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GPRS基础知识，了解GPRS网络的钥匙 [复制链接]

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发表于 2004-12-17 16:08:00 |只看该作者 |倒序浏览

1. GPRS是什么
GPRS（General Packet Radio Service，通用无线分组业务）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。

GPRS在现有的GSM网络基础上叠加了一个新的网络，同时在网络上增加一些硬件设备和软件升级，形成了一个新的网络逻辑实体，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科技，它以分组交换技术为基础，用户通过GPRS可以在移动状态下使用各种高速数据业务，包括收发E-mail、进行Internet浏览等。---- GPRS是一种新的GSM数据业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X.25服务。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。GPRS技术170Kbps的极速传送几乎能让无线上网达到公网ISDN的效果，实现"随身'携带'互联网"。使用GPRS，数据实现分组发送和接收，用户永远在线且按流量、时间计费，迅速降低了服务成本。

2. GPRS网络的优势
和现有的通信网络相比，GPRS有几个新特点。

---- 1.GPRS一个最"招人"的特点就是"永远在线"，GPRS采用的是分组交换技术，不需要像Modem那样拨号连接，用户只有在发送或接收数据时才占用资源。
---- 2.GPRS手机以传输资料量计费，而不是以传送的时间计费，所以就算遇上网络塞车，也不会白白花钱，对消费者来说更为合算。

3. GPRS网络结构

---- 附图所示为GPRS网络的简化模型。GPRS在一个发送实体和一个或多个接收实体之间提供数据传送能力。这些实体可以是移动用户或终端设备，后者被连接到一个GPRS网络或一个外部的数据网络。

---- GPRS是基于现有的GSM网络实现的，需要在现有的GSM网络中增加一些节点：网关GPRS支持节点GGSN（Gateway GPRS Supporting Node）、服务GPRS支持节点SGSN(Serving GPRS Supporting Node)。GGSN在GPRS网络和公用数据网之间起关口站的作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN和LAN等。SGSN记录移动台的当前位置信息，并在移动台和各种数据网络之间完成移动分组数据的发送和接收，为服务区内所有用户提供双向的分组路由。系统共用GSM基站，但基站要进行软件更新，并采用新的GPRS移动台。GPRS要增加新的移动性管理程序，通过路由器实现GPRS骨干网互联。
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4. GPRS的协议
   移动台（MS）和SGSN之间的GPRS分层协议模型如图所示。Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信协议有5层，自下面上依次为物理层、MAC（Mdium Access Control）层、LLC（Logical Link Control）层、SNDC （Subnetwork Dependant Convergence）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。
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。
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GPRS协议模型

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。
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。
网络层的协议目前主要是Phase 1阶段提供的TCP／IP和X. 25协议，这些协议对于传统的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三个方面：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。

第一种情况，如图中的路径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帧，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。
第二种情况中，一个公用数据网用户传送数据到移动台，如图中的路径2所示。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，GSN把PDU封装成SNDC数据单元，再经LLC层处理为LLC帧单元，最终经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。如图路由3所示。其数据必须经过归属地的GGSN，然后送到移动用户A。
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GPRS的路由管理

6. 空中接口的信道构成

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），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，分组接入应答信道）。PAGCH是一种应答信道，对PRACH作出应答。
PACCH（Packet Asscrchted Control Channel，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。

7. GPRS怎样过渡到第三代移动通信系统

　　GPRS是GSM移动电话系统向第三代移动通信迈进的一个重要步骤，根据欧洲电信标准化协会对GPRS发展的建议，GPRS从试验到投入商用后，分为两个发展阶段，第一阶段可以向用户提供电子邮件、因特网浏览等数据业务；第二阶段是EDGE的GPRS，简称E-GPRS，EDGE是GSM增强数据速率改进的技术，它通过改变GSM调制方法，应用8个信道，使每一个无线信道的速率达到48kbit／s，既可以分别使用，也可以合起来使用。例如，用一个信道可以通IP电话，用两个信道可以上网浏览，用4～8个信道可以开电视会议等等。8个信道合起来可使一个收发机支持384kbit／s。它是向第三代移动通信——通用移动通信系统（UMTS）过渡的台阶。

　　UMTS是在GSM系统的基础上开发的，是欧洲开发的第三代移动通信，虽然现在还没有确定最后统一的标准，但是世界上许多著名的厂商，如诺基亚、爱立信、摩托罗拉、西门子、NTT等都在致力这方面的研究和开发，UMTS是基于IP协议的通信结构体系，集成了语音、数据及多媒体网络，可以在世界上任何地方为任何人提供通用的个人通信业务，包括电视会议、因特网接入和其他的宽带业务。这种由现有的GSM系统通过增设GPRS，再由GPRS平滑地过渡到UMTS第三代移动通信系统的解决方案，可以充分地利用现有的移动通信设备。GSM系统加上GPRS，被称为是第2.5代的移动通信，它采用通用的IP协议，使灵活方便的移动通信和信息业务丰富的互联网密切结合，无论是对厂商、运营者或是广大用户都是受到欢迎的一种方案。

8. GPRS的应用

---- GPRS是一组新的GSM承载业务，在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS可提供以下一系列交互式业务：

点对点无连接型网络业务(PTP-CLNS)

点对点面向连接的数据业务(PTP-CONS)

点对多点业务(PTM)

还能支持用户终端业务、补充业务、GSM短消息业务和各种GPRS电信业务

--- 总之，GPRS可提供Internet、多媒体、电子商务等业务；可应用于运输业、金融、证券、商业和公共安全业；PTM业务支持股市动态、天气预报、交通信息等实时发布；另外，还能提供种类繁多、功能强大的以GPRS承载业务为基础的网络应用业务和基于WAP的各种应用。

9. GPRS网络商用时存在的问题和对策　

(1) 存在问题： GPRS还有自己的不足之处，由于分组交换连接比电路交换连接的健壮性要差一些，因此，使用GPRS会发生一些包丢失现象。而且，由于话音和GPRS业务无法同时使用相同的网络资源，因此，用于专门提供GPRS使用的时隙数量越多，能够提供给话音通信的网络资源就越少。GPRS技术是一种面向非连接的技术，用户只有在真正收发数据时才需要保持与网络的连接，因此提高了无线资源的利用率。但是由于GPRS采用基于GMSK调制技术，因此每个时隙能够得到的速率是有限的。  对用户来说其容量有限GPRS确实对网络现有的小区容量产生影响，对于不同的用途而言只有有限的无线资源可供使用。例如，话音和GPRS呼叫都使用相同的网络资源，这势必会相互产生一些干扰。其对业务影响的程度主要取决于时隙的数量。当然，GPRS可以对信道采取动态管理，并且能够通过在GPRS信道上发送短信息来减少高峰时的信令信道数。

   对策：需要SMS作为数据传输的补充，因为SMS使用不同的射频资源。

(2) 存在问题：实际速率比理论值低
GPRS数据传输速率要达到理论上的最大值172.2kbps，就必须只有一个用户占用所有的8个时隙，并且没有任何防错保护。运营商将所有的8个时隙都给一个用户使用显然是不太可能的。另外，最初的GPRS终端预计可能仅支持1个、2个或3个时隙，一个GPRS用户的带宽因此将会受到严重的限制，所以，理论上的GPRS最大速率将会受到网络和终端现实条件的制约。事实上，移动网络的数据传输速率似乎总是比固定网络要低。除非引入EDGE和UMTS技术，否则对于单个移动用户来说，其数据速率是不可能太高的。

   对策：个人用户若想得到较快的数据传输速度，还要等待EDGE或UMTS。
(3) 存在问题：终端不支持无线终止功能
   目前还没有任何一家主要手机制造厂家宣称其GPRS终端支持无线终止接收来电的功能，这将是对GPRS市场是否可以成功地从其他非语音服务市场抢夺用户的核心问题。
   启用GPRS服务时，用户将根据服务内容的流量支付费用，GPRS终端会装载WAP浏览器。但是，未经授权的内容也会发送给终端用户，更糟糕的是用户要为这些垃圾内容付费。

   对策：GPRS终端是否支持无线终止功能，直接威胁GPRS的应用和市场的开拓。

(4) 存在问题：调制方式不是最优
   GPRS采用基于GMSK（Gaussian Minimum-Shift Keying)的调制技术，相比之下， EDGE基于一种新的调制方法8PSK（eight-phase-shift keying），它允许无线接口支持更高的速率。8PSK也用于UMTS。网络营运商如果想过渡到第三代，必须在某一阶段改用新的调制方式。

   对策：需要EDGE和UMTS。

(5) 存在问题：存在转接时延
GPRS分组通过不同的方向发送数据，最终达到相同的目的地，那么数据在通过无线链路传输的过程中就可能发生一个或几个分组丢失或出错的情况。有关标准组织认识到了无线分组技术的固有特性，因此引入了数据完整性和重发策略，不过也由此产生了潜在的转接时延问题。因此，高质量的应用最好还是采用HSCSD（高速电路交换数据）来实现。HSCSD是一种简单的电路交换数据呼叫，传输时延发生的可能性要小得多。

   对策：需要应用HSCSD。

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