GPRS 基础理论(by 李燕)

NMS
= Network Management System
BG
= Border Gateway
CG
= Charging Gateway
HLR
FW
= Firewall
LIG
= Legal Interception Gateway
BSC SGSN
Billing System
NMS
CG
GPRS Backbone IP Network
• DNS（Domain Name System，域名服务器）
GPRS 网络中存在两种域名服务器：一种是GGSN 同外部网之间的DNS，主要功能是对外 部网的域名进行解析，其作用完全等同于固定Internet 网络上的普通DNS；另一种是 GPRS 骨干网上的DNS，其作用主要有几点： • PDP 上下文激活过程中根据确定的APN（Access Point Name，接入点名）解析出GGSN 的 IP 地址； • 在SGSN 间的路由区更新过程中，根据旧的路由区号码，解析出老的SGSN 的IP 地址。 该功能实体并非GPRS 所专有的设备实体 • 在重定位流程中，解析 RNCID至 SGSN IP • 在使用SGSN pool功能后，解析NRI来区分不同SGSN
GTP’ ：GSN使用来发送计费数据到CG，端口为3386。其中SGSN产生的CDR由M-CDR/S-CDR等，
GGSN产生的CDR为G-CDR/SA-CDR。
主要接口介绍（5）
• MAP （Gr 接口，Gd接口，Gf接口）
和SGSN之间使用MAP协议的设备有HLR，EIR， SMS-GMSC，协议栈如下：
• 保存和更新用户业务、SGSN号码和地址 • GPRS用户位置删除指示 • MS是否可达
网络结构及主要网元功能(4)
• CG
CG（Charging Gateway，计费网关） CG 主要完成对各SGSN/GGSN 产生的话单的收集、合并、预处理工作，并完成同计费中 心之间的通信接口。CG 是GPRS 网络中新增加的设备。GPRS用户一次上网过程的话单会 从多个网元实体中产生，而且每一个网元设备中都会产生多张话单。引入CG 是为了在 话单送往计费中心之前对话单进行合并与预处理，以减少计费中心的负担；同时SGSN、 GGSN 这样的网元设备也不需要实现同计费中心的接口功能。
主要接口介绍（1）
GPRS interfaces
Interface
Iu-PS
Gb Gn Gr Gi Ga Gs Gd Gc Gf Ge SGSN-LIG Gp
Description SGSN与RNC之间的接口 SGSN与BSS之间的接口 同一GSM网络中两个GSN之间的接口 SGSN与HLR之间的接口 GPRS与外部分组数据之间的参考点 GSN和CG之间的接口 SGSN与MSC/VLR之间的接口 SMS-GMSC, SMS-IWMSC和SGSN的接口 GGSN与HLR之间的接口 SGSN与EIR之间的接口 SGSN与SCP之间的接口 SGSN与LIG之间的接口 不同GSM网络中两个GSN之间的接口
GTP-C： GTP 控制协议。负责PDP context的激活/去激活/update，以及GSN之间的可达检测。 当用户进行PDP context请求时，SGSN发送PDP激活请求的GTP-C消息到GGSN，GGSN则发送 PDP激活回复的GTP-C消息回来，里面包含着具体的PDP context内容或者是失败原因。GTPC使用UDP 2123端口。
User
Plane
MTP3 -B
SCCP M3UA
SSCF-NNI SCTP
SSCOP
I P
AAL5
M3UA SCTP
IP
Transport Network Control Plane
ATM
Data Link
Physical Layer
User Plane Iu UP Protocol Layer
Transport Network
• BG
BG （Border Gateway，边界网关）实际上就是一个路由器，主要完成分属不同GPRS 网 络的SGSN、GGSN 之间的路由功能，以及安全性管理功能。该功能实体并非GPRS 所专 有的设备实体。
• Firewall
Firewall （防火墙）在GPRS/3G网络中，防火墙位于核心网与互联网之间，通过各种策 略防止恶意攻击，同时防火墙会进行地址转换，把用户获得的私有地址转换成为可以 在无联网上路由的公用地址。 该功能实体并非GPRS 所专有的设备实体。
网络结构及主要网元功能(3)
• HLR
HLR（Home Location Register，归属位置寄存器）
HLR是一个数据库，存储GPRS的各种信息
保存和更新用户的GPRS签约数据
IMSI为主要的用户索引
每一个移动用户可能有一个或多个PDP上下文（PDP Context）
每一PDP上下文包含：
PDP 类型
(如：IP92.64, *.*.*.*)
Subscribed QoS profile
APN
(如：3gwap、3gnet)
VPLMN address allowed,...
• 用户鉴权 • 提供位置/路由信息，并处理移动性管理和路由中所需的信息：
Transport Network Layer
主要接口介绍（3）
• Gb 接口
SGSN和BSS之间的接口，用于交换信令信息和用户数据，协议分层如下图一：
图一 Gb协议栈
图二 NS 层
BSSGP： Base Station Subsystem GPRS Protocol ，控制SGSN和PCU之间的数据传输，流量控制， 虚电路管理等。GPRS移动性管理（GMM）在此层之上，用于控制SGSN和BSS之间的移动 性消息（如Paging）。
主要接口介绍（2）
Radio Network Layer
• Iu-PS 接口
SGSN和RNC之间的接口，用于交换信令信息和用户数据，信令面采用RANAP协议，包含了所 有为无线网络层规定的控制信息。分层如下图
图一 Iu-PS协议栈
Control Plane RANAP
Transport Network
GTP-U： GTP用户数据隧道。基于IP的数据隧道协议，允许在两个端点间有多条隧道存在。在 UMTS中，每个用户可以有一到多个不同Qos要求的GTP隧道。每个独立的隧道在GTP-U消 息中通过动态分配的TEID（Tunnel Endpoint Identifier）来区分。GTP-U使用 UDP 2152端口。
图一 MAP协议栈
SGSN 通过Gr 接口从HLR 取得关于MS 的数据，HLR 保存GPRS 用户数据和路由信息。当发生SGSN 间 的路由区更新时，SGSN 将更新HLR 中相应的位置信息，当HLR 中数据有变动时，也将通知SGSN， SGSN 会进行相关的处理。SGSN (子系统 149) – (HLR 子系统6)
User
Plane
GTP-U UDP
IP AAL5
GTP-U UDP
IP
ATM
Data Link
Physical Layer
用户面使用GTP协议，即GTP-U。而MM和SM过 程则通过控制面完成。
RANAP：relocation服务，RAB管理，寻呼用户 等
SCCP：路由、提供连接 M3UA是SS7 MTP3用户适配协议，它使用流控
制传输协议（SCTP）通过IP传输SS7 MTP3 层的用户信令消息（即SCCP消息），支持 协议元素实现MTP3对等用户在SS7和IP域 里的无缝操作。 SCTP（Stream Control Transmission Protocol，流 控制传输协议）是提供基于不可靠传输业 务的协议（如IP）之上的可靠的数据报传 输协议。SCTP是设计用于通过IP网传输SCN 窄带信令消息。SCTP对TCP的缺陷进行了 一些完善，使得信令传输具有更高的可靠 性，SCTP的设计包括适当的拥塞控制、防 止泛滥和伪装攻击、更优的实时性能和多 归属性支持。 Iu-PS 可以通过ATM或者IP传送。
BG
FW GGSN
Internet
GGSN
Intranet
LIG
FW
DNS
Corporate
Router
Server
Local Area NW
网络结构及主要网元功能(2)
• SGSN
SGSN（Service GPRS Support Node，服务GPRS 支持节点） SGSN 是GPRS 网络的一个基本组成网元，是为了提供GPRS 业务而在GSM网络中引进的 一个新的网元设备。其主要的作用就是为本SGSN 服务区域的MS 转发输入/输出的IP 分 组，其地位类似于GSM 电路网中的VMSC。 SGSN提供以下功能： • 本SGSN 区域内的分组数据包的路由与转发功能，为本SGSN 区域内的 • 所有GPRS 用户提供服务。 • 加密与鉴权功能 • 会话管理功能 • 移动性管理功能 • 逻辑链路管理功能 • 同GPRS BSS、GGSN、HLR、MSC、SMS-GMSC、SMS-IWMSC的接口功能 • 话单产生和输出功能，主要收集用户对无线资源的使用情况 此外，SGSN 中还集成了类似于GSM 网络中VLR 的功能，当用户处于GPRS Attach（GPRS 附着）状态时，SGSN 中存储了同分组相关的用户信息和位置信息。同VLR 相似，SGSN 中的大部分用户信息在位置更新过程中从HLR获取。
GPRS 基础理论
目录
1.网络结构及主要网元功能
2.主要接口介绍 3.GPRS 中的重要概念 4.GPRS移动性管理 5.GPRS会话管理
网络结构及主要网元功能(1)
BTS
InterPLMN Network
SGSN
= Serving GPRS Support Node
GGSN
= Gateway GPRS Support Node
通过Gd 接口，SGSN 能接收短消息，并将它转发给MS 、SGSN 和SMSC 。短消息中心之间通过Gd 接 口配合完成在GPRS 上的短消息业务。如果不提供Gd 接口，当C 类手机附着在GPRS 网络上时， 它将无法收发短消息。另外，随着短消息业务量的增大，如果提供Gd 接口，则可减少短消息业 务对SDCCH 的占有，从而减少对电路话音业务的冲击。SGSN (子系统149) – SMSC (子系统 8)，目 前在国内运营商中没有开启Gd接口。
NS：Network Service 层，控制BSS－SGSN之间的NS-VC的建立和负荷分担。 基于PCM的帧中继（Frame Relay），其NS-VC是静态的PCM电路，若是基于IP，其NS-VC则是一
对UDP/IP 端点，分别在SGSN的PAPU和BSS的PCU上。两种方式可以共存与同一台NSN SGSN 上，但是不能在同一个NSE上。
L1: 物理层，可以是各种接口，在DX200系统中，一般为PCM或者以太网接口；
主要接口介绍（4）
• GTP （Gn 接口，Ga接口，Gp接口）
GTP协议是GPRS核心网中最主要的协议，其中GSN之间使用GTPv0/v1，GSN和CG 之间使用GTP’协议，它们的消息结构相同：
图一 GTP协议栈
图二 GTP消息结构
网络结构及主要网元功能(3)
• GGSN
GGSN（Gateway GPRS Support Node，关口GPRS 支持节点） GGSN 也是为了在GSM 网络中提供GPRS 业务功能而引入的一个新的网元功能实体，提 供数据包在GPRS 网和外部数据网之间的路由和封装。用户选择哪一个GGSN 作为网关， 是在PDP 上下文激活过程中根据用户的签约信息以及用户请求的APN（Access Point Name，接入点名）来确定的。 GGSN主要提供以下功能： • 同外部数据IP 分组网络（IP、X.25）的接口功能，GGSN 需要提供MS • 接入外部分组网络的关口功能，从外部网的观点来看，GGSN 就好象是可寻址GPRS 网 络中所有用户IP 地址的路由器，需要同外部网络交换路由信息； • GPRS 会话管理，完成MS 同外部网的通信建立过程； • 将移动用户的分组数据发往正确的SGSN； • 话单的产生和输出功能，主要体现用户对外部网络的使用情况。
网络结构及主要网元功能(5)
• RADIUS 服务器
在非透明接入的时候，需要对用户的身份进行认证，相关的认证、授权信息就存储在 RADIUS 服务器（Remote Authentication Dial In User Service Server，远程接入鉴权与认证 服务器）上。 该功能实体并非GPRS 所专有的设备实体。