第20讲 GPRS网络结构

GPRS
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 GPRS系统结构
 GPRS功能实体
 GPRS的空中接口
GPRS
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GPRS系统组成
GPRS
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GPRS功能实体
 GPRS新增的主要设备
构建GPRS系统需要向原有GSM网络中新增的
三个主要组件，分别是：
分组控制单元(PCU，Packet Control Unit)
GPRS 服务支持节点(SGSN ，Serving GPRS
Supporting Node)
GPRS网关支持节点(GGSN， Gateway GPRS
Support Node)。
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GPRS功能实体
GPRS新增的主要设备
(1) SGSN
SGSN是为移动台（MS）提供业务的节点。在
激活GPRS业务时，SGSN建立起一个移动性管
理(MM)环境，包含关于这个移动终端的移动
性和安全性方面的信息。SGSN的主要作用就
是记录移动台的当前位置信息，并在移动台
和SGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。
SGSN在GPRS网络中的地位类似于MSC/VLR在
GSM网络中的地位。
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GPRS功能实体
(2) GGSN
GGSN是连接GPRS网络与外部数据网络的节点，主
要是起网关作用，相当于一个路由器，其主要
功能为：
①可和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN
和LAN等；
②负责存储已经激活的GPRS用户的路由信息；
③接收移动台发送来的数据，进行协议转换，转
发至相应的外部网络，或接收来自外部数据网
络的数据，通过隧道技术，传送给相应SGSN；
④具有地址分配、计费、防火墙功能。
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(3) PCU
PCU可以作为BSC的插卡，也可以独立地存在，由于
PCU和BSC之间没有通用的接口协议，因此各个厂
商将其BSC上安装PCU 是实现GPRS的前提。其主
要功能为：
①负责处理无线信道的数据业务；
②无线数据信道的管理和分配，允许多个用户接
入同一无线资源；
③用户数据的压缩、加密和转发；
④功率控制、质量控制和选择信道编码方案；
⑤支持越区切换、无线资源配置和信道指配等。
GPRS功能实体
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GPRS功能实体
为升级到GPRS，GSM需改进的设备
(1) BTS
对于目前使用的CS-1和CS-2，只需软件
升级。
(2) MSC/VLR
如需实现MSC与SGSN的Gs接口，则需要对
MSC做软件升级，否则无需对MSC进行改
造，MSC可以与SGSN/GGSN安装在一起，
并逐步用GPRS核心网取代MSC的功能。
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GPRS功能实体
为升级到GPRS，GSM需改进的设备
(3) HLR
需要软件升级支持GPRS的用户数据和路由
信息以及与SGSN的Gr接口。
(4) OMC
需增加对新的网络单元进行网络管理的功
能。
(5) 计费系统
需升级计费系统，采用按数据流量而不是
按时长计费。
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GPRS功能实体
(6) 终端
采用支持GPRS的终端。GPRS技术规范中主
要定义了如下三类终端:
①A
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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GPRS功能实体
②B
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。
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GPRS功能实体
③C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。
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GPRS功能实体
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。
GPRS
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Um接口协议模型
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Um接口协议模型
(1) 物理层（分为物理RF层和物理链路层两个子层）
物理RF层执行物理波形的调制和解调功能，把物理链
路层收到的比特序列调制成波形，或把接收的波形解
调成物理链路层所需要的比特序列。
物理链路层提供在MS和网络之间的物理信道上进行信
息传输的服务。这些功能包括数据单元成帧、数据编
码、检测和纠正物理介质上传输错误。
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Um接口协议模型
(2) RLC/MAC层
MAC用于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，MAC负责无线链路的用
户数据及控制信令的有效复用、MS发起的信道接入
（特别是有冲突和碰撞时）、MS终止的信道接入、优
先级处理；RLC负责LLC与MAC功能的接口、LLC-PDU的
分割与重组、后向纠错BEC。
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Um接口协议模型
(3) LLC层
LLC在同一层的MAC/RLC上，当MAC与RLC在MS和BSS
间交互工作时，LLC在MS和SGSN间协同工作，负责
在高层子网依赖汇聚层SNDCP的SNDCP数据单元上形
成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧，需要
使用MAC/RLC层的功能。LLR层对于SNDC数据单元
来说是透明的，即不负责处理SNDC数据。
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Um接口协议模型
(4) SNDCP层
在MS和SGSN中SNDCP位于网络层之下，逻辑链路控制层
之上。它支持多种网络层，这些网络层分组数据协议
共享同一个SNDC。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。在SNDC层，
移动台和SGSN之间传送的数据被分割为一个或多个
SNDC数据包单元，SNDC数据包单元生成后被放置到LLC
帧内。
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MS接入外部数据网的过程
GPRS会话管理完成GPRS移动台和外部数据
网间的连接控制管理，连接过程分为：
(1) GPRS附着过程（Attach）
附着过程的目的是系统根据移动终端的签
约数据确定是否允许移动终端在当前请求
的GPRS路由区域中进行数据业务访问。步
骤如下：
①移动用户开机后，MS监听无线信道，收
听系统信息，然后在系统信息给出的控制
信道上发送请求；
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MS接入外部数据网的过程
(1) GPRS附着过程（Attach）
②系统接到请求后，给MS分配无线信道，MS
在系统分配的无线信道上向SGSN发送一个
附着请求，启动附着过程；
③SGSN 收到附着请求后，向MS 发送信息
Identity Request，请求MS的IMSI；
④MS以一个Identity Response将它的IMSI
告知SGSN，SGSN用取得的IMSI到HLR中请求
认证，并对MS进行鉴权；
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MS接入外部数据网的过程
(1) GPRS附着过程（Attach）
④MS以一个Identity Response将它的IMSI告知SGSN，
SGSN用取得的IMSI到HLR中请求认证，并对MS进行鉴权；
⑤MS认证通过后，SGSN向HLR发送Update Location消息；
⑥HLR发送消息Insert Subscriber Data给SGSN，该消
息包括MS的GPRS签约数据（GPRS Subscriber Data）。
若MS的GPRS签约数据允许MS在当前路由区内附着，
SGSN将向HLR返回消息Insert Subscriber Data Ack，
HLR 给SGSN 返回消息Update Location Ack 作为对
Update Location消息的回应；
⑦最后，SGSN向MS发送消息Attach Accept，表明MS附着
成功。
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MS接入外部数据网的过程
(2) PDP上下文激活过程（PDP Context Activation）
MS附着成功后，就建立了MS与GPRS网络之间的通信通道，
要想接入外部数据网，还必须发起PDP上下文激活过程，
建立移动终端与外部数据网的数据通路。激活步骤如
下：
①移动台向SGSN发送“激活 PDP对话请求”信息，信息
中包含APN名、PDP地址、QoS等参数；
②SGSN检查移动台登记时从HLR传送过来的用户数据，或
者向HLR查询用户数据，包括APN、是否采用动态地址
等；
③SGSN根据APN向 DNS服务器查询GGSN，在DNS中，APN对
应GGSN的 IP地址；
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MS接入外部数据网的过程
(2) PDP上下文激活过程（PDP Context Activation）
④SGSN向GGSN发送“生成PDP对话请求”，包含“PDP类
型、IP地址参数、APN、服务质量”。APN指向用户签
约信息中定义的外部数据网络，可能是互联网也可能
是企业 内部网。若是透明接入，GGSN为移动台分配 IP
地址；若是非透明接入，GGSN作为 RADIUS服务器用户
向 RADIUS服务器发送认证请求，认证成功后可从GGSN
的 IP地址池中为该移动台分配 IP地址；
⑤GGSN向SGSN发送“生成PDP对话响应”信息，确认成功
建立PDP对话；
⑥SGSN向移动台发送“PDP对话激活确认”信息，信息中
包含IP地址等参数，此时SGSN就可以在GGSN和移动台
间传送业务IP分组，GGSN负责将IP分组路由至外部数
据网络。