通用分组无线业务的网络结构和协议

１ 前言

    近年来，随着因特网技术的迅猛发展，分组数据业务量激增，大有超过话音业务的趋势，极大地推动了通信的发展。许多通信网络运营商调整战略，提出了“基于ＩＰ的骨干网”的概念。与此同时移动通信技术以其接入方便和无处不在的特性在全球范围内获得了极大的成功，目前第二代移动通信技术中应用最广泛的是ＧＳＭ技术。这两种最热门的技术的结合产生了因特网的无线接入的问题。基于ＧＳＭ网络的ＧＰＲＳ标准就是一个很好的无线接入因特网的解决办法，它可以支持利用ＧＰＲＳ的移动终端完成一些因特网业务，如Ｗｅｂ浏览、收发Ｅ－ｍａｉｌ等。

２ ＧＰＲＳ提供的业务

    ＧＰＲＳ的基本思想是要在ＧＳＭ网络中提供分组交换的承载业务，包括点对点（ＰＴＰ）和点对多点（ＰＴＭ）承载业务。对于因特网上大量的突发数据业务，分组交换能够获得更高的资源利用效率。相对于主要支持电路交换业务和少量分组数据业务的ＧＳＭ而言，ＧＰＲＳ能够支持电路交换和分组交换的业务，最高传输速率可达１７０ｋｂｉｔ／ｓ，能够与基于ＩＰ或Ｘ．２５的分组数据网互联，支持基于ＱｏＳ的用户服务质量差别，与ＧＳＭ不同的是，它是按流量收费的。

对于点对点承载业务，ＧＰＲＳ可提供以下类型的业务：

  （１）信息点播类业务

通过这类业务，用户可以根据需要点播存储在数据库中的数据信息。如因特网的浏览业务（ＷＷＷ），各种类型的信息查询，如娱乐类（影视、餐馆等）、商业类（股票、汇率等）、交通类（路况信息、时刻表等）、新闻类（新闻、体育等）、天气预报等。

  （２）消息类业务

利用消息的存储／转发设备和消息处理功能，提供用户到用户的消息通信，如Ｅ－ｍａｉｌ业务。

  （３）远程操作业务

主要是小数据量的数据处理业务，如信用卡确认、电子银行／商务业务、遥测、远程监测、定位业务、调度业务等。

点对多点应用业务包括点对多点单向广播业务和集团内部点对多点双向小数据量事务处理业务。点对多点单向广播业务服务的地理区域和用户由业务提供者定义，利用存储／转发功能可以协商确定信息交付时间和重发时间间隔。应用业务包括：新闻广播、天气预报、本地广告、旅游信息、业务信息等。

另外ＧＰＲＳ还支持短消息业务，即利用ＧＰＲＳ的分组信道传送短消息，从而更加有效地利用资源。

３ ＧＰＲＳ的网络结构

    ＧＰＲＳ在ＧＳＭ网络的基础上引入了两个新的节点：服务ＧＰＲＳ支持节点（ＳＧＳＮ）和网关ＧＰＲＳ支持节点（ＧＧＳＮ）。图１示出了ＧＰＲＳ标准中定义的节点和接口。

    ＧＧＳＮ节点是外部的分组数据网（如ＩＰ）或分组交换数据网（Ｘ．２５／Ｘ．７５）和ＧＰＲＳ核心网的网关节点。对外部的ＩＰ网络来说，ＧＧＳＮ就像一个普通的ＩＰ路由器，支持所有移动台（ＭＳ）的ＩＰ地址，它可以包括防火墙和分组过滤装置。ＧＧＳＮ的任务是根据ＭＳ的位置为它分配一个合适的ＳＧＳＮ。

    ＳＧＳＮ节点是位于ＧＰＲＳ骨干网与无线接入网之间的接口，负责将分组传送到正确的基站子系统（ＢＳＳ）。它的任务包括对ＭＳ进行加密、鉴权、会话管理、移动性管理和逻辑链路管理，并连接到移动交换中心（ＭＳＣ）的数据库，如原籍位置寄存器（ＨＬＲ）。

     Ｇｂ接口是ＢＳＳ与ＳＧＳＮ间的接口；Ｇｎ／Ｇｐ接口是ＳＧＳＮ与ＧＧＳＮ间的接口，其中Ｇｐ是ＳＧＳＮ与其他ＰＬＭＮ的ＧＧＳＮ的接口；Ｇｒ接口是ＳＧＳＮ与ＨＬＲ间的接口；Ｇｓ接口是ＳＧＳＮ与移动交换中心 ／来访位置登记器（ＭＳＣ／ＶＬＲ）间的接口；Ｇｄ接口是ＳＧＳＮ与ＳＭＳ－ＧＭＳＣ间的接口；Ｇｃ接口是ＧＧＳＮ和ＨＬＲ间的接口；Ｇｉ接口是ＧＧＳＮ与外部分组数据网间的接口；Ｕｍ接口是空中接口。

４ ＧＰＲＳ的协议

    从网络层来看，ＧＰＲＳ支持端到端的ＩＰ和Ｘ．２５协议。ＩＰ或Ｘ．２５分组通过专用的协议在ＧＰＲＳ公共陆地移动网（ＰＬＭＮ）内传输。

ＧＰＲＳ的一个特点是不管传输什么样的分组，ＧＰＲＳ骨干网（如连接到ＳＧＳＮ和ＧＧＳＮ节点）的网络层协议都采用ＩＰ协议。ＧＰＲＳ隧道协议（ＧＴＰ）保证了采用隧道多协议的数据分组能够在ＧＰＲＳ的支持节点之间通过ＧＰＲＳ骨干网进行传输。ＧＴＰ采用传输控制协议（ＴＣＰ）或用户数据报协议（ＵＤＰ），这取决于所传输的分组是否需要可靠的连接。由于ＴＣＰ协议是面向连接的协议，可用来传输Ｘ．２５分组。而ＵＤＰ协议是无连接的数据报协议，可用来传输ＩＰ分组。

    依赖子网的融合协议（ＳＮＤＣＰ）的主要任务是对网络层协议数据单元（ＩＰ／Ｘ．２５）进行透明传输。当引入新的网络层协议时只要修改ＳＮＤ-ＣＰ层就行了，并不需要改动所有的ＧＰＲＳ协议层。为了提高信道的传输效率，ＳＮＤＣＰ层还完成对数据和头比特的压缩。

    逻辑链路控制（ＬＬＣ）协议在Ｇｂ接口和Ｕｍ接口提供了ＭＳ到ＳＧＳＮ的逻辑链路。ＬＬＣ的主要功能包括加密、流量控制、帧的顺序控制。另外如果ＬＬＣ层工作在确认模式下，它还可以完成检错及差错恢复的功能；在非确认模式下，它可以报告不可恢复的差错。ＳＮＤＣＰ利用ＬＬＣ层传输网络层的分组数据单元（ＰＤＵ）；短消息（ＳＭＳ）协议利用ＬＬＣ层传输ＳＭＳ信息；ＧＰＲＳ移动性管理模块利用ＬＬＣ层传输控制数据。

    无线链路控制／媒体接入控制（ＲＬＣ／ＭＡＣ）协议层传输ＬＬＣ ＰＤＵ时采用了在多个ＭＳ和网络间共享媒体的方法。ＲＬＣ协议的功能主要是对ＬＬＣ ＰＤＵ进行分段和重组。它可以根据不同的ＱｏＳ工作在确认或非确认模式。在确认模式下，对ＲＬＣ ＰＤＵ采用了奇偶校验和差错重传的机制。

    媒体接入控制（ＭＡＣ）协议在需要共享传输介质的不同ＭＳ间组成不同的逻辑信道。它允许一个ＭＳ同时用几个物理信道（时隙），几个ＭＳ也可以复用一个物理信道。

    物理链路层协议为ＲＬＣ／ＭＡＣ层提供物理信道，它的主要功能包括前向纠错、交织、无线链路信号质量监测和实现功率控制。Ｕｍ接口的最底层是射频（ＲＦ）层，完成传输和接收调制信号的功能，与ＧＳＭ的ＲＦ层完全一致。

５ 总结

    从上面的介绍可以看出，ＧＰＲＳ标准虽然是在ＧＳＭ标准的基础上发展起来的，但由于采用了分组交换和传输技术，具有资源利用率高、接入速度快、计费合理、使用方便等优点，为ＧＳＭ运营者提供了由话音业务向提供综合信息服务业务发展的平台，并为ＧＳＭ网向第三代移动通信网演进打下了基础。□

参考文献

１ Ｒｏｇｅｒ Ｋａｌｄｅｎ； ｅｔ ａｌ．Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ａｃｃｅｓｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＧＰＲＳ． ＩＥＥＥ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ；２０００（４）

２ 谢希仁，陈鸣，张兴元．计算机网络．北京?押电子工业出版社，１９９４

３ 黄宇红、孙少陵．通用分组无线业务（ＧＰＲＳ）．电信科学，２０００；５

（收稿日期：２０００－０８－２６）

[摘要] 文章介绍了提出通用分组无线业务（ＧＰＲＳ）的背景及其可提供的业务，重点介绍了ＧＰＲＳ的网络结构和协议。

[关键词] 通用分组无线业务 网络结构 协议

[Abstract] Ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｍｅｒｇｅｎｃｅ ｏｆ ＧＰＲＳ ａｎｄ ｓｅｒ-ｖｉｃｅｓ ｔｈａｔ ＧＰＲＳ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｅｍｐｈａｓｉｓ ｉｓ ｐｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｒｃｈｉｔｅｃ-ｔｕｒｅ ｏｆ ＧＰＲＳ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ．

[Keywords] ＧＰＲＳ Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ