GPRS业务应用 - 大星号

自从首次实现文本信息传输以来，无线数据应用已经历了飞跃式的增长，单是看看欧美知名厂商大肆宣传通用分组无线业务(GPRS)的劲头，似乎也能让人感到下一代移动数据应用时代的行将来临。将在99年底或是2000年初开启的通用分组无线业务GPRS ，作为迈向第三代个人多媒体业务的重要里程碑，将使移动通信与数据网络合二为一，使IP业务得以引入广阔的移动市场。尽管目前移动数据的使用相对较少，但在某些市场中，不同的用户群却正在快速发展，其推动力量主要是在移动领域中采用数据业务的商业市场。不论是爱立信、诺基亚还是阿尔卡特，几乎所有宣传GPRS的厂商都以商业用户市场的快速成长来游说运营商。GSM系统的分组移动数据通信（即GPRS）是基本分组无线业务，采用分组交换的方式，数据速率最高可达164kb／、它可以给GSM用户提供移动环境下的高速数据业务，还可以提供收发Emai1、Internet例览等功能。
GPRS的功能和业务
GPRS是一种新的GSM数据业务，它可以给移动用户提供无线分组数据接入股务。GPRS主要是在移动用户和远端的数据网络（如支持TCP／IP、X.25等网络）之间提供一种连接，从而给移动用户提供高速无线IP和无线X.25业务。
■GPRS采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。假如把空中接口上的TDMA帧中的8个时隙都用来传送数据，那么数据速率最高可达164kb／8.GSM空中接口的信道资源既可以被话音占用，也可以被GPRS数据业务占用。当然在信道充足的条件下，可以把一些信道定义GPRS专用信道。
■要实现GPRS网络，需要在传统的GSM网络中引入新的网络接口和通信协议。目前GPRS网络引入GSN（GPRS Surporting Node）节点。移动台则必须是GPRS移动台或GPRS／GSM双模移动台。
■根据欧洲ETSI的GSM第2＋阶段的建议， GPRS分为两个发展阶段（即Phase 1和Phase2）。
GPRS的Phase l阶段将能支持下列功能和业务：
TCP／IP和X.25业务
全新的GPRS空中接口加密技
GPRS附加业务
增强型的短信业务（E一SMs）
GPRS分组数据计费功能，即根据数据量而采取计费上述功能业务中最显著的是TCP／IP和X.25功能。GSM网络可以通过TCP／IP和X.25为用户提供电子邮件、WWW浏览、专用数据、LAN接入等业务。GPRS Phase 2阶段的规范尚在制订之中，它将能提供更多的新功能和新业务。
GPRS的网络结构
■GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在现有的GSM网络中需要增加一些节点，如GGSN（Gateway GPRS Supporting Node ，网关GPRS支持节点）和SGSN（Serving GSN ，服务GPRS支持节点）。
■GPRS网络参考模型如图1所示。GSN是GPRS网络中最重要的网络节点。GSN具有移动路由治理功能，它可以连接各种类型的数据网络，并可以连到GPRS寄存器。GSN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。GSN可以是一种类似于路由器的独立又备，也可以与GSM中的MSC集成在一起。
■GSN有两种类型：一种为SGSN（Serving GSN ，服务GSN），另一种为GGSN（Gateway GSN ，网关GSN）， SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文献中，把GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP／IP或X.25网络。
■另外，有的厂商提出了GR（GSMRegister ， GPRS数据库）的概念。GR类似于GSM中的HLR ，是GPRS业务数据库。它可以独立存在，也可以和HLR共存，由服务器或程控交换机实现。GR这个名称在ETSI的建议中没有专门提及。
■GPRS网络结构中还引入了下列新的网络接口：
Gn ， GSN主干网接口，用于各种GSN之间
Gb ， BSS和sGsN之间的接口。
Gr ， SGSN和HLR之间的接口。
Gp ，不同的GSM网络（不同的PLMN）之间的接口。
Gs ， SGSN和MSC之间的接口。
GPRS协议模型
■Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信协议有5层，自下而上依次为物理层、MAC Mdium Access Control）层、LLC（Logical Link Control）层、SNDC（Subnetwork Dependant Convergence）层和网络层。
■Um接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。GSM空中接口的载频带宽为20OkHz ，一个载频分为8个物理信道。
■假如8个物理信道都分配为传送GPRS数据，则原始数据速率可达20Okb／s 。考虑前向纠错码的开销，则最终的数据速率可达164kb/s左右。
■MAC为媒质接入控制层。MAC的主要作用是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。GPRS的逻辑信道共有3类，分别是公共控制信道、分组业务信道和GPRS广播信道。公共控制信道用来传送数据通信的控制信令，具体又分为寻呼和应答等信道。分组业务信道用来传送分组数据。广播信道则是用来给移动台发送网络信息。
■LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议。LLC层负责在高层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。另外， LLC可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制。
■BSS中的LLR层是逻辑链路传递层。这一层负责转送MS和SGSN之间的LLC帧。LLR层对于SNDC数据单元来说是透明的，即不负责处理SNDC数据。
■SNDC被称为子网依靠结合层。它的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。
■网络层的协议目前主要是Phase l阶段提供的TCP／IP和L25协议。TCP／IP和X.25协议对于传统的GSM网络设备（如BSS和NSS等设备）是透明的。GPRS的路由治理
■GPRS的路由治理是指GPRS网络如何进行寻址和建立数据传送路由。GPRS的路由治理表现在以下3个方面：移动台发送数据的路由建立；移动台接收数据的路由建立；以及移动台处于漫游时数据路由的建立。
　■对于第一种情况，如图3中的路径1所示。当移动台产生了一个PDU（分组数据单元），这个PDU经过SNDC层处理，称为SNDC数据单元。然后经过LLC层处理为LLC郑通过空中接口送到GSM网络中移动台所处的SGSN 。SGSN把数据送到GGSN 。GGSN把收到的消息进行解装处理，转换为可在公用数据网中传送的格式（如PSPDN的PDU），最终送给公用数据网的用户。为了提高传输效率，并保证数据传输的安全，可以对空中接口上的数据做压缩和加密处理。
■在第二种情况中，一个公用数据网用户传送数据到移动台。首先通过数据网的标准协议建立数据网和GGSN之间的路由。数据网用户发出的数据单元（如PSPDN中的PDU），通过建立好的路由把数据单元PDU送给GGSN 。而GGSN再把PDU送给移动台所在的SGSN上GSN把PDU封装成SNDC数据单元，再经过LLC层处理为LLC帧单元，最终通过空中接口送给移动台。
■第三种情况是一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户。其数据必须要经过归属地的GGSN ，然后送到移动用户A 。空中按口的信道构成 GPRS空中接口的信道构成如下：
■PDTCH（Pachet Data Traffic Channe1），分组数据业务信道。这种信道用来传送空中接口的GPRS分组数据。
■PPCH（Packet Paging Channe1），分组寻呼信道PPCH用来寻呼GPRS被叫用户。
■PRACH（Packet Randem Access Channel），分组随机接入信道。GPRS用户通过PRACH向基站发出信道请求。
■PAGCH（Packet Access Grant Channel），分组接人应答信道。PAGCH是一种应答信道，对PRACH作出应答。
■PACCH（Packet Asscrchted Control Channel），分组随路控制信道。这种信道用来传送实现GPRS数据业务的信令。
根据欧洲ETSI的GSM2 阶段的建议， GPRS可分为两个发展阶段（即Phase1和Phase2）。
其中GPRS的Phase1阶段能支持下列功能和业务：
● TCP/IP和X.25业务；
● 全新GPRS空中接口加密技术；
● GPRS附加业务；
● 增强型的短信业务（E-SMS）；
● GPRS分组数据计费功能，即根据数据量计费。
上述功能中最为显著的是TCP/IP和X.25功能。GPRS的主要应用集中于“移动办公室”领域。移动办公室应可支持任何基于Internet的传统应用，如文件传输、个人治理器、电子邮件的发送和接收以及利用万维网在Internet上进行冲浪等。
2． GPRS的技术优势
（1）资源利用率高在GSM网络中， GPRS首先引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。按电路交换模式来说，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道。在会话期间，许多应用往往有不少的空闲时段，如上Internet浏览、收发E-mail等等。对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了“得到多少、支付多少”的原则。实际上， GPRS用户的连接时间可能长达数小时，却只需支付相对低廉的连接费用。
（2）传输速率高 GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率（最高值为171.2kbit/s ，不包括FEC）。这意味着在数年内，通过便携式电脑， GPRS用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。
（3）接入时间短分组交换接入时间缩短为少于1