GPRS的业务解决方案

　1 GPRS技术及业务应用简介

　　到目前为止，移动通信的发展还是围绕话音业务在进行的，对非话音通信的需求仍处于初期阶段，但正稳步上升。根据预测今后每年全球GSM网上传送的移动数据量将实现40％～50％的增长，到2005年，移动用户的数据业务量将占总的移动业务量的20％～30％。Internet网上业务的大量出现，如天气预报、新闻、股票交易、电子商务等，尤其是WAP(无线应用协议)业务的推出，使人们感觉到现在的GSM方式支持的数据速率已成为手机上网的“瓶颈” ，这给GPRS(通用分组无线业务)的发展带来了良好的市场机遇。

　　GSM网未来的发展方向将是在GSM以话音为基础的运营模式上，以终端客户为核心，把具有增值意义的业务和应用加到GSM上来。在应用方面，将主要包括6种重要的应用：简单的信息、远程数据查询、信息接入、高质量的多媒体、广播业务及纵向的应用等，其中80％～90％都可以在现在的GSM网和GPRS上实现。

　　GSM对话音业务提供了很好的支持，但不适合数据应用的开展，而把包交换引入GSM所形成的GPRS则可以适应移动数据业务的发展，其突出的特点是多个用户可以共享一个信道，可以充分利用网络资源。另外，GPRS可以按照用户的需要来提供带宽，大幅度提高了数据传输速率。

　　1.1 GPRS业务分类

　　GPRS网为移动数据用户主要提供突发性数据业务，能快速建立连接，无建链时延。GPRS特别适用于频繁传送小数据量的应用和非频繁传送大量数据。GPRS除能提供PTP(点对点)和PTM(点对多点)数据业务外，还能支持补充业务和短信息业务。GPRS网提供的承载业务主要有点对点无连接网络业务、点对点面向连接的数据业务、点对多点数据业务等。

　　(1)点对点无连接网络业务(PTP－CLNS)
　　PTP－CLNS属于数据报类型业务，各个数据分组彼此互相独立，用户之间的信息传输不需要端到端的呼叫建立程序，分组的传送没有逻辑连接，分组的交付没有确认保护。PTP－CLNS主要支持突发非交互式应用业务，是由IP协议支持的业务。

　　(2)点对点面向连接的数据业务(PTP－CONS)
　　PTP－CONS属于虚电路型业务，它为两个用户或多个用户之间传送多路数据分组建立逻辑虚电路。PTP－CONS业务要求有建立连接、数据传送和连接释放工作程序。PTP－CONS支持突发事件处理和交互式应用业务，是面向连接网络协议(如X.25协议)支持的业务。PTP－CONS在无线接口处利用确认方式提高可靠性。

　　(3)点对多点(PTM)数据业务
　　GPRS提供的点对多点业务可根据某个业务请求者的要求，把信息传送给多个用户，PTM又分为点对多点多信道广播业务(PTM－M)、点对多点群呼业务(PTM－G)和IP广播业务(IP－M)。

　　(4)其它业务
　　GPRS网提供的承载业务还包括GPRS补充业务、GSM短消息业务、匿名的接入业务和各种GPRS电信业务。

　　1.2 GPRS应用

　　GPRS应用主要分为面向个人用户的横向应用和面向集团用户的纵向应用两种。对于横向应用，GPRS可提供网上冲浪、Email、文件传输、数据库查询、增强型短消息等业务。

　　对于纵向应用，GPRS可提供以下几类应用：

• 用于运输业中的车辆管理以及智能调度；
  
• 用于金融、证券和商业中的MPOS(移动电子收款机系统)、无线ATM(自动柜员机)、自动售货机和流动银行等；
  
• 股市动态、天气预报、交通信息传播中用于实时PTM业务发布；
  
• 公共安全业中用于随时随地接入远程数据库；
  
• 气象、水文系统中用于收集数据，对灾害进行遥测和告警以及进行远程遥控操作；
  
• 用于提供VPN(虚拟专用网)业务，使企业员工能够随时随地与总部保持联系，降低公司建设自己的广域网的成本；
  
• 用于种类繁多、功能强大的以GPRS承载业务为基础的网络应用业务。
  

　　2 GPRS业务解决方案介绍

　　GPRS作为GSM分组数据业务，很大程度上拓展了GSM无线数据业务空间，以下将从横向和纵向应用两个方面对Internet 接入、WAP、专网接入、终端安装业务、专线接入、GPRS短消息等主要应用的解决方案分别进行阐述。

　　2.1 GPRS横向(面向个人)应用业务解决方案

　　对于横向应用，GPRS可提供网上冲浪、Email、文件传输、数据库查询、增强型短消息等公共业务解决方案。

　　2.1.1 Internet接入业务

　　这是GPRS最普遍的一种应用，即，手机＋笔记本接入Internet。手机＋笔记本接入Internet业务的用户地址可以分配公有地址或私有地址，从节约公有地址角度出发，应建议采用私有地址。实现方式是手机接入经RADIUS(远程拨号用户认证)授权后，由GGSN(网关GPRS支持节点)分配私有地址，该私有地址通过NAT(网络地址转换)转换后接入IP网络。在Internet接入方式上GGSN接入Internet有透明和非透明两种方式，如果移动运营商作为GPRS运营商的同时，直接作为ISP(Internet服务提供商)提供Internet接入服务，建议采用透明方式，用户接入因特网无须进行认证，由移动用户鉴权替代，这样可加快用户接入速度，减少RADIUS服务器的投资；采用非透明方式接入，GGSN接入Internet要通过RADIUS进行用户认证。

　　2.1.2 GPRS承载WAP业务

　　GPRS是承载WAP的最佳选择。在GSM系统中，WAP承载主要有3种方式：短消息、电路型数据、GPRS。与GPRS相比，前两种方式有一定的局限性。短消息承载长度有极大的局限性，只有160个字节，不能适应WAP业务数据量逐步增加需求，短消息对于QoS(服务质量)方面缺乏保证，接续时间过长；电路型数据承载方式为9.6 kbit/s电路方式，带宽有局限性，数据单用户开展业务对系统资源的占用比较多，接入时间过长；GPRS承载WAP有很多优势，如GPRS本身基于分组方式，系统资源占用少，接续速度快，时时在线，而且单用户带宽有保证。

　　在用户IP地址分配上，WAP业务的用户地址经RADIUS授权后由GGSN分配使用私有地址。

　　在与WAP网关连接方案上，由于WAP网关建设一般采用私有IP地址段，而GGSN设备地址采用合法IP地址，所以GGSN和WAP网关之间必须建立隧道，才能进行连接，目前可采用GRE(通用路由封装)隧道方式。GGSN需能够根据特别的APN(接入点名) 配置GRE隧道，并进行相应处理。WAP网关需具有GRE功能，并且能够根据用户的私有IP地址判断GGSN地址，进行相应隧道封装处理。

　　2.1.3 基于PDA数据业务

　　基于PDA(个人数字助理)的数据业务的解决方案以及对网络和设备的影响等同于PC＋手机上线方式，即普通Internet接入方式。

　　2.1.4 基于手机终端安装数据业务

　　这是一种在GPRS终端内置的特定的Internet应用，通过手机内置的应用软件实现，无须外接PC。应用包括POP3(邮局协议3)Email和IM(及时消息)等，从长远看基于终端的应用会进一步增加。WAP也可以看作是一种基于终端的业务。

　　基于终端安装的业务类型有：(1)Email应用。手机内置Email收发软件，可像普通PC Email软件一样设置POP3地址、用户名及密码。激活PDP(分组数据协议)后，直接点击对应功能键，即可随时随地进行邮件收发操作，它是GPRS吸收用户的一种重要应用，但对终端有特别要求，且需建设POP3服务器。(2)IM应用，类似于Internet上的ICQ(网上寻呼机)应用。IM用户向服务提供商登记注册后，可以进行实时交流，而由于GPRS可以基于流量计费的特性，用户只需支付较少的费用就可以随时随地进行交流，是一种非常理想的实时聊天工具。
　　基于终端安装的业务对GPRS网络设备不会产生特别的影响，只需能够接入Internet网络，由终端和应用服务器完成对应功能。计费等同于Internet接入计费方式。

　　2.1.5 GPRS短消息业务

　　图1所示为GSM系统中与短消息有关的实体网络图。MS(移动台)和SC(消息中心)之间可以通过MSC(移动交换机)，A接口，也可以通过SGSN(服务GPRS支持节点)，Gb接口，发送短消息。两者相比较，通过Gb口传送短消息占用的空中资源相对较少因而对用户更具吸引力。A接口与Gb接口、D接口与Gd接口消息流类似。MS选择通过MSC或SGSN发送短消息，发往MS的短消息由HLR(归属位置寄存器)根据网络和MS的特性决定选择SGSN或MSC传送。短消息中心通过IW/GMSC与SGSN连接，接口为Gd口。

图1　短消息实体的网络结构

　　图中：1表示SMS－GMSC/SMS－IWMSC与SC之间的接口，无标准协议；2表示C接口；3表示E接口(MSC与SMS－IWMSC/SMS－GMSC之间)或Gd接口(SGSN与SMS－IWMSC/SMS－GMSC之间)；4表示B接口，SGSN与VLR之间在短消息功能中不需要此接口；5表示A接口(MSC与MS之间)或Gb接口(SGSN与MS之间)。

　　MS发出的短消息由MSC或SGSN接收，再通过MAP信令送给MS指定的IWMSC(短消息中心短消息接收网关)，最后由IWMSC通过内部协议转发到SC。SC对MS发来的消息进行具体处理，如果是发给某个MS的短消息，则把此条消息存储到消息库中。SC要把消息库中的消息传递给某个MS时，首先把短消息传给相连的GMSC(短消息路由网关)，由GMSC到HLR中查找路由后，将短消息发送给HLR指定的MSC或SGSN，最后通过MSC或SGSN将短消息发送给MS。与SGSN有关的接口包括Gb接口和Gd接口。

　　SMS over GPRS与原有SMS主要区别为原有SMS是在无线口上通过MM(移动性管理)子层，使用SACCH(随机接入信道)或SDCCH(专用控制信道)进行传递，SMS over GPRS使用PDTCH(分组业务信道)进行收发。原有SMS在A接口通过SCCP进行承载，SMS over GPRS使用Gb口进行承载，减少了SCCP链路需求。

　　2.2 GPRS纵向(面向集团)应用业务解决方案

　　对于纵向应用，GPRS可提供专网接入、专线接入等面向集团用户的专用业务解决方案。

　　2.2.1 专网接入业务

　　(1)专网VPN业务实现方式

　　采用VPDN(虚拟专用拨号网)技术实现专网接入业务方案时，MS采用PPP(点对点协议)方式接入VPN虚拟网，使用L2TP(第二层隧道协议)。移动用户接入提供VPN功能的GGSN，GGSN通过输入的公司名或主、被叫号码从RADIUS服务器获取建立隧道的相关信息，然后启动到企业网关的L2TP隧道进行协商，建立起GGSN和企业网关之间的隧道连接。此时用户的PPP包可以直达企业网关，由企业网关通过公司的RADIUS服务器完成用户级的认证，通过后，就建立起GRPS手机到达企业网关的PPP链路，从而真正实现移动办公业务。

　　(2)实现VPN功能时各实体功能

　　GGSN功能为：GGSN作为L2TP接入集中器，为企业网关提供代理认证，与企业网关之间建立L2TP隧道，与企业网关之间建立L2TP会话。

　　企业网关功能为：与GGSN之间建立L2TP隧道，与GGSN之间建立L2TP会话。

　　运营商RADIUS服务器的功能有：对移动用户提供的公司名认证，为GGSN提供企业网关的IP地址，为GGSN提供隧道类型(L2TP、PPTP、L2F)，提供其它与隧道有关的信息(如对应于该隧道GGSN名和企业网关名等)。

　　企业RADIUS服务器的功能为：对移动用户身份进行认证、授权。

　　(3)用户认证实现方式

　　企业网关认证：用户认证信息以PPP数据包的形式透明穿过GGSN到达企业网关。 企业网关从企业RADIUS服务器查找用户的合法信息，对用户进行认证和授权。

　　GGSN代理认证：当GGSN与企业网关之间存在某种信任关系时，GGSN可对企业用户进行代理认证。此时，GGSN读取用户认证PPP数据包，通过运营商的RADIUS服务器对用户认证请求进行确认，给用户分配权限，此时企业网关无需设立RADIUS服务器。

　　(4)专网接入业务对网络和设备的影响

　　专网接入业务需要手机采用PPP方式接入PDN网。GGSN的Gi接口上必须具有L2TP功能。由于进行隧道和会话处理，对GGSN设备的处理能力会产生一定的影响。

　　2.2.2 专线接入业务

　　(1)专线接入业务方案描述

　　专线接入GGSN时(无须参与认证，采用透明接入方式)，GPRS网络仅仅作为承载通道，将数据包透明发往业务处理中心，用户接入业务中心权限的认证由MS与业务中心进行。该业务需用特定的APN(接入点名)进行区分，以决定连接方式及是否认证。

　　专线接入业务主要应用于集团用户，如MPOS、高速公路流量统计、环境监测等。

　　(2)GGSN与业务处理中心连接方案

　　GGSN与业务处理中心连接方案有：

• 通过专用线路(DDN专线等)不经过ISP(Internet服务提供商)直接接入业务中心；
  
• 通过ISP直接连接业务中心，不采用VPN方式；
  
• 通过ISP连接，采用VPN方式接入业务中心。

　　对于1、3两种方式，可以采用静态私有IP地址，无需NAT进行地址转换，方便用户使用，节省合法IP地址空间。对于方式2，地址分配方式同接入Internet业务。

　　3 总结

　　固定互联网中的业务在GPRS中几乎全部可以开展，但由于移动用户具有移动性及位置信息，GPRS应用远比固定互联网丰富多彩。以上所列几种业务解决方案，仅是GPRS近期可以开展的应用中的一部分，随着GPRS网络在中国商用化进程的开展，相信将会开发出更多丰富多彩、引人入胜的业务，把更多的用户吸引到移动互联网的大潮中来。

参考文献

1 3G. TS 23.920 (V1.0.0). 2001. Evolution of the GSM platform towards UMTS
2 3G. TS 23.922 (V1.0.0). 2001. Architecture for an all IP network

[摘要] 文章简要介绍了GPRS技术及业务应用情况，着重介绍了以GPRS为承载的面向个人用户和集团用户的7种业务解决方案。

[关键词] 通用分组无线业务 分组数据业务 移动互联网 虚拟专用网

[Abstract] The technology and applications of GPRS are outlined firstly. Then seven solutions of GPRS services for personal and group subscribers are highlighted.

[Keywords] GPRS Packet data service Mobile Internet VPN