GPRS通信技术

GPRS 通讯技术 1.概念 GPRS(GeneralPacket 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 Phase2+(1997 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、 MAC(Mdium AccessControl)层、LLC(Logical LinkControl)层、SNDC(SubnetworkDependant 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