第十九讲
移动数据通信主要承载技术
2
主要内容
? 主要承载技术 GPRS
? 短消息业务
3
通用分组无线业务 (GPRS)
1,
GPRS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 。
4
首先,GPRS在原有 GSM网络上叠加了一个基于 IP的分组
交换网络,从而得到更高的数据传输速率 ; 其次,正是由于 GPRS
的引入,使得 GSM网络在 Internet接入上有了革命性的变化,而
3G移动通信的核心网正是基于 IP,因而使 GSM向 3G的过渡改动
更少,使得现代通信向 3G的发展更迈进了一步,故 GPRS也称为
是第 2.5代的移动通信 ; 再次,GPRS使得一些原来在 GSM网络上
不能实现的应用成为可能,这些新应用得以实现的关键在于
GPRS GSM与各种 LAN,WAN及 Internet的互连 。
5
2,基本概念
GPRS可以提供四种不同的编码方式,同时分别对应了不同的错误保护 (Error
Protection)能力 。 利用这四种不同的编码方式,GPRS的每个时隙可提供的传
输速率分别为 CS-1(9.05 kb/s),CS-2(13.4 kb/s),CS-3(15.6 kb/s)和 CS-4(21.4
kb/s),其中 CS-1的保护最为严密,CS-4则是未加以任何保护的 。 若再采用时
隙捆绑技术,将 8个时隙合并在一起使用,则 GPRS可以向用户提供最高达
171.2 kb/s的传输速率 。 而且,由于 GPRS采用的是分组交换技术,因而它可
以让多个用户共享某些固定的信道资源,从而进一步提高了系统资源的利用
率 。 此外,与 HSCSD不同的是,GPRS业务既可以和话音业务共享信道,也可
以在信道充足的条件下,占用一些专用信道 。
6
3,
由于 GPRS采用与原 GSM相同的频段, 频带宽度, 突发结构, 无线调制
标准, 跳频规则以及 TDMA帧结构,因此,在以 GSM系统为基础构建 GPRS
系统时,GSM中的绝大部分部件都不需要作硬件改动,只需对其软件进行升
级以及添加相应的硬件组件即可 。 构建 GPRS系统需要向原有 GSM网络中
引入的三个主要组件是, GPRS服务支持节点 (SGSN,Serving GPRS
Supporting Node),GPRS网关支持节点 (GGSN,Gateway GPRS Support
Node)和分组控制单元 (PCU,Packet Control Unit)。
7
GPRS系统结构
P S T N
I S D N
P L M N
P D N
I n t e r n e t
S G S N G G S N
M S C
B S C
电路 交换 业务 通道
B T S
P C U
分组 交换 业务 通道
8
1) GPRS支持节点 (GSN)
为了支持 GPRS业务,必须在 GSM网络中增加相应的节点 —
— GPRS支持节点 (GSN,GPRS Supporting Node)。 GSN是
GPRS网络中最重要的网络节点,也是构成 GPRS骨干网的主体 。
这个节点具有移动路由管理功能,可以和各种类型的数据网络
相连接,从而实现移动台和各种数据网络之间的数据传送及格
式转换 。 GSN也可以和 GPRS寄存器相连 。 从构成形式上看,
GSN既可以是一种类似于路由器的独立设备,也可以与 GSM中
原有的 MSC集成在一起 。
9
GSN有两种类型, 一种为 GPRS服务支持节点 (SGSN,Serving GSN),另
一种为 GPRS网关支持节点 (GGSN,Gateway GSN)。 SGSN和 GGSN相当于
是移动数据路由器,它们既可以被组合在同一个物理节点中,也可以处在不同
的物理节点中 。 在后者情况下,二者可以利用 GPRS隧道协议 (GTP,GPRS
Tunnel Protocol)对 IP或 X.25数据分组进行封装,从而实现二者之间的通信 。
SGSN与移动交换中心 (MSC)处于网络体系的同一层,二者功能相似,但
又各司其职, SGSN只针对分组交换,而 MSC只针对电路交换 。 为了协调同时
具有分组交换与电路交换能力的终端的信令,GPRS在 MSC与 SGSN之间提供
了一个接口 。
10
从位置来看,SGSN介于 MS和 GGSN之间 。 一方面,SGSN是 GSM网络
结构与移动台之间的接口,可以通过帧中继与 BTS相连,从而实现与 MS的互
通 ; 另一方面,SGSN通过 GGSN可以与各种的外部网络相连 。 SGSN的主要
功能是负责 MS的移动性及通信安全性管理,以及完成分组的路由寻址和转
发,实现移动台和 GGSN之间移动分组数据的发送和接收 。 此外,SGSN还有
以下的功能,
(1) 身份验证,加密和差错校验 。
(2) 进行数据计费 (Charging Data)。
(3) 连接归属位置寄存器 (HLR),移动交换中心 (MSC)和 BSC。
11
GGSN是 GSM网络与其他网络之间的网关,负责提供与其他
GPRS网络及其他外部数据网络 (如 IP网, ISDN,PSPDN,
LAN等 )的接口 。 其主要功能是存储 GPRS网络中所有用户的 IP
地址,以便通过一条基于 IP协议的逻辑链路与 MS相通 ; 把 GSM
网中的 GPRS分组数据包进行协议转换 (包括数据格式, 信令协
议和地址信息等的转换 ),从而可以把这些分组数据包传送到远
端的其他网络中 ; 分组数据包传输路由的计算与更新 。
12
2) 基站子系统 (BSS)
GPRS系统可以继续采用 GSM的基站,但原有基站必须要进行硬件的扩
展和软件的升级 。 硬件上需扩展一个新的功能模块, 分组控制单元 (PCU,
Packet Control Unit),用来控制分组信道 。 PCU可以集成在 BSC或 BTS中,
也可以独立设置 。 同时,基站中还要增加与 SGSN进行业务和信令传输的接
口 。 软件上,BSC要增加 GPRS移动管理和 GPRS寻呼的功能 。
GPRS可以使用相同的物理信道群为话音和数据业务服务,这样在一个
小区内便同时存在着 GPRS信道和电路交换信道,其中,一个电路交换信道分
配给一个用户,而一个 GPRS信道可以同时被多个用户共享 。
13
3) 归属位置寄存器, 访问位置寄存器, 移动交换中心等
像归属位置寄存器 (HLR),访问位置寄存器 (VLR),移动
交换中心 (MSC),SMS-GMSC和 SMS-IWMSC等 GSM系统原
有设备都应被升级,以支持相应的 GPRS功能 。
其中,HLR中还可能增加一个 GPRS寄存器 (GR,GPRS
Register),其功能类似于原 GSM中的 HLR。 当然,GR也可以独
立存在,由服务器或程控交换机实现 。 GR是 GPRS的业务数据
库,其中存储着 GPRS的预约数据与路由信息 。 同时,HLR将每
个用户映射到一个或多个 GGSN,从 SGSN可以访问 GR。
14
4)
要实现 GPRS网络,移动台也必须是 GPRS移动台或是 GPRS
/ GSM双模移动台 。
5)
硬件上,GSM核心网中还要引入其他的一些功能实体, 如
域名服务器 DNS,计费网关 CG和边界网关 BG等 。 软件上还要
具有新的安全, 保密特性,如增加 GPRS专用信令等 。
15
4,接口与参考点
TE
R 参考 点
MT
U
m
G P R S 网络 1
G P R S 网络 2
Gp
MS
Gi 参考 点
P D N 或其 他
网络
16
5,
笔记本电脑通过 GPRS网络与 Internet连接情况示意图
I n t e r n e t
X, 2 5
G P R S 网络
G G S NS G S N
G T P 隧道 协议
BS
其他 G P R S
网络
MS
N o t e b o o k
17
由笔记本电脑到 Internet的连接,
(1) 笔记本电脑通过串行或无线方式连接到 GPRS蜂窝电话上 ;
(2) GPRS蜂窝电话与 GSM基站通信 ;
(3) 与电路交换式数据呼叫不同,GPRS分组是从基站发送
到 GPRS服务支持节点 (SGSN),而不是通过移动交换中心 (MSC)连接到
话音网络上的 ;
(4) SGSN与 GPRS网关支持节点 (GGSN)进行通信 ;
(5) GGSN对分组数据进行相应的处理,再发送到目的网络,如因特网或
X.25网络。
18
6,GPRS手机的分类
现有的 GSM移动台 (MS),不能直接在 GPRS中使用,只有按
照 GPRS标准进行改造 (包括硬件和软件 )后才可以使用 。 GPRS
技术规范中主要定义了如下三类终端,
1) A
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 。
19
2) B
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 。
20
3) C
C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 。
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 。
21
7,GPRS的主要特点
1) GPRS为 GSM
(1) 向第三代移动通信系统平稳过渡 。
(2) 在现有的 GSM系统中增加分组交换节点,达到分组交换业务快速覆盖
的目的 。
(3) 底层基于 TCP/IP协议,可与 Internet无缝连接 。
(4) 能够使多个用户共享信道,使分组交换业务和电路交换业务共享信道,
从而获得较高的无线资源利用率和系统容量 。
(5) 作为一种为多种移动数据业务提供服务的承载业务,可以方便有效地
提供短信息, WAP等业务 。
22
2) GPRS
(1) 高的传输速率。
(2) 短的接入时间。
(3) 永远在线。
(4) 灵活的计费方式。
(5) 自如的切换方法。
(6) 与其他数据网络的无缝连接。
23
8,GPRS
1) 会发生包丢失现象
2) 实际速率比理论值低
3)
4) 调制方式不是最优
5)
24
SMS( 短消息业务 )
1,定义
SMS(Short Message Service)意为短信息业务,可以提供移
动终端 (主要是手机 )与其他移动终端或固定网络终端之间文本
型短信息的传递服务 。 即采用 SMS技术,消息既可以传递于移
动网络 (如 GSM)用户之间,又可以传递于移动网络用户与固定
网络 (如 PSTN)用户之间 。 而这里的文本可以包括字符, 汉字
及数字串 。
SMS属于第一代的无线数据服务。
25
2,SMS的网络结构
通常大多数人认为消息是实时传送的,而事实上并非如此,消息的传送
必须要以短信息业务中心为中转站 。 短信息业务中心是在功能上与 GSM网
完全分离的实体,但是也可以包含于 GSM的基站中 。 GSM系统既可以实现
点对点的短信息通信,也可以实现点对多点 (即广播式 )短信息通信 。 但无论
是哪种短信息通信,SMSC的功能都是存储和转发 。 借助于基站及与 GSM互
联的其他网络,SMSC不仅可以服务于 GSM用户,也可以服务于具备短信息
收发功能的固定网用户 。
除了短信息业务中心以外,GSM系统中的基站作为移动台与消息中心惟
一的中间传递者 (SMS消息中继点 ),必须要添加一个或多个标准化接口,以便
与 SMSC进行互通 。 此外,这里的终端设备 (TE),无论是原有的移动台还是数
据设备 (如计算机 ),也都必须要有相应的功能单元 。
26
固定用户向 GSM用户发送短信息的流程图
固 定 用 户 S M S 中心 移 动 用 户
短 信 息
存 储 转 发
短 信 息
未能
接收
及 时 重 发
短 信 息
消 息 收 到
消 息 收 到
27
由上可见,GSM系统的 SMS技术包含两大机制, 存储转发机
制和传递确认机制 。 正是这两大机制保证了短信息传递的可靠
性,也使得它与无线寻呼系统的文字寻呼相比显得更为优越 。
(1) 存储转发机制 。
(2) 传递确认机制 。
28
3,SMS
1) 通话互不干扰
2) 使用方便
3) 价格低廉
4) 应用广泛
5)
29
4,SMS
1) 消息长度受限
2) 消息格式单一
3) 消息结构不灵活
4) 采用的信令信道速率低
5)