GPRS 快速指南

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GPRS - 概述

通用分組無線業務（也稱為GPRS）是邁向網際網路訪問的第三代技術。GPRS 也被稱為 GSM-IP，即全球移動通訊系統網際網路協議，因為它使系統使用者保持線上狀態，允許撥打電話，並隨時隨地訪問網際網路。即使是分時多重進接 (TDMA) 使用者也可以從該系統中受益，因為它提供分組無線電接入。

GPRS 還允許網路運營商為整合語音和資料應用執行基於網際網路協議 (IP) 的核心架構，該架構將繼續用於 3G 服務並得到擴充套件。

GPRS 取代了有線連線，因為它簡化了對網際網路等分組資料網路的訪問。GPRS 採用分組無線電原理，以結構化的方式在 GSM 移動臺和外部分組資料網路之間傳輸使用者資料分組。這些分組可以直接從 GPRS 移動臺路由到分組交換網路。

在當前版本的 GPRS 中，支援基於網際網路協議 (IP) 的網路，例如全球網際網路或私有/公司內部網和 X.25 網路。

誰擁有 GPRS？

GPRS 規範由歐洲電信標準協會 (ETSI) 編寫，它是美國國家標準協會 (ANSI) 的歐洲對應機構。

主要特點

以下三個主要特點描述了無線分組資料

• 始終線上功能 - 消除了撥號過程，使應用程式只需單擊一下即可使用。

• 對現有系統的升級 - 運營商無需更換裝置；GPRS 是在現有基礎設施之上新增的。

• 未來 3G 系統的組成部分 - GPRS 是 3G 系統 EDGE 和 WCDMA 的分組資料核心網路。

GPRS 的目標

GPRS 是邁向端到端無線基礎設施的第一步，其目標如下：

• 開放式架構
• 一致的 IP 服務
• 不同空中介面使用相同的基礎設施
• 整合的電話和網際網路基礎設施
• 利用行業對 IP 的投資
• 獨立於基礎設施的服務創新

GPRS 的優勢

更高的資料速率

GPRS 以多種方式使使用者受益，其中之一是更高的資料速率，從而縮短了訪問時間。在典型的 GSM 手機中，僅設定就是一個漫長的過程，同樣，資料許可的速率也限制在 9.6 kbit/s。GPRS 實施時提供的會話建立時間小於一秒，ISDN 線路資料速率高達許多 10 kbit/s。

簡單的計費

GPRS 分組傳輸提供的計費方式比電路交換服務提供的計費方式更友好。在電路交換服務中，計費基於連線的持續時間。這對於具有突發流量的應用程式不適用。即使在沒有傳送分組的空閒期間（例如，使用者閱讀網頁時），使用者也必須支付全部通話時間。

與此相反，對於分組交換服務，計費可以基於傳輸的資料量。對使用者的優勢在於，他或她可以長時間“線上”，但將根據傳輸的資料量付費。

GPRS - 應用

GPRS 為移動無線使用者開放了一系列獨特的服務。一些特性為使用者打開了充滿增值服務的市場。以下是其中一些特性：

• 移動性 - 在移動過程中保持持續的語音和資料通訊的能力。

• 即時性 - 允許使用者根據需要獲得連線，無論位置如何，無需冗長的登入會話。

• 本地化 - 允許使用者獲取與其當前位置相關的資訊。

使用上述三個特性，正在開發各種可能的應用程式以提供給移動使用者。這些應用程式通常可以分為兩大類：

• 企業
• 消費者

這兩個級別進一步包括：

• 通訊 - 電子郵件、傳真、統一訊息和內部網/網際網路訪問等。

• 增值服務 - 資訊服務和遊戲等。

• 電子商務 - 零售、購票、銀行和金融交易等。

• 基於位置的應用 - 導航、交通狀況、航空/鐵路時刻表和位置查詢器等。

• 垂直應用 - 貨運、車隊管理和銷售隊伍自動化。

• 廣告 - 廣告可能是位置敏感的。例如，使用者進入商場時，可以接收特定於該商場商店的廣告。

除了上述應用外，GPRS 還支援 SMS、MMS 和語音呼叫等非語音服務。封閉使用者組 (CUG) 是 GPRS 上市後常用的術語，此外，還計劃實施補充服務，例如無條件來電轉接 (CFU) 和移動使用者無法接通時的來電轉接 (CFNRc) 以及封閉使用者組 (CUG)。

GPRS - 架構

GPRS 架構的工作過程與 GSM 網路相同，但增加了允許分組資料傳輸的實體。此資料網路與第二代 GSM 網路重疊，提供 9.6 至 171 kbps 的分組資料傳輸速率。除了分組資料傳輸外，GSM 網路還允許多個使用者同時共享相同的空中介面資源。

以下是 GPRS 架構圖（此處應插入圖表）

GPRS 嘗試儘可能重用現有的 GSM 網路元素，但要有效地構建基於分組的移動蜂窩網路，需要一些新的網路元素、介面和用於處理分組流量的協議。

因此，GPRS 需要對許多 GSM 網路元素進行修改，總結如下：

GPRS 移動臺

需要新的移動臺 (MS) 來使用 GPRS 服務，因為現有的 GSM 手機無法處理增強的空中介面或分組資料。可以存在各種 MS，包括當前手機的高速版本以支援高速資料訪問、具有嵌入式 GSM 手機的新型 PDA 裝置以及用於筆記型電腦的 PC 卡。這些移動臺向後相容，可以使用 GSM 撥打電話。

GPRS 基站子系統

每個 BSC 都需要安裝一個或多個分組控制單元 (PCU) 並進行軟體升級。PCU 為基站子系統 (BSS) 提供用於分組資料流量的物理和邏輯資料介面。BTS 也可能需要軟體升級，但通常不需要硬體增強。

當用戶移動裝置發起語音或資料流量時，它會透過空中介面傳輸到 BTS，然後從 BTS 傳輸到 BSC，方式與標準 GSM 呼叫相同。但是，在 BSC 的輸出端，流量被分離；語音按照標準 GSM 傳送到移動交換中心 (MSC)，資料透過 PCU 透過幀中繼介面傳送到稱為 SGSN 的新裝置。

GPRS 支援節點

增加了兩個新的元件，稱為閘道器 GPRS 支援節點 (GSN) 和服務 GPRS 支援節點 (SGSN)

閘道器 GPRS 支援節點 (GGSN)

閘道器 GPRS 支援節點充當外部網路的介面和路由器。它包含 GPRS 移動裝置的路由資訊，該資訊用於透過基於 IP 的內部骨幹網將分組隧道到正確的服務 GPRS 支援節點。GGSN 還收集與使用外部資料網路相關的計費資訊，並可以充當傳入流量的分組過濾器。

服務 GPRS 支援節點 (SGSN)

服務 GPRS 支援節點負責 GPRS 移動裝置的身份驗證、移動裝置在網路中的註冊、移動性管理以及收集關於使用空中介面的計費資訊。

內部骨幹網

內部骨幹網是一個基於 IP 的網路，用於在不同的 GSN 之間傳輸分組。SGSN 和 GGSN 之間使用隧道技術，因此內部骨幹網不需要關於 GPRS 網路外部域的任何資訊。從 GSN 到 MSC、HLR 或 EIR 的信令使用 SS7 完成。

路由區

GPRS 引入了路由區的概念。此概念類似於 GSM 中的位置區，只是它通常包含較少的單元。因為路由區小於位置區，所以在廣播尋呼訊息時使用的無線電資源更少。

GPRS - 協議棧

下圖顯示了 GPRS 協議棧和從 MS 到 GGSN 的端到端訊息的流程。GTP 是使用 Gn 介面在 SGSN 和 GGSN 之間使用的協議。這是一個第 3 層隧道協議。（此處應插入圖表）

對於網路內部和外部的使用者來說，應用程式中發生的程序看起來像一個普通的 IP 子網。需要注意的關鍵是，應用程式透過標準 IP 通訊，該 IP 透過 GPRS 網路傳輸，然後透過閘道器 GPRS 傳輸出去。在 GGSN 和 SGSN 之間移動的分組使用 GPRS 隧道協議，這樣位於 GPRS 網路外部的 IP 地址就不必處理內部骨幹網。UDP 和 IP 由 GTP 執行。

SGSN和MS之間使用子網依賴收斂協議 (SNDCP) 和邏輯鏈路控制 (LLC) 的組合。SNDCP 將資料扁平化以減輕無線通道的負載。LLC 透過加密資料包提供安全的邏輯鏈路，並且只要移動裝置處於單個 SGSN 下，就使用相同的 LLC 鏈路。

如果移動裝置移動到位於不同 SGSN 下的新路由區；則刪除舊的 LLC 鏈路並與新的服務 GSN X.25 建立新的鏈路。透過在內部骨幹網上執行 X.25 來提供服務。

GPRS - 服務質量

傳統移動分組資料應用程式的服務質量 (QoS) 要求形式多樣。QoS 是 GPRS 服務的重要特性，因為各種 GPRS 應用程式（如即時多媒體、網頁瀏覽和電子郵件傳輸）對 QoS 支援的要求各不相同。

GPRS 允許使用以下引數定義 QoS 配置檔案：

• 服務優先順序
• 可靠性
• 延遲和
• 吞吐量

這些引數將在下面描述。

服務優先順序

與其他服務相比，給予服務的偏好稱為服務優先順序。此優先順序分為三個級別：

• 高
• 普通
• 低

當網路擁塞時，與高優先順序或普通優先順序資料包相比，低優先順序資料包將被丟棄。

可靠性

此引數表示應用程式所需的傳輸特性。定義了可靠性類別，這些類別保證了資料包丟失、重複、錯序和損壞機率的某些最大值。

延遲

延遲定義為兩個通訊移動站之間或移動站與外部分組資料網路的 GI 介面之間的端到端傳輸時間。

這包括 GPRS 網路中的所有延遲，例如，請求和分配無線資源的延遲以及 GPRS 骨幹網路中的傳輸延遲。不考慮 GPRS 網路外部（例如，在外部傳輸網路中）的傳輸延遲。

吞吐量

吞吐量指定最大/峰值位元率和平均位元率。

使用這些 QoS 類別，可以在移動使用者和網路之間為每個會話協商 QoS 配置檔案，具體取決於 QoS 需求和可用資源。

然後根據傳輸的資料量、服務型別和選擇的 QoS 配置檔案對服務進行計費。

GPRS - 移動臺等級

移動站類別是指全球通用的裝置手機，也稱為移動站 (MS) 及其三個不同的類別。這種裝置，更普遍稱為手機，用於撥打電話和訪問資料服務。MS 包括終端裝置 (TE) 和移動終端 (MT)。

TE 是容納應用程式和使用者互動的裝置，而 MT 是連線到網路的部分。

在以下示例中，Palm Pilot 是 TE，手機是 MT。

為了利用新的 GPRS 服務，我們需要新的支援 GPRS 的手機。有三種不同的 GPRS 終端裝置類別：

A 類

A 類終端可以同時管理分組資料和語音。這意味著需要兩個收發器，因為手機必須同時傳送或接收資料和語音。這是 A 類終端比 B 類和 C 類終端製造成本高的主要原因。

B 類

B 類終端的作用與 A 類不同。這些終端一次只能管理分組資料或語音。可以使用單個收發器同時處理兩者，從而降低終端成本。

例如，如果使用者正在使用 GPRS 會話（如 WAP 瀏覽、檔案傳輸等），則如果他或她接聽電話，則此會話將被暫停。此終端不允許同時啟用兩個會話。此積壓需要糾正，從而為使用者提供同時接聽電話和維護資料會話的功能。

C 類

C 類終端只能管理分組資料或語音。C 類終端的示例包括 GPRS PCM/CIA 卡、自動售貨機中的嵌入式模組等等。

由於 A 類手機成本高昂，大多數手機制造商都宣佈他們的第一款手機將是 B 類。目前，3GPP 正在努力標準化輕量級 A 類，以便以合理的成本提供同時具備語音和資料功能的手機。

GPRS - PDP 上下文

PDP 代表分組資料協議。PDP 地址是網路層地址（開放式系統互連 [OSI] 模型第 3 層）。GPRS 系統支援 X.25 和 IP 網路層協議。因此，PDP 地址可以是 X.25、IP 或兩者兼有。

每個 PDP 地址都固定在一個閘道器 GPRS 支援節點 (GGSN) 上，如下圖所示。從公共分組資料網路傳送到 PDP 地址的所有分組資料流量都透過閘道器 (GGSN)。

公共分組資料網路只關心該地址屬於特定的 GGSN。GGSN 將站點的移動性隱藏在其餘的分組資料網路和連線到公共分組資料網路的計算機之外。

靜態分配的 PDP 地址通常固定在使用者的歸屬網路中的 GGSN 上。相反，動態分配的 PDP 地址可以固定在使用者的歸屬網路或使用者正在訪問的網路中。

當 MS 已連線到 SGSN 並即將傳輸資料時，它必須啟用 PDP 地址。啟用 PDP 地址會在移動裝置的當前 SGSN 與固定 PDP 地址的 GGSN 之間建立關聯。

SGSN 和 GGSN 關於此關聯儲存的記錄稱為 PDP 上下文。

瞭解 MS 連線到 SGSN 和 MS 啟用 PDP 地址之間的區別非常重要。單個 MS 只連線到一個 SGSN，但是它可能同時擁有多個 PDP 地址。

每個地址都可能固定到不同的 GGSN。如果來自公共分組資料網路的資料包到達 GGSN 的特定 PDP 地址，並且 GGSN 沒有與該地址相對應的活動 PDP 上下文，則它可能會簡單地丟棄這些資料包。相反，如果該地址靜態分配給特定移動裝置，則 GGSN 可能會嘗試與 MS 啟用 PDP 上下文。

GPRS - 資料路由

資料路由或移動使用者之間的資料包路由是 GPRS 網路中的關鍵要求之一。此要求可分為兩個方面：

• 資料包路由
• 移動性管理。

資料包路由

GGSN 的重要作用包括與外部資料網路的協同作用。GGSN 使用 SGSN 提供的關於 MS 位置的路由資訊來更新位置目錄。它將封裝在 GPRS 骨幹網上的外部資料網路協議資料包路由到當前為 MS 提供服務的 SGSN。它還解封裝並將外部資料網路資料包轉發到相應的資料網路，並收集轉發到計費閘道器 (CG) 的計費資料。

有三種重要的路由方案：

• 移動端發起的報文 - 此路徑從 GPRS 移動裝置開始，到主機結束。

• 當 MS 位於其歸屬網路時，網路發起的報文 - 此路徑從主機開始，到 GPRS 移動裝置結束。

• 當 MS 漫遊到另一個 GPRS 網路時，網路發起的報文 - 此路徑從被訪問網路的主機開始，到 GPRS 移動裝置結束。

GPRS 網路將其所有資料網路協議封裝到其自己的封裝協議中，稱為 GPRS 隧道協議 (GTP)。GTP 可確保骨幹網路的安全，並簡化 GPRS 網路上的路由機制和資料傳輸。

移動性管理

GPRS 的操作部分獨立於 GSM 網路。但是，某些過程與當前的 GSM 功能共享網路元素，以提高效率並充分利用空閒的 GSM 資源（例如未分配的時間段）。

MS 在 GPRS 系統中可以處於以下三種狀態之一。三態模型是分組無線電特有的。GSM 使用二態模型，空閒或活動。

活動狀態

只有當 MS 處於活動狀態時，才會在 MS 和 GPRS 網路之間傳輸資料。在活動狀態下，SGSN 知道 MS 的小區位置。

透過分組尋呼啟動向活動 MS 傳輸資料包，以通知 MS 有傳入資料包。資料傳輸在透過尋呼訊息指示的通道進行分組尋呼後立即進行。尋呼訊息的目的是簡化接收資料包的過程。MS 只收聽尋呼訊息，而不是收聽下行鏈路通道中的所有資料包。這大大減少了電池使用量。

當 MS 要傳輸資料包時，它必須訪問上行鏈路通道（即服務所在的鏈路到分組資料網路的通道）。上行鏈路通道由多個 MS 共享，其使用由 BSS 分配。MS 在隨機接入訊息中請求使用該通道。BSS 將未使用的通道分配給 MS，並在回覆隨機接入訊息時傳送接入授權訊息。

待機狀態

在待機狀態下，只知道 MS 的路由區。（路由區可以包含 GSM 位置區內的一個或多個小區）。

當 SGSN 向處於待機狀態的 MS 傳送資料包時，必須對 MS 進行尋呼。由於 SGSN 知道 MS 的路由區，因此尋呼訊息將傳送到該路由區。接收到分組尋呼訊息後，MS 將其小區位置中繼到 SGSN 以建立活動狀態。

空閒狀態

在空閒狀態下，MS 沒有啟用邏輯 GPRS 上下文或分配任何分組交換公共資料網路 (PSPDN) 地址。在這種狀態下，MS 只能接收任何 GPRS MS 都可以接收的多播訊息。由於 GPRS 網路基礎設施不知道 MS 的位置，因此無法從外部資料網路向 MS 傳送訊息。

路由更新

當處於活動狀態或待機狀態的 MS 從一個路由區移動到同一個 SGSN 服務區內的另一個路由區時，它必須執行路由更新。SGSN 中的路由區資訊將被更新，並且該過程的成功將在響應訊息中指示。

當活動 MS 進入新小區時，將呼叫基於小區的路由更新過程。MS 透過 GPRS 通道向其當前 SGSN 傳送包含 MS 標識及其新位置的短訊息。此過程僅在 MS 處於活動狀態時使用。

SGSN 間路由更新是最複雜的路由更新。MS 從一個 SGSN 區域更改到另一個 SGSN 區域，它必須與新的 SGSN 建立新的連線。這意味著在 MS 和新的 SGSN 之間建立新的邏輯鏈路上下文，並通知 GGSN MS 的新位置。

GPRS - 接入模式

GPRS 接入模式指定 GGSN 是否在接入公共資料網路 (PDN) 的接入點請求使用者身份驗證。可用選項包括：

• 透明 - GGSN 不請求安全授權/身份驗證。

• 非透明模式 - 在這種情況下，GGSN 充當認證的代理。

GPRS 透明和非透明模式僅與 PDP 型別 IPv4 相關。

透明模式

透明接入是指不參與使用者接入授權和認證的 GPRS PLMN。對PDN相關安全程式的訪問對GSN來說是透明的。

在透明接入模式下，MS 獲得一個屬於運營商或任何其他域定址空間的地址。該地址可以在訂閱時作為靜態地址分配，也可以在 PDP 上下文啟用時作為動態地址分配。動態地址由 GPRS 網路中的動態主機配置協議 (DHCP) 伺服器分配。任何使用者認證都在 GPRS 網路內完成。不執行 RADIUS 認證；只執行基於 IMSI 的認證（來自手機中的使用者身份模組）。

非透明模式

對內聯網/ISP 的非透明訪問意味著 PLMN 在 MS 的內聯網/ISP 認證中扮演著角色。非透明訪問使用移動終端發出的密碼認證協議 (PAP) 或質詢握手認證協議 (CHAP) 訊息，並將其附加在 GTP PDP 上下文啟用訊息中。此訊息用於向與接入點名稱 (APN) 關聯的 RADIUS 伺服器構建 RADIUS 請求。

GPRS 接入點名稱

GPRS 標準定義了一個名為接入點名稱 (APN) 的網路標識。APN 標識 GPRS 網路中 GGSN 節點可訪問的 PDN。在 GPRS 中，僅使用 APN 來選擇目標網路。要配置 APN，運營商在 GSN 節點上配置三個元素

• 接入點 - 定義 APN 及其相關的接入特性，包括安全 (RADIUS)、動態地址分配 (DHCP) 和 DNS 服務。

• 接入點列表 - 定義與虛擬模板關聯的邏輯介面。

• 接入組 - 定義是否允許 PDN 和 MS 之間的訪問。

GPRS - 網路流程

本章簡要介紹了 GPRS 網路中使用的基本流程

• 接入流程 - MS 連線到 GPRS 網路中 SGSN 的過程。

• 認證流程 - SGSN 認證移動使用者的過程。

• PDP 啟用流程 - 建立 MS 和目標網路之間使用者會話的過程。

• 脫離流程 - MS 從 GPRS 網路中的 SGSN 斷開連線的過程。

• 網路發起的針對靜態 IP 地址的 PDP 請求 - 使用靜態 IP 地址，來自分組資料網路的呼叫到達 MS 的過程。

• 網路發起的針對動態 IP 地址的 PDP 請求 - 使用動態 IP 地址，來自分組資料網路的呼叫到達 MS 的過程。

GPRS -計費技術

隨著分組資料被引入移動系統，如何為這些服務計費的問題就出現了。始終線上並按分鐘付費聽起來並不那麼吸引人。在這裡，我們描述了各種可能性，但這完全取決於不同的服務提供商，他們如何向客戶收費。

SGSN 和 GGSN 註冊 GPRS 使用者行為的所有可能方面，並據此生成計費資訊。這些資訊收集在所謂的計費資料記錄 (CDR) 中，並交付給計費閘道器。

GPRS 服務計費可以基於以下引數

• 流量 - 傳輸的位元組數，即下載和上傳。

• 時長 - PDP 上下文會話的持續時間。

• 時間 - 日期、時間和星期幾（允許在非高峰時段使用較低的資費）。

• 最終目的地 - 可以對使用者訪問特定網路（例如透過代理伺服器）收費。

• 位置 - 使用者的當前位置。

• 服務質量 - 為更高的網路優先順序支付更多費用。

• 簡訊 - SGSN 將為簡訊生成特定的 CDR。

• 已服務 IMSI/使用者 - 不同的使用者類別（為高頻使用者、企業或個人使用者提供不同的資費）。

• 反向計費 - 接收方使用者無需為接收的資料付費；而是由傳送方付費。

• 免費 - 指定的資料免費。

• 固定資費 - 固定月費。

• 承載服務 - 基於不同的承載服務收費（對於擁有多個網路（如 GSM900 和 GSM1800）並希望推廣其中一個網路使用的運營商）。或者，承載服務可能適用於對運營商來說，從無線區域網而不是 GSM 網路提供服務成本更低的地區。

GPRS - 手機

GPRS 幾乎已成為最新 GSM 手機的預設功能或強制功能。如果您計劃購買支援 GPRS 的手機，那麼應該選擇 GSM 手機，而不是 CDMA 技術。

GSMArena.com 是一個網站，它已成為所有最新 GSM 手機的一站式商店。下面的頁面顯示了最新 GSM 手機使用者的列表，這是 GSM Arena 提供的。作為該網站的忠實粉絲，我建議您瀏覽網站上釋出的所有評論，並選擇最合適的手機。

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