GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能、協(xié)議總結(jié)一、GPRS 概述1、小區(qū)和路由區(qū)一個路由區(qū)有若干個鄰近小區(qū)組成小區(qū)（CGI ）：一組無線電基站提供服務(wù)的區(qū)域路由區(qū)：用來平衡位置更新業(yè)務(wù)和尋呼業(yè)務(wù)小區(qū)重新選擇：MS

GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能、協(xié)議總結(jié)

一、GPRS 概述

1、小區(qū)和路由區(qū)

一個路由區(qū)有若干個鄰近小區(qū)組成

小區(qū)（CGI ）：一組無線電基站提供服務(wù)的區(qū)域

路由區(qū)：用來平衡位置更新業(yè)務(wù)和尋呼業(yè)務(wù)

小區(qū)重新選擇：MS 從一個基站轉(zhuǎn)移到另一個基站

位置更新：MS 改變了小區(qū)，則執(zhí)行位置更新程序通知網(wǎng)絡(luò)。

尋呼：數(shù)據(jù)到達(dá)空閑的MS ，網(wǎng)絡(luò)便發(fā)布通告，要求與此移動臺建立通信。

小區(qū)追蹤：正在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的移動臺，網(wǎng)絡(luò)在小區(qū)級別上進(jìn)行追蹤，即網(wǎng)絡(luò)對正在使用的小區(qū)進(jìn)行追蹤。

路由區(qū)追蹤：處于空閑狀態(tài)的移動臺，網(wǎng)絡(luò)在路由區(qū)級別上進(jìn)行追蹤，即網(wǎng)絡(luò)追蹤路由區(qū)域。

GSM 網(wǎng)中每個小區(qū)和一個位置區(qū)域（LA ）相聯(lián)系

GPRS 網(wǎng)中每個小區(qū)和一個路由區(qū)（RA ）相聯(lián)系

2、接入SGSN

授權(quán)：驗(yàn)證移動臺用戶信息的過程

鑒權(quán)：驗(yàn)證移動臺身份的過程

SGSN 追蹤MS ，確定MS 的位置

MS 創(chuàng)建一個PDP 地址（如IP 地址）后，才可以開始傳輸數(shù)據(jù)分組

3、PDP 數(shù)據(jù)分組協(xié)議前后關(guān)系（上下文）

PDP 地址可以是X.25、IP 或兩者都是

每個PDP 地址都固定在GGSN

靜態(tài)分配的PDP 地址：通常鎖定在用戶本網(wǎng)的GGSN 中

動態(tài)分配的PDP 地址：通常鎖定在用戶本網(wǎng)或用戶所訪問的網(wǎng)絡(luò)中

創(chuàng)建PDP 地址：在現(xiàn)有SGSN 和鎖定PDP 地址的GGSN 之間建立聯(lián)系

PDP 前后關(guān)系（上下文）：SGSN 保持的記錄和GGSN 認(rèn)定這一聯(lián)系

一個MS 只能附屬于一個SGSN ，而它卻可以擁有多個PDP 地址，并且同時處于活動狀態(tài)。每一個地址鎖定在不同的GGSN 中。

4、GPRS 終端

分為A 、B 、C 三類

5、GPRS 的應(yīng)用

網(wǎng)上聊天、文本和可視信息、靜態(tài)圖像、動態(tài)圖像、網(wǎng)頁瀏覽、文檔共享/協(xié)同工作、音頻、工作分派、企業(yè)內(nèi)部電子郵件、因特網(wǎng)電子郵件、車輛定位、遠(yuǎn)程局域網(wǎng)接入、文件傳輸、家庭自動化

6、GPRS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

新的標(biāo)準(zhǔn), 提供與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的高效數(shù)據(jù)分組路由和傳送

提供的業(yè)務(wù)包括:

– 直接 IP 連接

– 點(diǎn)對點(diǎn) 或 點(diǎn)對多點(diǎn)

使用現(xiàn)有的BSS 基礎(chǔ)設(shè)施提供增值業(yè)務(wù)

新增兩個網(wǎng)絡(luò)單元：SGSN 、GGSN

PCU 分組控制單元：將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)指向GPRS 網(wǎng)，PCU 在基站子系統(tǒng)外為分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供物理接口和邏輯接口。

當(dāng)話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在用戶終端初始化時，就通過空中接口傳輸?shù)紹TS ，且以標(biāo)準(zhǔn)GSM 呼叫的同樣方式從BTS 傳輸?shù)紹SC 。在BSC 的輸出端，話務(wù)量被分開了：語

音信號傳送到標(biāo)準(zhǔn)GSM 的MSC ，數(shù)據(jù)信號通過幀中繼接口的PCU 發(fā)送到SGSN 上。 分組數(shù)據(jù)傳輸速率9.6~171kbit/s

SGSN/VLR MSC/VLR

域名服務(wù)器（DNS ）：把域名轉(zhuǎn)化為IP ，反之亦然

動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP ）：為移動臺提供自動尋址和重新尋址。

數(shù)據(jù)路由：GPRS 網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)之一是移動用戶收發(fā)的數(shù)據(jù)分組路由。這一特點(diǎn)可以分為兩方面：數(shù)據(jù)分組路由和移動性管理

GPRS 移動性管理：

MS3個狀態(tài)：空閑、守候、就緒

向激活移動臺的分組傳輸是從分組尋呼開始的，分組尋呼通知移動臺準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)分組。分組尋呼通過有尋呼消息表示的信道后，數(shù)據(jù)傳輸立即開始進(jìn)行。分組尋呼消息的目的是簡化接收分組的過程。移動臺只接聽分組尋呼消息，而不是下行信道中所有數(shù)據(jù)分組，從而大大減少電池的耗費(fèi)。

設(shè)置守候狀態(tài)的主要原因：減少GPRS 網(wǎng)中由于小區(qū)信息更新所引起的負(fù)荷并保留移動臺的電池消耗。當(dāng)移動臺處于守候狀態(tài)時，SGSN 無需知道每個小區(qū)的變化，只需知道每個路由區(qū)的變化。

7、GPRS 協(xié)議

GSM RF 層：管理MS 和BSS 間的物理連接，這一層實(shí)際上對應(yīng)于BTS 中的信道

編解碼單元CCU 。分為物理RF 層（與調(diào)制與解調(diào)任務(wù)相對應(yīng)，GSM 中采用GMSK 調(diào)制和Viterbi 解調(diào)）、物理鏈路層（在射頻接口的物理信道上提供信息的傳輸：主要完成信道編碼（FEC 前向糾錯）、交織、射頻信道測量（接收質(zhì)量和信號電平、定時提前量、物理鏈路擁塞檢測）、無線電管理過程（小區(qū)選擇/再選擇、功率控制、DRX ））

注：加密功能由LLC 邏輯鏈路控制層完成。

媒體接入控制層（MAC ）：使多個MS 分享同一的傳輸媒體。它直接與物理層連接。在上行鏈路上（如一MS 初始接入），MAC 作用是對在多個用戶同時提出申請接入時，對有限的物理資源進(jìn)行合理的管理。解決機(jī)制：基于時分的ALOHA 協(xié)議。MAC 層的協(xié)調(diào)功能還解決一個MS 內(nèi)不同業(yè)務(wù)對有限的無線信道資源的競爭。

在下行鏈路上（如MS 終端），MAC 對接入請求進(jìn)行排隊并制定接入時間表。 MAC 層也對將發(fā)送的數(shù)據(jù)賦予不同的優(yōu)先級，而后按優(yōu)先級的次序進(jìn)行傳輸。信令數(shù)據(jù)比用戶數(shù)據(jù)有更高的優(yōu)先級。信令和用戶數(shù)據(jù)復(fù)合后進(jìn)入傳輸介質(zhì)。

MAC 層關(guān)鍵標(biāo)識符：TBF 、TFI 。3種媒體接入方式：固定分配、動態(tài)分配、擴(kuò)展動態(tài)分配。

無線鏈路控制層（RLC ）：主要負(fù)責(zé)對發(fā)網(wǎng)空中接口的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段和重組。支持兩種操作模式：回復(fù)（進(jìn)行有選擇的重發(fā)）或不回復(fù)（不能保證RLC 塊的成功發(fā)送）。

邏輯鏈路控制層（LLC ）：在MS 和SGSN 之間提供了一個高可靠性的加密邏輯鏈路。該邏輯鏈路通過TLLI 來識別。LLC 層獨(dú)立于低層無線接口協(xié)議，支持MS 和SGSN 間點(diǎn)對點(diǎn)及點(diǎn)對多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。LLC 層用戶SNDCP 、GMM/SM、SMS 。功能：證實(shí)用非證實(shí)消息的傳遞、流量控制、幀錯誤檢測。

LLC 層業(yè)務(wù)接入點(diǎn)（SAP ）指第三層協(xié)議提供業(yè)務(wù)的地方，LLC 層共給上層用戶提供了6個SAP （4個專用于SNDCP 層、1個專用于GMM 、1個專用于SMS ）。每個SAP 通過SAPI 來標(biāo)識。

GPRS 移動性/會話管理（GMM/SM）：包括連接、認(rèn)證和傳遞會話管理報文（包括PDP 上下文激活和去激活）等。GMM 子層中使用分組TMSI （P_TMSI）來標(biāo)識一個MS ，但要用TLLI 來對無線資源尋址。

子網(wǎng)相關(guān)匯聚協(xié)議層（SNDCP ）：主要功能是多個PDP 上下文的復(fù)用、用戶數(shù)據(jù)的壓縮和解壓縮、協(xié)議控制消息的壓縮和解壓縮、將網(wǎng)絡(luò)層分組數(shù)據(jù)單元（N-PDU ）

分解為LLC-PDU ，同時將LLC-PDU 組裝成N-PCU 。

網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層（NS ）：主要功能是網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)PDU 的傳輸、網(wǎng)絡(luò)擁塞指示、狀態(tài)指示。分為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)子網(wǎng)部分（定義了所用的第二層協(xié)議（如幀中繼、ATM 等））和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)控制部分（NS-VC 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)控制實(shí)體對等層之間的虛電路，由NS-VCI 標(biāo)識；對于幀中繼網(wǎng)絡(luò)，NS-VC 就是PVC 永久虛連接，由DLCI 標(biāo)識PVC ）。負(fù)荷分擔(dān)。

BSS 的GPRS 協(xié)議層（BSSGP ）：主要功能是提供與無線相關(guān)的數(shù)據(jù)、QoS 和選路信息，以滿足在BSS 和SGSN 之間傳輸用戶數(shù)據(jù)時的需要。BSSGP 虛連接（BVC ）是網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)給BSSGP 實(shí)體提供的通信路徑，由BSSGP 虛連接標(biāo)識符（BVCI ）標(biāo)識。每個BVC 由一組NS-VC 支持，每組NS-VC 支持一個或多個BVC 。BVCI 和NSEI 一起標(biāo)識SGSN 中的一個BVC 。BSSGP 中用BVCI 來標(biāo)識一個小區(qū)。

GPRS 隧道協(xié)議（GTP ）：用于GPRS 骨干網(wǎng)中GSN 節(jié)點(diǎn)之間的接口協(xié)議，由GTP 信令和數(shù)據(jù)傳輸程序組成。GTP 協(xié)議僅由SGSN 和GGSN 執(zhí)行。GPRS 規(guī)范中規(guī)定了采用無連接路徑協(xié)議UDP/IP傳送GTP 信令信息，選取UDP/IP無連接路徑或TCP/IP面向連接路徑上建立的隧道傳送用戶分組數(shù)據(jù)。

BSSAP Subset of BSSAP procedures BSSAP程序子集

GPRS 的RR 狀態(tài):分組傳輸模式、分組空閑模式

GTP 協(xié)議（GPRS 隧道協(xié)議）：GPRS 網(wǎng)把所有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議封裝到自己的封裝協(xié)議中。目的為了確保骨干網(wǎng)的安全性，簡化路由機(jī)理及數(shù)據(jù)在GPRS 網(wǎng)上的傳輸。 Gb ：PCU 與SGSN 之間，用于幀中繼；

Gr ：SGSN 與HLR 之間，用于移動應(yīng)用部分（MAP ）的擴(kuò)展；

Gn ：SGSN 與GGSN 之間，用于GTP （隧道）協(xié)議；

Gi ：GGSN 與PDN 之間（X.25和因特網(wǎng)協(xié)議（IP ））；

Gs ：SGSN 與MSC/VLR之間，用于支持同步的GPRS 和GSM 操作，它與基站移動請求部分（BSSMAP ）相同，但可任意選擇；

Gd ：通過GPRS 傳送SMS 消息（與GSM 的MAP 相同）；

Gc ：GSN 與HLR 之間（與MAP 相同，可選項(xiàng)）。

每個SGSN 用幀中繼網(wǎng)絡(luò)連接到PCU

SGSN 和GGSN 在基于IP 路由的GPRS 骨干網(wǎng)連接在一起。GPRS 利用GTP 協(xié)議來開拓協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU ）。GPRS 通過封裝和拆裝傳輸相應(yīng)的PDU 。

GTP IPv4被用作GPRS 骨干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。

GPRS 支持MS 與IP 和X.25的互通，IP 優(yōu)先，X.25次之。

8、TDMA-GPRS 物理信道（時隙）

已經(jīng)分配給GPRS 業(yè)務(wù)的物理信道叫做分組數(shù)據(jù)信道（PDCH ）

各種邏輯信道的組合可以映射成一個物理信道。物理信道也可以合起來以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)需求動態(tài)地為GPRS 優(yōu)選可變的物理信道的數(shù)目。

9、GPRS 邏輯信道

GSM 中，邏輯信道表示特定的實(shí)體之間的信息流。邏輯信道是在物理信道（如PDCH ）中實(shí)現(xiàn)。多個邏輯信道利用一個超幀結(jié)構(gòu)以時分方式映射到同一個物理信道。幾個組合邏輯信道可以通過多元化方式映射到同一個物理信道。

10、GPRS 設(shè)備的功能

信道編解碼單元（CCU ）：處理新的編碼方案（及任何壓縮編碼技術(shù)），位于BTS 中，其功能是信道編解碼功能（如前向糾錯和空中接口的交織）、無線信道測量（接受信號的質(zhì)量）、無線管理等。

分組控制單元（PCU ）：提供與GPRS 網(wǎng)（幀中繼）的接口并管理時隙分配

第三層的業(yè)務(wù)要通過一個業(yè)務(wù)接入點(diǎn)（SAP ）提供，每一個節(jié)點(diǎn)都分配了稱為業(yè)務(wù)接入點(diǎn)標(biāo)識（SAPI ）的不同標(biāo)識。與SAP 相連的可以是一個或多個終端，該SAP 通過一個數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識（DLCI ）來識別。

數(shù)據(jù)鏈路連接：MS 與BTS 之間存在對等協(xié)議，兩者之間的虛擬連接叫做數(shù)據(jù)鏈路連接。

Agprs 接口（分組化的無線接口）：BSC 與PCUSN 之間，同步面向連接的鏈路，由專用Agprs PCM64kbps 信道組成，支持一個信令64kbps 的LAPD 信道（T1上是TS-24；E1上是TS-16或TS-31），傳輸3種不同的SAPI ：

SAPI0：Agprs RSL無線信令鏈路=共享GSM 和GPRS ，傳送專用于對GSM 和GPRS 之間GPRS 時隙和動態(tài)無線電時隙進(jìn)行分配的所有消息

SAPI1：Agprs GSL GPRS無線信令鏈路=RACH，直接分配，尋呼，為MS 建立許可的臨時塊流（TBF ）的信道請求，為TBF 下行鏈路建立從PCU 到MS 的尋呼請求。 SAPI62：Agprs OML 操作維護(hù)鏈路=無線電配置，傳送專用于對GSM 和GPRS 之間GPRS 時隙和動態(tài)無線電時隙進(jìn)行分配的所有消息

Gb 接口（分組網(wǎng)絡(luò)接口）：異步非連接的

SGSN 功能：移動性管理（MM ）（可實(shí)現(xiàn)會話管理，狀態(tài)控制-移動臺狀態(tài)，數(shù)據(jù)分組在下行鏈路的傳輸，包括位置跟蹤等）、利用網(wǎng)際協(xié)議（IP ）在第三層傳輸分組數(shù)據(jù)、鑒權(quán)、加密、壓縮等；臨時存儲功能、SGPR 連接、啟動去連接請求、用戶的入網(wǎng)信息。

GGSN 功能：SGSN 和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的互連點(diǎn)，提供GPRS 用戶和IP 之間的安全通信，在GPRS 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自身內(nèi)提供隧道能力，完成類似于網(wǎng)關(guān)移動交換中心的功能，接近于IP 的路由器。

HLR ：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，任何網(wǎng)絡(luò)中（邏輯上）只存在一個HLR ，盡管HLR 可能是分布式的。存儲的信息與網(wǎng)絡(luò)中注冊的所有用戶有關(guān)，包括用戶的ID 、MSISDN 、IMSI 、當(dāng)前（交換區(qū)）位置和所選擇的用戶開戶入網(wǎng)服務(wù)（包括給定的服務(wù)質(zhì)量（QoS ）、靜態(tài)分配PDP 地址、漫游許可等）等。

VLR 功能：擁有與HLR 類似的信息、與每個MSC 一對一的關(guān)系、暫存存儲器（LAI 、存儲鑒權(quán)參數(shù)、MSRN 、TMSI 或P_TMSI）

BG 邊界網(wǎng)關(guān)：提供PLMN 間和內(nèi)部PLMN 骨干網(wǎng)之間的接口，提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性，支持不同網(wǎng)絡(luò)間的漫游協(xié)議。

SS7到IP 的網(wǎng)關(guān)(SIG)功能：提供IP 網(wǎng)絡(luò)中GPRS 節(jié)點(diǎn)和SS7網(wǎng)絡(luò)中GSM 節(jié)點(diǎn)之間的互連。SIG 負(fù)責(zé)從GSM HLR 到恰當(dāng)?shù)腟GSN 的路由消息。SIG 把SS7網(wǎng)上由GSM HLR 引起的TCAP/GSM MAP編碼消息轉(zhuǎn)換成用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議/因特網(wǎng)協(xié)議消息，對Gr 接口實(shí)現(xiàn)MAP/IP到MAP/TCAP的轉(zhuǎn)換。

域名系統(tǒng)：建立域名和IP 地址之間的映射關(guān)系

動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP ）：配置參數(shù)——動態(tài)分配IP 地址、子網(wǎng)掩碼、缺省路由器（GGSN 地址）、域名系統(tǒng)（DNS ）服務(wù)器；將IP 地址和配置信息動態(tài)分配給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，減少為網(wǎng)絡(luò)使用的手動配置計算機(jī)的管理負(fù)荷。為了實(shí)現(xiàn)通信，每個系統(tǒng)必須至少應(yīng)擁有IP 地址、子網(wǎng)掩碼、路由器地址。

計費(fèi)網(wǎng)關(guān)功能（CGF ）：確保計費(fèi)準(zhǔn)確無誤。由計費(fèi)記錄采集器、集中處理器、數(shù)據(jù)流分配器三個功能區(qū)組成。

管理維護(hù)中心（OMC ）功能：所有交換部件和規(guī)程的事件和報警，故障管理，性能管理，安全管理等。包括OMC-R （管理PCUSN ）、OMC-D （管理GPRS 核心網(wǎng)設(shè)備，包括GGSN 、SGSN 、SIG 、公共服務(wù)（PS ）（如DNS/DHCP）、RADIUS ）、OMC-S （管理GSM

核心網(wǎng)設(shè)備）。

網(wǎng)絡(luò)管理中心（NMC ）功能：主干路由管理、高級報警、OMC 輔助。在整個國家或地區(qū)網(wǎng)絡(luò)中，所有OMC 都要向NMC 提供報告。

11、GPRS 主要工作過程

移動管理（MM ）：MS 能夠發(fā)送數(shù)據(jù)前，必須先進(jìn)行GPRS 連接（MS 與網(wǎng)絡(luò)（SGSN ）之間的連接過程），建立與某個SGSN 的連接，并被分配P_TMSI后，分配一個臨時邏輯鏈路標(biāo)識（TLLI ）。連接后，就能為一個或多個分組數(shù)據(jù)協(xié)議（PDP ）的一個或多個路由環(huán)境而與SGSN 進(jìn)行協(xié)商。

GPRS 用戶3種MM 狀態(tài)：空閑、就緒（定位到小區(qū)級）、等待狀態(tài)（定位到路由區(qū)級）

GPRS 附著：需要MS 的P_TMSI和其所在區(qū)域的（RAI ）

IMSI 附著：GSM 所特有，若MS 還沒分配TMSI 或P_TMSI，則可通過GPRS 連接實(shí)現(xiàn) IMSI/GPRS附著

由MS 發(fā)起的GPRS 去附著

由網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的GPRS 去附著

由MS 發(fā)起的PDP 上下文激活

由網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的PDP 上下文激活

來自MS 的GPRS 數(shù)據(jù)傳輸

GPRS 數(shù)據(jù)向MS 傳輸

由MS 發(fā)起的PDP 上下文去激活

由網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的PDP 上下文去激活

安全功能：鑒權(quán)（加密密鑰Kc 、隨機(jī)數(shù)RAND 、認(rèn)證響應(yīng)SRES ）、加密

Web 接入

12、射頻和MS-PCUSN 接口

GSM RF 層：管理MS 和BSS 間的物理連接，這一層實(shí)際上對應(yīng)于BTS 中的信道編解碼單元CCU 。分為物理RF 層（與調(diào)制與解調(diào)任務(wù)相對應(yīng)，GSM 中采用GMSK 調(diào)制和Viterbi 解調(diào)）、物理鏈路層（在射頻接口的物理信道上提供信息的傳輸：主要完成信道編碼（FEC 前向糾錯）、交織、射頻信道測量（接收質(zhì)量和信號電平、定時