GPRS移动通信技术

摘要：本文主要分成五个部分来讨论此主題，首先介绍General Packet Radio Service(GPRS)的需求动机，目前GSM市场中存取Internet资源的方式与缺点及GPRS优点；接着比较GPRS与GSM上数据资料技术的差异与讨论GPRS的架构与技术，包括如何正确传送封包与其使用radio 资源的方式；之后阐述了GPRS的路由协议模型以及三种不同的分组路由方式；然后通过分析GPRS网络基于GSM叠加IP数据网络的体系结构特点，研究GPRS安全管理方面的需求，提出一种综合可靠性与信息安全技术的GPRS移动通信网络安全控制策略；最后分析了GPRS的局限性以及它的应用、发展趋势。
　　关键词：GPRS; GSM; Packet Switching; GGSN; SGSN

1 GPRS的需求动机
     业界通常将移动通信分为三代。第一代是模拟的无线网络，第二代是数字通信包括GSM、CDMA等，第三代是分组型的移动业务，称为3G。GPRS是通用无线分组业务的缩写（General Packet Radio Service）,是介于第二代和第三代之间的一种技术，通常称为2.5G，目前通过升级GSM网络实现，称之为2. 5G是比较恰当的，因为它是一个混合体，采用TDMA方式传输语音，采用分组的方式传输数据。
　　GPRS是在目前GSM移动通信网络中增加SGSN、GGSN两个节点，在基站子系统中增加用于无线分组接入的分组控制单元来实现，从而发展起来的一种新型承载业务，它可以向移动用户以分组交换的形式提供数据业务。GPRS 采用与GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS是在GSM Phase2+阶段引入的通用分组数据业务。GPRS核心网采用基于分组交换模式的IP技术来传送不同速率的数据及信令。
　　GPRS网络有四种编码方案分别为CS－1（9.05kb/s）、CS－2（13.4kb/s）、CS－3（15.6kb/s）、CS-4（21.4kb/s）；同时支持多时隙合并传输（最多8个时隙），且每个时隙都可以为活动用户所共享，因此，GPRS可提供9.05kb/s（CS－1＊1时隙）至171.2kb/s（CS－4＊8时隙）的数据传输速率。在理想环境下理论传输最大速率为171.2kb/s，而目前实际应用带宽大约在40－100Kbps，在此信道上提供TCP/IP 连接，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。
　　行动电话与网际网路（Internet）这两项科技深深地影响了人类的生活。行动电话使得人与人之间的沟通再也不受某些特定沟通器材其地理位置的影响，让每个人在任何地方都可以使用行动电话来跟其他人沟通，而网际网路（Internet）提供了一个方便、有效率且便宜的方式去存取与分享在网际网路上有价值的资料、 信息，只要能连上网际网路（Internet）就可以取得丰富的网路资源。所以要是能够将这两种科技整合在一起，不论所需的资讯是在世界上的何处，你将可以不受地理位置的限制区取得。[2]
2 目前GSM系統存取网际网路资源的方式
　　目前Global System for Mobile Communication(GSM)网路连接到LAN的方式，在硬体方面如图1所示。GSM系统中的MSC(Mobile Switching Center)藉由数据机或ISDN连接到Internet。
　　在传输资料的技术上，基本上是使用Short Message Service(SMS)，这是一种能够传送简短讯息到手机的资料服务，SMS所能传送的最大讯息长度为160个字元，使用者能够利用手机传送或接收一些简讯。但是GSM厂商纷纷将其功能加以增强与改进，使得SMS有网际网路(Internet)资讯存取的功能，如收发电子邮件(e-mail)或浏览WWW（纯文字），这是目前在全世界GSM系统中最普遍被使用于存取网际网路资讯的方法。[5]
3 GSM与GPRS优缺点比较
  
3.1 GSM的三个缺点：
　　3.1.1、传送速度太慢：一般GSM系统中资料传送的速度为9.6Kbps或14.4Kbps，这样的传输速度对于一些多媒体应用（如浏览图文并茂的WWW 网站）而言可能不敷使用。
　　3.1.2、效率不高：SMS用signaling channels来传送信息，所以在SMS使用非常频繁的情形下，可能会使得整个网路的服务品质大打折扣。
　　3.1.3、使用费用太昂贵：综合以上两个缺点，必定使得operator提供此服务时的成本就很昂贵，理所当然使用者也必须负担较高的使用费。[5]
　　GSM的系统厂商发现目前的技术对于处理data traffic有其先天不足的地方，需要开发新的技术以满足对于data traffic 的需求，GPRS也就应运而生。GPRS使用packet-switching的方式，是一种能在原有的GSM的radio channel上以非常经济且有效率传送资料与控制信号的技术。
    分组交换方式采用长度一定、结构统一的数据分组作为数据传输的基本单位。每个分组头（header）都带有地址、序号交检码等消息，用于检错、排队、选路等处理。此外，分组交换采用存储转发机制，每个节点接受到来自其他节点的分组后，先将其存在缓冲区内，然后根据分组头中的地址信息选择下一步应将该分组转发到哪个节点。同一物理链路在不同时刻可以传送不同的通信会话的数据，也就是队伍里链路可以进行统计复用（而不是电路交换方式中的链路独占）。
　　分组交换方式在通信之前不需要为通信双方分配一条独占的链路，可根据用户需要以及网络能够提供的带宽，为用户动态分配网络资源，从而极大地提高了网络带宽的利用率；由于存储转发机制可以根据网络的实际状态动态选择路由，这样即使某些节点或节点间的链路发生故障，数据仍能绕道达到目的地，从而提高了通信的可靠性，因此，分组交换是数据通信的理想选择。

目录
引言 - 2 -
1 GPRS的需求动机 - 2 -
2 目前GSM系統存取网际网路资源的方式 - 3 -
3 GSM与GPRS优缺点比较 - 3 -
3.1 GSM的三个缺点 - 3 -
3.2 General Packet Radio Service(GPRS)的优点 - 4 -
3.2.1  高bit rate - 4 -
3.2.2  使用packet switching，适合于bursty traffic - 4 -
3.2.3  快速的call setup time - 4 -
3.2.4  可以与固有的GSM系统共存 - 5 -
3.2.5  有弹性地使用radio resource与网路 - 5 -
3.2.6  以传送/接受的资料量来计费 - 5 -
3.2.7  为目前GSM迈向第三代网路的重要步骤 - 5 -
4 GPRS与GSM上数据资料之比较 - 5 -
4.1 高速电路交换数据业务（HSCSD） - 5 -
4.2 改进数据率GSM服务(EDGE) - 6 -
Bit rate - 6 -
5 GPRS的网路架构 - 7 -
6 Serving GPRS Support Node(SGSN)的功能 - 9 -
7 Gateway GPRS Support Node(GGSN)的功能 - 9 -
8 GPRS协议模型 - 9 -
9 分组路由 - 10 -
10 Capacity on demand - 12 -
11 GPRS移动通信系统的安全策略 - 13 -
11.1 GPRS网络安全研究 - 13 -
11.1.1 GTP节点 - 13 -
11.1.2 IP节点 - 13 -
11.2 GPRS安全性分析 - 13 -
11.2.1 GPRS安全策略 - 13 -
12 GPRS的局限性 - 15 -
12.1  有 限 的 蜂 窝 容 量 - 15 -
12.2  实 际 传 输 速 度 比 理 论 值 低 得 多 - 15 -
12.3   不 能 保 证 无 线 终 止 的 终 端 应 用 - 15 -
12.4   不 太 理 想 的 调 制 方 式 - 15 -
12.5   传 输 延 迟 - 15 -
12.6  没 有 储 存 和 发 送 功 能 - 16 -
13 GPRS的应用及发展趋势 - 16 -
14 结语 - 17 -
参考文献 - 18 -
致谢 - 18 -