手機開發實戰15——GPRS系統組成

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GPRS(General Packet Radio Service)通用分組無線業務,是一種基于分組交換傳輸數據的高效率無線語音和數據通信技術。為了實現GPRS,在現有的GSM網絡中引入新的邏輯網絡實體:服務GPRS支持節點(SGSN)、網關GPRS支持節點(GGSN)和分組控制單元(PCU)等。同時,對原有的一系列功能實體進行了軟件升級。

GSN(GPRS Supporting Node)系GPRS支持接點,是GPRS網絡中最重要的網絡節點。GSN具有移動路由管理功能,它可以連接各種類型的數據網絡,并可以連到GPRS寄存器。GSN可以完成移動臺和各種數據網絡之間的數據傳送和格式轉換。GSN可以是一種類似于路由器的獨立設備,也可以與GSM中的MSC集成在一起。

GSN有兩種類型:一種為SGSN(Serving GSN,服務GSN),另一種為GGSN(Gateway GSN,網關GSN)。

GPRS網絡結構

GPRS MS

(1)終端設備

TE(Teminal Equipment,終端設備)是終端用戶操作和使用的計算機終端設備,在GPRS系統中用于發送和接收終端用戶的分組數據。TE可以是獨立的桌面計算機,也可以將TE的功能集成到手持的移動終端設備上,同MT(Mobile Terminal)合二為一。從某種程度上說,GPRS網絡所提供的所有功能都是為了在TE和外部數據網絡之間建立起分組數據傳送的通路。

(2)移動終端

MT(Mobile Terminal,移動終端)一方面同TE通信,另一方面通過空中接口同BTS通信,并可以建立到SGSN的邏輯鏈路。GPRS的MT必須配置GPRS功能軟件,以支持GPRS系統業務。在數據通信過程中,從TE的觀點來看,MT的作用就相當于將TE連接到GPRS系統的Modem。MT和TE的功能可以集成在同一個物理設備中。

(3)移動臺

MS(Mobile Station,移動臺)可以看作是MT和TE功能的集成實體,物理上可以是一個實體,也可以是兩個實體(TE+MT)。

2. PCU(Packet Control Unit,分組控制單元)

PCU是在BSS側增加的一個處理單元,主要完成BSS側的分組業務處理和分組無線信道資源的管理,目前PCU一般在BSC和SGSN之間實現。PCU的功能包括分組交換呼叫的建立、監視和拆除,負責管理分組分段和規劃、無線信道、傳輸錯誤檢測和自動重發、信道編碼方案、質量控制、功率控制等,并支持越區切換、無線電資源配置和信道指配等功能。PCU可以作為BSC的插卡,也可以獨立地存在,由于PCU和BSC之間沒有通用的接口協議,因此各個廠商必須將其BSC上安裝PCU是實現GPRS的前提。

3. SGSN(Service GPRS Support Node,服務GPRS支持節點)

SGSN是GPRS網絡的一個基本組成網元,是為了提供GPRS業務而在GSM網絡中引進的一個新的網元設備。SGSN的主要作用是記錄移動臺的當前位置信息,并且在移動臺和GGSN之間完成移動分組數據的發送和接收,其地位類似于GSM電路網中的VMSC。

SGSN提供以下功能:

本SGSN區域內的分組數據包的路由與轉發功能,為本SGSN區域內的所有GPRS用戶提供服務。

??加密與鑒權功能

??會話管理功能

??移動性管理功能

??邏輯鏈路管理功能

??同GPRS BSS、GGSN、HLR、MSC、SMS-GMSC、SMS-IWMSC的接口功能

??話單產生和輸出功能,主要收集用戶對無線資源的使用情況

此外,SGSN中還集成了類似于GSM網絡中VLR的功能,當用戶處于GPRSAttach(GPRS附著)狀態時,SGSN中存儲了同分組相關的用戶信息和位置信息。同VLR相似,SGSN中的大部分用戶信息在位置更新過程中從HLR獲取。

4. GGSN(Gateway GPRS Support Node,關口GPRS支持節點)

GGSN也是為了在GSM網絡中提供GPRS業務功能而引入的一個新的網元功能實體,提供數據包在GPRS網和外部數據網之間的路由和封裝。

GGSN主要是起網關作用,它可以和多種不同的數據網絡連接,如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文獻中,把GGSN稱為GPRS路由器。若是透明接入,GGSN為移動臺分配IP地址;若是非透明接入,GGSN作為RADIUS服務器客戶向RADIUS服務器發送認證請求,認證成功后可從GGSN的IP地址池中為該移動臺分配IP地址;

手機可以動態分配IP地址,也可以分配一個靜態地址。如果有靜態地址,網絡端可以主動發起GPRS通信。

GGSN可以把GSM網中的GPRS分組數據包進行協議轉換,從而可以把這些分組數據包傳送到遠端的TCP/IP或X.25網絡。

用戶選擇哪一個GGSN作為網關,是在PDP上下文激活過程中根據用戶的簽約信息以及用戶請求的APN(Access Point Name,接入點名)來確定的。

GGSN主要提供以下功能:

同外部數據IP分組網絡(IP、X.25)的接口功能,GGSN需要提供MS接入外部分組網絡的關口功能,從外部網的觀點來看,GGSN就好象是可尋址GPRS網絡中所有用戶IP地址的路由器,需要同外部網絡交換路由信息;

GPRS會話管理,完成MS同外部網的通信建立過程;

將移動用戶的分組數據發往正確的SGSN;

話單的產生和輸出功能,主要體現用戶對外部網絡的使用情況。

5. CG(Charging Gateway,計費網關)

CG主要完成對各SGSN/GGSN產生的話單的收集、合并、預處理工作,并完成同計費中心之間的通信接口。CG是GPRS網絡中新增加的設備。GPRS用戶一次上網過程的話單會從多個網元實體中產生,而且每一個網元設備中都會產生多張話單。引入CG是為了在話單送往計費中心之前對話單進行合并與預處理,以減少計費中心的負擔;同時SGSN、GGSN這樣的網元設備也不需要實現同計費中心的接口功能。

6. RADIUS服務器

在非透明接入的時候,需要對用戶的身份進行認證,相關的認證、授權信息就存儲在RADIUS服務器(Remote Authentication Dial In User ServiceServer,遠程接入鑒權與認證服務器)上。該功能實體并非GPRS所專有的設備實體。

7. DNS(Domain Name System,域名服務器)

GPRS網絡中存在兩種域名服務器:一種是GGSN同外部網之間的DNS,主要功能是對外部網的域名進行解析,其作用完全等同于固定Internet網絡上的普通DNS;另一種是GPRS骨干網上的DNS,其作用主要有兩點:

?在PDP上下文激活過程中根據確定的APN(Access Point Name,接入點名)解析出GGSN的IP地址;

在SGSN間的路由區更新過程中,根據舊的路由區號碼,解析出老的SGSN的IP地址。該功能實體并非GPRS所專有的設備實體。

8. BG(Border Gateway,邊緣網關)

BG實際上就是一個路由器,主要完成分屬不同GPRS網絡的SGSN、GGSN之間的路由功能,以及安全性管理功能。該功能實體并非GPRS所專有的設備實體。

一個由手機發起的GPRS通信過程為:手機-BTS- BSC-PCU-SGSN-GGSN-IP Network。

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