GPRS技术及其行业应用

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1 前言

　　随着移动通信技术的发展，数据业务占整个移动业务的比重正稳步上升。根据预测到2005年，移动用户的数据业务量将占总移动业务量的20%-30%，这给GPRS的发展带来了良好的市场机遇。

　　随着GPRS手机上网用户的增多，特别是笔记本电脑加无线GPRS上网卡的用户越来越多，GPRS行业应用也得到了很大的发展，如手机银行，手机证券，位置业务应用等。GPRS网络，使人们的工作方式和生活方式正在逐步改变。 2 GPRS技术特点与应用领域 　　

2.1　GPRS的系统结构

　　GPRS系统是在GSM系统的基础上，增加了分组控制单元 (PCU)、服务GPRS支持节点(SGSN)、网关GPRS支持节点(GGSN)等网元设备。PCU处理器从话音业务中分离出数据业务，控制无线信道的分配。节点SGSN的功能与MSC/VLR类似，具有网络接入控制、路由选择和转发、移动性管理、计费信息的收集等功能，支持Gb、SS7和Gr，等接口，GGSN的主要功能是网络接入控制 (如消息屏蔽)、计费信息收集、路由选择和转发 (如地址翻译和映射、封装和隧道传输)、移动性管理、边界网关等，支持与外部网络 (IP或X.25)的透明和不透明连接，支持Gn、Gi、Gc等接口。

　　GPRS分别有A、B、C三类终端：A类是可以同时使用话音和数据业务的双模手机，B类手机可以同时监测这两种业务，可以在数据和话音业务之间快速切换，但不能同时使用两种业务，C类手机不能同时监测话音和数据业务，用户要么注册上数据业务网，要么注册上话音业务网，但两者之间可以人工切换。

　　在无线网络设备中，通过BTS软件升级或在基站控制器BSC中增加PCU设备等方式把数据和话音分别在Gb和A接口中分离开。而在交换网络设备中，提供SGSN和GGSN两个功能设备，修改GSM中的HLR系统，为了与GSM系统协同工作，需要在GPRS系统设备和GSM系统之间提供一些接口。

　　因此GPRS业务的实现不需要变更GSM网络的基础设施，运营商只需根据数据业务的需求，将蜂窝小区原来用于话音业务的某些频点分给GPRS用户使用，将该频点的8个信道划分为话音、数据、交换 (话音或数据共用)等三种信道，进行灵活配置。

　　2.2　GPRS的技术特点

　　GPRS是一种能够在现有的基础设施中以最少投入、实现投资利润最大化的一种最好的 解决方案。其技术特点表现在：

　　（l）移动数据速率高，最大达到171.2kbps；

　　（2）呼叫建立快，只要手机注册上GPRS网络，手机就一直连接在网络上；

　　（3）收费策略灵活，可以按流量计费、或包月制等多种方式计费；

　　（4）有效支持短消息和WAP业务；

　　（5）支持突发、连续的、高速和低速数据业务；

　　（6）方便向三代UMTS系统体系结构过渡等。

　　2.3　GPRS提供的业务

　　GPRS提供的业务主要是IP和X.25两种业务，在国内主要是无连接的IP业务，这意味着许多现有的IP应用可以在GSM蜂窝网络上得以实现，具备GPRS业务功能的蜂窝网络是互联网/企业内部网在无线业务上的扩展。GPRS通常的应用包括信息业务 (天气、股票、新闻报道等)、电子商务 (移动银行、网上订票、股票交易等)、娱乐(下载音乐、旅游指南)、和其他远程信息业务 (电子邮件、文件传送)。

　　根据ChinaGPRS设备规范书(草案)的要求，GPRS系统初期需要支持的承载业务是点对点(PTP)业务，支持的电信业务是短消息业务，对于SGSN设备，需要支持由手机发起PDP(分组数据协议)上下文激活和由网络发起的PDP上下文激活，可不支持Gs接口。

3 GPRS的工作原理

　　GPRS技术把电信网络和计算机网络有机的连接在一起，朝着未来全IP网络平台发展。从GPRS结构图可以看出，基站与SGSN设备之间的连接一般通过帧中继连接，SGSN与GGSN设备之间通过IP网络连接。GGSN可以由具有NAT(网络地址翻译)功能的路由器承担内部IP地址与外部网络IP地址的转换，MS可以访问GPRS内部的网络，也可以通过APN(外部网络接入点名)访问外部的PDN/因特网网络。

　　在标识GPRS设备中，如手机MS的标识除了在GSM中使用的IMSI，MSISDN等号码外、需要分配IP地址，网元设备SGSN、GGSN的标识既有7号信令地址，又有数据GGSN的IP地址，GSN(SGSN或GGSN)之间的通信采用IP地址，而GSN与MSC、HLR等实体的通信采用7号信令地址。在GPRS系统中，有两个重要的数据库记录信息，一是用户移动性管理上下文，用于管理移动用户的位置信息，另一是用户的PDP上下文(分组数据协议上下文)，用于管理从手机MS到网关GGSN及到ISP(因特网服务提供商)之间的数据路由信息。当MS访问GPRS内部网络或外部PDN/因特网网络时，MS向SGSN发激活PDP上下文请求消息，MS可以与运营商签约选择固定服务的GGSN，或根据APN选择规则，由SGSN选择服务的GGSN，SGSN再向GGSN发建立PDP上下文请求消息，GGSN分配MS一个IP地址 (静态或动态、公用或私有)，在建立PDP上下文过程中，需要对用户的身份，需要的服务质量进行鉴权和论证，在成功地建立和激活PDP上下文后，MS、SGSN和GGSN都存储不用户的PDP上下文信息，有了用户的位置信息和数据的路由信息，MS就可以访问该网络的资源。

4 开发GPRS应用涉及的几个概念

　　（1）GPRS系统容量概念

　　GPRS的系统容量包括GSN的网络容量和RF(射频)容量。在GSM系统中，系统的容量是系统能支持的用户数。而GPRS系统采用分组交换技术，多用户共享无线信道，在系统容量的描述中，要考虑GPRS使用的信道数，支持多大的数据流量，支持多少GPRS用户等。

　　（2）GPRS系统性能指标描述

　　GPRS系统性能包括PCU、SGSN、GGSN、计费系统CG的性能，这些设备主要是用可靠性（如设备的故障率，中断恢复服务时间）、吞吐量和系统容量、与外部网络的接口指标等来描述。

　　（3）外部网络的透明接入和非透明接入

　　用户通过GPRS网络接入到互联网，企业内部网或ISP时，需要对用户的身份、服务质量进行鉴权和数据加密等过程，用户MS的动态IP地址的分配可以分别由PLMN运营商、企业网或ISP等实现，因此，GPRS用户的接入方式有透明接入和非透明接入两种方式。

　　如果用户的IP地址是运营商分配的公有地址（动态或静态），则GGSN不参与用户的论证和鉴权过程，用户可以通过GGSN透明地接入到GPRS内部网络或互联网络，这种方式称为透明方式。

　　非透明方式主要是用户通过GPRS网络接入到企业网络或ISP的情形。用户MS的IP地址是由企业网络或ISP分配的私有地址（动态或静态），用户访问该企业网络或ISP时，GGSN需要企业网络或ISP中的专用服务器对该用户进行鉴权或论证。

5 GPRS行业应用

　　5.1　GPRS行业应用的网络接入方式

　　一般来说，大型企业分部与总部的通信连接是采用电话线拨号方式，这种方式的弊端有:每年要支付大量的线路租用费，拨号线路只有用于传输数据，不能打电话，资源浪费，拨号线本身会因为线路原因出现拨号不通、断线等不稳定的现象。现在利用GPRS永远在线、按流量计费以及组网简单灵活、易于维护的特点，在不改变用户原有的网络架构的基础上，将节约网络组建费用和运营成本。

　　图2给出了企业应用的一种接入方案。企业只要在移动申请一个称之为APN的接入点，购买一个支持GRE路由协议和IPSEC协议的路由器，就可以在GPRS骨干网络的基础上构建一个企业网。该解决方案采用GPRS实现无线IP接入，满足业务点的远程接入。

　　GPRS企业用户使用手机接入时，只要将GPRS手机设置，如设置APN为vip.gmcc.com,用户名为vpn，密码为vpn。使用计算机拨号接入时，计算机拨号程序设置接入号码，如为*99***1#，用户名为vpn。企业用户使用之前，先进行登记注册，使用时企业网络会对该用户进行鉴权和论证。

　　5.2 GPRS行业应用的优势

　　建立了GPRS行业应用，集团客户成员随时随地通过PC机+GPRS手机，使用集团客户专有的APN(接入点名称)，并输入自己的用户名和密码，激活GPRS功能接入集团客户内部网，认证服务器进行APN+用户名十密码的三重认证，通过后，允许访问本集团客户内部计算机网，实现移动办公，从而大大提高了工作的便捷性和效率。
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