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GPRS业务和应用的研究
GPRS业务和应用的研究
(V2.0)
1999.6
目录
1GPRS业务与应用5
1.1GPRS提供的业务种类5
1.1.1承载数据业务5
1.1.2GPRS基本业务可适用的补充业务8
1.2GPRS与现有业务的关系8
1.2.1与GSM点对点短消息业务关系8
1.2.2与电路交换业务关系8
1.3GPRS应用业务举例10
1.3.1GPRS应用业务概述10
1.3.2GPRS应用业务举例10
2.GPRS的无线子系统16
2.1GPRS无线接口概述16
2.2GPRS无线接口的基本工作原理概述16
2.2.1无线信道结构16
2.2.2信道编码18
2.2.3无线资源管理18
2.2.4功率控制程序18
2.2.5无线指标18
2.2.6无线信令媒体接入控制(MAC)和无线链路控制(RLC)协议功能19
2.2.8程序举例19
3GPRS网络部分23
3.1GPRS网络组成23
3.1.1网络结构23
3.1.2GPRS涉及的主要实体及其功能25
3.2基本工作原理26
3.2.1传输和信令协议平台26
3.2.2地址、编号与标识28
3.2.3移动性管理29
3.2.4路由选择37
3.2.5计费41
3.2.6业务流程示例42
3.3与外部数据网互连44
3.3.1GPRS网与IP网互联44
3.3.2GPRS与外部分组数据网互联46
3.4路由接续与网络建设47
3.4.1路由接续47
3.4.2网络建设49
4.GPRS与其他数据业务的比较53
4.1HSCSD与GPRS业务的比较53
4.2GPRS与CDPD的技术比较54
4.2.1标准化情况54
4.2.2网络数据处理能力55
4.2.3无线接口和业务能力技术比较55
4.2.4组网57
4.2.5比较结果58
5引入GPRS业务对现有GSM网络的影响59
5.1网络设备59
5.1.1对于MS和BSS部分59
5.1.2对于网络部分60
5.2传输网络60
5.3网络规划60
5.3.1无线网络的规划60
5.3.2核心网络的规划60
6各厂家GPRS设备比较60
6.1各厂家设备时间表60
6.2各厂家设备功能和特点的比较61
7GPRS网络与业务的实施及其演进方式的考虑63
7.1GPRS网络与业务实施63
7.2GPRS的标准化进程63
7.3GPRS与第三代UMTS的关系65
1GPRS业务与应用
1.1GPRS提供的业务种类
在PLMN中,GPRS(通用分组无线业务)使得用户能够在端到端分组传输模式下发送和接收数据。
在GPRS中定义了两类承载业务:
点对点(PTP)和点对多点(PTM)。
以GPRS承载业务支持的标准网络协议为基础,GPRS网络营运者可以支持或提供给用户各种电信业务。
GPRS提供应用业务的特点:
—适用不连续的非周期性(突发)的数据传送,突发出现的时间间隔远大于突发数据的平均传输时延;
—适用小于500字节小数据量事务处理业务,允许每分钟出现几次,可以频繁传送;
—适用几千字节大数据量事务处理业务,允许每小时出现几次,可以频繁传送。
上述GPRS应用业务特点表明:
GPRS非常适合突发数据应用业务,能高效利用信道资源,但对大数据量应用业务GPRS网络要加以限制。
主要原因是:
-数据业务量较小。
GPRS网络时依附于原有的GSM网络之上。
但在目前,GSM网络还主要提供电话业务,电话用户密度高业务量大,而GPRS数据用户密度低。
在一个小区内不可能有更多的信道用于GPRS业务。
—无线信道的数据速率较低。
采用GPRS推荐的CS-1和CS-2信道编码方案时,数据速率仅为9.05Kbit/s和13.4Kbit/s(包括RLC块字头)。
但能够保证实现小区的100%和90%覆盖时,能满足同频道干扰C/I9dB要求。
原因是CS-1和CS-2编码方案RLC(无线链路控制)块中的半速率和1/3速率比特用于前向纠错FEC,因此降低了C/I要求。
因此目前GPRS应主要采用CS-1和CS-2编码方案。
能满足现有电路设计要求。
虽然CS-3和CS-4编码方案数据速率较高为15.6Kbit/s和21.4Kbit/s(包括RLC块字头),它是通过减少和取消纠错比特换取数据速率的提高。
因此CS-3和CS-4编码方案要求较高的C/I值。
仅适合能满足较高的C/I值的特殊地区使用。
—当采用静态分配业务信道方式时,初期一个小区一般考虑分配一个频道(载波)即8个信道(时隙)用于分组数据业务。
例如某家公司的第一代GPRSBSS多时隙工作能力:
上下行各5个时隙(PDCH)用于全双工MS。
一个小区仅能提供上下行最高数据速率小于67Kbit/s(CS-2编码)。
当下行4个时隙(PDCH)和上行2个时隙(PDCH)用于半双工MS工作。
一个小区仅提供下行最高数据速率小于53.6Kbit/s(CS-2编码)和上行最高数据速率小于28.6Kbit/s(CS-2编码)。
多时隙信道一般用于Web浏览业务(数据库查询)和FTP文件传送业务等。
由于多时隙信道数量有限,因此GPRS网络要对大数据量应用业务加以限制,允许每小时出现几次。
—当GPRS业务和GSM业务共享信道,采用动态分配信道方式时,电话有较高的优先级。
可利用任何一个信道的两次通话间隙传送GPRS分组数据业务,如果某个信道用于GPRS业务,一个分组数据信道(PDCH)可以实现多个GPRSMS用户共享(即多个逻辑信道可以复用到一个物理信道),因此GPRS特别适用突发数据的应用,大大地提高了信道利用率。
1.1.1承载数据业务
GPRS提供的承载数据业务又叫GPRS网络业务,包括点对点数据业务(PTP)和点对多点数据业务(PTM)。
1.1.1.1点对点数据业务
GPRS提供的点对点数据业务(PTP)又可细分为两类:
a.点对点无连接网络业务(PTP-CLNS)
这类业务属于数据报类型业务(定义在ITU-TI.113)。
点对点无连接网络业务是将一个单独数据分组从用户A传送到目地用户B的业务。
是由提供两个用户之间网络层通信的无连接网络协议CLNP(定义在ISO8473)和IP协议(RFC791)支持的业务。
无连接方式的传输是指发送和接收用户之间信息(数据单元)传送之前不需要建立端到端的会话连接(没有连接建立、保持和释放程序),每个数据分组从源业务接入点送到目的业务接入点没有连接建立过程,每个分组都是独立完成传送的,每个分组的传送与前面的分组传送和后面的分组传送是无关的,分组是不按序列传送的。
发送的每个数据报(数据分组)用IP字头封装,IP字头内包含信源和目地(信宿)IP地址(IP地址由网络(号)地址和主机(号)地址组成)。
网关(路由器)依据每个数据报中信宿网络地址和当前网络拓扑结构(网关路由表配置该网关与其相联的其他网关的网络地址)通过最佳的路由算法选取去往下一个网关(路由器)的路由。
通过网间网寻径,最终完成把数据报送往目地子网。
在子网内依据数据报中的信宿IP地址,把数据送给目地主机。
由于每个分组都是独立完成传送的,用户数据分组不是按照顺序到达的。
分组的交付没有确认保护,用户数据可能丢失,重复接收。
PTP-CLNS主要支持突发非交互式应用业务。
b.点对点面向连接网络业务(PTP-CONS)
这类业务是由面向连接网络协议CONP(定义在ISO8878)、即X.25协议(数据终端设备分组协议)支持的业务。
在两个用户或多个用户之间数据分组传送要求建立逻辑(虚电路)连接(PVC,SVC)。
PTP-CONS业务要求有数据分组传送之前的连接建立、数据传送和连接释放工作程序。
面向连接方式传送是指数据分组传送之前先建立点对点连接,数据分组是在建立的虚电路中按顺序传送的,并按照顺序进行交付数据。
由于数据分组内没有信宿地址,所以不能实现单独分组的寻径传输。
分组的交付有确认保护,不会收到重复的分组。
面向连接网络业务很适合多个分组业务的传送。
在公共陆地移动网PLMN中,移动用户从一个小区漫游到另一个小区时,GPRS保持定向虚电路连接。
当无线链路故障时,必须拆除虚电路。
PTP-CONS网络业务支持突发事件处理和交互式应用业务。
1.1.1.2点对多点数据业务(PTM)
GPRS提供的点对多点数据业务(PTM)可根据某个业务请求者请求,把信息送给多个用户(一组用户),由PTM业务请求者定义用户组成员。
GPRS使用IMGI(国际移动组识别)识别组成员。
组成员主要是由移动用户组成,但是也可能包含一个或多个固定网用户。
PTM业务请求者可以是外部网络业务提供者或者是经过授权的GPRSMS,PTM外部业务提供者一般通过公众分组数据网接入到点对多点服务中心(PTM-SC)。
服务的地理区可以是一个或几个即所有组成员可能分布在不同的地理区域内,由业务请求者自己定义。
点对多点服务中心主要执行对PTM业务请求者进行鉴权、选取组成员所在的SGSN(服务GPRS支持节点),把PTM业务信息送往相关的SGSN,由相关的SGSN再把信息送给基站系统BSS。
由BSS送给PTM组成员MS。
PTM业务又可细分为三类:
a.点对多点组播业务(PTM-M)
这类业务是分布在一个或多个地理区域内的一组用户(由业务提供者定义的服务地理区域和用户组)的多信道广播业务,是单向的没有确认,不能保证用户正确接收。
没有加密,但用户可以自己进行数据加密(属于应用层的数据加密)。
根据GPRS运营者和PTM-M业务提供者之间的协商确定数据交付的时间、QoS及按照事先协商确定的计划重发信息。
PTM-M业务是由业务提供者提出请求,点对多点服务中心进行鉴权处理后将信息送到相关SGSN,相关SGSN将信息送到基站进行广播。
该业务是在业务提供者定义的服务地理区域内所有小区内进行广播,利用IMGI识别组成员,只有合法的组成员才能接收PTM信息。
是在协商规定的数据交付的时间进行数据发送和接收。
只有业务请求者能发起和终止送数据的操作。
其费用由业务请求者付费。
该业务与小区广播短消息业务较为相似,其不同之处主要在于该业务只有合法组用户才能接收,而小区广播短消息对接收用户没有任何限制。
b.点对多点群呼业务(PTM-G)
这类业务为分布在一个或多个地理区域内(可以不在同一个地区内)的一组用户提供安全比较可靠的服务。
服务的地理区域和用户组由业务请求者自己定义。
用户组可以是经过授权的闭合用户群,或是开放用户群:
用户可以自由加入或脱离用户群。
在一个用户组内,又可以包含几个子用户群。
每个子用户群内用户可以发起建立呼叫,但只能在子用户群内部传送信息,其他子用户群内用户不能接收。
点对多点服务中心与一组用户之间建立逻辑联接。
网络对组内用户的漫游位置进行跟踪,提供双向通信服务,也可以提供单向或多向通信服务。
实时交付数据。
双向数据传送是利用组控制器或启动器把信息送给组内成员(点对多点),或组内每个成员送信息到组控制器或启动器(多点对点)。
多向数据传送允许组内成员之间可以发送和接收信息(多点对多点)。
只有加入呼叫的组成员能实现数据加密和去加密传输。
PTM-G业务发送和接收者全能付费。
空中的数据传输可以是点对点方式、广播方式或两种方式相结合。
PTM-G业务特别适合移动数据通信中的纵向应用,即面向集团的数据用户提供双向(或多向)通信服务。
主要网络应用业务包括:
集团用户调度管理,出租车调度,集团(公司)保密信息,特殊的新闻业务等。
c.IP组播业务(IP-M)
这是IP协议定义业务的一部分。
在IP-M中,信息是在IP-M组的参与者之间进行传送的。
IP-M组内用户可以是固定的和移动的IP用户。
服务的地理区域没有定义,IP-M组用户可以是PLMN内部用户或是穿过因特网的一组用户(因特网内用户)。
比GPRSPTM-M服务的地理区域更广泛。
IP-M业务的数据传送和参与者是符合Internet协议IP定义(见RFC1920、1458、1301和1112)。
如果IP-M服务器是GPRS运营者网的组成部分,IP-M服务器送数据分组到GGSN(网关GPRS支持节点),GGSN利用点对点PTP联接方式将数据分组送给每个用户。
点对多点业务的主要特性见表1。
表1-1点对多点业务特性
特性
PTM-M
PTM-G
IP-M
第一次寻址作用
确定协商规定地理区域
确定协商规定一组用户
确定协商规定一组用户
第二次寻址作用
确定协商规定一组用户
确定协商规定地理区域
无
知到参与通信用户身份否?
未知,信息的接收者是未知用户
知到,因为组中用户参与PTM-G呼叫
知到,因为组中用户参与PTM-M呼叫
交付时间
按协商确定的时间
实时
实时
传输方向
单向
单向
双向
多向
多向
交付可靠性措施
无
任选
确认方式,类似一般IPPTP分组传送方式
加密
无
有
有
1.1.2GPRS基本业务可适用的补充业务
适用与GPRS承载业务的补充业务可分为两类:
GSMPhase2的补充业务和GPRS特定的补充业务。
1.1.2.1GSMPhase2补充业务
多数GSMphase2补充业务不能在GPRS网中应用。
但是以下GSMphase2补充业务可以用于GPRS,通过协商可以使用GPRS的PTP-CONS,PTP-CLNS,PTM-G和IP-M(网络业务)工作方式来提供。
GSMphase2补充业务不能用在PTM-M工作方式。
GSMphase2补充业务用于GPRS包括:
a.无条件呼叫前转(CFU)和MS不能到达时的呼叫前转(CFNR);
CFU和CFNR不能用于通过Gi参考点的PTP(点对点)IP工作方式。
当X.25网内也提供CFU和CFNR业务时,X.25网和GPRS网的PTP(点对点)是各自独立工作的。
b.闭合用户群(CUG);
当X.25网内也提供CUG业务时,X.25网和GPRS网的PTP是各自独立工作的。
CUG是属于GPRSPTM性质的业务。
c.送付费通知(AoCI)和付费清单(AoCC);
对有付费问题的用户送付费通知(AoCI)和付费清单(AoCC)。
GPRS第一阶段(phase1)工作不支持该业务。
1.1.2.2GPRS特定的补充业务
可以向GPRS用户提供GPRS特定的补充业务。
该补充业务可针对GPRS的基本业务来签约使用。
目前提供的为‘闭锁GPRS互通文件’业务。
该补充业务通知闭锁激活的互通文件,从而限制用户接入到外部数据网络。
1.2GPRS与现有业务的关系
GPRS业务与现有业务的关系包括:
GPRS与GSM点对点PTP短消息业务(SMS)的关系和GPRS与GSM电路交换业务的关系。
1.2.1与GSM点对点短消息业务关系
MS通过GPRS无线信道能接收来自GSM的短消息SM业务(MT方向),MS也能经GPRS信道发送SM业务(MO方向)。
如果MS附着在GPRS上而未附着在CS业务上,则短消息业务通过GPRS信道来提供;如果MS同时附着在GPRS上和CS业务上,则短消息业务在GPRS信道和CS信道上都可以传送,优先选择哪个信道来传送由运营者确定,一般来说,通过GPRS信道传送短消息无线资源效率会高一些。
此外,如果CS控制信道正在使用,则通过SGSN来对MT短消息进行寻呼。
1.2.2与电路交换业务关系
引入GPRS之后,GSM网就包括了电路交换和分组交换两个部分,这两个部分分别有自己的移动性管理、呼叫控制以及用户数据传输等一套相对独立的功能。
但这两部分也非截然分开的,它们可以通过Gs接口联系起来,使MSC/VLR与SGSN之间相互配合而实现诸如联合位置更新、经由GPRS进行CS寻呼等功能,从而节约网络及无线资源。
根据网络对电路业务和GPRS业务的寻呼方式及其配合关系,可将网络划分为表5所示的三种网络工作模式。
表1-2网络工作模式
模式
电路寻呼信道
GPRS寻呼信道
寻呼配合关系
I
分组寻呼信道
分组寻呼信道
需要SGSN与MSC/VLR配合进行寻呼,应选用Gs接口。
MS只需监视一个寻呼信道,如果给MS分配了分组数据信道,则MS就在该分组数据信道上接收电路业务的寻呼信息。
CCCH寻呼信道
CCCH寻呼信道
分组数据信道
-
II
CCCH寻呼信道
CCCH寻呼信道
不需要SGSN与MSC/VLR配合进行寻呼。
MS只需监视CCCH寻呼信道,但即使给MS分配了分组数据信道,MS也仍在CCCH寻呼信道上接收电路业务的寻呼信息。
III
CCCH寻呼信道
分组寻呼信道
不需要SGSN与MSC/VLR配合进行寻呼。
MS需要监视CCCH寻呼信道和分组寻呼信道这两个信道。
CCCH寻呼信道
CCCH寻呼信道
另外,GPRS终端有以下三类,终端与上述网络工作模式相配合,实现电路交换业务与分组交换业务的关联:
✓A类:
GPRS和GSM电路型业务可同时工作。
✓;B类:
可附着在GPRS和GSM电路型业务上,但二者不能同时工作。
✓C类:
只能附着在GPRS业务上。
B类
以下是几种GPRS分组交换业务与原GSM电路交换业务配合工作的情形:
联合的GPRS/IMSI附着以及分离功能。
当MS执行联合的GPRS/IMSI附着时,MS送请求到SGSN,SGSN通知MSC/VLR,MSC/VLR存储SGSN的地址。
当MS已经实现了IMSI连接时,也实现了GPRS连接。
这样可以节省无线资源。
联合的路由区/位置区更新功能。
当MS同时改变了路由区和位置区时,联合的路由区/位置区更新请求从MS送到SGSN,SGSN将位置区更新请求转发给VLR,VLR即可知道MS位置区的改变,这样可以节省无线资源。
B类类MS的悬置/恢复程序功能。
B类当B类MS在GPRS业务期间,有一个电路交换呼叫呼入,MSC/VLR送给SGSN一个悬置通知,SGSN收到通知后悬置(临时中断)GPRS连接。
当电路交换呼叫完成以后,MSC/VLR送给SGSN一个恢复通知,SGSN收到通知后再恢复GPRS连接,这样避免了MS重建GPRS连接。
经过GPRS网络实现电路交换业务寻呼功能。
当MSC/VLR收到一个移动终接的呼叫或短消息时,MSC/VLR发送寻呼请求到SGSN。
SGSN通过GPRS寻呼信道或分组数据信道发送电路交换寻呼(SGSN完成MSC寻呼信息转换成SGSN寻呼信息),MS利用正常的电路交换GSM信道给出寻呼响应。
1.3GPRS应用业务举例
1.3.1GPRS应用业务概述
GPRS应用(电信)业务是以支持GPRS承载业务的标准网络协议为基础,GPRS网络管理者为用户提供(支持)一些增值业务。
按照GPRS承载业务支持的应用业务来划分,包括:
GPRS点对点PTP承载业务支持的应用业务和点对多点PTM承载业务支持的应用业务两大类。
如果按照应用范围划分,又可分为面向集团内部用户的纵向应用和面向个人的横向应用两种。
移动数据的应用业务还可能有其他的分类方法。
目前移动数据应用领域处于不断发展的过程中,不断有新的应用业务出现,国际上没有统一的分类方法。
下面仅以GPRS承载业务支持的应用业务进行分类举例说明:
点对点PTP承载业务支持的横向(面向个人)应用业务:
电子信箱E-mail业务,特别适合(公司)外出办公人员随时接入公司数据库和收发E-mail,是目前横向应用的主流;
Telnet远程登录业务,实时(没有存储转发功能)双向端到端横向应用业务;
FTP文件传输业务;
交互式信息服务:
Web浏览业务:
访问数据库;信息查询访问;
电子号码薄(目录)服务,查找有关Internet用户信息服务(E-mai地址,电子号码);
检索服务:
用户给出查询关键词,系统自动查询因特网上的信息资源等等。
点对点PTP承载业务支持的纵向(面向集团用户小数据量事务处理)应用业务:
信用卡确认(POS);保安系统(电子监控);GPS自动定位跟踪业务(运钞车定位跟踪);电子商务;电子银行;远程商务洽谈;石油、天然气管道监测系统;煤、水、电远程读表;彩票交易;仓库等监视系统等等。
点对多点PTM承载业务支持的纵向(面向集团用户小数据量事务处理)应用业务:
点对多点PTM单向应用业务:
新闻;股票金融信息;天气预报;业务报告;产品和业务广告;航班时刻表等等。
点对多点PTM双向(多向)应用业务:
调度系统:
外出流动工作人员任务分派调度管理;车队(出租车,邮政快递)调度管理;交通运输路由导引;集装箱码头船舶调度管理等等。
1.3.2GPRS应用业务举例
1.3.2.1纵向应用
移动数据纵向应用是指面向集团内部用户(集团用户)的应用。
例如:
用于金融部门的信用卡确认应用业务;用于安全部门的无线保安系统;用于电力、石油天然气管道管理部门的遥测监视系统;用于公安部门的无线定位业务(运钞车定位);为了实现各种应用,要求首先应完成系统的硬件配置和软件配置,即在中心站主机服务器和移动站的PC中配置好各种应用软件。
1.3.2.1.1点对点应用业务
纵向点对点应用业务是指点对点双向小数据量事务处理业务,属于突发数据业务。
例如:
用于金融部门的信用卡确认应用业务,完成与电子购物和贸易有关的信息传送;用于安全部门、消防和保安部门的无线保安系统;用于电力、石油天然气管道管理部门的遥测监视系统,用于公安部门的无线定位业务(运钞车定位);以及彩票交易;煤气、水和电远程读表和自动监视系统等。
a.信用卡确认(无线刷卡机)
信用卡确认应用业务系统配置见图1-1。
我国银行主机服务器一般位于X.25网内,是X.25主机。
MS是位于GPRS网内。
当MS请求PDPContext激活时(使用AT命令),首先建立MS和GGSN的连接(接入X.25网端口),由GGSN分配MSX.121地址,通过X.25网再建立MS和银行主机服务器之间的连接,之后进入数据通信过程。
银行主机
GGSN
X.25
GPRS网络
Gi
LAN
TRANZ380
图1-1信用卡确认应用系统
TRANZ380是带有打印机的无线刷卡机(POS机),主要用于信用卡的授权证实服务。
MT与POS机经RS-232接口连接做为移动站MS。
提供了全新的信用卡结算连接方式。
当持有信用卡人购物后,将信用卡在POS机上滑过,移动站发送的信息由GPRS系统接收后,通过与GPRS网络互联的X.25数据网传送给银行主机服务器,主机服务器核实持有信用卡人的身份和钱额后,回送有关信息给POS机,对交易过程给予证实。
优点是节省交易时间,完成一次交易时间少于15秒。
POS终端放置地点灵活,安装简便。
有线和无线可以兼容,不改变原有的主机通信结构,可使用现有的卡种。
适用于各大商场、宾馆饭店等行业,有广泛的应用领域。
b.无线保安系统
无线保安系统配置示意图见图1-2。
监视主机是固定端系统,可以通过Chinanet网(图中的例子),X.25网等多种方式接入GPRS网络,根据实际情况选取。
MT和告警装置组成MS(可以是做在一起的专用告警装置)位于GPRS网内。
当请求PDPContext激活时(使用AT命令),建立MS和GGSN的连接,可以由GGSN或Chinanet
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