十三章GPRS技术.ppt
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1、1,第十三章 GPRS技术,2,一、电路模式数据服务 GSM中的数据服务: SMS (160 个字符的短消息) 传真服务:9.6 kb/s 使用电路模式传输数据, 使用透明模式的速率:14.4 kb/s 使用非透明模式的速率:9.6 kb/s 在一次会话过程中,BSS中的物理资源被独占。而且,速率非常低,成本高。,3,HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) 高速电路交换数据业务,是基于电路交换的点到点的数据传输业务,可提供实时的高速数据传输,主要特点是在一个TDMA帧中分配多个时隙给同一个移动台,还可以采用上下行链路非对称配置。 可能的配置有: 414
2、.4 = 57.6 kb/s 69.6 = 57.6 kb/s 以上速率均受当前MSC交换矩阵的速率64 kb/s的限制。,4,缺点:数据传输时,建立链接的时间比较长,大于20s;一个移动台分配多个物理信道,接入后即独占了该话务信道,无线资源的利用率较差。 优点:初期投资少,对于TRAU, IWF等速率适配设备需要硬件升级,不需要增加新的网络单元,其他部分是软件升级。 提供的业务:适合于实时性强的应用,如电视会议。,5,ECSD (Enhanced Circuit Switched Data) 增强型电路交换数据业务,应用于EDGE (Enhanced Data rates for GSM E
3、valuation)中。使用了8PSK的调制技术,在一个物理信道上可以有43.2kb/s (最大值)。,6,二、GPRS GPRS (General Packet Radio Service),通用分组无线服务,使用带移动性管理的分组交换模式,以及无线接入技术。,图- GPRS网络架构,图- GPRS在移动互联网系统中的位置,9,GPRS和GSM的不同之处 GPRS利用了大部分GSM系统中的接入功能,但是在无线资源的分配方式上有所不同。 使用分组模式接入到网络; 在BSS子系统中增加了一些设备; 可以直接接入到其他的数据网络(X.25, IP)。,10,GPRS的应用 直接通过移动台接入数据网
4、(i-mode, WAP) 使用GPRS移动台作为外置modem,12,GPRS提供的服务 .PDP context PDP: Packet Data Protocol 要使用GPRS服务的移动台,必须先和网络(SGSN, GGSN)建立一个会话,这个过程将使用GPRS的一些必要参数。 在移动台和GPRS支持节点间支持一特定PDP地址的参数集,被称为PDP context。,13,PDP context包括: PDP type: 使用的数据网类型 PDP Address: 分配给移动台的地址(动态或者静态) QoS-profile (参数) 接向外部数据网的接出点地址(GGSN的地址),14,
5、PDP context的状态 INACTIVE:INACTIVE状态表现为移动用户的有些PDP Address的数据服务没有激活。PDP context没有与相关PDP Address有关的、用来处理PDP PDUs的路由或映射信息。此时不会发生数据传输。在INACTIVE状态,即使用户已经处于GPRS MM状态,用户的地理位置的变化不会引起PDP context的更新。 ACTIVE:在ACTIVE状态,移动台中的、SGSN中的、GGSN中的,对应于正在使用中的PDP Address的PDP context被激活。PDP context中这一特定PDP Address传送PDP PDUs的路
6、由和映射信息。只有当移动用户处于STANDBY和READY状态时,PDP context才可以处于ACTIVE状态。,15,INACTIVE,ACTIVE,16,.QoS的指标 优先级:反映了会话的优先等级,仅仅使用在不正常的情况下(如网络发生了阻塞),分为high priority (1), normal priority (2), low priority (3)。 吞吐量 平均值 峰值 可靠性 时延,18,.提高速率的技术 开发可以在每个TDMA帧中用数个时隙接收/发送数据的终端 减少对用户数据的保护 使用能获得更高频谱利用率的调制技术,19,GPRS网络结构 .GPRS手机 GPRS移
7、动台分三种: Class A:移动台既可以使用GPRS服务,又可以使用GSM服务,并且移动台同一时刻支持两种服务。 Class B:移动台可以使用GPRS服务,也可以使用GSM服务,但是每次只能使用其中一种服务。 Class C:移动台只能使用GSM服务或者GPRS服务。,20,MSC,CS-Paging/CS-Transaction,PS-Paging/PS-Transaction,图 GPRS的Class A移动台,21,MSC,CS-Paging/CS-Transaction,PS-Paging/PS-Transaction,图 GPRS的Class B移动台,22,MSC,CS-Pag
8、ing/CS-Transaction,PS-Paging/PS-Transaction,图 GPRS的Class B移动台,23,MSC,CS-Paging/CS-Transaction,PS-Paging/PS-Transaction,图 GPRS的Class C移动台,24,.新增的网络接入设备 PCU (Packet Controller Unit):分组控制单元,通常位在BSC中(或BTS、SGSN中)。负责GPRS的空中接口资源共享(RLC/MAC层)、分段并重组RLC/MAC块、通过ARQ机制保证空中接口数据发送的可靠性(在PDCH信道上)、无线信道管理功能(功率控制、阻塞控制、广
9、播控制信息等)。 作用等同于GSM中的TRAU。 CCU (Channel Codec Unit):信道编码器单元,在BTS中,负责交织编码和纠正错码;无线信道测量功能(接收信号的电平、接收信号质量电平以及和时间提前值测量的有关信息)。,25,图 PCU,27,.新增的核心网络实体 SGSN (Serving GPRS Support Node),GPRS服务支持节点,是管理出现在某一给定区域的移动台的路由器。负责在GGSN和不同的BSS间转发数据分组;移动性管理;GPRS会话管理;加密;计费;数据压缩(V.42bis) ;TCP/IP首部压缩(RFC1144)。,28,图 SGSN的任务和功
10、能,(a)路由管理,(b) GPRS移动性管理,$,(c)计费(本网资源),29,图 SGSN的会话管理,PDP Context,PDP Context,PDP Context,30,GGSN (Gateway GPRS Support Node),GPRS网关支持节点,是连接GPRS网络和外部数据网络的的路由器,负责将来自外部数据网络的分组送往和目的节点相连的SGSN;计费(针对外网资源)。,31,$,图 GGSN的任务和功能,(a)数据网和PLMN的接口,(b)分组数据转发,(c)计费,32,GGSN种类 GPRS可以为用户提供不同层次和种类的服务。GGSN可以和内部/外部的鉴权服务器、分
11、配IP地址的服务器相连。 GGSN Type A(透明接入GGSN) 运营商有自己的DHCP/RADIUS服务器和DNS服务器,并且可以为处于PDP context activation状态下的移动用户提供IP地址。 GGSN Type B(非透明接入GGSN) GGSN为外部的ISP的鉴权和IP地址分配提供中继。 GGSN Type C(共同的GGSN) 处于同一Intranet中的多个用户通过GGSN接入到PLMN中。,33,DHCP RADIUS,DNS,Internet/Intranet,DHCP RADIUS,DNS,DHCP RADIUS,DNS,属于PLMN,PLMN,Inter
12、net,GGSN,GGSN,GGSN,B,A,C,Intranet of Volume Customer,属于同一ISP,ISP-Function,图 不同类型的GGSN,34,. 网络接口 在GPRS的网络部分定义了大量的信令接口。,图 GPRS网络结构及接口,图 GPRS网络结构及接口,37,信令接口Gr Gr接口是在SGSN和HLR之间。 Gr接口涉及位置区更新 下载鉴权三要素 连接移动终端 操作是通过MAP协议完成的。,39,信令接口Gs Gs接口是在MSC和SGSN之间的。 Gs接口被用来联合的GSM/GPRS paging寻呼 联合的路由区及位置区更新(Combined RA/LA
13、 update) 已接入GPRS的手机执行GSM接入 已接入GSM的手机执行GPRS接入 退出GPRS (GPRS Detach)和退出GSM (IMSI Detach) 移动性管理信息(MM information) MS信息查询(MS information required) 特定移动台信息告示(Non-GPRS Alert) 操作是通过BSSAP+协议完成的。,41,信令平面接口Gf Gf接口是在SGSN和EIR之间。 通过Gf接口可以验证移动终端的身份代码。 操作是通过MAP协议完成的。,43,信令平面接口Gc 接口Gc是在GGSN和HLR之间的。 被用来从GGSN激活一个PDP c
14、ontext。实际上,是使GGSN从HLR处获得移动终端的位置信息。 操作是通过MAP协议完成的。,45,信令平面接口Gd 接口Gd是在SGSN和SMS-GMSC/SMS-IWMSC之间的。 保证GPRS移动台处于GPRS状态能及时收到短信 操作是通过MAP协议完成的。,47,信令平面接口Gn Gn接口是在GSN (GPRS Support Node)之间的。 保证分组在GSN间的发送 以及管理移动性:如果一个移动终端更换了SGSN,GTP (GPRS Tunnelling Protocol)能够将数据引导到新的SGSN。 在GPRS骨干网中,GTP协议将用户数据和信令消息置入到SGSN和GG
15、SN间的隧道,以及SGSN间的隧道中传输。,49,TID (Tunnel IDentifier)被GSN间的GTP协议用来确定一个PDP context。TID是由IMSI和NSAPI (Network layer Service Access Point Identifier)组成。 GGSN处的PDP context 主要是确认移动台的公共IP地址。 SGSN处定义的公共IP地址是和SGSN分配给移动台的专用IP地址配合一起使用的。,NAT (Network Address Translation):网络地址翻译,内部IP地址与外部网络IP地址的转换。 外部网络的透明接入和非透明接入: 如
16、果用户的IP地址是运营商分配的公共地址(动态或静态),则GGSN不参与用户的验证和鉴权过程,用户可以通过GGSN透明地接入到GPRS内部网络或互联网络,这种方式称为透明方式。 非透明方式主要是用户通过GPRS网络接入到企业网络或ISP的情形。用户MS的IP地址是由企业网络或ISP分配的专用地址(动态或静态),用户访问该企业网络或ISP时,GGSN需要企业网络或ISP中的专用服务器对该用户进行鉴权或验证。,51,GTP协议的信令功能允许: 为一个PDP context建立一条隧道; 在PDP context释放后,去除这条隧道; 在移动台意外改变了SGSN时转移隧道。,52,信令平面和传输平面共
17、有的层 LLC (Logical Link Control):保证移动台和SGSN之间的数据交换。LLC层负责GPRS的专门的加密。 RLC (Radio Link Control):为移动台和BSS间提供了一条链路。MAC层管理接入无线信道,并将LLC帧映射到GSM的物理信道上。只在移动台有数据要传输时,分配资源给移动台。,53,移动性管理 .PLMN内和PLMN间的漫游 前提: 不同PLMN网络间漫游,需要双方的约定 SGSN和HLR一起参与GPRS移动性管理 SGSN使用SS7/MAP和HLR联系,54,HLR,SGSN,SGSN,SS7网络,SS7,H-PLMN,V-PLMN,图 GP
18、RS漫游,55,移动性管理 .移动台的状态 Idle (GPRS) 状态 移动用户没有开机或者没有执行GPRS Attach 没有PDP-context被激活,移动台没有数据传输发生。,56,READY 状态 移动台成功地发送了LLC帧或者执行了GPRS-Attach SGSN在收到了移动台的LLC帧或GPRS-Attach随即进入Ready状态 计时器T3314启动 计时器计时结束后,移动台和SGSN进入Standby状态,57,STANDBY 状态 如果移动台不是在分组转发转台时,下行链路上有数据发送给移动台,移动台必须可以收到来自PCH或PPCH信道上的广播。,58,Standby,Re
19、ady,Idle,GPRS-Attach,Ready-Timer Expire,GPRS-Detach,LLC-Frame Reception,LLC-Frame Reception,Implicit Detach,SGSN,Standby,Ready,Idle,GPRS-Attach,Ready-Timer Expire,GPRS-Detach,LLC-Frame Transfer,LLC-Frame Transfer,Implicit Detach,Mobile Station,图 SGSN和移动台中的GMM 状态,59,.共同移动性管理CMM (Common Mobility Manag
20、ement) CMM只为SGSN和MSC间的接口Gs所支持,根据Gs的设置与否,网络操作模式NOM (Network Operation Mode)可分为: NOM I:移动台只能够监听一条paging信道(PCH或PPCH)。在数据传输过程中,移动台通过分配的分组数据信道接收paging信息,并不需要另一条单独的paging信道。 NOM II:移动台在数据传输过程能够继续监听PCH信道 NOM III:移动台能够同时监听PCH和PPCH信道,60,图 GPRS网络概况,61,.GPRS中新的识别符和参数 Routing Area和Null Routing Area GPRS中,每个Rout
21、ing Area是一个Location Area的一部分。 Null Routing Area:在这种LA中,所有蜂窝小区都不支持GPRS服务。,62,Null Routing Area,Routing Area 1,Routing Area 2,图 GPRS中的LA,Location Area=Routing Area 1+Routing Area 2+Null Routing Area,63,RAI RAI (Routing Area Identity),用来识别被称为路由区域RA的一组蜂窝小区。 一个RA只和一个SGSN相连,并且通常被包括在GSM的一个地理位置中。 RAI = LAI
22、+ RAC (Routing Area Code)。RAC被编码成8 bits。 CI (Cell Identity),允许识别当前蜂窝小区。,64,MCC,MNC,LAC,RAC,LAI,RAI,图 RAI和LAI,65,.GPRS中新的识别符和参数 P-TMSI P-TMSI (Packet Temporary Mobile Subscriber Identity),是GPRS网络以加密方式分配给移动台的临时身份代码,由SGSN分配给用户。 在联合了电路和分组两种模式的网络中,移动台可以被分配两个身份代码: TMSI:取值从十六进制的0到BFFF。 P-TMSI:取值从十六进制的C000到
23、FFFE。,66,可以使用一个签名辅助P-TMSI,签名是用加密模式和P-TMSI一起(也可能迟一点)传送给移动台的。 当移动台发生地理位置变化时,它必须在请求更新地理位置的消息中附加上签名。 在paging消息和移动台申请接入时,P-TMSI是以明文发送的,签名则总是以加密方式发送的。,67,1,1,0,0,0,1,1,0,32 bit,SGSN=P-TMSI,VLR=TMSI,图 P-TMSI和TMSI,68,TLLI TLLI (Temporary Link Layer Identity),是用来标识移动台和SGSN间逻辑链路的代码,被编码成4个字节。 TLLI分为 Local TLLI
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