GPRS 相关知识

1、gprs概述
gprs(general packet radio service)是通用分组无线业务的简称,它是一种基于分组交换
传输数据的高效率方式。gprs将深刻地改变终端用户使用移动数据计算的体验。gprs最显著
的优点就是能够提供比现有gsm网9.6kbit/s更高的数据率,可达170kbit/s。巨大的吞吐
量改变了单一的面向文本的无线应用,使得包括图片、话音和视频的多媒业务成为现实。移
动用户再也不必通过拨号专门的isp(internet service provider)来收发e-mail和浏览web
页,gprs提供了无缝、直接的internet网连接。gprs支持x.25协议和对internet具有深远影
响的ip协议。对于gsm网现有电路交换数据业务(csd)和短消息业务(sms)来说,gprs是一种
补充而不是替代。gprs根据用户需要灵活地动态分配无线资源,从而实现多用户共享,提高
频率利用率。同时计费也将由传统的按时方式改为根据用户数据的传输量来计费。gprs不仅
被欧洲的第二代移动通信系统gsm支持,同时也被北美的is-136支持。它的高数据率能够提
供第三代中的部分多媒体业务且在时间进程上提前几年,并且当第三代真正到来的时候,对
于那些没有第三代经营权的运营商来说,gprs仍不失为一种竞争业务,因此gprs被认为是第
二代移动通信系统向第三代演进的重要一步,目前几大电信公司如nokia、motorola、
simens等都在积极参与gprs的提供。
2、gprs的逻辑结构
gprs从逻辑上来说,可以在gsm网络结构中增添两个新的网络节点来实现。这两个节点是:
* gprs业务支持节点(serving gprs support node,sgsn);
* gprs网关支持节点(gateway gprs support node,ggsn)。
gsm标准03.60对新增节点之间及新增节点与gsm网原有节点之间的接口进行了新的定义,如
图1所示。
此主题相关图片如下:
图1 gprs的逻辑结构……信令接口 --信令和数据传输接口
支持节点gsn(gprs support node)具有支持gprs的全部功能。在一个plmn中允许有多个
gsn。
分组数据网络对pdp(packet data protocol)的地址进行分析后从ggsn接入gprs网。ggsn负
责存储已经激活(attached)gprs业务的用户的路由信息,并能根据该信息将pdus(protocol
data units)通过隧道(tunnel)技术发送到ms的当前注册点,也就是sgsn。ggsn可以通过gc
接口(如果存在)从hlr查询该移动用户当前的位置信息。ggsn是pdn(packed data network)
与支持gprs的gsm plmn互联的第一个节点(即gi参考点由ggsn支持)。
sgsn是当前正在为ms提供业务的节点(即gb接口由sgsn支持)。在激活gprs业务时,sgsn负责
与ms建立移动性和安全保密性的有关信息。在pdp信息被激活时,sgsn负责与ggsn建立路由
的pdp信息。
sgsn与ggsn的功能既可以由一个物理节点全部实现,也可以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。gp接口具有gn接口的全部功能以及plmn之间相互通信所需的安全功能。通过gs接
口,sgsn可以向msc/vlr传送ms的位置信息,并能收听来自msc/vlr的寻呼请求。
3、gprs中的移动性管理(mm,mobility management)功能
gprs的mm功能包括激活、去活、安全保密、位置管理、用户管理等。对gprs用户的移动性管
理体现为ms在
此主题相关图片如下:
图2 移动性管理状态模型
三种mm状态之间的相互转换。这三种状态是:空闲(idle)、守候(standby)、准备(ready)。
某一时刻的ms总是处于三种状态之一(状态转换关系见图2)。
空闲状态下,用户尚未激活gprs的移动性管理。ms与sgsn中还没有存储用户的有效位置信息
或路由信息,此时不执行与用户有关的任何移动性管理,ms不能接收除ptm-m(point to
mu ltipoint-multicast)以外的任何消息。当ms向sgsn发起激活请求并被接受后,ms就转
入准备状态,此时ms可以收/发pdp(packet data protocol)pdus,可以接收ptm-m和ptm-
g(point to multipoint-group)消息。准备状态下,不管有没有为用户分配无线资源,即
使没有数据发送,都应始终维持mm联系。有一个专门的定时器有用于监测准备状态下的活
动,当定时满时,ms转入守侯状态。ms向sgsna发出去活gprs的请求并被接受后,ms转入空
闲状态。
守侯状态下,ms与sgsn已经为用户的imsi(international mobile station identity)建立
了mm联系(context)。此时ms可以接收ptm-m和ptm-g数据,也可以接收寻呼ptp或ptm-g的
消息和信令以及由sgsn发送的寻呼cs(circuit switched)业务的消息。但是ms不能收/发
ptp数据以及传送ptm-g数据。当ms对寻呼消息做出响应时,ms转入准备状态,而sgsn在收
到ms返回的寻呼响应时转入准备状态。
ms中存储的mm信息有imsi、mm状态(空闲、准备或守侯)、p-tmsi(packet temporary
mobile subscriber identity)、p-tmsi签名(用于身份验证、当前路由区(ra)、当前小区
识别(ci)、当前使用的密钥kc、密钥序列号cksn、加密算法、pdp信息等。msc/vlr中存储
imsi、sgsn编号。hlr存储imsi、msisdn、sgsn编号、sgsn地址、ggsn列表、pdp信息等。
sgsn存储imsi、mm状态、p-tmsi、p-tmsi签名、imei(international mobile equipment
identity)、msisdn、ra、ci、kc、cksn、加密算法、pdp信息等。
移动管理的协议由三部分构成,它们是um接口采用的llc和rlc/mac协议,sgsn和hlr(gr)之
间,sgsn和eir(gf)之间采用的map协议,sgsn和msc/vlr(gs)之间的bssap+协议。
下面重点介绍一下mm中的激活过程和位置管理过程。
(1)激活过程
①ms向新sgsn发送激活请求消息,消息中包括p-tmsi+旧的rai(没有可用的p-tmsi时用
imsi)、cksn、激活类型(只激活gprs、imsi已被激活的情况下激活gprs、gprs/imsi联合激
活三者之一)、drx参数、旧p-tmsi签名。
②新sgsn向旧sgsn发送身份认证请求消息(p-tmsi、旧rai、旧p-tmsi签名),以获取ms的
imsi。旧sgsn回送认证响应消息(imsi,鉴权三参数组),如果旧sgsn不能认证ms,将回送相
应的出错原因。
③如果新、旧sgsn都无法认证ms,那么新sgsn将向ms发送认证请求消息(认证类型=imsi),
ms回送响应消息(imsi)。
④ms、新sgsn、hlr之间进行保密鉴权。
⑤ms、新sgsn、eir之间进行imei检查。
⑥如果是初次激活或者再次激活时sgsn编号已改变(比较上次而言),sgsn要通知hlr。由新
sgsn向hlr发送位置更新消息(sgsn编号、sgsn地址、imsi);hlr向旧sgsn发送位置消除消息
(imsi,消除类型);旧sgsn应答(imsi);hlr向新sgsn发送插入用户数据消息(imsi,gprs用
户数据);新sgsn检查ms在新ra的合法性,如果ms是局部受限用户而不允许在新ra激活,则
新sgsn向hlr返回应答(imsi,sgsn区域受限),拒绝激活请求。如果是其他原因不允许激
活,则返回hlr的是应答(imsi,原因)。如果ms经检查合法,则返回应答(imsi);hlr向新
sgsn回送位置更新应答。
⑦如果第①点中的激活类型为后两者(imsi已被激活的情况下激活gprs、gprs/imsi联合激
活),当sgsn与msc/vlr之间的gs接口存在时,要更新vlr。vlr的编号从ra获取。新sgsn向
新msc/vlr发送位置更新请求消息(新lai、imsi、sgsn编号,位置更新类型);新vlr向hlr
请求位置更新(imsi,新vlr);hlr通知旧vlr消除位置信息(imsi);旧vlr对hlr应答
(imsi);hlr向新msc/vlr发送插入用户数据消息(imsi,gsm用户数据);新vlr应答hlr
(imsi)。这时新msc/vlr向新sgsn发送位置更新接受的响应(vlrtmsi)。
⑧新sgsn向ms发送激活接受消息(p-tmsi,vlrtmsi,p-tmsi签名)。
⑨ms向新sgsn回送激活完成消息(p-tmsi,vlrtmsi)。
⑩新sgsn向新msc/vlr发送tmsi再分配完成消息(vlrtmsi)。
(2)位置管理过程
ms将接收到的ci、rai与其存储的ci、rai进行比较,如发现不同,则要发起位置更新请求。
当ms处于准备状态时,ci改变时要发起小区更新请求。当ms处于守侯状态时,它只能发起ra
更新请求,而在同一ra内ci改变时,不能发起更新请求。ra更新分为sgsn内部ra更新与sgsn
之间的ra更新两种。这里介绍较为复杂的sgsn之间的ra更新。
①ms向新sgsn请求ra更新(旧rai,旧p-tmsi签名,更新类型)。
②新sgsn向旧sgsn发送获取ms的mm和pdp信息的请求(旧rai,tlli,旧p-tmsi签名,新sgsn
地址),旧sgsn响应。
③ms、新sgsn、hlr之间进行安全保密验证。
④新sgsn通知旧sgsn已经准备好接收被激活的pdp信息。
⑤旧sgsn将滞留的分组单元转发给新sgsn。
⑥新sgsn向ggsn发送pdp更新请求(新sgsn地址、tid(tunnel identifier)、协商的qos),
ggsn响应(tid)。
⑦新sgsn向hlr请求位置更新(sgsn编号、sgsn地址、imsi)。
⑧hlr通知旧sgsn取消位置(imsi、取消类型),旧sgsn响应(imsi)。
⑨hlr向新sgsn发送插入用户数据消息(imsi、gprs用户数据),新sgsn响应(imsi)。
⑩hlr对新sgsn的位置更新请求进行应答(imsi)。
新sgsn向ms发送ra更新接受消息(p-tmsi、p-tmsi签名、收到的n-pdu编号)。
ms向新sgsn发送ra更新完成消息(p-tmsi、收到的n-pdu编号)。
4、结 论
gprs是一种能够提供高速率数据的先进业务,它的运营实施将向提供多媒体业务的第三代移
动通信迈进一大步。移动通信中ms的位置总是在频繁变化,继而影响到对用户的管理、无线
资源的分配、通信连接的建立等,因此移动性管理(mm)是至关重要的问题,研究gprs中的移
动性管理意义深远。
gprs网中ip地址的规划
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,因此,
ip地址是gprs网络的重要资源,用于网络设备和用户的标识,良好的地址规划对于网络的发
展和维护是非常重要的。
gprs网络的ip地址可分为两种情况:内部gprs骨干网的地址和与internet相连所需要的地
址。
第一种用于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。
保留地址分为三段:
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)。
第二类地址为公用ip地址。这些地址是为了和internet互联所需的地址。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。
一般地址分配原则如下:
a. 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。
b. 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。
c. 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。
gprs缩略语
a
aa-匿名接入
apn-接入点名称
arp-地址解析协议
arq-自动请求重发
atm-异步转移模式
auc-鉴权中心
b
bb-骨干网承载电路
bcch-广播控制频道
bcf-基站控制功能
bcs-块校验序列
bec-后向错误纠正
bg-边界网关
bs-计费系统
bsc-基站控制器
bss-基站子系统
bssgp-gprs基站子系统协议
bts-基站收发信机
bvc-bssgp虚拟连接
bvci-bssgp虚拟连接标识
c
cg-计费网关
cgf-计费网关功能
cgi-小区全球识别
ci-小区身份
clnp-无连接网络协议
clns-无连接网络服务
cmip-通用管理信息协议
cons-面向连接网络协议
crc-循环冗余码校验
cs-电路交换,编码方案
cu-小区升级
d
db-数据库
dl-下行链路
dlci-数据链路连接标识
dnic-数据网络标识码
dns-域名系统
e
eir-设备标识寄存器
etsi-欧洲电信标准委员会
f
f/w-防火墙
fh-帧头
ftp-文件传输协议
g
ggsn-网关 gprs支持节点
gmsc-网关msc
gprs-通用分组无线服务
gre-通用选路封装
gsm-全球移动通信系统
gsn-gprs支持节点
gtp-gprs隧道协议
i
imei-国际移动设备标识符
imsi-国际移动用户标识符
ip-internet协议
ipv4-internet协议4版
ipv6-internet协议6版
isp-internet业务提供商
l
lac-位置区域码
lan-局域网
llc-逻辑链路控制
llm-逻辑链路管理
llme-逻辑链路管理实体
m
mac-媒体接入控制
mcc-移动业务国家代码
mnc-移动网码
mo-移动台主叫
ms-移动台
msc-移动交换中心
mt-移动终端
mtp2-消息传送层2
mtp3-消息传送层3
n
ne-网络单元
nfs-网络文件系统
ngaf-非gprs告警标志
nmg-网络管理网关
nmn-网络管理节点
n-pdu-网络协议数据单元
nse-网络业务实体
nss-网络交换子系统
o
omc-运行和维护中心
osf-操作系统功能
osi-开放系统互连
p
pacch-分组组合控制信道
pagch-分组接入确认信道
pbcch-分组广播控制控制信道
pc-功率控制
pccch-分组共用控制信道
pcu-分组控制单元
pdc-分组数据通信
pdch-分组数据信道
pdn-分组数据网
pdp-分组数据协定
pdtch-分组数据业务信道
pdu-协议数据单元
pl-物理链路
ppp-点到点协议
psdn-分组交换数据库
pspdn-分组交换公众数据网
pstn-公共交换电话网
ptm sc-点到多点业务中心
ptm-点到多点
ptm-g-点对点-群呼
ptm-m-点对多点-广播
p-tmsi-分组tmsi
ptp-点对点
pvc-永久虚电路
q
qos-服务质量
r
rlc-无线链路控制
s
sap-业务接入点
sc-业务中心
sdu-业务数据单元
sgsn-业务gprs支持节点
sim-用户身份卡
sms-短信息业务
sm-sc-短信息-业务中心
smss-交换和管理子系统
sndc-子网独立会聚
sndcp-子网独立会聚协议
ss#7-7号信令系统
svc-交换虚电路
t
ta-预先定时
tcp-传输控制协议
tdma-时分多址
tepi-隧道端点标识
tepig-ggsn中的隧道端点标识
tepis-sgsn中的隧道端点标识
tid-隧道标识
tlli-临时逻辑链路标识
trau-变码器和速率适配单元
trx-transmitter-receiver
u
udp-用户数据报协议
ul-上行链路
v
vpn-虚拟专用网

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