GPRS 相关知识

1、GPRS概述 　　
GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称，它是一种基于分组交换
传输数据的高效率方式。GPRS将深刻地改变终端用户使用移动数据计算的体验。GPRS最显著
的优点就是能够提供比现有GSM网9.6kbit／s更高的数据率，可达170kbit／s。巨大的吞吐
量改变了单一的面向文本的无线应用，使得包括图片、话音和视频的多媒业务成为现实。移
动用户再也不必通过拨号专门的ISP(Internet Service Provider)来收发E-mail和浏览web
页，GPRS提供了无缝、直接的Internet网连接。GPRS支持X.25协议和对Internet具有深远影
响的IP协议。对于GSM网现有电路交换数据业务(CSD)和短消息业务(SMS)来说，GPRS是一种
补充而不是替代。GPRS根据用户需要灵活地动态分配无线资源，从而实现多用户共享，提高
频率利用率。同时计费也将由传统的按时方式改为根据用户数据的传输量来计费。GPRS不仅
被欧洲的第二代移动通信系统GSM支持，同时也被北美的IS－136支持。它的高数据率能够提
供第三代中的部分多媒体业务且在时间进程上提前几年，并且当第三代真正到来的时候，对
于那些没有第三代经营权的运营商来说，GPRS仍不失为一种竞争业务，因此GPRS被认为是第
二代移动通信系统向第三代演进的重要一步，目前几大电信公司如Nokia、Motorola、
Simens等都在积极参与GPRS的提供。

2、GPRS的逻辑结构 　　
GPRS从逻辑上来说，可以在GSM网络结构中增添两个新的网络节点来实现。这两个节点是：
　　
* GPRS业务支持节点(Serving GPRS support node，SGSN)； 　　
* GPRS网关支持节点(Gateway GPRS support node，GGSN)。 　　
GSM标准03.60对新增节点之间及新增节点与GSM网原有节点之间的接口进行了新的定义，如
图1所示。 　　

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图1　GPRS的逻辑结构  ……信令接口 --信令和数据传输接口  
支持节点GSN(GPRS Support Node)具有支持GPRS的全部功能。在一个PLMN中允许有多个
GSN。

分组数据网络对PDP(Packet Data Protocol)的地址进行分析后从GGSN接入GPRS网。GGSN负
责存储已经激活(attached)GPRS业务的用户的路由信息，并能根据该信息将PDUs(Protocol
Data Units)通过隧道(tunnel)技术发送到MS的当前注册点，也就是SGSN。GGSN可以通过Gc
接口(如果存在)从HLR查询该移动用户当前的位置信息。GGSN是PDN(Packed Data Network)
与支持GPRS的GSM PLMN互联的第一个节点(即Gi参考点由GGSN支持)。

SGSN是当前正在为MS提供业务的节点(即Gb接口由SGSN支持)。在激活GPRS业务时，SGSN负责
与MS建立移动性和安全保密性的有关信息。在PDP信息被激活时，SGSN负责与GGSN建立路由
的PDP信息。 　

SGSN与GGSN的功能既可以由一个物理节点全部实现，也可以在不同的物理节点上分别实现。
它们都应有IP路由功能，并能与IP路由器相连。当SGSN与GGSN位于不同的PLMN时，通过Gp接
口互联。Gp接口具有Gn接口的全部功能以及PLMN之间相互通信所需的安全功能。通过Gs接
口，SGSN可以向MSC／VLR传送MS的位置信息，并能收听来自MSC／VLR的寻呼请求。

3、GPRS中的移动性管理(MM，Mobility Management)功能
GPRS的MM功能包括激活、去活、安全保密、位置管理、用户管理等。对GPRS用户的移动性管
理体现为MS在

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图2　移动性管理状态模型
三种MM状态之间的相互转换。这三种状态是：空闲(idle)、守候(standby)、准备(ready)。
某一时刻的MS总是处于三种状态之一(状态转换关系见图2)。

空闲状态下，用户尚未激活GPRS的移动性管理。MS与SGSN中还没有存储用户的有效位置信息
或路由信息，此时不执行与用户有关的任何移动性管理，MS不能接收除PTM－M(Point To
Mu lTIpoint－MulTIcast)以外的任何消息。当MS向SGSN发起激活请求并被接受后，MS就转
入准备状态，此时MS可以收／发PDP(Packet Data Protocol)PDUs，可以接收PTM－M和PTM－
G(Point To MulTIpoint－Group)消息。准备状态下，不管有没有为用户分配无线资源，即
使没有数据发送，都应始终维持MM联系。有一个专门的定时器有用于监测准备状态下的活
动，当定时满时，MS转入守侯状态。MS向SGSNA发出去活GPRS的请求并被接受后，MS转入空
闲状态。

守侯状态下，MS与SGSN已经为用户的IMSI(InternaTIonal Mobile Station Identity)建立
了MM联系(context)。此时MS可以接收PTM－M和PTM－G数据，也可以接收寻呼PTP或PTM－G的
消息和信令以及由SGSN发送的寻呼CS(Circuit Switched)业务的消息。但是MS不能收／发
PTP数据以及传送PTM－G数据。当MS对寻呼消息做出响应时，MS转入准备状态，而SGSN在收
到MS返回的寻呼响应时转入准备状态。 　

MS中存储的MM信息有IMSI、MM状态(空闲、准备或守侯)、P－TMSI(Packet Temporary
Mobile Subscriber Identity)、P－TMSI签名(用于身份验证、当前路由区(RA)、当前小区
识别(CI)、当前使用的密钥Kc、密钥序列号CKSN、加密算法、PDP信息等。MSC／VLR中存储
IMSI、SGSN编号。HLR存储IMSI、MSISDN、SGSN编号、SGSN地址、GGSN列表、PDP信息等。
SGSN存储IMSI、MM状态、P－TMSI、P－TMSI签名、IMEI(International Mobile Equipment
Identity)、MSISDN、RA、CI、Kc、CKSN、加密算法、PDP信息等。

移动管理的协议由三部分构成，它们是Um接口采用的LLC和RLC／MAC协议，SGSN和HLR(Gr)之
间，SGSN和EIR(Gf)之间采用的MAP协议，SGSN和MSC／VLR(Gs)之间的BSSAP＋协议。

下面重点介绍一下MM中的激活过程和位置管理过程。

(1)激活过程 　　
①MS向新SGSN发送激活请求消息，消息中包括P－TMSI＋旧的RAI(没有可用的P－TMSI时用
IMSI)、CKSN、激活类型(只激活GPRS、IMSI已被激活的情况下激活GPRS、GPRS／IMSI联合激
活三者之一)、DRX参数、旧P－TMSI签名。 　　

②新SGSN向旧SGSN发送身份认证请求消息(P－TMSI、旧RAI、旧P－TMSI签名)，以获取MS的
IMSI。旧SGSN回送认证响应消息(IMSI，鉴权三参数组)，如果旧SGSN不能认证MS，将回送相
应的出错原因。 　　

③如果新、旧SGSN都无法认证MS，那么新SGSN将向MS发送认证请求消息(认证类型=IMSI)，
MS回送响应消息(IMSI)。 　　

④MS、新SGSN、HLR之间进行保密鉴权。 　　

⑤MS、新SGSN、EIR之间进行IMEI检查。 　　

⑥如果是初次激活或者再次激活时SGSN编号已改变(比较上次而言)，SGSN要通知HLR。由新
SGSN向HLR发送位置更新消息(SGSN编号、SGSN地址、IMSI)；HLR向旧SGSN发送位置消除消息
(IMSI，消除类型)；旧SGSN应答(IMSI)；HLR向新SGSN发送插入用户数据消息(IMSI，GPRS用
户数据)；新SGSN检查MS在新RA的合法性，如果MS是局部受限用户而不允许在新RA激活，则
新SGSN向HLR返回应答(IMSI，SGSN区域受限)，拒绝激活请求。如果是其他原因不允许激
活，则返回HLR的是应答(IMSI，原因)。如果MS经检查合法，则返回应答(IMSI)；HLR向新
SGSN回送位置更新应答。 　　

⑦如果第①点中的激活类型为后两者(IMSI已被激活的情况下激活GPRS、GPRS／IMSI联合激
活)，当SGSN与MSC／VLR之间的Gs接口存在时，要更新VLR。VLR的编号从RA获取。新SGSN向
新MSC／VLR发送位置更新请求消息(新LAI、IMSI、SGSN编号，位置更新类型)；新VLR向HLR
请求位置更新(IMSI，新VLR)；HLR通知旧VLR消除位置信息(IMSI)；旧VLR对HLR应答
(IMSI)；HLR向新MSC／VLR发送插入用户数据消息(IMSI，GSM用户数据)；新VLR应答HLR
(IMSI)。这时新MSC／VLR向新SGSN发送位置更新接受的响应(VLRTMSI)。  

⑧新SGSN向MS发送激活接受消息(P－TMSI，VLRTMSI，P－TMSI签名)。 　　

⑨MS向新SGSN回送激活完成消息(P－TMSI，VLRTMSI)。 　　

⑩新SGSN向新MSC／VLR发送TMSI再分配完成消息(VLRTMSI)。

(2)位置管理过程 　　
MS将接收到的CI、RAI与其存储的CI、RAI进行比较，如发现不同，则要发起位置更新请求。
当MS处于准备状态时，CI改变时要发起小区更新请求。当MS处于守侯状态时，它只能发起RA
更新请求，而在同一RA内CI改变时，不能发起更新请求。RA更新分为SGSN内部RA更新与SGSN
之间的RA更新两种。这里介绍较为复杂的SGSN之间的RA更新。 　　

①MS向新SGSN请求RA更新(旧RAI，旧P－TMSI签名，更新类型)。 　　

②新SGSN向旧SGSN发送获取MS的MM和PDP信息的请求(旧RAI，TLLI，旧P－TMSI签名，新SGSN
地址)，旧SGSN响应。 　　

③MS、新SGSN、HLR之间进行安全保密验证。 　　

④新SGSN通知旧SGSN已经准备好接收被激活的PDP信息。 　　

⑤旧SGSN将滞留的分组单元转发给新SGSN。 　　

⑥新SGSN向GGSN发送PDP更新请求(新SGSN地址、TID(Tunnel Identifier)、协商的QoS)，
GGSN响应(TID)。 　　

⑦新SGSN向HLR请求位置更新(SGSN编号、SGSN地址、IMSI)。 　　

⑧HLR通知旧SGSN取消位置(IMSI、取消类型)，旧SGSN响应(IMSI)。 　　

⑨HLR向新SGSN发送插入用户数据消息(IMSI、GPRS用户数据)，新SGSN响应(IMSI)。 　　

⑩HLR对新SGSN的位置更新请求进行应答(IMSI)。

新SGSN向MS发送RA更新接受消息(P－TMSI、P－TMSI签名、收到的N－PDU编号)。 　

MS向新SGSN发送RA更新完成消息(P－TMSI、收到的N－PDU编号)。

4、结　论 　　
GPRS是一种能够提供高速率数据的先进业务，它的运营实施将向提供多媒体业务的第三代移
动通信迈进一大步。移动通信中MS的位置总是在频繁变化，继而影响到对用户的管理、无线
资源的分配、通信连接的建立等，因此移动性管理(MM)是至关重要的问题，研究GPRS中的移
动性管理意义深远。


GPRS网中IP地址的规划
在GPRS骨干网中，在网络层使用IP协议，每个SGSN和GGSN都有一个内部IP地址，用于骨干网
内的通信。每一个GPRS终端在与外部数据网连接时，如IP网，则需要相应的IP地址，因此，
IP地址是GPRS网络的重要资源，用于网络设备和用户的标识，良好的地址规划对于网络的发
展和维护是非常重要的。
GPRS网络的IP地址可分为两种情况：内部GPRS骨干网的地址和与Internet相连所需要的地
址。
第一种用于SGSN、GGSN、BG、DNS、DHCP、CG、网管设备、所用的所有路由器设备以及WAP网
关等设备，可以采用RFCl597文件中规定的保留地址。
保留地址分为三段：
     10.0.0.0 ---10.255.255.255(1个A类地址);
     172.16.0.0 --- 172.31.255.255 (16个相连的B类地址);
     192.168.0.0 --- 192.168.255.255(256个相连的C类地址)。
第二类地址为公用IP地址。这些地址是为了和Internet互联所需的地址。若运营商把GPRS网
络只作为承载网络与Internet相连，则公用IP由IAP提供；若运营商同时作为ISP提供服务，
则需要向CNNICC申请公用的IP地址。

一般地址分配原则如下：
a. 所分配的地址尽量一次满足需要，使地址尽量连续以减少路由表的规模。
b. 地址需要统一管理，按需分配并确保有效利用。分配地址数量按应用系统IP地址的利用
率初期达到25％、一年内达到50％以上的原则分配。
c. 网络设备(路由器和GGSN)必须支持无类别域间路由技术(CIDR,Class Inter Domain
Routing)和可变子网掩码(VLSM, Variable Length Subnet Mask)技术，对网络主机数少于
127的一般采用子网地址进行分配，并根据应用系统实际的主机数量确定子网掩码。


GPRS缩略语
A
AA-匿名接入  
APN-接入点名称  
ARP-地址解析协议  
ARQ-自动请求重发
ATM-异步转移模式
AuC-鉴权中心  
      
B
BB-骨干网承载电路
BCCH-广播控制频道
BCF-基站控制功能
BCS-块校验序列
BEC-后向错误纠正
BG-边界网关
BS-计费系统
BSC-基站控制器
BSS-基站子系统  
BSSGP-GPRS基站子系统协议
BTS-基站收发信机
BVC-BSSGP虚拟连接
BVCI-BSSGP虚拟连接标识     
      
C
CG-计费网关
CGF-计费网关功能
CGI-小区全球识别
CI-小区身份
CLNP-无连接网络协议
CLNS-无连接网络服务
CMIP-通用管理信息协议
CONS-面向连接网络协议  
CRC-循环冗余码校验
CS-电路交换，编码方案
CU-小区升级　   
      
D
DB-数据库
DL-下行链路
DLCI-数据链路连接标识
DNIC-数据网络标识码
DNS-域名系统   
      
E
EIR-设备标识寄存器  
ETSI-欧洲电信标准委员会   
      
F
F/W-防火墙  
FH-帧头  
FTP-文件传输协议
      
G  
GGSN-网关 GPRS支持节点
GMSC-网关MSC  
GPRS-通用分组无线服务
GRE-通用选路封装
GSM-全球移动通信系统
GSN-GPRS支持节点
GTP-GPRS隧道协议   
      
I
IMEI-国际移动设备标识符  
IMSI-国际移动用户标识符
IP-Internet协议
IPv4-Internet协议4版
IPv6-Internet协议6版
ISP-Internet业务提供商　　
      
L
LAC-位置区域码
LAN-局域网
LLC-逻辑链路控制
LLM-逻辑链路管理
LLME-逻辑链路管理实体   
      
M
MAC-媒体接入控制
MCC-移动业务国家代码
MNC-移动网码
MO-移动台主叫
MS-移动台
MSC-移动交换中心
MT-移动终端
MTP2-消息传送层2  
MTP3-消息传送层3
      
N
NE-网络单元
NFS-网络文件系统
NGAF-非GPRS告警标志
NMG-网络管理网关
NMN-网络管理节点
N-PDU-网络协议数据单元
NSE-网络业务实体
NSS-网络交换子系统   
      
O
OMC-运行和维护中心
OSF- *** 作系统功能
OSI-开放系统互连
    
P
PACCH-分组组合控制信道
PAGCH-分组接入确认信道
PBCCH-分组广播控制控制信道
PC-功率控制
PCCCH-分组共用控制信道
PCU-分组控制单元
PDC-分组数据通信
PDCH-分组数据信道
PDN-分组数据网
PDP-分组数据协定
PDTCH-分组数据业务信道
PDU-协议数据单元  
PL-物理链路
PPP-点到点协议
PSDN-分组交换数据库
PSPDN-分组交换公众数据网
PSTN-公共交换电话网
PTM SC-点到多点业务中心
PTM-点到多点
PTM-G-点对点-群呼
PTM-M-点对多点-广播
P-TMSI-分组TMSI
PTP-点对点
PVC-永久虚电路
      
Q
QoS-服务质量     
      
R
RLC-无线链路控制     
      
S
SAP-业务接入点
SC-业务中心
SDU-业务数据单元
SGSN-业务GPRS支持节点
SIM-用户身份卡
SMS-短信息业务
SM-SC-短信息-业务中心
SMSS-交换和管理子系统
SNDC-子网独立会聚
SNDCP-子网独立会聚协议
SS#7-7号信令系统
SVC-交换虚电路
      
T
TA-预先定时
TCP-传输控制协议
TDMA-时分多址
TEPI-隧道端点标识
TEPIG-GGSN中的隧道端点标识
TEPIS-SGSN中的隧道端点标识
TID-隧道标识
TLLI-临时逻辑链路标识
TRAU-变码器和速率适配单元
TRX-Transmitter-Receiver     
      
U
UDP-用户数据报协议
UL-上行链路   
      
V
VPN-虚拟专用网