GPRS技术

概述

　　GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。它经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。GPRS(General Packet Radio Service)是一种以全球手机系统（GSM）为基础的数据传输技术，可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。
　　GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。如此，使用者既可联机上网，参加视讯会议等互动传播，而且在同一个视讯网络上（VRN）的使用者，甚至可以无需通过拨号上网，而持续与网络连接。 　　1.应用上的特点
　　目前，用手机上网还显得有些不尽人意。因此，全面的解决方法GPRS也就这样应运而生了，这项全新技术可以令您在任何时间、任何地点都能快速方便地实现连接，同时费用又很合理。简单地说：速度上去了，内容丰富了，应用增加了，而费用却更加合理。
　　(1)高速数据传输
　　速度10倍于GSM，更可满足您的理想需求，还可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件，可谓不一般的巨大进步。
　　(2)永远在线
　　由于建立新的连接几乎无需任何时间(即无需为每次数据的访问建立呼叫连接)，因而您随时都可与网络保持联系，举个例子，若无GPRS的支持，当您正在网上漫游，而此时恰有电话接入，大部分情况下您不得不断线后接通来电，通话完毕后重新拨号上网。这对大多数人来说，的确是件非常令人恼火的事。而有了GPRS，您就能轻而易举地解决这个冲突。
　　(3)仅按数据流量计费
　　即根据您传输的数据量(如：网上下载信息时)来计费，而不是按上网时间计费也就是说，只要不进行数据传输，哪怕您一直“在线”，也无需付费。做个“打电话”的比方，在使用GSM+WAP手机上网时，就好比电话接通便开始计费；而使用GPRS+WAP上网则要合理得多，就像电话接通并不收费，只有对话时才计算费用。总之，它真正体现了少用少付费的原则。
　　2.技术上的特点
　　数据实现分组发送和接受，按流量计费；56~115Kbps的传输速度.
　　由于使用了"分组"的技术，用户上网可以免受断线的痛苦(情形大概就跟使用了下载软件NetAnts差不多)。此外，使用GPRS上网的方法与WAP并不同，用WAP上网就如在家中上网，先"拨号连接"，而上网后便不能同时使用该电话线，但GPRS就较为优越，下载资料和通话是可以同时进行的。从技术上来说，声音的传送(即通话)继续使用GSM，而数据的传送便可使用GPRS，这样的话，就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。而且发展GPRS技术也十分"经济"，因为只须沿用现有的GSM网络来发展即可。GPRS的用途十分广泛，包括通过手机发送及接收电子邮件，在互联网上浏览等。
　　现在手机上网的口号就是"always online"、"IP in hand"，使用了GPRS后，数据实现分组发送和接收，这同时意味着用户总是在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。对于继续处在难产状态的中国移动／联通WAP资费政策，如果将CSD(电路交换数据，即通常说的拨号数据，欧亚WAP业务所采用的承载方式)承载改为在GPRS上实现，则意味着由数十人共同来承担原来一人的成本。
　　GPRS的最大优势在于它的数据传输速度不是WAP所能比拟的。目前的GSM移动通信网的传输速度为9.6kbps，GPRS手机在今年年初推出时已达到56Kbps的传输速度，到现在更是达到了115Kbps（此速度是常用56Kmodem理想速率的两倍）。
　　GPRS是以分组交换的方式进行数据传输，由于是分组交换，因此在网络资源的利用率上较电路交换有了很大的提高，而且GPRS可以同时进行语音与数据的传递，并且计费可以完全按照产生的流量来统计。而现有的WAP的承载是电路交换（CSD）方式，电路交换方式数据与话音不能同时进行，在收费模式上也是按照时长来收费。
　　实际上WAP本身与GPRS本质上不具有可比性，现有WAP上的内容在GPRS上面一样可以浏览和应用，只不过GPRS使现有的CSD方式的WAP更快、更方便、收费更合理，对WAP的服务内容也会由于网络的技术进步而有较大的促进和改善。
　　长远来看，WAP现在用的是CSD(电路交换数据)的GSM数据业务，以后WAP也可以转为使用GPRS这种新的GSM网络作为承载方式。
　　所以，GPRS不会取代WAP，举一个形象的例子：GPRS和现在的CSD方式的GSM数据业务都是马路，WAP则是马路上的汽车，WAP现在行驶在两车道上，GPRS提高了数据传送速度，是8车道，可以说GPRS增强了WAP业务，现有WAP上的内容一样可以通过GPRS进行浏览和应用。
　　GPRS的应用，迟些还会配合Bluetooth(蓝牙技术)的发展。到时，数码相机加了bluetooth，就可以马上通过手机，把像片传送到遥远的地方，也不过一刻钟的时间，够酷吧，这个日子将距离我们不远了。
　　3.GPRS与GSM比较中表现出的特点
　　相对于GSM的9.6kbps的访问速度而言，GPRS拥有171.2kbps的访问速度；在连接建立时间方面，GSM需要10-30秒，而GPRS只需要极短的时间就可以访问到相关请求；而对于费用而言，GSM是按连接时间计费的，而GPRS只需要按数据流量计费；GPRS对于网络资源的利用率而相对远远高于GSM。
　　4.GPRS服务特点对应的范围
　　1.移动商务
　　2.移动信息服务
　　3.移动互联网
　　4.多媒体业务
　　5.GPRS的技术优势
　　（1）相对低廉的连接费用
　　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1GPRS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。如果把空中接口上的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为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：
　　1.TCP／IP和X.25业务
　　2.全新的GPRS空中接口加密技
　　3.GPRS附加业务
　　4.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。 　　1.GPRS中的WAP应用
　　GPRS与WAP组合是当前令“手机上网”迈上新台阶的最佳实施方案：GPRS是强大的底层传输，WAP则作为高层应用，如果把WAP比作飞驰的车辆，那么GPRS就是宽阔畅通的高速公路，任您在无线的信息世界中随意驰骋。
　　2.设备上的应用
　　GPRS可以在除蜂窝电话之外的多种设备中得以实现，包括膝上型电脑的PCMCIA调制解调器、个人数字助理的扩展模块和手提式电脑。当前流行的手提式E-mail设备BlackBerry（黑莓）的制造商Research in Motion（RIM)于一个称为Microcell Telecommunications的GSM供应商合作，研究如何将GPRS用于其他无线系统消息的传送。
　　3.GPRS业务应用
　　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。
　　4.GPRS功能对应的业务应用
　　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。如果把空中接口上的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 SurportingNode）节点。移动台则必须是GPRS移动台或GPRS／GSM双模移动台。 　　1.GPRS技术体现
　　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。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以"分组"的形式传送资料到用户手上。虽然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术，但是它在许多方面都具有显著的优势。目前，香港作为第一个进行GPRS实地测试的地区，已经取得了良好的收效。
　　由于使用了"分组"的技术，用户上网可以免受断线的痛苦(情形大概就跟使用了下载软件NetAnts差不多)。此外，使用GPRS上网的方法与WAP并不同，用WAP上网就如在家中上网，先"拨号连接"，而上网后便不能同时使用该电话线，但GPRS就较为优越，下载资料和通话是可以同时进行的。从技术上来说，声音的传送(即通话)继续使用GSM，而数据的传送便可使用GPRS，这样的话，就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。而且发展GPRS技术也十分"经济"，因为只须沿用现有的GSM网络来发展即可。GPRS的用途十分广泛，包括通过手机发送及接收电子邮件，在互联网上浏览等。
　　现在手机上网的口号就是"always online"、"IP in hand"，使用了GPRS后，数据实现分组发送和接收，这同时意味着用户总是在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。对于继续处在难产状态的中国移动／联通WAP资费政策，如果将CSD(电路交换数据，即通常说的拨号数据，欧亚WAP业务所采用的承载方式)承载改为在GPRS上实现，则意味着由数十人共同来承担原来一人的成本。
　　而GPRS的最大优势在于：它的数据传输速度不是WAP所能比拟的。目前的GSM移动通信网的传输速度为每秒9.6K字节，GPRS手机在今年年初推出时已达到56Kbps的传输速度，到现在更是达到了115Kbps(此速度是常用56Kmodem理想速率的两倍)。所以敬请大家珍惜手上的Nokia7110及MotorolaL2000，相信到了GPRS手机推出时，他们都要让路。
　　2.封包（Packet）技术
　　所谓的封包（Packet）就是将Date封装成许多独立的封包，再将这些封包一个一个传送出去，形式上有点类似寄包裹，采用包交换的好处是只有在有资料需要传送时才会占用频宽，而且可以以传输的资料量计价，这对用户来说是比较合理的计费方式，因为象Internet这类的数据传输大多数的时间频宽是间置的。此外，在GSM phase 2 的标准里，GPRS可以提供四种不同的编码方式，这些编码方式也分别提供不同的错误保护（Error Protection）能力。利用四种不同的编码方式每个时槽可提供的传输速率为CS-1（9.05K）、CS-2（13.4K）、CS-3（15.6K）及CS-4（21.4K），其中CS-1的保护最为严密，CS-4则是完全未加以任何保护。每个用户最多可同时使用八个时槽，所以GPRS号称最高传输速率为171.2K。
　　3.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 GPRSSupporting 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具有移动路由管理功能，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（GatewayGSN，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。
　　4.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 AccessControl）层、LLC（Logical Link Control）层、SNDC（Subnetwork DependantConvergence）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。
　　如果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被称为子网依赖结合层。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 1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。
　　5.GPRS的路由管理
　　GPRS的路由管理是指GPRS网络如何进行寻址和建立数据传送路由。GPRS的路由管理表现在以下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 ControlChannel），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。
　　6. GPRS服务技术
　　GPRS分组数据计费功能，即根据数据量计费。
　　7. GPRS与IP
　　GPRS的技术的引进，把电信网络和计算机网络有机地连接在一起，朝未来的全IP网络平台发展。
　　从GPRS结构可以看出，基站与SGSN备之间的连接一般通过帧中继连接，SGSN与GGSN设备之间通过IP网络连接。
　　GGSN可以由具有 NAT（网络地址翻译）功能的路由器承担内部IP地址与外部网络IP地址的转换，MS可以访问GPRS内部的网络，也可以通过 APN（外部网络接入点名）访问外部的PDN／Internet网络。
　　在标识GPRS设备中，如手机MS的标识除了在GSM中使用的IMSI、MSISDN等号码外，还需要分配IP地址。网元设备SGSN、GGSN的标识既有7号信令地址，又有数据GGSN的IP地址，GSN（SGSN或GGSN）之间的通信采用IP地址，而GSN与MSC、HLR等实体的通信采用7号信令地址。在GPRS系统中，有两个重要的数据库记录信息。一是用户移动性管理上下文，用于管理移动用户的位置信息，另一是用户的PDP上下文（分组数据协议上下文），用于管理从手机MS到网关GGSN及到ISP（Internet服务提供商）之间的数据路由信息。当MS访问GPRS内部网络或外部PDN／ Internet网络时，MS向SGSN发激活PDP上下文请求消息，MS可以与运营商签约选择固定服务的GGSN。或根据APN选择规则，由SGSN选择服务的GGSN，SGSN再向GGSN发建立PDP上下文请求消息。GGSN分配 MS一个IP地址（静态或动态、公用或私有），在建立PDP上下文过程中，需要对用户的身份，需要的服务质量进行鉴权和论证，在成功地建立和激活PDP上下文后， MS、 SGSN和GGSN都存储了用户的PDP上下文信息。有了用户的位置信息和数据的路由信息， MS就可以访问该网络的资源。二代半产品GPRS的问世，在开发和部署GPRS业务时会遇到一些新的概念。

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