

是指将封包的数据单元在 PLMN 内部从封包点到解包点的传输。隧道是一个双向的点对点路径。

压缩功能

以传输尽可能小的外部 PDP PDU 来优化无线信道容量的利用。

加密功能

对要在无线信道中传输的用户数据和信令加密，并保护 PLMN 不受入侵。

域名服务器

功能

用来把 GSN逻辑域名解析成 GSN 地址。解析PLMN 中位于 GPRS骨干网的 GSN 和其他 GPRS 节点的任何名字。

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5.4.3 移动性管理（ MM ）功能

• 移动性管理功能用于跟踪在本地 PLMN或其他 PLMN中MS 的当前位置

• 在GPRS 网络中的移动性管理涉及到新增的网络节点和接口以及参考点，与GSM 网中的有很大的不同。

1. 移动性管理状态的定义 2. 状态转移和功能 3. 移动性管理（MM）流程

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移动性管理状态的定义• 与 GPRS 用户相关的移动性管理定义了三种

不同的移动性管理状态1. 空闲（Idle）2. 等待（Standby）3. 就绪（Ready）

• 每一种状态都描述了一定的功能性级别和分配的信息

• 这些由MS和 SGSN 所拥有的信息集合称作移动性管理环境

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空闲（ Idle ）状态• 用户没有激活 GPRS 移动性管理• MS和 SGSN环境中没有存储与这个用户相关的有效

的位置信息或路由信息• 不能进行与用户有关的移动性管理过程• 由MS完成 PLMN选择、 GPRS选择和重选择过程• MS除了只能收到 PTM-M 的信息外，移动用户不能进行 PTP 数据的接收或发送，也不能进行 PTM-G 数据的传输，对用户的寻呼等功能也是不可用的

• MS 通过执行 GPRS激活过程在 MS和 SGSN 中建立MM环境

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等待（ Standby ）状态• 用户可进行 GPRS 移动性管理• 在MS和 SGSN 中的 MM环境已经创建了用

户的 IMSI

• MS 可以接收 PTM-M和 PTM-G 数据，也可以接收对 PTP或 PTM-G 数据传输所进行的寻呼，以及经由 SGSN 发送的 CS寻呼

• 不能进行 PTP 数据收发和 PTM-G 数据的发送。

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等待（ Standby ）状态• MS 执行 GPRS 路由区（ RA ）选择、 GPRS蜂窝选择和本地重选功能

• 当MS 进入一个新的路由区时 MS 会执行移动性管理过程来通知 SGSN

• 在同一路由区中改变蜂窝时就不需通知 SGSN

即在等待状态下 SGSN MM环境中的位置信息仅包含MS的 GPRS 路由区标识（ GPRS RAI ）

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等待（ Standby ）状态• MS 可启动 PDP环境的激活或去活。一个 PDP环境将

会在数据发送或接收前被激活• 如果 PDP环境己被激活， SGSN 可在 MM 等待状态下

接收移动终端的 PTP或 PTM-G 分组，并且 SGSN 会在这个 MS 所处的路由区中发送一个寻呼请求。当MS响应了这个寻呼， MS 中的 MM状态就会转变到就绪（ Ready ）状态。在 SGSN 中，如果它收到了 MS 对寻呼的回应信息，其MM状态也会转变到就绪状态。

• 当数据或信令从MS处发送时， MS的MM状态会改变到就绪状态。

• 当 SGSN收到 MS 发来的数据和信令时，其MM状态也会改变到就绪状态。

• MS 可以运行 GPRS断开（ Detach ）过程进入空闲状态

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就绪（ Ready ）状态• SGSN MM环境会对在相应的等待状态下的 MM环境进行扩充，它扩充了在蜂窝级的用户位置信息

• MS 执行移动性管理过程向网络提供实际所选择的蜂窝， GPRS 的蜂窝选择和重选由MS 在本地完成，或可以选择由网络控制来完成

• 在就绪状态下， MS 可以收发 PTP PDU 。• 在此状态下，网络启动对 MS的 GPRS 业务寻呼，

但对其他业务的寻呼由 SGSN 来完成。• SGSN 传送下行链路数据到当前负责用户蜂窝的

BSS 。

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就绪（ Ready ）状态• 在就绪状态下， MS 能收到 PTM-M和 PTM-

G 数据，而且 MS还可以激活或去活 PDP环境

• 不管某一无线资源是否已分配给了用户，即使没有数据传送， MM环境也保持就绪状态。

• 就绪状态由一个计时器监控，当就绪状态计时器超时时， MM环境就会从就绪状态转移到等待状态。

• MS 可以启动一个 GPRS 业务断开过程，来实现从就绪状态向空闲状态的转移。

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状态转移和功能

• 一个状态向另一个状态的转移，主要依据的是当前状态（空闲、等待或就绪）和当前所发生的事件（例如接入 GPRS业务），下页图描述了各种状态的变化。

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移动性管理状态模型图

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状态转移和功能• 从空闲状态转移到就绪状态

MS请求接入 GPRS 业务，开始建立一个到 SGSN 的逻辑链路，在 MS和 SGSN 中分别建立了 MM环境。

• 从等待状态转移到空闲状态等待状态计时器超时，在 MS和 SGSN 中的 MM环境和 PDP环境均返回到空闲状态即非激活状态。在SGSN 中的 MM和 PDP环境可能被删除，而 GGSN PDP环境将一定被删除。位置取消时， SGSN收到一个来自 HLR的MAP位置取消消息，它的 MM和 PDP环境会被删除。

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状态转移和功能• 从等待状态转移到就绪状态

PDU 发送时，为了响应一个呼叫， MS 会向 SGSN 发送一个 LLC PDU。 PDU 接收时， SGSN 接收来自MS的 LLC PDU 。

• 从就绪状态转移到等待状态• 就绪状态计时器超时， MS和 SGSN 中的 MM环境均返回到

等待状态。• 强制返回等待状态：在就绪状态计时器超时之前， MS或

SGSN 可能会发出一个返回到等待状态的信号，然后其MM环境会立即返回到等待状态。

• 当 RLC条件异常是， SGSN的MM环境也会返回到等待状态。

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状态转移和功能• 从就绪状态转移到空闲状态

• GPRS 业务断开（ Detach ）时， MS请求 SGSN 中的MM环境返回到空闲状态，以及 SGSN 中的PDP环境返回到非激活状态。

• 位置取消时， SGSN收到一个来自 HLR的MAP定位取消消息，它的 MM和 PDP环境会被删除。

• 对于匿名访问的情况，使用了一个简化了的 MM状态模型，它只由空闲状态和就绪状态所组成。 MS和网络会单独处理匿名访问移动性管理（ AA MM ）状态机制，并且它可与基于 IMSI的MM状态机制共存。在同一 MS和 SGSN 中，多个 AA MML状态机制可以同时共存。

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移动性管理（ MM ）流程• GPRS的MM 流程将使用 LLC和 RLC/MAC

协议，经 Um 接口来传输信息。 MM 流程将为底层提供信息，使得MM消息在 Um 接口可靠传输。

• MM 流程将 MAP 接口用于 SGSN和 VLR 之间（ Gr ）以及 SGSN和 EIR 之间（ Gf ），并且还将 BSSAP+ 接口用于 SGSN和MSC/VLR 之间（ Gs ）。

• 用户数据一般在 MM 信令过程期间传输。• 为减少丢失数据的重传，在业务接入、身份认

证和路由区更新过程中，不应传输用户数据。

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移动性管理（ MM ）流程

• 移动管理流程包括：• 业务接入功能• 业务断开功能• 清除功能• 安全功能• 位置管理功能• 位置管理过程

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5.4.4 逻辑链路管理功能

• MS 通过无线接口参与和维护某个 MS与PLMN 之间的通信通道

• 逻辑链路管理功能包括协调 MS与PLMN之间的链路状态信息，同时监管这个逻辑链路上的数据传输活动性。

• 逻辑链路管理功能详见下页表

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逻辑链路管理功能表

功能 逻辑链路管理功能逻辑链路建立功能 当MS 接入 GPRS 服务时，逻

辑链路就建立起来了逻辑链路维护功能 监控逻辑链路的状态，并控制

链路状态的改变逻辑链路释放功能 用于释放逻辑链路建立时所占

用的资源

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5.4.5 无线资源管理功能

• 无线资源管理功能参与无线通信路径的分配和维护

• GSM 无线资源能被电路模式（语音和数据）服务和 GPRS 服务之间所共享

• 无线资源管理功能说明参见下页表。• 详细信息请参考 GSM03.64

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无线资源管理功能表（一）功能 功能说明

Um 管理

功能

用来管理在每一蜂窝中所用的物理信道组，并决定分配给 GPRS 所使用的无线资源的数量。

蜂窝选择功能

该功能使得用户在同 PLMN建立通信路径时能选择最佳的蜂窝。

路径管理功能

用于管理 BSS与 SGSN 节点之间的分组数据通信路径。可根据数据流量动态建立和释放这些路径，又可根据每一蜂窝中的最大期望载荷静态地建立和释放这些路径。

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无线资源管理功能表（二）功能 功能说明

Um-tranx功能

提供通过在 MS和 BSS 之间的无线接口，进行分组数据传输的性能，包括以下几个方面：提供无线信道上的介质访问控制提供在普通物理无线信道中的分组多路传送功能提供 MS 内的分组识别提供错误诊断和纠正功能提供流量控制功能

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5.4.6 网络管理功能

• 提供相应的机制，支持与 GPRS 相关的操作和维护（ O＆M ）功能。

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第 5 节 GPRS 的主要接口

5.5.1 无线接口Um

5.5.2 Gb接口 5.5.3 Abis接口

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5.5.1 无线接口 Um

• 无线接口 Um 是移动台（ MS ）与基站（ BTS ）之间的连接接口（参见 5.2.2 GPRS逻辑体系结构图）

• GPRS 中接口标准遵循 GSM 系统的标准，一个TDMA 帧分为 8 个时隙，每个时隙发送的信息称为一个 " 突发脉冲串 "（ Burst ），每个 TDMA 帧的一个时隙构成一个物理信道

• 在 GPRS 系统中，一个物理信道既可以定义为一个逻辑信道，也可以定义为一个逻辑信道的一部分，即一个逻辑信道可以由一个或几个物理信道构成。

• MS与 BTS 之间需要传送大量的用户数据和控制信令，不同种类的信息由不同的逻辑信道传送，逻辑信道映射到物理信道上。

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1. 分组数据链路逻辑信道GPRS 系统定义了为分组数据而优化的逻辑信道

• 分组公共控制信道（ PCCCH， Packet Common Control Channel ）

• 分组广播控制信道（ PBCCH， Packet Broadcast Control Channel ）

• 分组业务信道（ PTCH， Pachet Traffic Channel ）

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分组公共控制信道 PCCCH

它包括如下一组传输公共控制信令的逻辑信道• 分组随机接入信道（ PRACH， Packet Randem Access

Channel ）：只存在于上行链路， MS 用来发起上行传输数据和信令信息。分组接入突发和扩展分组接入突发使用该信道。

• 分组寻呼信道（ PPCH， Packet Paging Channe1 ）：只存在于下行链路。在下行数据传输之前用于寻呼MS 。可以用来寻呼电路交换业务。

• 分组接入许可信道（ PAGCH， Packet Access Grant Channel ）：只存在于下行链路。在发送分组之前，网络在分组传输建立阶段向MS 发送资源分配信息。

• 分组通知信道（ PNCH， Packet Notification Channel ）：只存在于下行链路。当发送点到多点 - 组播（ PTM-M ）分组之前，网络使用该信道向MS 发送通知信息。

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分组广播控制信道 PBCCH

• 只存在于下行链路，广播分组数据特有的系统信息

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分组业务信道 PTCH• 分组数据业务信道（ PDTCH， Pachet Data Traffic Channe1 ）

• 用于传输分组数据。• 在 PTM-M 方式，该信道在某个时间只能属于一个 MS或者一组 MS 。• 在多时隙操作方式时，一个 MS 可以使用多个 PDTCH 并行地传输单个分组。• 所有的数据分组信道都是单向的，对于移动发起的传输就是上行链路（ PDTCH/U ），对于移动终止分组传输就是下行链路（ PDTCH/D ）。

• 分组相关控制信道（ PACCH， Packet Associate Control Channel ）：• 它携带与特定 MS 有关的信令信息。这些信令信息包括确认、功率控制等内容。

• 它还携带资源分配和重分配消息，包括分配的 PDTCH 的容量和将要分配的PACCH 的容量。

• 当 PACCH与 PDTCH共享时，就是共享时已经分配给MS 的资源。另外，当一个 MS正在进行分组传输时，可以使用 PACCH 进行电路交换业务的传输。

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GPRS逻辑信道表组别 名称 方向 功能

PCCCH

PRACH 上行 随机接入PPCH 下行 寻呼

PAGCH 下行 允许接入PNCH 下行 多播

PBCCH PBCCH 下行 广播

PTCHPDTCH 下行和上行 数据PACCH 下行和上行 随路控制

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2. 无线接口 Um 协议栈MS 与网络之间的通信涉及以下几个层次：

• 物理射频（RF）层• 物理链路层• 无线链路控制/媒体接入控制（RLC/MAC）层

• 逻辑链路控制（LLC）层• 子网相关融合协议（

SNDCP）层

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物理射频（ RF ）层 *

• 执行物理波形的调制和解调功能• 把物理链路层收到的比特序列调制成波形• 把接收的波形解调成物理链路层所需要的比特序列

• 物理 RF 层由 GSM05 系列标准定义，包括：• 载波频率的特点和 GSM 信道结构• 发送波形的调制方式和 GSM 信道的数据速• 发射机和接收机的特性及其要求。

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物理链路层 *

• 运行在物理 RF 层之上，使用物理 RF 层提供的服务，在 MS 和网络之间提供物理链路。

• 提供在物理信道上进行信息传输的服务，包括数据单元成帧、数据编码、检测和纠正物理介质上传输错误。

• 目标是通过 GSM 的无线接口传输信息，包括RLC/MAC 层的信息。

• 支持多个 MS共享一个物理信道。

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无线块结构 *

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物理链路层的控制功能 *

• 同步过程，包括决定和调整MS 定时提前的方法；

• 无线链路信号质量的监视和评估过程；• 小区选择和重选的过程；• 发射机的功率控制过程；电池功率管理过程 ！在 GPRS 中不使用网络控制的越区切换，而是由MS 执行小区的重新选择

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无线链路控制 / 媒体接入控制（ RLC/MAC ）层

• 数据链路层包括 RLC和MAC两个子层。• 使用物理链路层提供的服务，向上层（ LLC ）提供通过 GPRS 无线接口传输信息的服务。

• MAC 层定义了多个 MS共享传输媒体的过程（共享媒体由几个物理信道组成），提供了对多个 MS 的竞争仲裁过程、冲突避免、检测和恢复方法。

• MAC 层还允许单个的 MS 并行地使用几个物理信道。• RLC 功能定义了选择性重传未成功发送的 RLC 数据块的过程。

• RLC/MAC 功能提供了非确认和确认两种操作模式。

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子网相关融合协议（ SNDCP ）层

• 在MS和 SGSN 中，位于网络层之下，逻辑链路控制层（ LLC ）之上。

• 支持多种网络层，这些网络层分组数据协议共享同一个 SNDCP ，从而使来自不同数据源的多元数据都能通过 LLC 层。

• SNDC 实现下列功能：• 将接收自网络层的 SNDC 原语映射到要传递到 LLC 层的

LLC 原语，反之亦然。• 采用多路技术，将来自一个或多个 NSAPI的 N-PDUs 复用到

一个 LLC SAPI 上。• 对冗余控制信息和用户数据的压缩。• 分段和重组。

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5.5.2 Gb 接口 • 连接 BSS和 SGSN ，以进行信令信息和用户数

据的交换（参见 5.2.2 GPRS逻辑体系结构图） • 能使多用户复用同一物理资源。资源在用户活

动时（当数据发送或接收时）分配给用户，而在活动结束时会马上被收回并重新分配。

• GPRS 信令和用户数据在同一个传输平台上发送，不要求为信令分配专用的物理资源。

• 每用户的接入速率可以无限制的改变，从零数据到最大可能的链路速率（例如， El干线可用的比特率为 1984kbit/s ）。

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5.5.3 Abis 接口 • 当 GPRS MAC 层和 RLC 层的功能置于远离 BTS 的位置上时，应用 Abis 接口。如下页图所示。

• 当应用 Abis 接口时，信道编码器单元（ CCU ）和远端 GPRS 分组控制单元（ PCU ）之间的的带内信令传输要求使用 PCU 帧。

• PCU 帧为 320bit（ 20ms ）的固定长度的帧。

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Abis 接口与远端 PCU位置关系图

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Abis 接口• 如图，在结构 B和 C 中，分组控制单元 PCU被认为是远端 PCU 。

• 远端 PCU看作是 BSC 的一部分， BSC和PCU 之间的信令传输通过使用 BSC 内部信令执行。 。

• 不管远端 PCU 是置于 BSC端（图 B ）还是置于 GSN端（图 C ）， Abis 接口都是一样的。

• 在 B 中， PCU 作为到 BSC 的连接单元，在 C中， BSC对 16kbit/s 信道来说是透明的。

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Abis 接口PCU负责实现下列 GPRS MAC和 RLC 层的功能：• 把 LLC层 PDU 分块成 RLC块，用以下行链路传输；• 把 RLC块重组成 LLC层 PDU ，用以上行链路传输；• PDCH 时序安排功能，用以上行链路和下行链路的数

据传输；• PDCH 上行链路 ARQ 功能，包括 RLC块 ACK/NAK；• PDCH下行链路 ARQ 功能，包括对 RLC块的缓冲和

重组；• 信道访问控制功能，例如访问请求和授权；• 无线信道管理功能，例如功率控制、拥塞控制、广播

控制消息等。

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Abis 接口

• 信道编码器单元（ CCU ）的功能包括：• 信道编码功能，包括 FEC 和插入；• 无线信道测度功能，包括接收质量水平、接收信号水平以及与时间提前测度相关的信息。

• BSS负责无线资源的分配和回收，在PCU和 CCU 之间每隔 20毫秒发送一个PCU 帧。

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第 6 节 GPRS 计费管理

5.6.1 计费管理 5.6.2 计费信息 5.6.3 计费网关

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5.6.1 计费管理

• 分组交换服务的计费原理与电路交换服务的计费原理是不同的，分组交换服务是基于流量计费而电路交换服务是基于时间计费，因此， GPRS 的计费管理有别于 GSM 的计费管理

• GPRS 引入新的计费网关 CG 和计费中心 BC ，结合 SGSN和 GGSN 组件，构成一个计费系统。如下页图所示

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GPRS 的计费系统图

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计费管理• GPRS 的基本计费单元称为 CDR（ Call Detail

Record ）• 一个 CDR含有一个 PDP 通话（一个 PDP 上下文）期间收集的计费数据的参数。

• 若通话持续时间超过指定的时间或者流量计数器已计满，则产生计费信息的部分输出（部分CDR ）。

• 一个部分 CDR收集的计费参数短于一个 PDP通话周期期间的计费参数。

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计费管理

• GPRS 计费是基于流量（ IP负荷 ， SMS 数量）以及通话时长。

• 每个 PDP占用一定的计费时长。• 计费时长随着话务周期、 Qos、 PDP去

活以及 O&M参数（如 PDP 上下文超时、PDP 上下文 CDR门限值等）的不同而改变。

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计费管理• SGSN和 GGSN 使用计费识别符收集计费数据

CDR • 收集到的 CDR形成计费数据文件，计费数据文件又组合成计费记录输出 CRO（ Chzrge Record Output ）

• CRO 通过计费网关 CG以 FTP 协议传送到外部计费中心

• 计费中心得到 CRO 后，进行一系列的存储、处理，完成计费过程。

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5.6.2 计费信息• GPRS 网络中的计费信息是由给MS 提供服务的 SGSN和 GGSN从每一个 MS 中搜集。

• 有关无线网络使用的计费信息由 SGSN收集• 有关外部数据网络的使用的计费信息由 GGSN收集

• 这两个 GSN 都收集有关 GPRS 网络资源使用的计费信息

• 点对点计费信息是为 GPRS 用户搜集的。

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SGSN收集的计费信息• 无线接口的使用：计费信息应描述按照 QoS 和用户协

议分类的在 MO和MT 方向传输的数据量；• 分组数据协议地址的使用：计费信息应描述 MS 使用

了分组数据协议地址的时间长短；• GPRS 一般资源的使用：计费信息应描述其他 GPRS

相关资源的使用和 MS的 GPRS 网络活动（如移动性管理）；

• MS 的定位：本地公共陆地移动网络（ HPLMN ）、拜访地公共陆地移动网络（ VPLMN ）以及可选的更高精确度的定位信息。

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GGSN收集的计费信息• 目的端和源端：计费信息应能以 GPRS运营商

定义的精确程度来描述目的端和源地址；• 外部数据网络的使用：计费信息应能描述流入

和流出自外部数据网络的数据量；• 分组数据协议地址的使用：计费信息应能描述

MS 使用 PDP 地址的时间长短；• MS 的定位： HPLMN、 VPLMN 以及可选的

更高精确度的定位信息。

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5.6.3 计费网关 • 计费网关简化了计费系统中对 GPRS 计费的处

理，保障在移动网中方便地引入 GPRS 业务。• 在 GPRS 标准规范中，计费网关的功能性（ CGF ）既可以作为单独的中心网络单元来实现，也可以分布于各个 GSN 中。

• GPRS 计费网关（ BGw ）增强了 GSM 系统中计费系统的功能，提供了在 GPRS 标准中规范的所有高级功能。

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计费网关搜集的 CDR 类型• S-CDR ：与对无线网络的使用有关，从

SGSN 中得到• G-CDR ：与对外部数据网络的使用有关，从 GGSN 中得到

• M-CDR ：与移动性管理活动有关，从SGSN 中得到

• 与在 GPRS 中使用短消息业务相关的CDR 类型

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第 7 节 GPRS 组网

5.7.1 GPRS系统的无线网络结构 5.7.2 GPRS系统的组网 5.7.3 GPRS无线网组网 5.7.4 GPRS骨干网组网

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5.7.1 GPRS 系统的无线网络结构

一个 GPRS蜂窝网络由以下主要区域组成：• GPRS 服务区（ SA ）• 公共陆地移动网（ PLMN ）• SGSN 服务区• SGSN 路由区（ RA ）• 位置更新区（ LA ）• BSC 控制区• 基站小区

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GPRS 无线网络结构图

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GPRS 服务区（ SA ）

• MS 能获得 GPRS 服务的地理区域，也就是在一个 GPRS 网络内 MS 能够发送和接收数据的区域。

• 可以由一个或多个 PLMN 组成。

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公共陆地移动网（ PLMN ）

• 公共陆地移动网（ PLMN ）是由一个网络运营商提供的 GPRS 服务区域

• 一个 PLMN 可以由一个或多个 SGSN 路由区域组成。

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SGSN 服务区• SGSN 服务区是一个 SGSN 提供的网络

服务区域，也就是终端的登记区域。• 一个 SGSN 服务区可以由一个或多个

SGSN 路由区组成。• 一个 SGSN 服务区可以包含一个或多个

BSC 控制区。• 一个 SGSN 服务区并不需要与一个

MSC/VLR 服务区相同。

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SGSN 路由区（ RA ）

• RA 是位置更新区的一个子集，在 SGSN 路由区内， MS 移动时不需要更新SGSN

• 路由区的路由范围可以从一个城市的一部分到整个省份，甚至一个小国家

• 一个 RA 可以由一个或多个小区组成

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位置更新区（ LA ）

• LA是MS 移动时不需要更新 VLR 的区域

• 一个 LA 可以包含一个或多个基站小区（ Cell ）。

• LA 不同于 VLR区域，也不同于 MSC区域。

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BSC 控制区

• BSC 控制区是一个 BSC 控制的一个或多个小区组成无线覆盖区域

• BSC 控制区的边界与 LA区域的区界不需要一致。

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基站小区

• 是 GPRS 服务区中最小的地理单元，也是一个移动蜂窝网络的基本单元

• 由一个 BTS覆盖• 有两种类型的基站小区：

• 全向小区• 方向小区

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5.7.2 GPRS 系统的组网 由于 GPRS 的组件（ SGSN、GGSN、 PCU等）与原 GSM 组件之间的连接具有较大的灵活性，使得GPRS 系统的组网也具有较大的灵活性

• SGSN 可与多个 MSC 连接，一个 SGSN 服务区可包含多个 MSC/VLR 服务区

• SGSN和GGSN 可以分开配置，也可以合一配置。分开配置时，一个 GGSN 可以与多个 SGSN 连接；合一配置时， SGSN与GGSN 之间的通信协议可进行较大的简化和改进，提高系统的处理效率

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GPRS 系统的组网• PCU 可以作为独立设备，与多个 MSC 连接，也

可以和其中一个 BSC放置在一起• GGSN 可以配置 Gc 接口，也可以不配置 Gc 接口。

不配置 Gc 接口时，通过 SGSN 连接 HLR/GR• 在物理接口上， Gb 接口提供 E1 接口， SGSN和

BSC 的连接采用点到点方式连接，或连接 FR 网• Gn/Gp/Gi 接口采用 PPP over SDH、 PPP over

E1、 FR over E1、 ATM、 LAN 等多种接口

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GPRS 的组网结构图

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5.7.3 GPRS 无线网组网 • GPRS 无线组网有以下原则：

• 充分利用现有 GSM 系统的设备资源，保护 GSM的投资

• 与 GSM共用频率资源• 利用现有的基站实现无线覆盖，不单独增加 GPRS

基站。• 无线组网需要对 BTS、 BSC、MSC/

VLR、 HLR 等组件进行软件升级，并需增加PCU 组件。

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5.7.4 GPRS骨干网组网 *

• GPRS骨干网将成为未来业务和网络的通用平台， GPRS 组网的关键就是建设好 GPRS骨干网，且 GPRS骨干网的建设对于平滑过渡到 3G 具有重大意义

• 对 GPRS骨干网组网有以下建议：1. 全国移动 GPRS骨干网可以分阶段建设2. 省移动 GPRS骨干网的组网

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全国移动 GPRS骨干网可以分阶段建设

1. 首先组建省内 GPRS骨干网或中心城市组建市 GPRS骨干网

2. 省内 GPRS骨干网实现互通，有条件的省间 GPRS骨干网实现互通

3. 全国移动全网支持 GPRS 并实现互通4. 和国外 GPRS骨干网的组网

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省移动 GPRS骨干网的组网1. 在主要城市组建本地的 GPRS骨干网2. 中心城市的 GPRS 网络之间通过 DDN或光纤连接

3. 小城市的 GSN 结点通过 DDN直接连接中心城市的 GPRS骨干网

GPRS 的骨干网的联网也非常灵活，其传输层可采用 ATM、 FR、 LAN、 DDN和 ISDN等

GPRS 的内部和外部骨干网如下页图所示

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GPRS 内部骨干网和外部骨干网图

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第 8 节 GPRS 系统规划 *

• GPRS 系统是在原有的 GSM 网络的基础上建立起来，因此 GPRS 的系统规划和GSM 网络有着密切的关系

• GPRS 的容量与 GSM 网络的容量之间是互相制约的，前者的容量增大将会影响到后者话音信道的容量， GPRS 系统的传输速率取决于现有 GSM 的网络结构、同频干扰情况

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第 8 节 GPRS 系统规划• GPRS 系统采用分组交换技术取代电路交换技

术，增加了 SGSN和 GGSN 等网络结点，使得在 GPRS 系统规划时除了要考虑 GSM 网络规划外，还要考虑 GPRS独有的因素：• SGSN和 GGSN 的合理设置• IP 地址规划• 无线网络规划• 分组数据用户容量的测算• 对 GSM 网络话音的影响等。

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第 8 节 GPRS 系统规划

5.8.1 GPRS 系统容量的规划5.8.2 SGSN 的规划5.8.3 GGSN 的规划5.8.4 PCU 的规划5.8.5 IP 地址的规划5.8.6 网络建设需考虑的问题

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5.8.1 GPRS 系统容量的规划

• GPRS 系统是通过有效利用 GSM 网络中暂时没占用的话音信道来实现分组数据的传输。方式有两种：1. 利用专用的 PDCH ，这些 PDCH仅用于

GPRS ，不再承载 GSM话音信号，对GSM 的容量减少有着直接的影响；

2. 动态的 PDCH ，只在有需要时临时分配空闲的话音时隙用于 GPRS 的数据传输。

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GPRS 系统容量的规划• GPRS 系统的容量，与数据用户类型、时延、

速率、系统带宽有关。在分组数据业务中，用户使用并不是时时刻刻在占用信道。例如因特网浏览，用户点击一个站点，因特网以一定的速率下载数据至用户浏览器，下载完毕后用户可以看到完整的页面并需要花一定的阅读，在此段时间内，本地与因特网之间几乎不存在其他的数据交换，共享信道将分配给另外用户使用。

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GPRS 系统容量的规划• 占系统的总带宽可以取平均带宽，设用户下载

数据时间为 t1 ，下载速率为 v ，用户阅读时间为 t2 ，则平均带宽为： vA = （ v * t1） /（ t1+t2 ）

• 在一个实际的系统中，用户应用的种类不同，各种应用的用户所占的比率也不一样的

• 用用户模型可以计算出总的等效速率带宽 ，再根据系统总带宽数据率，粗略估算出系统能支持的用户。

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各种应用的用户数据模型表项目 速率

（ kb/s ）

使用次数 /忙时

使用时长（ s ）

等效带宽（ kb/

s ）浏览 33.6 1 600 5.6

Email 14. 4 1 120 0.5

FTP 56 1 600 9.3

移动大户室 1 10 60 0.2

POS 1 10 30 0.1

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5.8.2 SGSN 的规划

• 在 GPRS 系统规划中，可根据组网结构和 SGSN 的性能指标，来确定 SGSN 的数量。

• SGSN 通过 PCU 单元与 BSC 相连，根据 SGSN与 BSS 相连的不同情况，可以将 SGSN 组网划分为以下三种结构，三种结构均假设采用点对点连接。

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166SGSN 组网的第一种结构（图）

• 同一 MSC 内的所有 BSS 连到同一 SGSN ，不同的 MSC的 BSC 连到各自独立的 SGSN 。

• 这种结构较清晰，管理方便，对 SGSN 的容量要求较低，但投资成本较高。

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167SGSN 组网的第二种结构（图）

• 与同一个 SGSN 连接的 BSC 可以归属于不同的 MSC 。• 这种结构比较适合大城市， MSC 配置较多，要求

SGSN 的容量较大；若容量较小，只能用于 GPRS 业务需求较少但又要实现业务覆盖的地区。

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168SGSN 组网的第三种结构（图）

• 在同一个 MSC 内设置多个 SGSN 。• 这种情况适用于 GPRS 业务需求量很大的地区，

为满足分组用户的需求，甚至可能单个 BSC 连到独立的一个 SGSN 节点上。

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SGSN 的规划• 在 GPRS 建网初期，为节省投资及降低网络节点的风险，对于数据业务较少的地区，可以采用第二种方式，即只在 BSS 系统中增加 PCU 单元并提供传输电路，连到一个公共的 SGSN即可为用户提供服务。

• 待用户数业务量增加后，再进行扩容——减少接入一个 SGSN的 BSC 数量，并增加 SGSN 的数量。

• 在网络建设过程中，如果 SGSN 数量不多，建议BSC和 SGSN 之间采用点到点的方式连接，等到SGSN 增加到一定数量后采用帧中继方式连接，使系统的可靠性和效率更高，组网更加灵活。

• 不同 PLMN 网之间，如果 SGSN 需要连接，需增加BG边界网关来实现，两个 BG 之间采用 Gp 接口。

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典型的 SGSN 的性能指标 • Nokia 系统：

• 数据处理能力 48Mb/s ，容量步进 12Mb/s；• 用户容量 120， 000 ，容量步进 30， 000；• 96条 SS7 信令处理能力；• 1024×64kb/s 帧中继连接；• 240Mbit GTP缓存；• 240Mbit BSSGP缓存

• Erisson 系统：• SGSN25 ：同时连接最大用户数 2.5万，流量

24Mb/s；• SGSN100 ：同时连接最大用户数为 10万，流量为

120Mb/s 。

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5.8.3 GGSN 的规划 • GGSN 提供与 SGSN 的接口、与外部 PDN/ 外部 PLMN 的接口、路由选择与转发、流量管理、移动性管理和接入服务器等功能。

• 从外部 IP 网来看， GGSN 是一个拥有 GPRS网络所有用户的 IP 地址信息的主机，并提供到达正确 SGSN 的路由和协议转换的功能。

• GGSN根据所连接的网络不同分为两种情况：• 与另一个 PLMN 网连接• 与 PDN 连接两种方式所采用的接口均为 Gi 接口。在建网初期主要是与 PDN 连接，也可以与 SGSN 合设为混合的 GSN 节点。

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GGSN非透明接入方式图

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典型的 GGSN性能

• Nokia 系统：• 提供 80Mb/s 的数据处理能力；• 50， 000条 PDP 分组记录。

• Erisson 系统：• GGSN25 ：同时连接最大用户数为 2.5万，

流量为 24Mb/s 。• GGSN100 ：同时连接最大用户数为 10万，

流量为 120Mb/s 。

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5.8.4 PCU 的规划 • PCU 单元在 BSC与 SGSN两个节点之间提供基于帧中继的 Gb 接口，速率为 2Mb/s 。PCU在GPRS 中的配置方式主要有两种，如图所示

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PCU 的规划• （ a ）配置 把 PCU放在 BSC 一侧，物理上和

BSC共址• PCU与 BSC 之间的传输很容易实现。• 对 BSC容量较大的系统来说较合适；• 对于 BSC容量较小的系统，由于 BSC 数量相对较

多，这种配置将因网元过多而导致成本升高。• （ b ）配置 把 PCU放置在 GSN 一侧，物理上和 GSN 同址。• 可以实现多个 BSC共用同一个 PCU ，• 各 BSC到 PCU 之间的传输费用增加• 只适用于 BSC容量较小的系统，而且 PCU 要求有较大的容量和处理能力。

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典型的 PCU处理能力

Nokia 系统：• 一个 PCU板可连接 64 个小区、共 256

个时隙信道；• 带宽为 2Mb/s

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5.8.5 IP 地址的规划 • IP 地址是 GPRS 网络的重要资源，用于网络设备和用

户的标识• 在 GPRS骨干网中，在网络层使用 IP 协议，每个 SGSN和

GGSN 都有一个内部 IP 地址，用于骨干网内的通信。• 每一个 GPRS终端在与外部数据网连接时，如 IP 网，则需要

相应的 IP 地址良好的地址规划对于网络的发展和维护非常重要。

• GPRS 网络的 IP 地址可分为两种情况：• 内部 GPRS骨干网的地址• 与 Internet 相连所需要的地址

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内部 GPRS骨干网的地址• 用于

SGSN、 GGSN、 BG、 DNS、 DHCP、 CG 、网管设备、所用的所有路由器设备以及 WAP 网关等设备

• 可以采用 RFCl597文件中规定的保留地址。• 10.0.0.0 ~10.255.255.255（ 1个 A 类地址） ;

• 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255 （ 16 个相连的 B 类地址） ;

• 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255（ 256 个相连的 C 类地址）

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与 Internet 相连所需要的地址

• 这类地址为公用 IP 地址。• 若运营商把 GPRS 网络只作为承载网络与

Internet 相连，则公用 IP由 IAP 提供；• 若运营商同时作为 ISP 提供服务，则需要向

CNNICC申请公用的 IP 地址

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公用 IP 地址分配原则1. 所分配的地址尽量一次满足需要，使地址尽量连续以

减少路由表的规模。2. 地址需要统一管理，按需分配并确保有效利用。分配

地址数量按应用系统 IP 地址的利用率初期达到 25％、一年内达到 50％以上的原则分配。

3. 网络设备（路由器和 GGSN ）必须支持无类别域间路由技术（ CIDR， Class Inter Domain Routing ）和可变子网掩码（ VLSM， Variable Length Subnet Mask ）技术，对网络主机数少于 127 的一般采用子网地址进行分配，并根据应用系统实际的主机数量确定子网掩码

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5.8.6 网络建设需考虑的问题

• 跳频问题 • 数据对话音的影响 • 用户速率和 QoS 控制• 移动 IP话音

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跳频问题

• GPRS 系统，由于和话音相比，其交织深度小，冗余比特较少，特别是 CS3和CS4两种编码方式，跳频增益不如电路型业务，甚至会出现负的增益，因此在GPRS 系统建网初期可根据电路型业务和分组业务的重叠状况来决定是否采用跳频技术

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数据对话音的影响• 在 GSM 网络中，若系统仅传插话音，系统会

采取一些新技术，如不连续发射等，尽量让系统的总体信号电平降低，从而使系统干扰下降。

• 对于 GPRS 系统来说，原来的 "空闲 " 信道不再空闲，而且因为在这些信道中传输的是数据，不像话音有激活与静音之分。信道会时时刻刻被占用，这样的结果就会导致干扰比纯话音业务时大，从而相应影响了原来纯话音业务的网络质量和容量。

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用户速率和 QoS 控制• GPRS 系统共有四种编码方式，不同的编码方

式有不同的速率，同时对系统也有不同的载干比要求。

• 由于各种编码方式对无线环境要求不同，对于每个用户数据速率将会在动态的调整之中，用户的感觉会表现在速率与时延上。速率下降，时延就会增长，就是说分组业务系统中常用QoS 来表现系统的质量。

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移动 IP话音• 由于 GPRS 系统能提供中、高速分组数据传输能力，

利用 GPRS 网络实现移动话音 IP 化（即移动 IP 电话）是可行的。 GPRS 在一定程度上实现了移动 IP 业务，但话音业务和数据业务是分开交换的。

• GPRS 系统采用动态信道分配方式，只有传送分组数据时（说话时）才占用信道，不传送分组数据时（不说话时）则释放信道给其他用户。

• 移动话音 IP 化后，无线信道利用率比电路交换型电话的信道利用率大大提高，整个移动电话网的容量也将大大提高，能有效地解决无线资源日趋紧张的状况。

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移动 IP话音• 实现移动话音 IP 化后，如何保证移动 IP 电话的话音

质量是首先需要解决的问题。高话音质量所依赖的三点要素是：带宽、延时和抖动。

• 在 GPRS 网络的空中接口上，分配给用户的带宽是可变的，当 GPRS与 GSM共存一网时，如何有效协调GSM与 GPRS 的带宽是一个重要的问题。

• GPRS 的带宽有保证时，话音分组在空中接口的延时和延时抖动都可以减少。

• 另外，在 GPRS 上实现移动话音 IP 化，对 GSM 网络会造成什么样的影响，还需要进一步试验。

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课后作业1.GPRS 的含义？主要优势和问题各是什么？

2.GPRS 定义了哪 3类MS ，其选定由什么决定？

3.GPRS在 GSM PLMN 中引入了哪些新的网络节点？新增了什么控制单元？

4.对比 GSM与 GPRS 的计费