GPRS通信技术

GPRS 通讯技术 1.概念 GPRSGeneralPacket Radio Service，通用无线分组业务作为第二代移动 通信技术 GSM 向第三代移动通信3G的过渡技术。GPRS 不但具有 GSM 通信系统 覆盖范围广、通信质量高，而且还具有分组传输数据传输快、信道利用率高等优 点， 另外它是永远在线和按流量计费的， 支持 TCP/IP 协议， 可以直接与 Internet 互通， 因此特别适合中低速率的环境监测及监控领域， 比如无线传感器网络 （WSN） 的监测与控制。 利用 GPRS 可以使用户在移动状态下使用各种高速数据传输业务， 包括 E-mail 收发、Internet 浏览、文件传输等功能等。GPRS 为移动用户提供数 据传输业务是移动通信的未来发展之路， 目前 GSM 系统是使用用户最多的移动通 信系统之一，全世界已有近百个运营商开通了GPRS 系统服务。研究和开发GPRS 相关信息电子产品具有很广阔的市场前景。 2.技术理论 GPRS 是由英国 BTCellnet 公司早在 1993 年提出的，是 GSM Phase21997 年规范实现的内容之一，是一种基于 GSM 的移动分组数据业务，面向用户提供 移动分组的 lP 或者 X.25 连接。GPRS 在现有的 GSM 网络基础上叠加了一个新的 网络， 同时在网络上增加一些硬件设备和软件升级，形成了一个新的网络逻辑实 体，提供端到端的、广域的无线IP 连接。通俗地讲，GPRS 是一项高速数据处理 的科技，它以分组交换技术为基础，用户通过 GPRS 可以在移动状态下使用各种 高速数据业务，包括收发 E-mail、进行Internet 浏览等。GPRS 是一种新的 GSM 数据业务， 在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线 IP 和 X25 服务。GPRS 采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道， 同一无线信道又可以由多个用户共享，能够高效的利用无线信道资源。GPRS 技 术160Kbps 的传送速率几乎能让无线上网达到公网 ISDN 的效果，实现“随身 ‘携带’互联网”。使用 GPRS，数据实现分组发送和接收，用户永远在线且按 流量计费，迅速降低了服务成本。 1.GPRS 网络总体结构 GPRS 网络的实现是在现有 GSM 网络的基础上，对原有 GSM 网络的基站子系 统以及网络子系统的设备及功能进行了改进和增强。构成 GPRS 系统的方法是首 先在 GSM 系统中引入 3 个主要组件GPRS 服务支持结点SGSN，Serving GPRS Supporting Node、GPRS 网关支持结点GGSN，Gateway GPRS Support Node和 分组控制单元PCU，Package Control Unit，同时对 GSM 的相关部件进行软件 升级，主要包括对 HLR 和 VLR 的功能进行了扩展，使之可以支持 GPRS 用户数据 和路由信息，以实现对 GPRS 的移动性管理和路由管理。另外增强了基站子系统 精选文库 的功能，以支持用户分组数据的传送，增加了业务信道和控制信道的种类，以支 持 GPRS 的多种业务。 GPRS 网络的简化模型如图 2-2。GPRS 在一个发送实体和一个或多个接收实 体之间提供数据传送能力。这些实体可以是移动用户或终端设备，后者被连接到 一个 GPRS 网络或一个外部的数据网络。GGSN 在 GPRS 网络和公用数据网之间起 网关的作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN 和 LAN 等。SGSN 记录 移动台的当前位置信息， 并在移动台和各种数据网络之间完成移动分组数据的发 送和接收，为服务区内所有用户提供双向的分组路由。系统共用 GSM 基站，但基 站要进行软件更新， 并采用新的 GPRS 移动台。 GPRS 要增加新的移动性管理程序， 通过路由器实现 GPRS 骨干网互联。 图 2-2 GPRS 网络模型 2.GPRS 协议 移动台MS和 SGSN 之间的 GPRS 分层协议模型如图 2-3。 Um 接口是 GSM 的空 中接口。Um 接口上的通信协议有5 层，自下而上依次为物理层、 MACMdium AccessControl层、LLCLogical LinkControl层、SNDCSubnetworkDependant Convergence层和网络层。Um 接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则 负责提供空中接口的各种逻辑信道。MAC 为媒质接入控制层，MAC 的主要作用是 定义和分配空中接口的 GPRS 逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。 --2 精选文库 图 2-3 GPRS 分层协议模型 GPRS 协议模型LLC 层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程 HDLC 的无线链路协议。LLC 层负责在高层 SNDC 层的 SNDC 数据单元上形成 LLC 地址、帧字段，从而生成完整的 LLC 帧。SNDC 被称为子网依赖结合层，它的主 要作用是完成传送数据的分组、打包，确定 TCP/IP 地址和加密方式。在 SNDC 层， 移动台和 SGSN 之间传送的数据被分割为一个或多个 SNDC 数据包单元，SNDC 数据包单元生成后被放置到 LLC 帧内。网络层的协议目前主要是 Phase l 阶段提 供的 TCP/IP 和 X25 协议，这些协议对于传统的 GSM 网络传输设备如 BSS 和 NSS 等设备是透明的。 3.GPRS 路由管理 GPRS 的路由管理是指 GPRS 网络如何进行寻址和建立数据传送路由。GPRS 的路由管理表现在以下三个方面移动台发送数据的路由建立、移动台接收数据 的路由建立、以及移动台处于漫游时数据的路由建立。 第一种情况， 当移动台产生了一个 PDU分组数据单元， 这个 PDU 经过 SNDC 层处理为 SNDC 数据单元。 然后经过 LLC 层处理为 LLC 帧， 通过空中接口送到 GSM 网络中移动台所处的 SGSN，SGSN 把数据送到 GGSN。 GGSN 把收到的消息进行解装 处理，转换为可在公用数据网中传送的格式如 PSPDN 的 PDU，最终送给公用数 据网的用户。 为了提高传输效率并保证数据传输的安全，可以对空中接口上的数 据做压缩和加密处理。 第二种情况中， 一个公用数据网用户传送数据到移动台，首先通过数据网的 标准协议建立数据网和 GGSN 之间的路由。数据网用户发出的数据单元如 PSPDN 中的 PDU， 通过建立好的路由把数据单元 PDU 送给 GGSN。 而 GGSN 再把 PDU 送给 移动台所在的 SGSN，GSN 把 PDU 封装成 SNDC 数据单元，再经 LLC 层处理为 LLC 帧单元，最后经空中接口送给移动台。 第三种情况中， 一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户，其数 据必须经过归属地的 GGSN，然后送给移动用户。 --3 精选文库 3.3.硬件设计硬件设计 1.应用系统硬件结构设计 GPRS 模块一般都有串口通信接口，与控制端通过串口通信，GPRS 模块具有 短