Gb接口流程详细分析.docx

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Gb接口流程详细分析

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3.1GPRS概述

GPRS—GeneralPacketRadioService，为通用分组无线业务的简称。

GPRS网络引入了分组交换和分组传输的概念，为GSM用户提供了数据通讯应用，如E-mail、internet等。

GPRS是GSMPhase2.1规范实现的内容之一，能提供比现有GSM网9.6kbit/s更高的数据率。

GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构，具有充分利用现有的网络、资源利用率高、始终在线、传输速率高、资费合理等特点。

3.1.1GPRS标准和业务的发展

欧洲最早是在1993年就提出了在GSM网上开通GPRS业务，1997年GPRS的标准化工作取得重大进展，10月份ETSI发布了GSM02.60GPRSPhase1业务描述。

1999年底完成GPRSPhase2的工作。

GPRS的标准分3个阶段，这3个阶段分别制订了18个新的标准并对几十个现有标准进行修订，以实现GPRS。

表1-1列出了这3个阶段。

阶段1阶段2阶段3主要修改标准

02.60业务描述03.60系统描述和网络结构04.60RLC/MAC协议01.61加密要求,SAGE

算法,合法监听03.64无线接口描述04.61PTM-M业务

03.20等等安全方面03.61点对多点-广播业务04.62PTM-G业务

03.22空闲模式程序03.62点对多点-群呼04.64LLC

04.04,07GPRS，系统04.65SNDCP

和时间安排信息07.60用户互通

04.08MAC、RLC和层308.14Gb层1

移动性管理08.16Gb层网络业务

05系列无线接口物理08.18BSSGP、Gb接口

层09.16Gb层2

08.58&08.60Abis接和09.18Gb层3

TRAU帧结构改变09.60Gn&Gp接口

09.02MAP增加Gr和Gd

接口协议

11.10TBR-19MS测试

09.61外部网路互通11.2XBSS测试

11.11SIM

12.XXO&M

表1-1GPRS的标准的3个阶段

GPRS是GSM向3G迈进的一个重要步骤，根据ETSI对GPRS发展的建议，GPRS从试验到投入商用后，分为两个发展阶段，第一阶段可以向用户提供电子邮件、因特网浏览等数据

业务;第二阶段是EDGE的GPRS，简称E-GPRS。

从移动通信市场的走势来看，国外移动通信运营商已开始涉及多媒体服务的领域，使用户可以用手机在股票市场上进行交易，办理银行转账业务等。

2000年12月21日，中国移动通

信集团公司在京宣布:

正式启动称为"移动梦网"的GPRS网络建设。

截止目前，中国移动已经完成了GPRS两期工程的建设，在全国多个城市商用。

3.1.2GPRS的技术优势和局限

1（GPRS的技术优势

GPRS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，具有以下的技术优势。

1）资源利用率高

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。

而对于分组交换模式，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

2）传输速率高

GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率（最高值为171.2kbit/s，不包括FEC）。

而电路交换数据业务速率为每秒9.6K比特，因此电路交换数据业务（简称CSD）与GPRS的关系就象是9.6K猫和33.6K、56K猫的区别一样，这意味着通过便携式电脑，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）永远在线

GPRS具有"永远在线"的特点，即用户随时与网络保持联系。

用户访问互联网时，手机就在无线信道上发送和接受数据，没有数据传送时，手机就进入一种"准休眠"状态，手机释放所用的无线频道给其他用户使用，这时网络与用户之间还保持一种逻辑上的连接，当用户再次点击，手机立即向网络请求无线频道用来传送数据，而不象普通拨号上网那样断线后还得重新拨号才能上网冲浪。

4）接入时间短

分组交换接入时间缩短为少于1秒，能提供快速即时的连接，可大幅度提高一些事务（如信用卡核对、远程监控等）的效率，并可使已有的Internet应用（如E-mail、网页浏览等）操作更加便捷、流畅。

2（GPRS的局限

相对于现在的非语音数据服务，GPRS大幅提高了频谱的利用和开发，是一种重要的移动数据服务。

但仍存在一些限制，如:

1）实际传输速度比理论低得多:

达到理论上的最高传输速度172.2Kbps的条件是，只一个用户占用全部八个时隙并且没有任何错误保护程序。

现实中，营运商不可能允许单个GPRS用户占用全部时隙。

另外，GPRS终端时隙支持能力受很大局限。

因此，理论上最大速度要考虑到现实环境的约束而重新检验。

2）终端不支持无线终止功能:

启用GPRS服务时，用户确认就服务内容的流量支付费用。

用户就要为不想收取的垃圾内容付费。

GPRS终端是否支持无线终止，威胁GPRS的应用和市场开拓。

3）调制方式不是最优:

GPRS使用名为GMSK（GaussianMinimum-ShiftKeying）的调制技术。

EDGE基于一种新的调制方法8PSK（eight-phase-shiftkeying），允许无线接口有更高的比特率。

8PSK也用于UMTS。

4）传输延迟:

GPRS分组通过不同的方向发送数据，最终达到相同的目的地，那么数据在通过无线链路传输的过程中就可能发生一个或几个分组数据丢失或出错的情况。

3.2GPRS的网络体系结构

3.2.1GPRS总体结构3

在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。

构成GPRS系统的方法是:

（1）在GSM系统中引入3个主要组件:

GPRS服务支持结点（SGSN,ServingGPRSSupportingNode），GPRS网关支持结点（GGSN,GatewayGPRSSupportNode），分组控制单元（PCU）;

（2）对GSM的相关部件进行软件升级GPRS总体结构如图1-1所示:

图1-1GPRS系统结构

图中，笔记本电脑通过串行或无线方式连接到GPRS蜂窝电话上;GPRS蜂窝电话与基站通信，但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）连接到语音网络上。

SGSN与GPRS网关支持节点（GGSN）进行通信;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。

来自因特网标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。

3.2.2GPRS逻辑体系结构

从逻辑上来说，GPRS通过在GSM网络结构中增添SGSN和GGSN两个新的网络节点和分组控制单元（PCU,PacketControlUnit）来实现。

由于增加了这些网络节点，需要命名新的接口。

图1-2说明了GPRS逻辑体系结构。

图1-2GPRS逻辑体系结构

表1-2给出了GPRS体系结构中的接口。

表1-2GPRS体系结构中的接口

接口说明

是移动终端MT（例如手机）和TE（如笔记本电脑）之间的参考R点。

GbSGSN与BSS之间的接口

GcGGSN与HLR之间的接口

GdSMS-GMSC之间的接口，SMS-IWMSC与SGSN之间的接口

GiGPRS与外部分组数据之间的接口

GnPLMN内部SGSN间、SGSN和GGSN间接口

Gp是不同PLMN网的GSN之间采用的接口

GrSGSN与HLR之间的接口

GsSGSN与MSC/VLR之间的接口

GfSGSN与EIR之间的接口

UmMS与GPRS网络侧的接口

3.2.3GPRS网络主要实体

GPRS网络主要实体包括GPRS移动台MS、分组控制单元PCU、GPRS支持节点GSN、计费网关CG，边缘网关BG，DNS域名服务器、RADIUS服务器等。

1.GPRS移动台（MS）

GPRS移动台MS可以由TE和MT两部分组成:

TE（TerminalEquipment，终端设备）和MT（MobileTerminal，移动终端）。

当TE的功能集成到MT移动终端设备上时候MS就是一个集成的移动终端（MT）。

MS根据移动台和网络的能力不同，而分为以下3类:

A类GPRS移动台:

可同时连接到GSM和GPRS系统，能在2个系统中同时激活、收听系统消息，能同时进行分组交换业务和电路交换业务。

B类GPRS移动台:

可同时附着在GPRS网络和GSM网络上，可提供GPRS分组交换业务和GSM电路交换业务，但不能同时进行电路交换和分组交换业务。

当B类MS在GPRS业务期间，如果有一个电路交换呼叫接入，MSC/VLR送一个“挂起”通知，SGSN收到通知后，就“挂起”（临时中断）GPRS的连接，电路交换完成后，MSC/VLR发给SGSN“恢复”通知，GPRS就恢复连接。

C类GPRS移动台:

不能同时附着在GPRS网络和GSM网络上，只能通过手工操作切换业务。

2（分组控制单元（PCU）

PCU是在BSS侧增加的一个处理单元，主要完成BSS侧的分组业务处理和分组无线信道资源的管理，目前PCU组网结构有以下三种，分别集成在基站，BSC或者以独立设备存在，如图1-3所示。

华为GPRS采用C种组网方式。

GbUm

BSCBTSGSNCCU

PCUACCU

Abis

BSCBTSGSNCCUBPCUCCU

BSCBTSGSNCCUCPCU

CCUGb

图1-3PCU组网方式

3（GPRS支持节点（GSN）

GPRS的支持节点GSN是GPRS网络中最重要的网络节点，包含了支持GPRS所需的功能。

在一个GSM网络中允许存在多个GSN。

GSN有两种类型:

SGSN和GGSN。

SGSN是为移动终端（MS）提供业务的节点（即Gb接口由SGSN支持）。

在激活GPRS业务时，SGSN建立起一个移动性管理环境，包含关于这个移动终端（MS）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，并且在移动台和SGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。

SGSN可以通过任意Gs接口向MSC/VLR发送定位信息，并可以经Gs接口接收来自MSC/VLR的寻呼请求。

GGSN是GPRS网络与外部PDN相连的网关。

它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN和LAN等。

GGSN又被称作GPRS路由器。

GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。

GGSN通过配置一个PDP地址被分组数据网接入。

它存储属于这个节点的GPRS业务用户的路由信息，并根据该信息将PDU利用隧道技术发送到MS的当前的业务接入点，即SGSN。

GGSN可

以经Gc接口从HLR查询该移动用户当前的地址信息。

SGSN与GGSN的功能既可以由一个物理节点全部实现，也可以在不同的物理节点上分别实现。

它们都应有IP路由功能，并能与IP路由器相连。

当SGSN与GGSN位于不同的PLMN时，通过Gp接口互联。

4（计费网关（CG）

CG主要完成从各GSN的话单收集、合并、预处理工作，并完成同计费中心之间的通信接口。

在GSM原有网络中并没有这样一个设备，GPRS用户一次上网过程的话单会从多个网元实体中产生，而且每一个网元设备中都会产生多张话单。

引入CG的目的就在话单送往计费中心之前对话单进行合并与预处理，以减少计费中心的负担;同时SGSN、GGSN这样的网元设备也不需要实现同计费中心的接口功能。

5（RADIUS服务器

在非透明接入的时候，需要对用户的身份进行认证，RADIUS服务器（RemoteAuthentication

DialInUserServiceServer，远程授权拨入用户服务服务器）上存储有用户的认证、授权信息。

该功能实体并非GPRS所专有的设备实体。

6（DNS域名服务器

GPRS网络中存在两种域名服务器，一种是GGSN同外部网之间的DNS，主要功能是对外部网的域名进行解析，其作用完全等同于固定Internet网络上的普通DNS;另一种是GPRS骨干网上的DNS，其作用主要有两点:

其一是在PDP上下文激活过程中根据确定的APN（AccessPointName）解析出GGSN的IP地址，另一是在SGSN间的路由区更新过程中，根据旧的路由区号码，解析出老的SGSN的IP地址。

该功能实体并非GPRS所专有的设备实体。

7（边缘网关（BG）

BG实际上就是一个路由器，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。

该功能实体并非GPRS所专有的设备实体。

3.3GPRS网络协议平台

和GSM相比，GPRS体现出了分组交换和分组传输的特点，即数据和信令是基于统一的传输平面，在数据传输所经过的几个接口，传输层（LLC）以下的协议结构对于数据和信令是相同的。

而在GSM中，数据和信令只是在物理层上相同。

3.3.1GPRS数据传输协议平台

传输协议平台提供用户信息的传递，主要由GTP、IP、LLC、RLC等分别构成GPRS网络各段的传输模式。

Application

IP/X.25IP/X.25

Relay

SNDCPGTPSNDCPGTP

LLCLLCUDP/UDP/TCPTCPRelay

RLCBSSGPRLCBSSGPIPIP

MACMACNetworkNetworkL2L2ServiceService

GSMRFGSMRFL1bisL1bisL1L1

UmGbGnGiMSBSSSGSNGGSN

图1-4传输协议平台

对其中的功能实体说明如下:

1（GTP:

GPRS燧道协议。

在传输平台，GTP利用GSN之间建立的隧道机制传输用户分组数据。

在GSM09.60中对GTP作了规范。

2（UDP/TCP:

传输层协议，建立端到端连接的可靠链路，TCP具有保护和流量控制功能，确保数据传输的准确，TCP面向连接的协议。

UDP则是面向非连接的协议，UPP不提供错误恢复能力，也不关心是否已正确接收了报文，只充当数据报的发送者和接收者。

3（IP:

网络层协议。

用以用户数据和控制信令的选路。

4（L2:

数据链路层协议，可采用一般以太网协议。

5（L1:

物理层。

6（NetworkService:

数据链路层协议，采用帧中继方式。

GSM08.16对NS进行了规范。

7（BSSGP:

GPRS基站系统协议，该层包含了网络层和一部分传输层功能，主要解释路由信息和服务质量信息。

GSM08.18对BSSGP进行了规范。

8（LLC:

传输层协议，提供端到端的可靠无差错的逻辑数据链路。

LLC是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议，能够提供高可靠的加密逻辑链路。

LLC层负责从高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧。

另外，LLC可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制，并可支持多种QoS延时登记。

GSM04.64对LLC进行了规范。

9（SNDCP:

执行用户数据的分段、压缩功能等。

SNDCP在GSM04.65中有说明。

10.无线链路控制（RLC）/介质访问控制（MAC）

该层提供无线链路控制功能和媒体接入控制功能，RLC层可支持MS与BSS之间的有确认和无确认两种模式的传输，可提供一条独立于无线解决方案的可靠链路。

MAC层的主要作用是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还将LLC帧映射到GSM物理信道中去。

GSM04.60对RLC/MAC进行了规范。

11.GSMRF

Um接口的物理层为射频接口部分，而逻辑链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。

GSM空中接口的载频带宽为200kHz，一个载频分为8个物理信道。

3.3.2GPRS信令协议平台

信令协议平台描述了信令传输的层次结构，包括用于控制和支持传输平台

的协议。

信令协议平台按其应用可以分为7个种类。

图1-5~图1-10分

别表示了这七种信令协议平台。

表1-3信令平面实现功能

信令平面分类实现功能

MS-SGSN-GGSNGMM/SM是指GPRS移动性管理和会话管理，如GPRS服务连

接、GPRS服务断开。

安全、路由区更新、定位更新、PDP环境

激活、PDP环境去活等。

SGSN-HLR采用MAP（MAP,MobileApplicationPart）协议实现鉴权、登记、SGSN-EIR移动性管理及短消息等功能

SGSN-SMS-GMSC/

SMS-IWMSC

SGSN-MSC/VLR采用BSSAP+（BaseStationSystemApplication+）协议实现联合的

移动性管理、寻呼等功能，使用SS7传送

GSN-GSN采用GTP协议来传送骨干网的相关信令消息，利用下层的UDP

来提供无确认的传送。

规定了移动台MS接入GPRS网络的隧道

机制和管理协议要求.信令主要执行建立、修改和删除隧道功能。

GGSN-HLR通常有两种可供选择的信令路径实现方法。

如果在GGSN上安装

有SS7接口，就可以使用基于MAP的GGSN-HLR信令;如果在

GGSN上没有安装SS7接口，与GGSN在同一PLMN中的任一

具备SS7接口的GSN都能用作一个GTP到MAP协议的转换器，

使用基于GTP的GGSN-HLR信令.

MS与SGSN间信令平面

GPRS

图图1-5MS-SGSN-GGSN之间信令协议平台

L3MML3MM

SNDCPSNDCP

LLCLLCLLCRelay

RLCRLCBSSGPBSSGP

FrameFrameMACMACRelayRelay

GSMRFGSMRFL1bisL1bis

UmGbMSBSSSGSN

图1-6SGSN与HLR、EIR、SMS-GMSC/SMS-IWMSC之间的信令协议平台

图1-7SGSN与MSC/VLR之间的信令协议平台

图1-8GSN与GSN之间的信令协议平台

图1-9GGSN与HLR之间基于MAP的信令协议平台

图1-10GGSN与HLR之间基于GTP的信令协议平台

3.3.3Gb接口

Gb接口是SGSN和BSS间接口（在华为的GPRS系统中，Gb接口是SGSN和PCU之间的接口），通过该接口SGSN完成同BSS系统、MS之间的通信，以完成分组数据传送、移动性管理、会话管理方面的功能。

该接口是GPRS组网的必选接口。

GMM/SMGMM/SM

LLCLLC

Relay

RLCBSSGPRLCBSSGP

MACNetworkNetworkMACServiceService

GSMRFL1bisGSMRFL1bis

UmGbMSBSSSGSN

图1-23GPRS的Gb接口协议平面

1.物理层协议L1

在GSM08.14中定义的多个物理层配置和协议在此都是可用的，物理资源应该通过O,M过程进行配置。

2.FR（NS层子网服务协议）

Gb接口的帧中继子层（FR）属于NS层子网服务协议（Sub-NetworkServiceprotocol）部分。

帧中继模块提供子网络的互通，使PCU和SGSN两端可以直接专线连接（点到点方式）或者通过帧中继网络连接（中间网络方式）。

点到点的直接连接是指PCU和SGSN之间不通过任何其它网络直接连接。

一般PCU作为DTE设备，SGSN侧作为DCE设备。

可以灵活的设置PCU和SGSN的网络特性华为公司PCU支持以上两种连接方式。

Gb接口链路层协议是基于帧中继的，在GSM08.16中有定义。

在SGSN和BSS之间建立帧中继虚电路，来自许多用户的LLCPDU复用这个虚电路。

这个虚电路可能是多跳的，并横贯一个由帧中继交换节点组成的网络。

帧中继将用于信令和数据传输。

3（网络业务层（NS）

NS在此处特指NS协议的网络服务控制部分。

NS层协议主要完成NSSDUs（ServiceDataUnit，服务数据单元）数据传输、NS-VC链路管理、对用户数据的负荷分担功能，并为上层业务模块提供网络拥塞状态指示的报告和网络状态的报告。

（1）NSSDU数据传输

所有在Gb接口上传送的消息都以虚电路的形式在NS层传输，NS层的正常运转为上层协议的正常运行提供了可靠的通路和保障。

在正常情况下，NSSDUs在NS层传输时，由NS层

保证其有序性，这是通过LSP（链路选择参数）来实现的，但是在异常情况（如负荷分担）时，这种有序性可能得不到很好的保证。

（2）对NS-VC的状态管理功能

对NS-VC的状态管理功能包括对NS-VC的复位操作、闭塞操作、解闭塞操作和测试操作。

当BSS或者SGSN希望停止使用某NS-VC时，将向对等实体发送闭塞（BLOCK）消息，从而将此NS-VC闭塞起来，同时改变NS层的负荷分担，将此NS-VC上的业务分担到其它的NS-VCs上去。

当BSS或者SGSN希望使用闭塞的NS-VC时，将向对等实体发送解闭（UNBLOCK）消息，将此NS-VC解闭塞，同时对NS层的业务重新进行负荷分担，并将新的NS层传送能力通知给NS的用户（如BSSGP层）。

当在对等的NS实体之间新建一条NS-VC或者系统故障恢复以后，将要对NS-VC进行复位操作，复位操作成功以后，Gb接口两侧的NS-VC都处于闭塞和激活状态。

当BSS或者SGSN希望检测某NS-VC上的端对端通信是否存在时，将向对方发送测试消息进行测试操作。

测试操作只有在复位操作成功完成以后才能进行并且周期性的重复发送测试消息。

（3）用户数据的负荷分担功能

NS层最重要的一个功能就是对用户数据的负荷分担。

当NS层的上层用户向NS层传送数据时，为每一个用户分配一个LSP值跟随数据包传送到NS层，NS层根据LSP的值来保证用户数据传送的有序性。

NS层根据LSP和BVCI值在可以传送业务的NS-VCs中选择某一条或者几条NS-VCs来传送用户的数据包，使NS层的负荷得以均衡分担于同一NSE下的所有解闭塞状态的NS-VCs上。

（4）拥塞状态指示

当NS层检测到底层链路发生故障或者拥塞时，NS层将通过拥塞指示和状态消息告诉NS层用户，同时将NS层的传输能力通知给NS层用户，NS层用户将做相应的处理。

4（BSSGP协议层

BSSGP的主要功能是提供与无线相关的数据、QoS和选路信息，以满足在BSS和SGSN之间传输用户数据时的需要。

在BSS中，它用作LLC帧和RLC/MAC块之间的接口;在SGSN中，它形成一个在源于RLC/MAC的信息和LLC帧之间的接口。

在SGSN和BSS之间的BSSGP协议具有一一对应关系，如果一个SGSN处理多个BSS，这个SGSN对于每一个BSS都必须有一个BSSGP协议机制。

BSSGP分布于Gb标准接口的两侧，但是其功能在