GPRS

GPRS原理

　　GPRS 区别于旧的电路交换（or CSD）连接，连接在Release 97之前（GSM电话功能还没怎么开发）就已经包含进GSM标准中。在旧有系统中一个数据连接要创建并保持一个电路连接，在整个连接过程中这条电路被独占直到连接被拆除。 GPRS 基于分组交换，也就是说多个用户可以共享一个相同的传输信道，每个用户只有在传输数据的时候才会占用信道。这就意味着所有的可用带宽可以立即分配给当前发送数据的用户，这样更多的间隙发送或者接受数据的用户可以共享带宽。 WEB浏览，收发电子邮件和即时消息都是共享带宽的间歇传输数据的服务。
　　通常GPRS数据的计费是不是按照电路交换方式的秒，而是千字节KB。电路交换方式下，即使网络上没有数据传输，其他用户也不能使用空闲的信道。
　　GPRS最初支持（理论上）互联网协议IP，点到点协议PPP和X.25连接。后者典型的应用是无线付费终端，尽管它已经作为标准需求被去除。X.25依然可以通过PPP甚至是IP得到支持, 但是这样做既不需要重新封装也不用集成什么到终端里。

GPRS网络结构

　　GPRS网络主要实体包括GPRS骨干网、GGSN、SGSN、本地位置寄存器HLR、移动交换中心(MSC，拜访位置寄存器(VLR)、移动台、分组数据网络(PDN)、短消息业务网关移动交换中，C,,(SMS．GMSC)和短消息业务互通移动交换中心(sMs．IWMSC)等。
　　GPRS网络引入了分组交换和分组传输的概念，这样使得GSM网络对数据业务的支持从网络体系上得到了加强。图2和图3从不同的角度上给出了GPRS网络的组成示意图。GPRS其实是叠加在现有的GSM网络的另一网络，GPRS网络在原有的GSM网络的基础上增加了SGSN（服务GPRS支持节点）、GGSN（网关GPRS支持节点）等功能实体。GPRS共用现有的GSM网络的BSS系统，但要对软硬件进行相应的更新；同时GPRS和GSM网络各实体的接口必须作相应的界定；另外，移动台则要求提供对GPRS业务的支持。GPRS支持通过GGSN实现的和PSPDN的互联，接口协议可以是X.75或者是X.25，同时GPRS还支持和IP网络的直接互联。

图1  GPRS网络结构

图2  GPRS网络组成

GPRS协议栈

　　GPRS协议规程体现了无线和网络相结合的特征。其中既包含类似局域网技术中的逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层，又包含RLC和BSSGP等新引入的特定规程。并且各种网络单元所包含的协议层次也有所不同，如PCU中规程体系与无线接入相关，GGSN中规程体系完全与数据应用相关，而SGSN规程体系则涉及两个方面，它既要连接PCU进行无线系统和用户管理，又要连接GGSN进行数据单元的传送。SGSN的PCU侧的Gb接口上采用帧中继规程，与GGSN侧的Gn接口上则采用TCP/IP规程，SGSN中协议低层部分，如NS和BSSGP层与无线管理相关，高层部分，如LLC和SNDCP则与数据管理相关。
　　由GPRS系统的端到端之间的应用协议结构可知，GPRS网络是存在于应用层之下的承载网络，它用于以承载IP或X.25等数据业务。由于GPRS本身采用IP数据网络结构，所以基于GPRS网络的IP应用规程结构可理解为两层IP结构，即应用级的IP协议以及采用IP协议的GPRS系统本身。
　　GPRS分为传输面和控制面两个方面。传输面为提供用户信息传送及其相关信息传送控制过程（如流量控制，错误检测和恢复等）的分层规程。控制面则包括控制和支持用户面功能的规程，如分组域网络接入连接控制（附着与去激活过程），网络接入连接特性（PDP上下文激活和去激活），网络接入连接的路由选择（用户移动性支持），网络资源的设定控制等。

GPRS接口种类

　　GPRS系统中存在各种不同的接口种类，如图所示。GPRS接口涉及帧中继规程、七号信令协议、IP协议等不同规程种类，内容非常多。以下分别予以简单介绍。

　　GPRS接口种类
　　① Gb接口
　　Gb链路提供BSS与SGSN之间的连接，用以传送小区管理和路由区切换信息，并进行MS与SGSN之间的数据传送。
　　② Gr接口
　　Gr接口指GPRS系统中SGSN与HLR之间的接口，用于传送MS的加密信息，鉴权信息和用户数据库信息等。
　　Gr接口采用CCS7规程，应用层采用MAP协议。
　　③ Gn/Gp接口
　　如图所示，Gn是同一个PLMN内部GSN之间的接口，Gp是不同PLMN中GSN之间的接口，Gn与Gp接口都采用基于IP的GTP协议规程，提供协议规程数据包在GSN结点间通过GTP隧道协议传送的机制。Gn接口一般支持域内静态或动态路由协议，而Gp接口由于经由PLMN之间路由传送，所以它必须支持域间路由协议，如边界网关协议BGP。
　　GTP规程仅在SGSN与GGSN之间实现，其他系统单元不涉及GTP规程的处理。
 

　　④ Gi接口
　　Gi接口是GPRS网络与外部数据网络的接口点，它可以采用X.25协议、x.75协议或IP协议等接口方式。其中与IP接口方式。在IP网络中，子网的链接一般通过路由器进行。因此，外部IP网认为GGSN就是一台路由器，他们之间可跟据客户需要考虑采用何种IP路由协议。
　　另外，根据协议和IP网络的基本要求，可由运营商在Gi接口上配置防火墙，进行数据和网络安全性管理；配置域名服务器进行域名解析；配置动态地址服务器进行MS地址的分配；配置Radius服务器进行用户接入鉴权等。
　　⑤ Gs接口
　　Gs接口为SGSN与MAC之间的接口，在Gs接口存在的情况下，MS可通过SGSN进行IMSI/GPRS联合附着、LA/RA联合更新，并采用寻呼协调通过SGSN进行GPRS附着用户的电路寻呼，从而降低系统无线资源的利用，减少系统信令链路负荷，有效提高网络性能。
　　⑥ Ga接口
　　SGSN/GGSN与计费网关CG之间的接口是用于传送计费信息，它采用类似GTP的GTP协议（如图）。
 

GPRS服务

　　GPRS提升GSM的数据服务性能：
　　点到点 (P2P) 服务： 连接 (IP protocols)IP网络 and X.25网络。
　　多播(P2MP)服务 ： 一点到多点的组播和多方通话。
　　短信服务 (SMS)： 发送SMS。
　　多媒体短信(MMS)： 发送携带语音和图像信息的短消息。
　　因特网服务提供商服务： 提供互联网内容服务。
　　邮件服务通过POP3或者IMAP协议检查阅读发送电子邮件
　　匿名服务： 匿名访问预定服务
　　未来功能： 灵活加入新的功能，例如更大容量，更多用户，新的资源和无线网络。

GPRS特点

　　GPRS，通用无线分组业务是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。GPRS充分利用共享无线信道，采用IPOverPPP实现数据终端的高速、远程接入。作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术（2.5G），GPRS在许多方面都具有显著的优势。
　　GPRS有下列特点：
　　1、可充分利用现有资源—中国移动全国范围的电信网络--GSM，方便、快速、低建设成本地为用户数据终端提供远程接入网络的部署；
　　2、传输速率高，GPRS数据传输速度可达到57.6Kbps，最高可达到115Kbps—170Kbps，完全可以满足用户应用的需求，下一代GPRS业务的速度可以达到384Kbit/s；
　　3、接入时间短，GPRS接入等待时间短，可快速建立连接，平均为两秒；
　　4、提供实时在线功能“alwaysonline”，用户将始终处于连线和在线状态，这将使访问服务变得非常简单、快速；
　　5、按流量计费，GPRS用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，用户可以一直在线，按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时，用户即使挂在网上也是不收费的。
　　GPRS业务，具有接入迅速、永远在线、流量计费等特点，在远程突发性数据实时传输中有不可比拟的优势，特别适合于频发小数据量的实时传输,因而GPRS业务在某些行业上有特殊的应用。

GPRS的技术构成

　　GPRS是由ETSI 定义的一种数据无线传输技术，其目的是在GSM 等移动通信网络上实现高速移动数据业务。为了实现预期目的，GPRS 采用了多种技术手段这也正是GPRS 优于其他移动数据业务的主要技术特点：
　　1、以分组方式在GSM网路上传送数据和信令，优于无线和有线网络资源，在无线子系统和有线网路子系统之间保持严格分界，使有线网路子系统可以与其他无线接入技术相连。
　　2、定义了新的GPRS 无线信道，时隙分配灵活，每个TDMA帧可有1~8 个时隙，并可以为不同用户所分享。这样，对于每个用户，GPRS 可以提供9~170Kbps 的速率。因此，GPRS 可以支持从低速短消息到高速Web 浏览的各种应用，同时，GPRS 也容许用户在收发数据同时接听语音呼叫。
　　3、通过TCP/IP 和X.25 接口，通过与现有标准数据业务的无缝连接。GPRS 能以快速预约的方式开始数据传输，通常为0.5~1s，这就意味着数据用户不必等待手机拨号，无需建立完全的端到端连接。
　　GPRS 的系统中，SGSN 为本服务区内的GPRS 用户提供分组路由，SGSG 完成的功能主要有移动性管理，逻辑链路管理，分组路由与传送，数据计费，联系HLR、MSC 及BSC 等；GGSN 提供与其他GPRS 网路及外部数据网的接口，GGSN 完成的功能主要有ISP 选择，移动台鉴权，IP 主机配置等。
　　与电路交换式数据呼叫不同，GPRS 分组是从基站发送到SGSN,而不是通过MSC 连接到语音网络上。SGSN 与GGSN 进行通信，GGSN 对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet。来自Internet 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。
　　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。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为GPRS 专用信道。
　　根据欧洲ETSI 的GSM2+阶段的建议，GPRS 分为两个发展阶段（即Phase1 和Phase2）。GPRS 的Phase1 阶段将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。
　　上述功能业务中最重要的是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 Phase2 阶段的规范尚在制定中，它能提供更多的新功能和新业务。

GPRS和电路交换数据业务的比较