田春榮

（遼河油田通信公司網(wǎng)絡(luò)管理維護中心，遼寧 盤錦 124010）

1.引言

基于GSM網(wǎng)絡(luò)的無線系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離的數(shù)據(jù)傳輸，但是GSM網(wǎng)絡(luò)不支持多址接入，而且按登錄網(wǎng)絡(luò)后的在線時間計費，運營成本較高；GPRS網(wǎng)絡(luò)是在原有GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上采用分組交換技術(shù)，充分利用了網(wǎng)絡(luò)資源，具有快捷登錄網(wǎng)絡(luò)、以數(shù)據(jù)流量計費、實時在線、高速傳輸數(shù)據(jù)等優(yōu)點，特別適合突發(fā)性、頻繁的小流量數(shù)據(jù)傳輸；CDMA網(wǎng)絡(luò)采用了擴頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率復(fù)用等多種技術(shù)，具有抗干擾性好、保密安全、接通率高和發(fā)射功耗小等優(yōu)點。

2.工作原理

2.1 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

GPRS網(wǎng)絡(luò)其實是疊加在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)的另一網(wǎng)絡(luò)，只不過是在原有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加了服務(wù)GPRS支持節(jié)點 (Serving GPR SSupport Node，SGSN)、網(wǎng)關(guān) GPRS 支持節(jié)點(Gateway GPRSS upport Node，GGSN)等功能實體。同時，與GSM網(wǎng)絡(luò)共用的BSS也需要進行軟硬件升級，即在原有的BSC硬件基礎(chǔ)上增加分組控制單元(Packet ControlUnit，PCU)。其中 BSS由基站收發(fā)平臺(Base Transceiver Station，BTS)和基站控制器(BaseStation Controller，BSC)組成。此外，移動臺(MobileStation，MS)需要采用GPRS終端來支持GPRS業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

MS通過串行或無線方式連接到GPRS終端上，GPRS終端與GSM基站通信，但與電路交換式數(shù)據(jù)呼叫不同，GPRS分組數(shù)據(jù)是從基站發(fā)送到SGSN，而不是通過移動交換中心(Mobile SwapCenter，MSC)連接到語音網(wǎng)絡(luò)上。SGSN再與GGSN進行通信，對分組數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理，最后發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，如Internet或X.25網(wǎng)絡(luò)；同時，源自外部網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識有MS地址的IP包，由GGSN接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN，最后傳送到相應(yīng)的設(shè)備上。以下部分簡單介紹了在GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部分：

SGSN通過PCU與BTS相連，是GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與MS之間的接口。其作用是為本SGSN服務(wù)區(qū)域內(nèi)MS的分組數(shù)據(jù)包進行路由與轉(zhuǎn)發(fā)，以及對MS進行移動性管理等功能，地位類似于GSM網(wǎng)絡(luò)中的MSC。GGSN通過基于IP協(xié)議的GPRS骨干網(wǎng)連接到SGSN，是連接GSM網(wǎng)絡(luò)和外部分組交換網(wǎng)(如Internet)的網(wǎng)關(guān)。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠端Internet或X.25網(wǎng)絡(luò)。SGSN和GGSN利用GPRS隧道協(xié)議對IP或X.25分組進行封裝，實現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)傳輸。

PCU是在BSS內(nèi)增加的一個處理單元，它支持所有GPRS空中接口通信協(xié)議，其主要功能是分組交換呼叫的建立、監(jiān)視和拆除，負責(zé)管理分組分段和規(guī)劃、無線信道、傳輸錯誤檢測和自動重發(fā)、信道編碼方案、質(zhì)量控制、功率控制等。

2.2 GPRS傳輸協(xié)議模型

電路交換的特點是一旦完成了呼叫建立過程，呼叫雙方的通話是通過物理的半固定連接來保證的，不再占用系統(tǒng)額外的處理負荷。而利用GPRS傳輸數(shù)據(jù)時，各網(wǎng)絡(luò)實體需要對每個單獨的數(shù)據(jù)包進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，因此，對于GPRS傳輸協(xié)議的要求是比較高的。GPRS傳輸協(xié)議模型如圖2所示，以下就數(shù)據(jù)包從路由器傳到MS所需要經(jīng)過的協(xié)議轉(zhuǎn)換作簡單介紹。

Gi接口是GPRS與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的接口，GPRS通過Gi接口和各種公眾分組網(wǎng)，如Internet、X.25或ISDN網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)。在Gi接口上需要進行協(xié)議的封裝/解封裝地址轉(zhuǎn)換，如私有網(wǎng)IP地址轉(zhuǎn)換為公有網(wǎng)IP地址，用戶接入時的鑒權(quán)和認(rèn)證等操作。GGSN利用現(xiàn)有的傳輸方法接收二層數(shù)據(jù)幀，再對數(shù)據(jù)幀進行處理得到IP數(shù)據(jù)包。分析該IP包的目的地址，如果恰好為本地分組數(shù)據(jù)協(xié)議 (PacketDataProtocol，PDP)所標(biāo)識的某MS地址，則將此數(shù)據(jù)包送至Gn接口的軟件模塊，做進一步處理。

圖2 GPRS傳輸協(xié)議模型

在Gn接口最先對數(shù)據(jù)包處理的是隧道協(xié)議(GPRSTunnelingProtocol，GTP)，它實現(xiàn)了從GGSN到SGSN的虛擬傳輸通路。GTP協(xié)議數(shù)據(jù)包需要由TCP/UDP承載，由TCP或UDP協(xié)議將數(shù)據(jù)包進一步封裝成IP包，此IP包的目的地址即為目標(biāo)SGSN的地址。Gn網(wǎng)絡(luò)中的IP包傳送也是靠一系列的路由器和交換機來完成的。當(dāng)數(shù)據(jù)到達SGSN之后，再對其層層解封，最終還原出用戶的IP數(shù)據(jù)包。

在Gb接口首先對IP數(shù)據(jù)包進行處理的是子網(wǎng)相關(guān)收斂協(xié)議(Sub Net work Dependent Convergence Protocol，SNDCP)，這一步的目的是提高GPRS的可擴展性，比如以后只需改變SNDCP就可以適應(yīng)新的三層協(xié)議。除此之外，SNDCP還負責(zé)對數(shù)據(jù)包分段壓縮處理，之后利用邏輯鏈路控制協(xié)議(Logica1Link Control，LLC)發(fā)送到MS。

LLC為SGSN和MS之間提供高可靠的邏輯鏈路，主要負責(zé)將從高層SNDCP層傳送的SNDCP數(shù)據(jù)包加上LLC地址、幀字段，從而生產(chǎn)完整的LLC幀。另外，LLC層可實現(xiàn)點對多點的尋址和數(shù)據(jù)幀的重發(fā)控制?；鞠到y(tǒng)GPRS協(xié)議(Base Station System GPRS Protocol，BSSGP)是SGSN與BSS信息交換的最上層協(xié)議，BSSGP層承載的是LLC層數(shù)據(jù)包和SGSN與BSS之間的相關(guān)信息傳遞的功能。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層(Network Service，NS)在物理層上基于BSS和SGSN之間的幀中繼連接，用于承載BSSGP協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (Protocol DataUnit，PDU)。該層具有多跳功能，并能貫穿所有幀中繼交換節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)。11數(shù)據(jù)到達BSS之后，同樣是層層解封，最終得到的是LLC數(shù)據(jù)幀，BSS并不對LLC幀處理，而只是透明轉(zhuǎn)發(fā)。

在Um接口處，任何由空中接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，必須先經(jīng)過無線鏈路控制(RadioLink Control，RLC)和媒體訪問控制協(xié)議 (Media Access Control，MAC)的處理。RLC將LLC數(shù)據(jù)幀拆分成便于空中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊，并負責(zé)空中接口的可靠性保障。MAC主要是負責(zé)控制空中資源的使用，由于一個用戶可以使用多個信道，且多個用戶又可以使用一個信道。另外，資源的分配也是動態(tài)的，所以下行數(shù)據(jù)傳輸時，MAC必須標(biāo)識當(dāng)前的數(shù)據(jù)塊是給哪一個MS的；而上行數(shù)據(jù)傳輸時，必須指定當(dāng)前資源由誰使用。此后，數(shù)據(jù)塊加上LLC和MAC頭；再經(jīng)過卷積和交織。至此，得到的突發(fā)序列與GSM無異，它們采用和GSM同樣的方式，通過空中接口到達MS。

結(jié)束語

我國擁有全世界最大的移動通信網(wǎng)絡(luò)，覆蓋全國的GPRS網(wǎng)絡(luò)已成為一種可持續(xù)利用和開發(fā)的資源。相信在不遠的將來，被移動信息化武裝起來的智能政府、智能交通、智能商業(yè)、智能家庭會陸續(xù)呈現(xiàn)在我們面前，溶入生活中的每一個角落。

[1]龔明，王毅.遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯?現(xiàn)代電子技術(shù)，2005，(5):52-55

[2]張晞，武小川，李心平.遠程監(jiān)控傳輸系統(tǒng).光電子技術(shù)，2004，24(1):43-45