【文章內(nèi)容簡介】 移動臺的漫游號碼。HLr將獲得的漫游號碼發(fā)送到GMSC，隨后GMSC將呼叫信息傳送到拜訪MSc。拜訪MSc根據(jù)查詢HLR所得到的信息與移動臺建立端到端連接。在整個呼叫建立過程中，信令是通過七號信令系統(tǒng)傳輸?shù)摹Ｔ谕ㄔ掃^程中，移動臺可能從一個小區(qū)移動到另一個小區(qū)，此時在移動臺與網(wǎng)絡(luò)之間發(fā)生越區(qū)切換過程。越區(qū)切換過程是網(wǎng)絡(luò)根據(jù)移動臺周期性發(fā)送的測量報(bào)告而出發(fā)的。2. 2. 2 GPRS的移動性管理移動性管理(GMM)是無線網(wǎng)絡(luò)的重要環(huán)節(jié)，它的功能是實(shí)現(xiàn)對移動終端的位置管理，能夠?qū)S的當(dāng)前位置報(bào)告給網(wǎng)絡(luò)。移動性管理是GPRS會話管理(SM)的基礎(chǔ)。要執(zhí)行會話管理，首先需要執(zhí)行移動性管理。GPRS移動管理和現(xiàn)有GSM系統(tǒng)移動管理非常相似，都是用于跟蹤一個移動臺在PLMN網(wǎng)內(nèi)的當(dāng)前位置。不同的是，GPRS引用了一個新的和位置有關(guān)的概念:路由區(qū)域(RA)。路由區(qū)域由一個或多個小區(qū)(cell)組成，路由區(qū)域的范圍不能比定位區(qū)域(LA)大，也就是說，路由區(qū)域包含在定位區(qū)域，最大可以和其所在的定位區(qū)域一樣大。路由區(qū)域可以被認(rèn)為是一個IP子網(wǎng)。下面將分析移動臺如何向GPRS網(wǎng)絡(luò)注冊及外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)如何知道移動臺的存在，接著分析數(shù)據(jù)分組如何在移動臺與外部網(wǎng)之間選路及網(wǎng)絡(luò)如何跟蹤移動用戶。2. 2. 2. 1移動管理狀態(tài)GPRS定義了三種移動管理狀態(tài):IDLE, STANDBY, READY。某個時刻，MS總處于其中一種狀態(tài)下。如下圖2. 4示:當(dāng)移動臺還未開機(jī)或者沒有進(jìn)行GPRS連接(attch)時，處于工DLE狀態(tài)。當(dāng)移動臺正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，處于READY狀態(tài)。移動臺己完成GPRS連接，但是沒有傳輸數(shù)據(jù)時，處于STANDBY狀態(tài)。三種移動管理狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)移依賴于事件激活或者超時，當(dāng)移動臺處于STANDBY狀態(tài)時，SGSN知道移動臺所在的路由區(qū)域。當(dāng)移動臺處于READY狀態(tài)時，SGSN知道移動臺所在的小區(qū)(cell) o當(dāng)用戶的手機(jī)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)時，它處于工DLE狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)移動臺此時所在的位置一無所知。用戶開機(jī)以后，移動臺所做的第一件事是執(zhí)行attch連接，完成以后，移動臺處于READY狀態(tài)。此時，移動臺可以收發(fā)端消息:如果網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)了VLR和SGSN之間的接口，用戶還可以通過SGSN接收電路交換業(yè)務(wù)的尋呼消息。但是這時用戶還不可以上網(wǎng)瀏覽，也不能從外部網(wǎng)絡(luò)收發(fā)數(shù)據(jù)包，因?yàn)榇藭r用戶和外部網(wǎng)絡(luò)之間還沒有可用的PDP上下文，移動臺尚未建立與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連接。2. READY狀態(tài)GPRS attch過程己經(jīng)執(zhí)行過了，移動臺和SGSN之間的移動管理上下文也己經(jīng)建立，網(wǎng)絡(luò)知道此時移動臺在哪個小區(qū)中(定位精確到小區(qū))。移動臺可以接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，如果移動臺要向外部IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，還需要激活一個PDP上下文。SGSN無需進(jìn)行尋呼就可以隨時向移動臺傳送數(shù)據(jù)，移動臺也可以隨時向SGSN發(fā)送數(shù)據(jù)。移動臺可以“激活”或者“去激活”rut,上下文。在READY狀態(tài)下，移動臺只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時才占用無線資源，移動臺采用非連續(xù)的傳輸方式。用戶進(jìn)入READY狀態(tài)之后，啟動一個定時器，當(dāng)該定時器超時時，移動臺從READY轉(zhuǎn)移到STANDBY狀態(tài)。3. STANDBY狀態(tài)移動管理上下文已經(jīng)建立(即己經(jīng)執(zhí)行了GPRS連接過程)，網(wǎng)絡(luò)知道此時在哪個路由區(qū)域(定位精確到路由區(qū)域)。一旦移動臺發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)，移動管理狀態(tài)就轉(zhuǎn)移到READY狀態(tài)。移動臺可以通過SGSN接收電路交換服務(wù)的尋呼信息。此時還不能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸(一旦進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，就不是STANDBY狀態(tài)，而是READY狀態(tài)了)。STANDY狀態(tài)中有一個移動臺可達(dá)定時器，從移動臺進(jìn)入STANDY狀態(tài)起，該定時器開始計(jì)時，如果定時器超時，網(wǎng)絡(luò)就可以執(zhí)行“去連接”過程，移動臺進(jìn)入工DLE狀態(tài)，移動管理上下文被刪除。 Attach過程任何用戶要獲取GPRS網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)，首先就必須讓網(wǎng)絡(luò)端知道這個用戶的存在，也就是用戶必須向網(wǎng)絡(luò)中的SGSN注冊。網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證用戶是否被授權(quán)，將HLR中的用戶注冊信息拷貝到SGSN中，并為用戶分配一個分組臨時移動用戶標(biāo)識(PTMS I ),該過程叫做GPRS Attach過程。如果用戶同時使用電路交換業(yè)務(wù)和分組交換業(yè)務(wù)，可執(zhí)行組合GPRS/IMSI Attach過程。圖2. 5顯示了Attach過程。Attach過程因移動臺的狀態(tài)的不同可分為幾種情況:。移動臺首先向SGSN提出attach請求，SGSN從歸屬位置寄存器取得所需的驗(yàn)證和加密參數(shù)，對移動臺進(jìn)行驗(yàn)證并對數(shù)據(jù)的加密方式進(jìn)行初始化，同時還進(jìn)行設(shè)備校驗(yàn)。然后SGSN向HLR發(fā)送“update location”消息，消息中包含SGSN地址及IMSI。接著HLR向SGSN發(fā)送包含用戶注冊信息的“InsertSubscriber Data”消息，通知SGSN為此移動臺建立MM Context. SGSN驗(yàn)證該RA是否允許移動臺Attach，如果允許，則為移動臺建立MM Context(如IMSI, PMSI,路由區(qū)(RA), SGSN地址等)，并向HLR發(fā)送應(yīng)答消息“Insert Subscriber DataAck”。否則發(fā)回“拒絕”消息。HLR收到應(yīng)答消息后，為移動臺建立MM Context(如IMSI, MSISDN, SGSN地址等)，隨后向SGSN發(fā)送“Update Location Ack”消息。上述一系列過程稱為路由區(qū)域(RA)更新過程(RA: Route Area由區(qū)域操作員定義的一組小區(qū)，包含于LA內(nèi))。，為移動臺提供服務(wù)的SGSN發(fā)生改變。在這種情況下，SUNNI收到請求后，可能會忽略安全和設(shè)備校驗(yàn)。路由更新過程中，除了建立移動管理環(huán)境，HLR還通知原來的SGSN刪除關(guān)于移動臺的路由信息。在類似上面情況的過程之后，還要執(zhí)行位置區(qū)域(LA)更新過程。 ATTCH”建立過程經(jīng)過這一過程，移動臺和SGSN之間就建立了邏輯鏈路控制環(huán)境，其中包括臨時邏輯鏈路標(biāo)識(T比工)。這時，移動臺就可以與SGSN協(xié)商數(shù)據(jù)分組的路由環(huán)境(PDPContext)。2. 2. 2. 3去連接Detach過程如果GPRS用戶希望結(jié)束一個連接，則啟動GPRS“去連接”過程，GPRS“去連接”過程將移動管理狀態(tài)置為工DLE，同時刪除SGSN和移動臺中的移動管理上下文。當(dāng)ATANDBY狀態(tài)的定時器超時時，也會隱式執(zhí)行GPRS“去連接”過程。2. 3 GPRS的會話管理GPRS會話管理是指GPRS移動臺和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的連接控制管理。PDP上下文有兩種狀態(tài):ACTIVE和INAVTIVE，它們之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2. 6所示: PDP上下文狀態(tài)激活成功注冊到GPRS網(wǎng)絡(luò)后，為了與外部網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)分組，移動臺需要申請一個或多個PDN地址(如果PDN為IP網(wǎng)絡(luò)，則為工P地址)，該地址成為PDP地址，每一次會話都要建立PDP Context，用來描述會話特性。PDP Context中包括PDP類型(例如IPV4)，分配給移動臺的PDP地址()，請求的QOS，及其為訪問外部數(shù)據(jù)網(wǎng)提供接口的GGSN的地址等。PDP Context分別保存在移動臺、SGSN及GGSN中。當(dāng)PDP Context處于激活狀態(tài)，移動臺對外部網(wǎng)絡(luò)來講是可見的，此時移動臺能接收和發(fā)送數(shù)據(jù)分組。GGSN將PDP和IMSI兩種地址作映射，從而使GGSN可在移動臺和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。PDP地址有靜態(tài)分配和動態(tài)分配兩種方法。靜態(tài)地址是由用戶本地PLMN網(wǎng)絡(luò)管理員分配，而動態(tài)地址是在激活PDP Context時，由用戶本地PLMN網(wǎng)絡(luò)管理員或訪問網(wǎng)絡(luò)管理員負(fù)責(zé)分配。動態(tài)地址的分配，PDP Context激活及去激活均由GGSN負(fù)責(zé)。本地網(wǎng)絡(luò)管理員決定移動臺最終使用哪一種地址。PDP .圖2. 7 PDP上下文激活過程移動臺向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送“ACTIVATE PDP Context Request”消息，通知SGSN移動臺要建立PDP Context。如果要求分配動態(tài)PDP地址，則將消息中的PDP地址域保留為空。隨后執(zhí)行通常的安全驗(yàn)證功能。如果允許移動臺接入，SGSN則向相應(yīng)的GGSN發(fā)送“Create PDP Context Request”消息，收到消息后，GGSN在其內(nèi)部創(chuàng)建PDPContext, GGSN就是利用此中的信息為外部網(wǎng)絡(luò)和SGSN之間的數(shù)據(jù)分組傳輸提供路由功能。隨后GGSN向SGSN發(fā)送“Create PDP Context Response”應(yīng)答消息。如果用戶要求分配動態(tài)PDP地址，則在此消息中包含新分配的PDP地址。GGSN更新其內(nèi)部的PDP Context并向移動臺發(fā)送應(yīng)答消息。2. 4 GPRS的傳輸協(xié)議GPRS是在GSM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但二者具有不同的傳輸方式，即分組交換方式和電路交換方式。這是通過二者不同的協(xié)議結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。GPRS系統(tǒng)象大多數(shù)系統(tǒng)一樣，傳輸平面由分層的協(xié)議結(jié)構(gòu)組成，提供用戶信息傳遞，采用信息傳遞控制過程，例如，流量控制、差錯檢測、差錯糾正和錯誤恢復(fù)等。傳輸平面獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)平臺?！? GPRS隧道協(xié)議(GTP):該協(xié)議在GPRS骨干網(wǎng)內(nèi)部的GPRS支持節(jié)點(diǎn)采用隧道方式傳輸用戶數(shù)據(jù)和信令，GTP對信令消息和用戶數(shù)據(jù)NPDU添加GTP協(xié)議頭，封裝成GPDU之后，在SGSN和GGSN之間傳送。傳輸可靠數(shù)據(jù)鏈路的協(xié)議和傳輸不可靠數(shù)據(jù)鏈路的協(xié)議。TCP提供流量控制、對損失和被破壞的GTP分組數(shù)據(jù)單元的保護(hù)。UDP提供對被破壞的GTP分組數(shù)據(jù)單元的保護(hù)。圖2. 8 GPRS的傳輸協(xié)議IP:GPRS骨干網(wǎng)協(xié)議，用于用戶數(shù)據(jù)和控制信令的路由選擇。子網(wǎng)匯聚協(xié)議(SNDCP:它能實(shí)現(xiàn)對外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)單元的透明傳輸。SNDCP還有一個數(shù)據(jù)壓縮功能以提高信道效率。SNDCP有acknowledged和unacknowledged兩種數(shù)據(jù)傳遞方式。在unacknowledged方式下，發(fā)端NPDU在被傳遞給LLC層之后立即刪除。收端SNDCP實(shí)體負(fù)責(zé)檢出丟失的SNPDU，如有可能，還負(fù)責(zé)丟棄重復(fù)的SNPDU，將SN_ PDU進(jìn)行重組、解壓縮，重新構(gòu)成N_ PDU后遞交給SNDCP的用戶。在acknowledged方式下，SNPDU實(shí)體將緩存NPDU，直到組成該NPDU的所有SNPDU被正確接收。邏輯鏈路控制(LLC):該層負(fù)責(zé)提供加密的高可靠性邏輯鏈路。中繼(relay):在基站子系統(tǒng)，該功能在U，和G。接口中繼LLC分組數(shù)據(jù)單元。在SGSN中該功能在G。和G。接口之間中繼符合PDP分組數(shù)據(jù)單元。基站子系統(tǒng)GPRS協(xié)議(BSSGP):這一層在BSS和SGSN之間傳遞與路由、QOS有關(guān)的信息。BSSGP并不執(zhí)行差錯糾正。網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)(NS):這一層傳輸BSSGP協(xié)議數(shù)據(jù)單元，它建立在BSS和SGSN之間幀中繼連接的基礎(chǔ)之上，可以穿越幀中繼交換節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。RLC/MAC:這一層包含兩個功能，一是無線鏈路控制功能，RLC負(fù)責(zé)LLPDU的拆裝和重組，并提供的可靠的無線鏈路。二是媒質(zhì)接入控制功能，MAC控制無線信道的接入信令過程(請求和允許以及將LLC幀映射成GSM物理信道。GSM RF:空中無線接口。在發(fā)送方，它對上層的RLC/MAC block進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼、交織、經(jīng)波形調(diào)制后以突發(fā)〔Burst)的結(jié)構(gòu)發(fā)送出去。接收方則進(jìn)行相反的過程，即波形解調(diào)、解交織、實(shí)現(xiàn)差錯檢測和校正的解碼。編碼過程如圖所示：: 圖2. 9 GPRS編碼過程經(jīng)編碼、碼收縮后得到的Block為456bit，在連續(xù)4個T DMA幀的突發(fā)中發(fā)送出去。網(wǎng)絡(luò)層的用戶應(yīng)用數(shù)據(jù)在GPRS傳輸平臺上的數(shù)據(jù)封裝流程如圖2. 10所示。NPDU裝載了用戶數(shù)據(jù)的X. 25網(wǎng)數(shù)據(jù)包或I f39。包，NPDU封裝在一個或多個LLC幀中，一個LLC幀最大可以容納1520字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)。LLPDU再分割成多個RLC/MAC Block,最后形成的基本數(shù)據(jù)單元在連續(xù)4個數(shù)據(jù)突發(fā)中發(fā)送出去。編碼、收縮后的數(shù)據(jù)block 456bit.。2. 5 GPRS編碼方式GPRS定義了四種編碼方式，根據(jù)位分組中的有效數(shù)據(jù)載荷提供不同等級的保護(hù)，提供了4種不同的數(shù)據(jù)速率(見表1)。分組數(shù)據(jù)在空中接口傳輸?shù)膬?yōu)先權(quán)和完整性受編碼方式選擇的控制。完整性校驗(yàn)越強(qiáng)，每塊分組傳送的數(shù)據(jù)就越少。例如，方式1 (CSI)保護(hù)最強(qiáng)、有效載荷最少。方式4保護(hù)最差、有效載荷最多。無線環(huán)境越好，就能夠使用越高的編碼方式，從而獲得更高的數(shù)據(jù)速率。方式的選擇由分組控制單元(PCU)來決定，該網(wǎng)絡(luò)實(shí)體負(fù)責(zé)決定基站用何種編碼方式向移動臺發(fā)送數(shù)據(jù)。圖2. 11編碼方式比較GPRS的每一種編碼方式都有自己的最佳適用范圍，應(yīng)根據(jù)無線條件動態(tài)地選擇，在下行方向由網(wǎng)絡(luò)控制，而上行方向則由移動臺控制。采用哪一種編碼方式取決于信道上的干擾和噪聲，干擾直接與頻率復(fù)用系數(shù)和多普勒頻移有關(guān)。如果能在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)鏈路的動態(tài)適配，由系統(tǒng)命令移動臺根據(jù)C/工的變化調(diào)整CS方式，將獲得最佳吞吐量。在系統(tǒng)允許的情況下，得到較好的頻率效率。2. 6 GPRS的數(shù)據(jù)傳輸在移動管理上下文和PDP上下文建立之后，就可以在移動臺和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)了。移動臺和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為PDP協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU), PDP，PDU在移動臺和GGSN之間傳輸時，是以NPDU的形式傳輸?shù)?，每個NPDU最大為1500字節(jié)。如果比1500字節(jié)小，可以正常傳輸，如果比1500字節(jié)長，則傳輸時必須將其分段，如果不支持分段功能，就只能將其丟棄。GGSN和SGSN之間，PDP PDU經(jīng)過封裝后，利用隧道協(xié)議傳輸，GTP PDU頭中有GSN的地址，便于尋址。GTP PDU的頭部還包括隧道標(biāo)示，用于唯一地標(biāo)示一個PDP上下文。SGSN之間，PDP PDU利用SDNCP協(xié)議傳輸，在這里PDP上下文通過臨時邏輯鏈路標(biāo)示(TLLI)和網(wǎng)絡(luò)層接入點(diǎn)標(biāo)示(NASPI)來唯一標(biāo)示。如圖2. 12所示:圖2. 12用戶數(shù)據(jù)傳輸過程GPRS支持外部網(wǎng)絡(luò)與移動臺之間的透明傳輸，在數(shù)據(jù)傳輸時，在移動臺、SGSN,GGSN中把數(shù)據(jù)包封裝起來，根據(jù)移動臺、SGSN, GGSN中的PDP Contex