码迷,mamicode.com
首页 > 移动开发 > 详细

GPRS GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线服务技术的简称,它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务,属于第二代移动通信中的数据传输技术

时间:2016-07-04 18:31:15      阅读:6925      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:

GPRS

 锁定
GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线服务技术的简称,它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务,属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同,是以封包(Packet)式来传输,因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算,并非使用其整个频道,理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。[1] 
中文名
通用分组无线服务
外文名
General Packet Radio Service
简    称
GPRS
属    性
移动通信

概述

移动通信技术从第一代的模拟通信系统发展到第二代的数字通信系统,以及之后的3G、4G、5G,正以突飞猛进的速度发展。在第二代移动通信技术中,GSM的应用最广泛。但是GSM系统只能进行电路域的数据交换,且最高传输速率为9.6kbit/s,难以满足数据业务的需求。因此,欧洲电信标准委员会(ETSI)推出了GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无线业务)。
分组交换技术是计算机网络上一项重要的数据传输技术。为了实现从传统语音业务到新兴数据业务的支持,GPRS在原GSM网络的基础上叠加了支持高速分组数据的网络,向用户提供WAP浏览(浏览因特网页面)、E-mail等功能,推动了移动数据业务的初次飞跃发展,实现了移动通信技术和数据通信技术(尤其是Internet技术)的完美结合。
GPRS是介于2G和3G之间的技术,也被称为2.5G。它后面还有个弟弟EDGE,被称为2.75G。它们为实现从GSM向3G的平滑过渡奠定了基础。

GPRS的网络结构

GPRS是在GSM网络的基础上增加新的网络实体来实现分组数据业务,网络结构如图1所示。
图1 GPRS网络结构
技术分享
技术分享
GPRS新增的网络实体:
1)GSN(GPRS Support Node,GPRS支持节点)
GSN是GPRS网络中最重要的网络部件,有SGSN何GGSN两种类型。
  • SGSN(Serving GPRS Support Node,服务GPRS支持节点)
SGSN的主要作用是记录MS的当前位置信息,提供移动性管理和路由选择等服务,并且在MS和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。
  • GGSN(Gateway GPRS Support Node,GPRS网关支持节点)
GGSN起网关作用,把GSM网络中的分组数据包进行协议转换,之后发送到TCP/IP或X.25网络中。
2)PCU(Packet Control Unit,分组控制单元)
PCU位于BSS,用于处理数据业务,并将数据业务从GSM语音业务中分离出来。PCU增加了分组功能,可控制无线链路,并允许多用户占用同一无线资源。
3)BG(Border Gateways,边界网关)
BG用于PLMN间GPRS骨干网的互连,主要完成分属不同GPRS网络的SGSN、GGSN之间的路由功能,以及安全性管理功能,此外还可以根据运营商之间的漫游协定增加相关功能。
4)CG(Charging Gateway,计费网关)
CG主要完成从各GSN的话单收集、合并、预处理工作,并用作GPRS与计费中心之间的通信接口。
5)DNS(Domain Name Server,域名服务器)
GPRS网络中存在两种DNS。一种是GGSN同外部网络之间的DNS,主要功能是对外部网络的域名进行解析,作用等同于因特网上的普通DNS。另一种是GPRS骨干网上的DNS,主要功能是在PDP上下文激活过程中根据确定的APN(Access Point Name,接入点名称)解析出GGSN的IP地址,并且在SGSN间的路由区更新过程中,根据原路由区号码,解析出原SGSN的IP地址。

GPRS的网络接口

GPRS系统中存在各种不同的接口种类,如图2所示。GPRS接口涉及帧中继规程、七号信令协议、IP协议等不同规程种类,内容非常多。以下分别予以简单介绍。
技术分享GPRS接口种类
图2 GPRS的网络接口
1)Gb接口
SGSN与SGSN之间的接口。该接口既传送信令又传输话务信息。
2)Gc接口
GGSN与HLR之间的接口。Gc接口为可选接口。
3)Gd接口
SMS-GMSC与SGSN之间的接口,及SMS-IWMSC与SGSN之间的接口。GPRS通过该接口传送短消息业务,提高SMS服务的使用效率。
4)Gf接口
SGSN与GIR之间的接口。Gf给SGSN提供接入设备获得设备信息的接口。
5)Gn/Gp接口
如图3所示,Gn是同一个PLMN内部GSN之间的接口,Gp是不同PLMN中GSN之间的接口,Gn与Gp接口都采用基于IP的GTP协议规程,提供协议规程数据包在GSN结点间通过GTP隧道协议传送的机制。Gn接口一般支持域内静态或动态路由协议,而Gp接口由于经由PLMN之间路由传送,所以它必须支持域间路由协议,如边界网关协议BGP。
GTP规程仅在SGSN与GGSN之间实现,其他系统单元不涉及GTP规程的处理。
技术分享Gn与Gp接口
图3 Gn/Gp接口
6)Gr接口
SGSN与HLR之间的接口。Gr接口用于SGSN与HLR之间传送移动性管理的相关信令,给SGSN提供接入HLR并获得用户信息的接口,该HLR可以属于不同的PLMN。
7)Gs接口
Gs接口为SGSN与MSC/VLR之间的接口,在Gs接口存在的情况下,MS可通过SGSN进行IMSI/GPRS联合附着、LA/RA联合更新,并采用寻呼协调通过SGSN进行GPRS附着用户的电路寻呼,从而降低系统无线资源的利用,减少系统信令链路负荷,有效提高网络性能。
8)Um接口
MS与GPRS网络侧的接口。通过该接口完成MS与网络侧的通信,完成分组数据传送、移动性管理、会话管理、无线资源管理等方面的功能。
9)Gi接口
Gi接口是GPRS网络与外部数据网络的接口点,它可以用X.25协议、x.75协议或IP协议等接口方式。其中与IP接口方式。在IP网络中,子网的链接一般通过路由器进行。因此,外部IP网认为GGSN就是一台路由器,他们之间可跟据客户需要考虑采用何种IP路由协议
另外,根据协议和IP网络的基本要求,可由运营商在Gi接口上配置防火墙,进行数据和网络安全性管理;配置域名服务器进行域名解析;配置动态地址服务器进行MS地址的分配;配置Radius服务器进行用户接入鉴权等。

GPRS的协议栈

GPRS协议规程体现了无线和网络相结合的特征。其中既包含类似局域网技术中的逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层,又包含RLC和BSSGP等新引入的特定规程。并且各种网络单元所包含的协议层次也有所不同,如PCU中规程体系与无线接入相关,GGSN中规程体系完全与数据应用相关,而SGSN规程体系则涉及两个方面,它既要连接PCU进行无线系统和用户管理,又要连接GGSN进行数据单元的传送。SGSN的PCU侧的Gb接口上采用帧中继规程,与GGSN侧的Gn接口上则采用TCP/IP规程,SGSN中协议低层部分,如NS和BSSGP层与无线管理相关,高层部分,如LLC和SNDCP则与数据管理相关。
由GPRS系统的端到端之间的应用协议结构可知,GPRS网络是存在于应用层之下的承载网络,它用于以承载IP或X.25等数据业务。由于GPRS本身采用IP数据网络结构,所以基于GPRS网络的IP应用规程结构可理解为两层IP结构,即应用级的IP协议以及采用IP协议的GPRS系统本身。
GPRS分为传输面和控制面两个方面。传输面为提供用户信息传送及其相关信息传送控制过程(如流量控制,错误检测和恢复等)的分层规程。控制面则包括控制和支持用户面功能的规程,如分组域网络接入连接控制(附着与去激活过程),网络接入连接特性(PDP上下文激活和去激活),网络接入连接的路由选择(用户移动性支持),网络资源的设定控制等。

GPRS的无线信道

GPRS系统定义了新的无线分组逻辑信道,分为业务信道与控制信道两大类。

  
信道
子信道
功能
控制信道
分组广播控制信道(PBCCH)
下行信道,用于广播分组数据的特定系统信息。
分组公共控制信道(PCCCH)
分组随机接入信道(PRACH)
上行信道,MS发送随机接入信息或循序响应以请求分配一个或多个PDTCH。
分组寻呼信道(PPCH)
下行信道,用于寻呼MS,可支持不连续接收DRX。PPCH可用于交换或分组交换数据业务寻呼。当MS工作在分组传输方式时,也可以在分组随路控制信道(PACCH)上为电路交换业务寻呼MS。
分组接入准许信道(PAGCH)
下行信道,用于向MS分配一个或多个PDTCH。
分组通知信道(PNCH)
下行信道,用于通知MS的PTM-M呼叫。
分组专用控制信道
分组随路控制信道(PACCH)
上下行双向信道,用于传送包括功率控制、资源分配与再分配、测量等信息。一个PACCH可以对应一个MS所属的一个或几个PDTCH。
上行分组定时控制信道(PTCCH/U)
上行信道,用于传送随机突发脉冲以及估计分组传送模式下的时间提前量。
下行分组定时控制信道(PTCCH/D)
下行信道,用于向多个MS传送时间提前量。
业务信道
分组数据业务信道(PDTCH)
在分组模式下承载用户数据的信道。与电路型双向业务信道不同,PDTCH为单向业务信道。它作为上行信道时,用于MS发起的分组数据传送。它作为下行信道时,用于MS接收分组数据。
系统分配给GPRS使用的物理信道,可以是永久的,也可以是暂时的,以便GPRS与GSM之间能进行动态重组。上述GPRS的逻辑信道可以按下列4种方式组合到物理信道上:
  1. PBCCH+PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH
  2. PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH
  3. PDTCH+PACCH+PTCCH
  4. PBCCH+PCCCH
物理信道帧结构
GPRS分组信道采用52帧复帧结构,每个分组信道共52个复帧,每4个组成一个无线块(Radio Block),因此一个无线信道一共分为12个无线块(B0~B11)和4个空闲帧(x)。
GPRS的各个逻辑信道以一定的规则映射到物理信道的52帧复帧的各个无线块上。

GPRS的关键指标

1)容量指标
①PDCH分配成功率
PDCH分配成功率=(1-分配失败次数/分配尝试次数)×100%
该指标反映了信道的拥塞情况,用来反映当符合信道分配条件,PCU将TCH用做PDCH的成功率。
②每兆字节PDCH被清空次数
每兆字节PDCH被清空次数=使用状态下的PDCH被清空次数/忙时流量
该指标反映了全部信道(TCH、PDCH)的拥塞情况。
③PCU资源拥塞率
PCU资源拥塞率=PCU资源不足造成的信道分配失败次数/分配尝试次数×100%
该指标反映了PCU的公共设备资源是否存在不足。
④忙时平均激活PDCH数
该指标反映了小区或BSC内PDCH数量,与TCH资源相比可以反映出PDCH占用无线资源的比例。
⑤忙时数据总流量
分为上行流量和下行流量,下行流量更能反映业务量的情况。
⑥忙时每PDCH负荷
忙时每PDCH负荷=忙时数据总流量/忙时平均激活PDCH数
该指标反映了每个PDCH单位时间承载的数据量。这个指标要控制在4kbit/s以下。
2)干扰指标
①C/I
②下行BLER
③上行BLER
3)移动性能指标
①每兆字节小区重选次数=小区重选次数/忙时流量
②短时间重选率=短时间小区重选次数/小区重选总次数×100%
③乒乓重选率=乒乓重选次数/小区重选总次数×100%

特点

应用上的特点

手机上网还显得有些不尽人意。因此,全面的解决方法GPRS也就这样应运而生了,这项全新技术可以令您在任何时间、任何地点都能快速方便地实现连接,同时费用又很合理。简单地说:速度上去了,内容丰富了,应用增加了,而费用却更加合理。
(1)高速数据传输
技术分享gprs远程集中抄表系统
速度10倍于GSM,还可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件,可谓不一般的巨大进步。
(2)永远在线
由于建立新的连接几乎无需任何时间(即无需为每次数据的访问建立呼叫连接),因而您随时都可与网络保持联系,举个例子,若无GPRS的支持,当您正在网上漫游,而此时恰有电话接入,大部分情况下您不得不断线后接通来电,通话完毕后重新拨号上网。这对大多数人来说,的确是件非常令人恼火的事。而有了GPRS,您就能轻而易举地解决这个冲突。
(3)仅按数据流量计费
即根据您传输的数据量(如:网上下载信息时)来计费,而不是按上网时间计费也就是说,只要不进行数据传输,哪怕您一直“在线”,也无需付费。做个“打电话”的比方,在使用GSM+WAP手机上网时,就好比电话接通便开始计费;而使用GPRS+WAP上网则要合理得多,就像电话接通并不收费,只有对话时才计算费用。总之,它真正体现了少用少付费的原则。

技术上的特点

数据实现分组发送和接收,按流量计费;56~115Kbps的传输速度.
GPRS的应用,迟些还会配合Bluetooth(蓝牙技术)的发展。到时,数码相机加了bluetooth,就可以马上通过手机,把像片传送到遥远的地方,也不过一刻钟的时间,够酷吧,这个日子将距离我们不远了。

特点

相对于GSM的9.6kbps的访问速度而言,GPRS拥有171.2kbps的访问速度;在连接建立时间方面,GSM需要10-30秒,而GPRS只需要极短的时间就可以访问到相关请求;而对于费用而言,GSM是按连接时间计费的,而GPRS只需要按数据流量计费;GPRS对于网络资源的利用率而相对远远高于GSM。

对应的范围

2.移动商务
3.移动信息服务
4.移动互联网
5.多媒体业务

技术优势

(1)相对低廉的连接费用
技术分享GPRS节水灌溉测控终端
资源利用率高在GSM网络中,GPRS首先引入了分组交换的传输模式,使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化,这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。按电路交换模式来说,在整个连接期内,用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道。在会话期间,许多应用往往有不少的空闲时段,如上Internet浏览、收发E-mail等等。对于分组交换模式,用户只有在发送或接收数据期间才占用资源,这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道,从而提高了资源的利用率。GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据,体现了“得到多少、支付多少”的原则。实际上,GPRS用户的连接时间可能长达数小时,却只需支付相对低廉的连接费用。
(2) 传输速率高
GPRS可提供高达115kbps的传输速率(最高值为171.2kbps,不包括FEC)。这意味着在数年内,通过便携式电脑,GPRS用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览,同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。
(3) 接入时间短分组交换接入时间缩短为少于1GPRS是一种新的GSM数据业务,它可以给移动用户提供无线分组数据接入股务。
数据速率最高可达164kb/8.GSM空中接口信道资源既可以被话音占用,也可以被GPRS数据业务占用。当然在信道充足的条件下,可以把一些信道定义为GPRS专用信道。要实现GPRS网络,需要在传统的GSM网络中引入新的网络接口通信协议。GPRS网络引入GSN(GPRS Surporting Node)节点。移动台则必须是GPRS移动台或GPRS/GSM双模移动台。

服务

GPRS提升GSM的数据服务性能:
技术分享GPRS
点到点 (P2P) 服务: 连接 (IP protocols)IP网络 and X.25网络。
多播(P2MP)服务 : 一点到多点的组播和多方通话。
短信服务 (SMS): 发送SMS。
多媒体短信(MMS): 发送携带语音