GPRS的基本概念與簡化模型（王樹甲）

  一、引言 GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)承載業(yè)務采用電路交換方式，并利用ISDN的概念迂回地與PSTN、電 路交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（CSPDN）、分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（PSPDN）互連互通，互工作功能 （IWF）十分復雜，沒有得到廣泛應用。 因特網(wǎng)及其萬維多的迅猛發(fā)展和廣泛應用不僅打破了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，而且潛 移默化地影響著世界經(jīng)濟發(fā)展、人類社會進步以及人們的生活方式。鑒于這種形勢， GSM系統(tǒng)的移動數(shù)據(jù)業(yè)務轉向分組交換方式，提出了GPRS和EGPRS的概念，以便與因特網(wǎng) 互連互通，更有效地利用無線資源和網(wǎng)絡資源。 本文旨在介紹GPRS的基本概念、業(yè)務集合、簡化模型以及主要接口點和參數(shù)點，而 不涉及GPRS網(wǎng)絡分系統(tǒng)的復雜邏輯結構。這樣，易于理解GPRS MSs之間和GPRS MS與外 部TEs之間的傳輸機制，便于了解向GPRS過渡的概念。 二、GPRS的基本概念 顧名思義，通用分組無線數(shù)據(jù)業(yè)務（GPRS）是以端對端的分組傳輸與交換方式為用 戶提供的發(fā)送和接收高速數(shù)據(jù)、低速數(shù)據(jù)以及信令的多種業(yè)務集合。與電路傳輸與交換 方式相比，GPRS不僅能夠經(jīng)濟有效地利用網(wǎng)絡資源，而且能夠優(yōu)化利用更為稀缺的無線 資源。 GPRS的系統(tǒng)由無線分系統(tǒng)和網(wǎng)絡分系統(tǒng)組成，兩者之間嚴謹定義的界面可以使其網(wǎng) 絡分系統(tǒng)為其它無線接入系統(tǒng)所利用。從邏輯機制方面來看，GPRS系統(tǒng)可以通過增加兩 種網(wǎng)絡節(jié)點在GSM結構基礎上實現(xiàn)，即GPRS業(yè)務支持節(jié)點（SGSN）和GPRS網(wǎng)關支持節(jié)點 （GGSN）。同時，還有必要命名若干新的接口，以表明GPRS、GSM及其它外部網(wǎng)絡的各 實體之間的邏輯關系。不難看出，GPRS網(wǎng)絡分系統(tǒng)無需強行改變已建的GSM網(wǎng)絡和交換 分系統(tǒng)，兩者重疊，各司其職。 GPRS無線分系統(tǒng)與網(wǎng)絡分系統(tǒng)之間的接口仍稱無線接口（Vm），但定義了新的GPRS 無線信道。這些信道的劃分十分靈活：可以由每個TDMA幀的1個時隙、2個時隙、……直 至8個時隙組成8種不同速率的GPRS信道，各信道均可由各在線用戶共享；上行鏈路和下 行鏈路可分別地劃分為時隙數(shù)目不等的信道，滿足上下行流量不對稱的數(shù)據(jù)業(yè)務；在話 音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務之間可以根據(jù)業(yè)務負荷加實際情況動態(tài)共享無線資源；可以規(guī)定各種 不同的無線信道編碼方案，使每用戶的比特速率在9kb/s至150kb/s之間。 GPRS支持基于標準數(shù)據(jù)協(xié)議的各種應用，并規(guī)定了與ip網(wǎng)絡和X.25網(wǎng)絡互連互通的 功能。 GPRS定義了兩種不同類型的承載業(yè)務，一是點對點（PTP）業(yè)務，二是點對多點 （PTM）。PTP可以包括檢索業(yè)務，如從因特網(wǎng)的萬維網(wǎng)下載數(shù)據(jù)文件；消息存儲轉發(fā)業(yè) 務和消息處理業(yè)務，如電子郵件、消息編輯和變換；雙向實時通信業(yè)務，如因特網(wǎng)的遠 程登錄（Telnet）；遠程監(jiān)控業(yè)務，如信用卡確認、遠程讀表等。PTM可以包括消息發(fā) 布業(yè)務，如新聞、廣告、天氣預報等；調度業(yè)務、如出租車輛及其它公用服務的調度； 實時會議業(yè)務，如分散相關用戶間的多方向通信；此外，PTM業(yè)務還可以附加地域選取和 限制能力，定期發(fā)送和重復發(fā)送能力。 順便指出，增強的通用分組無線業(yè)務（EGPRS）的概念已然提出，擬采用8相調制技 術取代高斯瀘波最小移頻鍵控調制，進一步提高無線接口的速率，預期可達384kb/s。 EGPRS可以提供GPRS的所有業(yè)務。顯然，EGPRS需要建立自己的基站，改變調制方式之舉 實質上是以降低系統(tǒng)功率。利用效率的代價換取更高的頻譜利用效率，對于移動通信而 言，兩者是矛盾的主要方面。 三、GPRS移動臺 GPRS MS可以工作在三種工作方式之一，一方面取決于MS上網(wǎng)（attach）接入的業(yè) 務集合，是僅為GPRS業(yè)務集合，還是GPRS業(yè)務和其他GSM業(yè)務集合，另一方面取決于MS 同時工作在GPRS和其他GSM業(yè)務的能力。三種工作方式為： A類工作方式：MS可以同時支持GPRS業(yè)務和其他GSM業(yè)務，并在上網(wǎng)操作時接入兩種 業(yè)務集合； B類工作方式：MS可以同時監(jiān)控GPRS和其他GSM業(yè)務的控制信道，上網(wǎng)時接入兩種業(yè) 務集合，但同一時間只能工作在一種業(yè)務集合； C類工作方式：MS只支持GPRS業(yè)務集合，上網(wǎng)時僅僅接入GRPS業(yè)務集合。 GPRS具有與現(xiàn)用GSM等效的安全功能和特性。在GPRS業(yè)務支持節(jié)點（SGSN），按照與 GSM相同的算法、密鑰和判定準則實現(xiàn)鑒權和加密功能，GPRS也可以采用對分組數(shù)據(jù)傳輸 優(yōu)化的加密算法。一個GPRS的移動設備（ME）可以用非認知GPRS SIM卡和認知GPRS SIM 卡接入GPRS業(yè)務。 為了接入GPRS，MS（ME+SIM）應首先通過執(zhí)行一次GPRS上網(wǎng)（attach）操作將自己的 出現(xiàn)告知網(wǎng)絡。這一操作可以在MS和SGSN之間建立一條邏輯鏈路，從而使MS能夠在GPRS上 傳送短消息（SMS），經(jīng)由SGSN發(fā)送尋呼以及得到來自GPRS數(shù)據(jù)的通知。 為了發(fā)送和接收GPRS數(shù)據(jù)，MS應激活其所要使用的分組數(shù)據(jù)地址，這一操作將該MS告 知相關的GGSN，從而使之與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的相互通信開始。 在MS與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡之間用戶數(shù)據(jù)是以透明方式傳送的，所用的方法稱之為封裝和通 道，即各數(shù)據(jù)分組用GPRS特定的協(xié)議信息進行裝配，并在MS和GGSN之間透明直通。這種透 明傳送方法降低了對GPRS公用陸地移動網(wǎng)（PLMN）翻譯外部數(shù)據(jù)協(xié)議的要求，并能在今后 容易地引入新增加的互連互通協(xié)議。此外，還能對用戶數(shù)據(jù)進行壓縮和保護，用重傳協(xié)議 （ARQ）保證有效性和可靠性。 GPRS系統(tǒng)的MS可以自動地進行小區(qū)選擇，或是由BS指令MS選擇某個小區(qū)。當MS重選另 一個小區(qū)或稱之為選路區(qū)的小區(qū)集合時，它會通知網(wǎng)絡。GPRS與GSM具有大體相同的小區(qū) 選擇和小區(qū)重選機制，但規(guī)定了適合分組數(shù)據(jù)業(yè)務小區(qū)選擇和重選的參數(shù)和指標要求。 四、GPRS的接入接口與參考點 在無線分系統(tǒng)與網(wǎng)絡分系統(tǒng)之間的接口叫做無線接口（Vm），它是GPRS系統(tǒng)經(jīng)由無線 電路徑向MS提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務的網(wǎng)絡接口，MS的移動終端（MT）功能實體用于經(jīng)由這一接 口移動地接入GPRS業(yè)務集。 在MS內的Rrp參考點是非ISDN數(shù)據(jù)終端設備（TE）與MT之間的參考點，它用于始發(fā)和 終接各種消息，通常支持標準的串行接口。 GPRS PLMNs之間的接口為Gp，它連接兩個獨立的GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（GPRSnet1和GPRSnet2） ，支持在各合作運的GPRS PLMNs之間相互提供跨區(qū)域的GPRS網(wǎng)絡服務，提供GPRS業(yè)務集合 ，傳送和交換分組數(shù)據(jù)消息。 在一個GPRS PLMN與各固定分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（FPDNs）之間參考點為Girp，它可以連接幾 個不同的外部FPDNs，諸如因特網(wǎng)、X.25網(wǎng)和幀中繼網(wǎng)，分別采用相應的通信協(xié)議與各 FPDNs運營商合作。不言而喻，凡PLMN支持GPRS業(yè)務集合，并在執(zhí)行GPRS業(yè)務請求中涉及 其他網(wǎng)絡的，都需要具有網(wǎng)絡間的互工作功能（IWF），它們位于Girp參考點和Gp接口點。 各GPRS MS按照網(wǎng)絡運營商提供的尋址方案進行全球尋址：各GPRS TEs具有由網(wǎng)絡運 營商分配的地址，各外部網(wǎng)絡的TEs利用PLMN中的GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡標識碼（DNIC）對GPRS TEs進行尋址。 綜上所述，GPRS利用原有的GSM PLMN，增加若干支持GPRS業(yè)務的節(jié)點（SGSNs和GGSNs） ，以及一些接口點和參考點，便可以經(jīng)濟地實現(xiàn)向GPRS網(wǎng)絡分系統(tǒng)的過渡。GPRS MS （ME+SIM+TE）可以支持多種工作方式，技術上沒有困難，經(jīng)濟上取決于生產(chǎn)批量。更可 貴者，從GSM PLMN向（GSM+GPRS）PLMN過渡，可以保護GSM系統(tǒng)的巨額投資，有利于各運 營商，也有利于廣大用戶。 摘自《郵電商情》