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GPRS原理
GPRS 區(qū)別于舊的電路交換（or CSD）連接，連接在Release 97之前（GSM電話功能還沒怎么開發(fā)）就已經包含進GSM標準中。在舊有系統中一個數據連接要創(chuàng)建并保持一個電路連接，在整個連接過程中這條電路被獨占直到連接被拆除。 GPRS 基于分組交換，也就是說多個用戶可以共享一個相同的傳輸信道，每個用戶只有在傳輸數據的時候才會占用信道。這就意味著所有的可用帶寬可以立即分配給當前發(fā)送數據的用戶，這樣更多的間隙發(fā)送或者接受數據的用戶可以共享帶寬。 WEB瀏覽，收發(fā)電子郵件和即時消息都是共享帶寬的間歇傳輸數據的服務。
通常GPRS數據的計費是不是按照電路交換方式的秒，而是千字節(jié)KB。電路交換方式下，即使網絡上沒有數據傳輸，其他用戶也不能使用空閑的信道。
GPRS最初支持（理論上）互聯網協議IP，點到點協議PPP和X.25連接。后者典型的應用是無線付費終端，盡管它已經作為標準需求被去除。X.25依然可以通過PPP甚至是IP得到支持, 但是這樣做既不需要重新封裝也不用集成什么到終端里。
GPRS網絡結構
GPRS網絡主要實體包括GPRS骨干網、GGSN、SGSN、本地位置寄存器HLR、移動交換中心(MSC，拜訪位置寄存器(VLR)、移動臺、分組數據網絡(PDN)、短消息業(yè)務網關移動交換中，C,,(SMS．GMSC)和短消息業(yè)務互通移動交換中心(sMs．IWMSC)等。
GPRS網絡引入了分組交換和分組傳輸的概念，這樣使得GSM網絡對數據業(yè)務的支持從網絡體系上得到了加強。圖2和圖3從不同的角度上給出了GPRS網絡的組成示意圖。GPRS其實是疊加在現有的GSM網絡的另一網絡，GPRS網絡在原有的GSM網絡的基礎上增加了SGSN（服務GPRS支持節(jié)點）、GGSN（網關GPRS支持節(jié)點）等功能實體。GPRS共用現有的GSM網絡的BSS系統，但要對軟硬件進行相應的更新；同時GPRS和GSM網絡各實體的接口必須作相應的界定；另外，移動臺則要求提供對GPRS業(yè)務的支持。GPRS支持通過GGSN實現的和PSPDN的互聯，接口協議可以是X.75或者是X.25，同時GPRS還支持和IP網絡的直接互聯。
圖1 GPRS網絡結構
圖2 GPRS網絡組成
GPRS協議棧
GPRS協議規(guī)程體現了無線和網絡相結合的特征。其中既包含類似局域網技術中的邏輯鏈路控制LLC子層和媒體接入控制MAC子層，又包含RLC和BSSGP等新引入的特定規(guī)程。并且各種網絡單元所包含的協議層次也有所不同，如PCU中規(guī)程體系與無線接入相關，GGSN中規(guī)程體系完全與數據應用相關，而SGSN規(guī)程體系則涉及兩個方面，它既要連接PCU進行無線系統和用戶管理，又要連接GGSN進行數據單元的傳送。SGSN的PCU側的Gb接口上采用幀中繼規(guī)程，與GGSN側的Gn接口上則采用TCP/IP規(guī)程，SGSN中協議低層部分，如NS和BSSGP層與無線管理相關，高層部分，如LLC和SNDCP則與數據管理相關。
由GPRS系統的端到端之間的應用協議結構可知，GPRS網絡是存在于應用層之下的承載網絡，它用于以承載IP或X.25等數據業(yè)務。由于GPRS本身采用IP數據網絡結構，所以基于GPRS網絡的IP應用規(guī)程結構可理解為兩層IP結構，即應用級的IP協議以及采用IP協議的GPRS系統本身。
GPRS分為傳輸面和控制面兩個方面。傳輸面為提供用戶信息傳送及其相關信息傳送控制過程（如流量控制，錯誤檢測和恢復等）的分層規(guī)程?？刂泼鎰t包括控制和支持用戶面功能的規(guī)程，如分組域網絡接入連接控制（附著與去激活過程），網絡接入連接特性（PDP上下文激活和去激活），網絡接入連接的路由選擇（用戶移動性支持），網絡資源的設定控制等。
GPRS接口種類
GPRS系統中存在各種不同的接口種類，如圖所示。GPRS接口涉及幀中繼規(guī)程、七號信令協議、IP協議等不同規(guī)程種類，內容非常多。以下分別予以簡單介紹。
GPRS接口種類
① Gb接口
Gb鏈路提供BSS與SGSN之間的連接，用以傳送小區(qū)管理和路由區(qū)切換信息，并進行MS與SGSN之間的數據傳送。
?、?Gr接口
Gr接口指GPRS系統中SGSN與HLR之間的接口，用于傳送MS的加密信息，鑒權信息和用戶數據庫信息等。
Gr接口采用CCS7規(guī)程，應用層采用MAP協議。
?、?Gn/Gp接口
如圖所示，Gn是同一個PLMN內部GSN之間的接口，Gp是不同PLMN中GSN之間的接口，Gn與Gp接口都采用基于IP的GTP協議規(guī)程，提供協議規(guī)程數據包在GSN結點間通過GTP隧道協議傳送的機制。Gn接口一般支持域內靜態(tài)或動態(tài)路由協議，而Gp接口由于經由PLMN之間路由傳送，所以它必須支持域間路由協議，如邊界網關協議BGP。
GTP規(guī)程僅在SGSN與GGSN之間實現，其他系統單元不涉及GTP規(guī)程的處理。
?、?Gi接口
Gi接口是GPRS網絡與外部數據網絡的接口點，它可以采用X.25協議、x.75協議或IP協議等接口方式。其中與IP接口方式。在IP網絡中，子網的鏈接一般通過路由器進行。因此，外部IP網認為GGSN就是一臺路由器，他們之間可跟據客戶需要考慮采用何種IP路由協議。
另外，根據協議和IP網絡的基本要求，可由運營商在Gi接口上配置防火墻，進行數據和網絡安全性管理；配置域名服務器進行域名解析；配置動態(tài)地址服務器進行MS地址的分配；配置Radius服務器進行用戶接入鑒權等。
?、?Gs接口
Gs接口為SGSN與MAC之間的接口，在Gs接口存在的情況下，MS可通過SGSN進行IMSI/GPRS聯合附著、LA/RA聯合更新，并采用尋呼協調通過SGSN進行GPRS附著用戶的電路尋呼，從而降低系統無線資源的利用，減少系統信令鏈路負荷，有效提高網絡性能。
?、?Ga接口
SGSN/GGSN與計費網關CG之間的接口是用于傳送計費信息，它采用類似GTP的GTP協議（如圖）。
GPRS服務
GPRS提升GSM的數據服務性能：
點到點 (P2P) 服務： 連接 (IP protocols)IP網絡 and X.25網絡。
多播(P2MP)服務 ： 一點到多點的組播和多方通話。
短信服務 (SMS)： 發(fā)送SMS。
多媒體短信(MMS)： 發(fā)送攜帶語音和圖像信息的短消息。
因特網服務提供商服務： 提供互聯網內容服務。
郵件服務通過POP3或者IMAP協議檢查閱讀發(fā)送電子郵件
匿名服務： 匿名訪問預定服務
未來功能： 靈活加入新的功能，例如更大容量，更多用戶，新的資源和無線網絡。
GPRS特點
GPRS，通用無線分組業(yè)務是一種基于GSM系統的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。GPRS充分利用共享無線信道，采用IPOverPPP實現數據終端的高速、遠程接入。作為現有GSM網絡向第三代移動通信演變的過渡技術（2.5G），GPRS在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢。
GPRS有下列特點：
1、可充分利用現有資源—中國移動全國范圍的電信網絡--GSM，方便、快速、低建設成本地為用戶數據終端提供遠程接入網絡的部署；
2、傳輸速率高，GPRS數據傳輸速度可達到57.6Kbps，最高可達到115Kbps—170Kbps，完全可以滿足用戶應用的需求，下一代GPRS業(yè)務的速度可以達到384Kbit/s；
3、接入時間短，GPRS接入等待時間短，可快速建立連接，平均為兩秒；
4、提供實時在線功能“alwaysonline”，用戶將始終處于連線和在線狀態(tài)，這將使訪問服務變得非常簡單、快速；
5、按流量計費，GPRS用戶只有在發(fā)送或接收數據期間才占用資源，用戶可以一直在線，按照用戶接收和發(fā)送數據包的數量來收取費用，沒有數據流量的傳遞時，用戶即使掛在網上也是不收費的。
GPRS業(yè)務，具有接入迅速、永遠在線、流量計費等特點，在遠程突發(fā)性數據實時傳輸中有不可比擬的優(yōu)勢，特別適合于頻發(fā)小數據量的實時傳輸,因而GPRS業(yè)務在某些行業(yè)上有特殊的應用。
GPRS的技術構成
GPRS是由ETSI 定義的一種數據無線傳輸技術，其目的是在GSM 等移動通信網絡上實現高速移動數據業(yè)務。為了實現預期目的，GPRS 采用了多種技術手段這也正是GPRS 優(yōu)于其他移動數據業(yè)務的主要技術特點：
1、以分組方式在GSM網路上傳送數據和信令，優(yōu)于無線和有線網絡資源，在無線子系統和有線網路子系統之間保持嚴格分界，使有線網路子系統可以與其他無線接入技術相連。
2、定義了新的GPRS 無線信道，時隙分配靈活，每個TDMA幀可有1~8 個時隙，并可以為不同用戶所分享。這樣，對于每個用戶，GPRS 可以提供9~170Kbps 的速率。因此，GPRS 可以支持從低速短消息到高速Web 瀏覽的各種應用，同時，GPRS 也容許用戶在收發(fā)數據同時接聽語音呼叫。
3、通過TCP/IP 和X.25 接口，通過與現有標準數據業(yè)務的無縫連接。GPRS 能以快速預約的方式開始數據傳輸，通常為0.5~1s，這就意味著數據用戶不必等待手機撥號，無需建立完全的端到端連接。
GPRS 的系統中，SGSN 為本服務區(qū)內的GPRS 用戶提供分組路由，SGSG 完成的功能主要有移動性管理，邏輯鏈路管理，分組路由與傳送，數據計費，聯系HLR、MSC 及BSC 等；GGSN 提供與其他GPRS 網路及外部數據網的接口，GGSN 完成的功能主要有ISP 選擇，移動臺鑒權，IP 主機配置等。
與電路交換式數據呼叫不同，GPRS 分組是從基站發(fā)送到SGSN,而不是通過MSC 連接到語音網絡上。SGSN 與GGSN 進行通信，GGSN 對分組數據進行相應的處理，再發(fā)送到目的網絡，如Internet。來自Internet 標識有移動臺地址的IP 包，由GGSN接收，再轉發(fā)到SGSN,繼而傳送到移動臺上。
GPRS 采用分組交換技術，它可以讓多個用戶共享某些固定的信道資源。GSM空中接口的信道資源既可以被話音占用，也可以被GPRS 數據業(yè)務占用。當然在信道充足的條件下，可以把一些信道定義為GPRS 專用信道。
根據歐洲ETSI 的GSM2+階段的建議，GPRS 分為兩個發(fā)展階段（即Phase1 和Phase2）。GPRS 的Phase1 階段將能支持下列功能和業(yè)務：*TCP/IP 和X.25 業(yè)務；*全新GPRS 空中接口加密技術；*GPRS 附加業(yè)務；*增強型的短信業(yè)務（E- SMS）；*GPRS 分組數據計費功能，即根據數據量計費。
上述功能業(yè)務中最重要的是TCP/IP 和X.25 功能。GSM網絡可以通過TCP/IP 和X.25 為用戶提供電子郵件、WWW 瀏覽、專用數據、LAN 接入等業(yè)務。
GPRS Phase2 階段的規(guī)范尚在制定中，它能提供更多的新功能和新業(yè)務。
GPRS和電路交換數據業(yè)務的比較
| GPRS | 電路交換數據業(yè)務 | |
| 交換方式 | 分組交換 | 電路交換 |
| 最大速率 | 117.2kbit/s | 9.6kbit/s |
| 連接類型 | 虛擬連接 | 專用鏈路 |
| 業(yè)務傳送方式 | Push或Pull | Pull |
| 并發(fā)性 | 同時支持多種應用 | 一次只能支持一種業(yè)務 |
| 計費方式 | 按流量計費 | 按時間計費 |
| 復用方式 | 統計復用 | 靜態(tài)時分復用 |
| 直接性 | 即時接入 | 存在呼叫建立延遲 |
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