第十九讲移动数据通信主要承载技术

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GSN有两种类型: 一种为GPRS服务支持节点(SGSN, Serving GSN), 另 一种为GPRS网关支持节点(GGSN, Gateway GSN)。 SGSN和GGSN相当于 是移动数据路由器, 它们既可以被组合在同一个物理节点中, 也可以处在不同 的物理节点中。 在后者情况下, 二者可以利用GPRS隧道协议(GTP, GPRS Tunnel Protocol)对IP或X.25数据分组进行封装, 从而实现二者之间的通信。
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2. 基本概念
GPRS可以提供四种不同的编码方式, 同时分别对应了不同的错误保护(Error Protection)能力。利用这四种不同的编码方式, GPRS的每个时隙可提供的传 输速率分别为CS-1(9.05 kb/s)、CS-2(13.4 kb/s)、 CS-3(15.6 kb/s)和CS-4(21.4 kb/s), 其中CS-1的保护最为严密, CS-4则是未加以任何保护的。若再采用时 隙捆绑技术, 将8个时隙合并在一起使用, 则GPRS可以向用户提供最高达 171.2 kb/s的传输速率。 而且, 由于GPRS采用的是分组交换技术, 因而它可 以让多个用户共享某些固定的信道资源, 从而进一步提高了系统资源的利用 率。 此外, 与HSCSD不同的是, GPRS业务既可以和话音业务共享信道, 也可 以在信道充足的条件下, 占用一些专用信道。
除了短信息业务中心以外, GSM系统中的基站作为移动台与消息中心惟 一的中间传递者(SMS消息中继点), 必须要添加一个或多个标准化接口, 以便 与SMSC进行互通。此外, 这里的终端设备(TE), 无论是原有的移动台还是数 据设备(如计算机), 也都必须要有相应的功能单元。
4) 要实现GPRS网络, 移动台也必须是GPRS移动台或是GPRS ／GSM双模移动台。
5) 硬件上, GSM核心网中还要引入其他的一些功能实体，如 域名服务器DNS、计费网关CG和边界网关BG等。软件上还要 具有新的安全、保密特性, 如增加GPRS专用信令等。
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4. 接口与参考点
R参 考 点
SMS属于第一代的无线数据服务。
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２.SMS的网络结构
通常大多数人认为消息是实时传送的, 而事实上并非如此, 消息的传送 必须要以短信息业务中心为中转站。 短信息业务中心是在功能上与GSM网 完全分离的实体, 但是也可以包含于GSM的基站中。GSM系统既可以实现 点对点的短信息通信, 也可以实现点对多点(即广播式)短信息通信。但无论 是哪种短信息通信, SMSC的功能都是存储和转发。借助于基站及与GSM互 联的其他网络, SMSC不仅可以服务于GSM用户, 也可以服务于具备短信息 收发功能的固定网用户。
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电 路 交换 业 务 通道
MSC
BTS
BSC
P CU
P STN ISDN P LMN
SG SN 分 组 交换 业 务 通道
GG SN
P DN In ternet
GPRS系统结构
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1) GPRS支持节点(GSN)
为了支持GPRS业务, 必须在GSM网络中增加相应的节点—
—GPRS支持节点(GSN, GPRS Supporting Node)。 GSN是
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由笔记本电脑到Internet的连接:
(1) 笔记本电脑通过串行或无线方式连接到GPRS蜂窝电话上; (2) GPRS蜂窝电话与GSM基站通信; (3) 与电路交换式数据呼叫不同, GPRS分组是从基站发送 到GPRS服务支持节点(SGSN), 而不是通过移动交换中心(MSC)连接到 话音网络上的; (4) SGSN与GPRS网关支持节点(GGSN)进行通信; (5) GGSN对分组数据进行相应的处理, 再发送到目的网络, 如因特网或 X.25网络。
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6. GPRS手机的分类
现有的GSM移动台(MS), 不能直接在GPRS中使用, 只有按 照GPRS标准进行改造(包括硬件和软件)后才可以使用。GPRS 技术规范中主要定义了如下三类终端:
1) A
A类终端应能够同时处理电路交换业务和分组交换业务, 并
且两种业务相互独立。例如, 当A类手机在数据传送期间接收到
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SMS（短消息业务）
１.定义
SMS(Short Message Service)意为短信息业务, 可以提供移 动终端(主要是手机)与其他移动终端或固定网络终端之间文本 型短信息的传递服务。 即采用SMS技术, 消息既可以传递于移 动网络(如GSM)用户之间, 又可以传递于移动网络用户与固定 网络(如PSTN)用户之间。 而这里的文本可以包括字符、 汉字 及数字串。
其 中 , HLR 中 还 可 能 增 加 一 个 GPRS 寄 存 器 (GR, GPRS Register), 其功能类似于原GSM中的HLR。 当然, GR也可以独 立存在, 由服务器或程控交换机实现。GR是GPRS的业务数据 库, 其中存储着GPRS的预约数据与路由信息。同时, HLR将每 个用户映射到一个或多个GGSN, 从1S3 GSN可以访问GR。
第十九讲
移动数据通信主要承载技术
主要内容
主要承载技术GPRS 短消息业务
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通用分组无线业务(GPRS)
1. GPRS作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信(3G) 的过渡技术, 是由英国BT Cellnet公司早在1993年提出的, 是 GSM Phase2(1997年)规范实现的内容之一, 是一种基于GSM的 移动分组数据业务, 面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接。
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7. GPRS的主要特点
1) GPRS为GSM
(1) 向第三代移动通信系统平稳过渡。
(2) 在现有的GSM系统中增加分组交换节点, 达到分组交换业务快速覆盖 的目的。
(3) 底层基于TCP/IP协议, 可与Internet无缝连接。
(4) 能够使多个用户共享信道, 使分组交换业务和电路交换业务共享信道, 从而获得较高的无线资源利用率和系统容量。
Um
wenku.baidu.com
TE
MT
MS
Gi参 考 点 GP RS网 络 1
Gp GP RS网 络 2
PDN或 其 他 网络
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5.
MS BS
No tebo ok
GP RS网 络
SG SN
GG SN
其 他 GP RS 网络
In ternet X.25
GTP 隧 道 协 议
笔记本电脑通过GPRS网络与Internet连接情况示意图
GPRS可以使用相同的物理信道群为话音和数据业务服务, 这样在一个 小区内便同时存在着GPRS信道和电路交换信道, 其中, 一个电路交换信道分 配给一个用户, 而一个GPRS信道可以同时被多个用户共享。
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3) 归属位置寄存器、 访问位置寄存器、 移动交换中心等
像归属位置寄存器(HLR)、 访问位置寄存器(VLR)、 移动 交换中心(MSC)、 SMS-GMSC和SMS-IWMSC等GSM系统原 有设备都应被升级, 以支持相应的GPRS功能。
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首先, GPRS在原有GSM网络上叠加了一个基于IP的分组 交换网络, 从而得到更高的数据传输速率; 其次, 正是由于GPRS 的引入, 使得GSM网络在Internet接入上有了革命性的变化, 而 3G移动通信的核心网正是基于IP, 因而使GSM向3G的过渡改动 更少, 使得现代通信向3G的发展更迈进了一步, 故GPRS也称为 是第2.5代的移动通信; 再次, GPRS使得一些原来在GSM网络上 不能实现的应用成为可能, 这些新应用得以实现的关键在于 GPRS GSM与各种LAN、 WAN及Internet的互连。
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2) 基站子系统(BSS)
GPRS系统可以继续采用GSM的基站, 但原有基站必须要进行硬件的扩 展和软件的升级。硬件上需扩展一个新的功能模块: 分组控制单元(PCU， Packet Control Unit), 用来控制分组信道。 PCU可以集成在BSC或BTS中, 也可以独立设置。 同时, 基站中还要增加与SGSN进行业务和信令传输的接 口。软件上, BSC要增加GPRS移动管理和GPRS寻呼的功能。
(1) 身份验证, 加密和差错校验。 (2) 进行数据计费(Charging Data)。 (3) 连接归属位置寄存器(HLR)、 移动交换中心(MSC)和BSC。
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GGSN是GSM网络与其他网络之间的网关, 负责提供与其他 GPRS网络及其他外部数据网络(如IP网、 ISDN、 PSPDN、 LAN等)的接口。其主要功能是存储GPRS网络中所有用户的IP 地址, 以便通过一条基于IP协议的逻辑链路与MS相通; 把GSM 网中的GPRS分组数据包进行协议转换(包括数据格式、信令协 议和地址信息等的转换), 从而可以把这些分组数据包传送到远 端的其他网络中; 分组数据包传输路由的计算与更新。
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3) C
C类终端在某一时刻只能被人工设置为电路交换模式或分组交换模式 中的一种。 即当它处于电路交换模式时, 就无法接收分组交换数据业务, 反 之亦然。 例如, 当C类手机被设置为分组交换模式而有话音呼叫时, 它既不 会作出应答, 也不会有任何的提示, 而只能进行数据的传送。
此外, GPRS中还包括如下一些终端: 运行支持TCP／IP协议的操作系 统的膝上电脑和掌上电脑; 基于无线应用协议(WAP), 并且具有微浏览器的 蜂窝电话; 与一个中心系统通信的专用设备, 如自动售票机、天气观测站、 交通监视系统等; 出租车公司或运输公司的嵌入式支持系统的终端。
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3. 由于GPRS采用与原GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制 标准、跳频规则以及TDMA帧结构, 因此, 在以GSM系统为基础构建GPRS 系统时, GSM中的绝大部分部件都不需要作硬件改动, 只需对其软件进行升 级以及添加相应的硬件组件即可。构建GPRS系统需要向原有GSM网络中 引 入 的 三 个 主 要 组 件 是 : GPRS 服 务 支 持 节 点 (SGSN,Serving GPRS Supporting Node)、 GPRS网关支持节点(GGSN, Gateway GPRS Support Node)和分组控制单元(PCU, Packet Control Unit)。
(5) 作为一种为多种移动数据业务提供服务的承载业务, 可以方便有效地
提供短信息、 WAP等业务。
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2) GPRS (1) 高的传输速率。 (2) 短的接入时间。 (3) 永远在线。 (4) 灵活的计费方式。 (5) 自如的切换方法。 (6) 与其他数据网络的无缝连接。
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8. GPRS 1) 会发生包丢失现象 2) 实际速率比理论值低 3) 4) 调制方式不是最优 5)
GPRS网络中最重要的网络节点, 也是构成GPRS骨干网的主体。
这个节点具有移动路由管理功能, 可以和各种类型的数据网络
相连接, 从而实现移动台和各种数据网络之间的数据传送及格
式转换。 GSN也可以和GPRS寄存器相连。 从构成形式上看,
GSN既可以是一种类似于路由器的独立设备, 也可以与GSM中
原有的MSC集成在一起。
SGSN与移动交换中心(MSC)处于网络体系的同一层, 二者功能相似, 但 又各司其职: SGSN只针对分组交换, 而MSC只针对电路交换。 为了协调同时 具有分组交换与电路交换能力的终端的信令, GPRS在MSC与SGSN之间提供 了一个接口。
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从位置来看, SGSN介于MS和GGSN之间。一方面, SGSN是GSM网络 结构与移动台之间的接口, 可以通过帧中继与BTS相连, 从而实现与MS的互 通; 另一方面, SGSN通过GGSN可以与各种的外部网络相连。SGSN的主要 功能是负责MS的移动性及通信安全性管理, 以及完成分组的路由寻址和转 发, 实现移动台和GGSN之间移动分组数据的发送和接收。此外, SGSN还有 以下的功能:
话音呼叫时, 它应该能够应答呼叫并通话, 而且, 在通话过程中
要继续保持数据的传送。
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2) B B类终端在某一时刻只能处理电路交换或分组交换业务中 的一种, 但是具备在两种模式间自动切换的能力。 例如, 当B类 手机在数据传送期间有话音呼叫时, 它会有相应的提示, 若用户 应答, 就会自动切换为话音业务, 数据业务被暂时悬置, 待话音业 务结束后, B类手机又可自动切换回数据业务。