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摘要 我国拥有全世界最大的移动通信网络，覆盖全国的GPRS网络已成为一种可持续利用和开发的资源。CDMA网络采用了扩频、多址接入、蜂窝组网和频率复用等多种技术，具有抗干扰性好、保密安全、接通率高和发射功耗小等优点。 本文着重介绍了GPRS的工作原理，其中包括GPRS网络结构和传输协议模型。
关键词GPRS;结构；传输模型
中图分类号：TN711 文献标识码：A 文章编号：Abstract：China has the world's largest mobile communication network, covering the whole country GPRS network has become a kind of sustainable utilization and development of resources. CDMA network using spread spectrum, multi-access access, cellular network and frequency multiplexing and so on many kinds of technology, has the anti-jamming good, privacy and security, connection rate high and launch the advantages of small power consumption. This paper introduces the working principle of GPRS, including GPRS network structure and transfer protocol model.
Key Words： GPRS; Structure; transmission model
1．引言 基于GSM网络的无线系统能够实现远距离的数据传输，但是GSM网络不支持多址接入，而且按登录网络后的在线时间计费，运营成本较高；GPRS网络是在原有GSM网络基础上采用分组交换技术，充分利用了网络资源，具有快捷登录网络、以数据流量计费、实时在线、高速传输数据等优点，特别适合突发性、频繁的小流量数据传输；
2．工作原理 2.1GPRS网络结构 GPRS网络其实是叠加在现有GSM网络的另一网络，只不过是在原有网络的基础上增加了服务GPRS支持节点(Serving GPRS Support Node，SGSN)、网关GPRS支持节点(Gateway GPRS Support Node，GGSN)等功能实体。同时，与GSM网络共用的BSS也需要进行软硬件升级，即在原有的BSC硬件基础上增加分组控制单元(Packet Control Unit，PCU)。其中BSS由基站收发平台(Base Transceiver Station，BTS)和基站控制器(Base Station Controller，BSC)组成。此外，移动台(Mobile Station，MS)需要采用GPRS终端来支持GPRS业务，网络结构如图1所示： MS通过串行或无线方式连接到GPRS终端上，GPRS终端与GSM基站通信，但与电路交换式数据呼叫不同，GPRS分组数据是从基站发送到SGSN，而不是通过移动交换中心(Mobile Swap Center，MSC)连接到语音网络上。SGSN再与GGSN进行通信，对分组数据进行相应的处理，最后发送到目的网络，如Internet或X.25网络；同时，源自外部网络标识有MS地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，最后传送到相应的设备上。以下部分简单介绍了在GPRS网络结构中的关键部分： SGSN通过PCU与BTS相连，是GSM网络结构与MS之间的接口。其作用是为本SGSN服务区域内MS的分组数据包进行路由与转发，以及对MS进行移动性管理等功能，地位类似于GSM网络中的MSC。GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网连接到SGSN，是连接GSM网络和外部分组交换网(如Internet)的网关。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而把这些分组数据包傳送到远端Internet或X.25网络。SGSN和GGSN利用GPRS隧道协议对IP或X.25分组进行封装，实现二者之间的数据传输。 PCU是在BSS内增加的一个处理单元，它支持所有GPRS空中接口通信协议，其主要功能是分组交换呼叫的建立、监视和拆除，负责管理分组分段和规划、无线信道、传输错误检测和自动重发、信道编码方案、质量控制、功率控制等。 2.2 GPRS传输协议模型 电路交换的特点是一旦完成了呼叫建立过程，呼叫双方的通话是通过物理的半固定连接来保证的，不再占用系统额外的处理负荷。而利用GPRS传输数据时，各网络实体需要对每个单独的数据包进行协议转换，因此，对于GPRS传输协议的要求是比较高的。GPRS传输协议模型如图2所示，以下就数据包从路由器传到MS所需要经过的协议转换作简单介绍。 Gi接口是GPRS与外部分组数据网之间的接口，GPRS通过Gi接口和各种公众分组网，如Internet、X.25或ISDN网实现互联。在Gi接口上需要进行协议的封装/解封装地址转换，如私有网IP地址转换为公有网IP地址，用户接入时的鉴权和认证等操作。GGSN利用现有的传输方法接收二层数据帧，再对数据帧进行处理得到IP数据包。分析该IP包的目的地址，如果恰好为本地分组数据协议(Packet Data Protocol，PDP)所标识的某MS地址，则将此数据包送至Gn接口的软件模块，做进一步处理。 在Gn接口最先对数据包处理的是隧道协议(GPRS Tunneling Protocol，GTP)，它实现了从GGSN到SGSN的虚拟传输通路。GTP协议数据包需要由TCP/UDP承载，由TCP或UDP协议将数据包进一步封装成IP包，此IP包的目的地址即为目标SGSN的地址。Gn网络中的IP包传送也是靠一系列的路由器和交换机来完成的。当数据到达SGSN之后，再对其层层解封，最终还原出用户的IP数据包。 在Gb接口首先对IP数据包进行处理的是子网相关收敛协议(SubNetwork Dependent Convergence Protocol，SNDCP)，这一步的目的是提高GPRS的可扩展性，比如以后只需改变SNDCP就可以适应新的三层协议。除此之外，SNDCP还负责对数据包分段压缩处理，之后利用逻辑链路控制协议(Logica1 Link Control，LLC)发送到MS。 LLC为SGSN和MS之间提供高可靠的逻辑链路，主要负责将从高层SNDCP层传送的SNDCP数据包加上LLC地址、帧字段，从而生产完整的LLC帧。另外，LLC层可实现点对多点的寻址和数据帧的重发控制。基站系统GPRS协议(Base Station System GPRS Protocol，BSSGP)是SGSN与BSS信息交换的最上层协议，BSSGP层承载的是LLC层数据包和SGSN与BSS之间的相关信息传递的功能。 网络服务层(Network Service，NS)在物理层上基于BSS和SGSN之间的帧中继连接，用于承载BSSGP协议数据单元(Protocol Data Unit，PDU)。该层具有多跳功能，并能贯穿所有帧中继交换节点的网络。11数据到达BSS之后，同样是层层解封，最终得到的是LLC数据帧，BSS并不对LLC帧处理，而只是透明转发。 在Um接口处，任何由空中接口传输的数据，必须先经过无线链路控制(Radio Link Control，RLC)和媒体访问控制协议(Media Access Control，MAC)的处理。RLC将LLC数据帧拆分成便于空中传输的数据块，并负责空中接口的可靠性保障。MAC主要是负责控制空中资源的使用，由于一个用户可以使用多个信道，且多个用户又可以使用一个信道。另外，资源的分配也是动态的，所以下行数据传输时，MAC必须标识当前的数据块是给哪一个MS的；而上行数据传输时，必须指定当前资源由谁使用。此后，数据块加上LLC和MAC头；再经过卷积和交织。至此，得到的突发序列与GSM无异，它们采用和GSM同样的方式，通过空中接口到达MS。 结束语
无线通信技术满足了用户对在不同移动状态下获取网络信息的强烈需求，也符合当今社会人员流动性大、工作生活节奏紧张的发展趋势.无线通信技术是成功部署通信网络，迅速为用户提供语音和数据服务的最佳手段。相信在不远的将来，被移动信息化武装起来的智能政府、智能交通、智能商业、智能家庭会陆续呈现在我们面前，溶入生活中的每一个角落。
参考文献 [1]龚明，王毅.远程数据传输的研究.现代电子技术，2005，(5):52-55
[2]张晞，武小川，李心平.远程监控传输系统.光电子技术，2004，24(1):43-45
关键词GPRS;结构；传输模型
中图分类号：TN711 文献标识码：A 文章编号：Abstract：China has the world's largest mobile communication network, covering the whole country GPRS network has become a kind of sustainable utilization and development of resources. CDMA network using spread spectrum, multi-access access, cellular network and frequency multiplexing and so on many kinds of technology, has the anti-jamming good, privacy and security, connection rate high and launch the advantages of small power consumption. This paper introduces the working principle of GPRS, including GPRS network structure and transfer protocol model.
Key Words： GPRS; Structure; transmission model
1．引言 基于GSM网络的无线系统能够实现远距离的数据传输，但是GSM网络不支持多址接入，而且按登录网络后的在线时间计费，运营成本较高；GPRS网络是在原有GSM网络基础上采用分组交换技术，充分利用了网络资源，具有快捷登录网络、以数据流量计费、实时在线、高速传输数据等优点，特别适合突发性、频繁的小流量数据传输；
2．工作原理 2.1GPRS网络结构 GPRS网络其实是叠加在现有GSM网络的另一网络，只不过是在原有网络的基础上增加了服务GPRS支持节点(Serving GPRS Support Node，SGSN)、网关GPRS支持节点(Gateway GPRS Support Node，GGSN)等功能实体。同时，与GSM网络共用的BSS也需要进行软硬件升级，即在原有的BSC硬件基础上增加分组控制单元(Packet Control Unit，PCU)。其中BSS由基站收发平台(Base Transceiver Station，BTS)和基站控制器(Base Station Controller，BSC)组成。此外，移动台(Mobile Station，MS)需要采用GPRS终端来支持GPRS业务，网络结构如图1所示： MS通过串行或无线方式连接到GPRS终端上，GPRS终端与GSM基站通信，但与电路交换式数据呼叫不同，GPRS分组数据是从基站发送到SGSN，而不是通过移动交换中心(Mobile Swap Center，MSC)连接到语音网络上。SGSN再与GGSN进行通信，对分组数据进行相应的处理，最后发送到目的网络，如Internet或X.25网络；同时，源自外部网络标识有MS地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，最后传送到相应的设备上。以下部分简单介绍了在GPRS网络结构中的关键部分： SGSN通过PCU与BTS相连，是GSM网络结构与MS之间的接口。其作用是为本SGSN服务区域内MS的分组数据包进行路由与转发，以及对MS进行移动性管理等功能，地位类似于GSM网络中的MSC。GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网连接到SGSN，是连接GSM网络和外部分组交换网(如Internet)的网关。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而把这些分组数据包傳送到远端Internet或X.25网络。SGSN和GGSN利用GPRS隧道协议对IP或X.25分组进行封装，实现二者之间的数据传输。 PCU是在BSS内增加的一个处理单元，它支持所有GPRS空中接口通信协议，其主要功能是分组交换呼叫的建立、监视和拆除，负责管理分组分段和规划、无线信道、传输错误检测和自动重发、信道编码方案、质量控制、功率控制等。 2.2 GPRS传输协议模型 电路交换的特点是一旦完成了呼叫建立过程，呼叫双方的通话是通过物理的半固定连接来保证的，不再占用系统额外的处理负荷。而利用GPRS传输数据时，各网络实体需要对每个单独的数据包进行协议转换，因此，对于GPRS传输协议的要求是比较高的。GPRS传输协议模型如图2所示，以下就数据包从路由器传到MS所需要经过的协议转换作简单介绍。 Gi接口是GPRS与外部分组数据网之间的接口，GPRS通过Gi接口和各种公众分组网，如Internet、X.25或ISDN网实现互联。在Gi接口上需要进行协议的封装/解封装地址转换，如私有网IP地址转换为公有网IP地址，用户接入时的鉴权和认证等操作。GGSN利用现有的传输方法接收二层数据帧，再对数据帧进行处理得到IP数据包。分析该IP包的目的地址，如果恰好为本地分组数据协议(Packet Data Protocol，PDP)所标识的某MS地址，则将此数据包送至Gn接口的软件模块，做进一步处理。 在Gn接口最先对数据包处理的是隧道协议(GPRS Tunneling Protocol，GTP)，它实现了从GGSN到SGSN的虚拟传输通路。GTP协议数据包需要由TCP/UDP承载，由TCP或UDP协议将数据包进一步封装成IP包，此IP包的目的地址即为目标SGSN的地址。Gn网络中的IP包传送也是靠一系列的路由器和交换机来完成的。当数据到达SGSN之后，再对其层层解封，最终还原出用户的IP数据包。 在Gb接口首先对IP数据包进行处理的是子网相关收敛协议(SubNetwork Dependent Convergence Protocol，SNDCP)，这一步的目的是提高GPRS的可扩展性，比如以后只需改变SNDCP就可以适应新的三层协议。除此之外，SNDCP还负责对数据包分段压缩处理，之后利用逻辑链路控制协议(Logica1 Link Control，LLC)发送到MS。 LLC为SGSN和MS之间提供高可靠的逻辑链路，主要负责将从高层SNDCP层传送的SNDCP数据包加上LLC地址、帧字段，从而生产完整的LLC帧。另外，LLC层可实现点对多点的寻址和数据帧的重发控制。基站系统GPRS协议(Base Station System GPRS Protocol，BSSGP)是SGSN与BSS信息交换的最上层协议，BSSGP层承载的是LLC层数据包和SGSN与BSS之间的相关信息传递的功能。 网络服务层(Network Service，NS)在物理层上基于BSS和SGSN之间的帧中继连接，用于承载BSSGP协议数据单元(Protocol Data Unit，PDU)。该层具有多跳功能，并能贯穿所有帧中继交换节点的网络。11数据到达BSS之后，同样是层层解封，最终得到的是LLC数据帧，BSS并不对LLC帧处理，而只是透明转发。 在Um接口处，任何由空中接口传输的数据，必须先经过无线链路控制(Radio Link Control，RLC)和媒体访问控制协议(Media Access Control，MAC)的处理。RLC将LLC数据帧拆分成便于空中传输的数据块，并负责空中接口的可靠性保障。MAC主要是负责控制空中资源的使用，由于一个用户可以使用多个信道，且多个用户又可以使用一个信道。另外，资源的分配也是动态的，所以下行数据传输时，MAC必须标识当前的数据块是给哪一个MS的；而上行数据传输时，必须指定当前资源由谁使用。此后，数据块加上LLC和MAC头；再经过卷积和交织。至此，得到的突发序列与GSM无异，它们采用和GSM同样的方式，通过空中接口到达MS。 结束语
无线通信技术满足了用户对在不同移动状态下获取网络信息的强烈需求，也符合当今社会人员流动性大、工作生活节奏紧张的发展趋势.无线通信技术是成功部署通信网络，迅速为用户提供语音和数据服务的最佳手段。相信在不远的将来，被移动信息化武装起来的智能政府、智能交通、智能商业、智能家庭会陆续呈现在我们面前，溶入生活中的每一个角落。
参考文献 [1]龚明，王毅.远程数据传输的研究.现代电子技术，2005，(5):52-55
[2]张晞，武小川，李心平.远程监控传输系统.光电子技术，2004，24(1):43-45