GPRS核心网

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GPRS 核心网英语GPRS Core Network)是GPRS(通用分组无线业务,英语General Packet Radio Service)的中心部件,它允许 2G3G 以及 WCDMA 移动网络将 IP 数据包传送至外部网络,例如因特网GPRS系统是 GSM 网络交换子系统的一个集成部件(integrated part)。

一般支撑功能[编辑]

GPRS 核心网提供在 GSMWCDMA 网络中的移动性管理会话管理,以及 IP 数据包的传输业务。该核心网同时还为其它附加的功能提供支撑,包括计费合法监听。GPRS 核心网曾一度被建议要在美国的 D-AMPS TDMA 系统中支持分组无线业务,但事实上,所有这些网络都已经被转换为 GSM,因此该选项已经与它无关了。

PRS模块是一个开放标准驱动的系统。它的标准化主体是 3GPP

GPRS隧道协议(GTP)[编辑]

GPRS 隧道协议(GPRS Tunnelling Protocol,简称GTP)是 GPRS 核心网目前定义的基于 IP协议。大体上说,这个协议允许 GSMWCDMA 网络的最终用户可以随处移动,而同时持续地连接到因特网,如同只是从 GGSN 的同一个位置进行的。

它通过承载从当前正在为签约用户(subscriber)提供服务的 SGSN 到当前正在处理该签约用户的会话的 GGSN 的签约用户数据来实现。GPRS 核心网使用三种形式的 GTP。

GTP-U
用于在多个独立的隧道中为每个 PDP 上下文(Packet Data Protocol context)传输用户数据。
GTP-C
用于控制目的,包括:
  • PDP 上下文的建立和删除
  • GSN 可及性(reachability)的验证
  • 更新;例如,当一个签约用户从一个 SGSN 移动到另一个的时候
GTP'
用于从各个 GSN 向计费功能(charging function)传输计费数据。

GGSNSGSN(合称“GSNs”)在 UDP 端口 2123 上监听 GTP-C 消息,而在端口 2152 上监听 GTP-U 消息。这个通信直接在一个单独的网络中进行,或者在国际漫游的有情况下,通过一个 GRX (GPRS漫游交换,英文:GPRS Roaming Exchange)进行。

计费网关功能(Charging Gateway Function)在 TCPUDP 端口 3386 上监听发送自各个 GSN 的 GTP' 消息。核心网向 CGF 发送的计费信息,通常包含 PDP 上下文激活次数和最终用户所传输的数据的质量。然而,发生在同一个网络内的这个通信可能不完全按照标准进行,甚至可能,根据供应商和配置选项的不同,使用私有的编码甚至完全私有的系统。

GTP 版本 0 支持在同一个消息头下面同时包含信令(signalling)和用户数据(user data)。它可以在已注册的 3386 端口上同时和 UDPTCP 一起使用。GTP 版本 1 仅在 UDP 上使用。控制平面协议(Control Plane Protocol)GTP-C(Control)使用已注册的 2123 端口,而用户平面协议(User Plane Protocol)GTP-U(User)使用已注册的 2152 端口。

GPRS支撑节点(GSN)[编辑]

一个 GSN 是一个网络节点,它支持在 GSM 核心网中对 GPRS 的使用。所有的GSN都应当拥有一个 Gn 接口,并支持 GPRS 隧道协议。GSN 有两个关键的变种,即网关(gateway)和业务(service)GPRS支撑节点。

网关GPRS支撑节点(GGSN)[编辑]

网关 GPRS 支撑节点(GGSN)是 GRPS 网络的一个主要组件。GGSN 负责在 GPRS 网络和外部包交换网络之间的互联,例如在因特网X.25 网络之间。

从外部网络的角度来看,GGSN 是一个到某个“子网”(sub-network)的路由器(router),因为 GGSN 对外部网络“隐藏”了 GPRS 基础设施(infrastructure)。当 GGSN 收到一个目的地址为某个特定用户的数据后,它检查该用户是否仍处活跃状态(active)。如果是的,则 GGSN 将该数据转发到当前正在为该移动用户提供服务的 SGSN;如果该移动用户不处于活跃状态,则该数据被丢弃。换句话说,面向移动(mobile-originated)的数据包被 GGSN 路由到正确的网络。

GGSN 是一个锚点(anchor point),它使得在 GRPS/UMTS 网络中的用户终端具有可移动性(mobility)。在 GPRS 中,它扮演与移动IP中的归属代理(home agent)相同的角色。它维持与当前正在为一个特定 MS(移动台,英文:Mobile Station)提供服务的 SGSN 之间进行协议数据单元(Protocol Data Units,简称PDU)隧道连接所必须的路由。

GGSN 将来自 SGSN 的 GPRS 数据包转换成合适的的包数据协议(Packet Data Protocol,简称PDP)格式(例如,IP 或 X.25),在相应的的包数据网络中将它们发送出去。在另一个方向上,传入的数据包的 PDP 地址被转换为目标用户的 GSM 地址。被更改地址后的数据包被发送给相应负责的 SGSN。为了这个目的,GGSN 会在它的的本地寄存器中存储用户当前的 SGSN 地址以及他/她的用户概要。GGSN 要负责 IP 地址的分配,并且是已连接的用户设备(User Equipment,简称:UE)的默认路由器。GGSN 还履行鉴权(authentication)和计费(charging)的功能。

其它功能还包括签约用户屏蔽(Subscriber Screening)、IP池管理,以及地址映射、QoSPDP 上下文执行。

LTE 场景中,GGSN 功能被移到 SAE 网关(而 SGSN 功能则工作在 MME 中)。

业务GPRS支撑节点(SGSN)[编辑]

一个业务 GPRS 支撑节点(Serving GPRS Support Node,简称:SGSN)负责在它的地理位置服务区域内从移动台接收或向其发送数据包。它的任务包括数据包路由和传输、可移动性管理(mobility management)(附着/分离和位置管理)、逻辑链路管理(logical link management)以及鉴权和计费功能。SGSN 的位置寄存器存储所有在它上面注册的 GPRS 用户的位置信息(例如,当前蜂窝、当前 VLR)和用户概要(例如 IMSI、包数据网络中所使用的地址)。

SGSN公共功能[编辑]

  • 将来自 GGSNGTP 包(下行)去隧道化(detunnel)
  • 将去往 GGSNIP 包(上行)隧道化(tunnel)
  • 当待机(Standby)模式的移动电话从一个路由区域移动到另一个路由区域时,实现可移动性管理(mobility management)
  • 对用户数据进行计费

SGSN在GSM/EDGE中的特有功能[编辑]

EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)所指定的 SGSN 功能和特征包括:

  • 每签约用户大约 60 Kbps(对于 EDGE 来说约 150 Kpbs)的最大数据速率
  • 使用 Gb 协议栈,通过帧中继IP 连接到数据包控制单元(Packet Control Unit)
  • 接受上行数据来形成 IP 数据包
  • 加密下行数据,解密上行数据
  • 为处于已连接(connected)模式的移动电话,实现蜂窝级(level of a cell)的可移动性管理

SGSN在WCDMA中的特有功能[编辑]

  • 承载最高约 42 Mbps 的下行流量和 5.8 Mbps 的上行流量(HSPA+)
  • 隧道化/去隧道化面向无线网络控制器(RNC)的上行/下行数据包
  • 为处于“已连接”模式的移动电话实现 RNC 级(level of an RNC)的可移动性管理

接入点[编辑]

一个“接入点”是:

  • 一个移动机可以连接到的一个 IP 网络
  • 用于该连接的一系列设置
  • 一个移动电话中的在一系列设置中的一个特定选项

当一个 GPRS 移动电话建立了一个 PDP 上下文,则接入点被选择。此时,一个接入点名称(Access Point Name,简称APN)被确定。

举例: aricenttechnologies.mnc012.mcc345.gprs
举例: Internet
举例: mywap
举例: hcl.cisco.ggsn

这个接入点随后被在一个 DNS 查询中使用,这个查询是针对一个私有 DNS 网络的。这个处理过程(称为 APN 解析)最终给出应当为该接入点提供服务的 GGSN 的 IP 地址。此时,可以激活一个 PDP上下文。

PDP上下文[编辑]

包数据协议(Packet Data Protocol,简称PDP,例如:IPX.25帧中继)上下文(context)是一个数据结构,在 SGSNGGSN 上都会出现。当签约用户拥有一个活跃的会话时,它会包含该签约用户的会话信息。当一个移动电话想要使用 GPRS 的时候,它必须首先附着(attach)并随后激活一个 PDP 上下文。这会在签约用户当前正在拜访的 GGSN 中,以及正在为该签约用户的接入点提供服务的 GGSN 中分配一个 PDP 上下文数据结构。该数据记录包括:

隧道端点 IP 是一个由 GSN 分配的号码,它标识关联到一个特定的 PDP 上下文的已隧道化的数据(tunnelled data)。

若干个 PDP 上下文可能使用相同的 IP 地址。次级 PDP 上下文激活(Secondary PDP Context Activation)过程可能被用于在重用来自一个已经激活但具有不同的 QoS 概要的 PDP 上下文的 PDP 地址或其它 PDP 上下文信息时,激活一个 PDP 上下文。[1] 注意,该过程被称为“次级”,不会导致与它们所重用的 PDP 地址没有这种关系的 PDP 上下文产生。

总共有 11 个 PDP 上下文(以任何主次组合)可以共同存在。网络服务接入点标识符(Network Service Access Point Identifier,简称NSAPI)被用于区分不同的 PDP 上下文。

参考点和接口[编辑]

在 GPRS 核心网标准中,存在一些接口和参考点(reference points)(逻辑连接点,它们可能与其它的参考点共享一个公共的物理连接)。这些名字中的一些可以在本页中的网络结构图中看到。

在GPRS网络中的接口[编辑]

Ga
该接口为 CDRs(记账记录,即话单)提供服务,它在 GSN 被写入,并发送给计费网关(Charging Gateway,简称:CG)。这个接口使用一个基于 GTP 的协议,做了一些修改来支持 CDRs(被称为“GTP'”和“本初GTP”)。
Gb
基站子系统SGSN 之间的接口,传输协议可以是帧中继(Frame Relay)或 IP
Iu
无线网络控制器(Radio Network Controller)与 SGSN 之间的接口。该接口交换信令(signaling)和实载数据(payload)。
Gc
GGSNHLR(归属位置寄存器,英文:Home Location Register)之间的接口,这样 GGSN 就可以获取一个移动台(mobile station)的位置明细。为了避免在 GGSN 上实现 MAP/SS7,此接口为可选。当不出现时,GGSN 将查询通过 SGSN 路由到 HLR。
Gd
SGSN 与短信网关(SMS Gateway)之间的接口。可以使用 MPA1、MPA2 或 MAP3。
Ge
SGSNSCP (业务控制点,英文:Service Control Point)之间的接口,使用 CAP 协议。
Gf
SGSN 与 EIR(设备标识寄存器,英文:Equipment Identity Register)之间的接口,用于检查移动电话的设备标识符(IMEI)是否存在被盗电话列表中。
Gi
基于 IP 的、GGSN 和公共数据网络(Public Data Network,简称 PDN)之间的接口,要么直接连到因特网,要么通过一个WAP网关
Gmb
GGSN 与广播-多播业务中心(Broadcast-Multicast Service Center,简称:BM-SC)的接口,用于控制 MBMS 集合信道(bearers)。
Gn
基于 IP 的、SGSN 与其它 SGSN 及(内部)GGSN 之间的接口。DNS 也共享这个接口。使用 GTP 协议。
Gp
基于 IP 的、内部 SGSN 与外部 GGSN 之间的接口。在 SGSN 与外部 GGSN 之间,存在一个边界网关(border gateway,实际上一个防火墙)。也使用 GTP 协议。
Gr
SGSN 与 HLR 之间的接口。通过这个接口的消息使用 MAP3 协议。
Gs
SGSNMSCVLR)之间的接口。使用 BSSAP+ 协议。当它进行数据传输时,这个接口允许寻呼(paging)和移动台可用性(station availability)。当一个移动台被附着到 GPRS 网络时,SGSN 追踪该移动台台被附着到哪个路由区域(routing area,简称 RA)。一个 RA 是一个更大的 LA(位置区域,英文:location area)中的一部分。当一个移动台被寻呼(paged)时,这个信息被用于保存网络资源。当该移动台履行一个PDP上下文时,SGSN就知道该移动台正在使用的准确BTS。
Gx
GGSN 和 计费规则功能(Charging Rules Function,简称:CRF)之间的在线策略接口。它被用于提供基于计费规则的业务数据流。使用 Diameter 协议。
Gy
GGSN在线计费系统(Online Charging System,简称:OCS)之间的计费接口。使用 Diameter 协议 DCCA (Diameter 信用控制应用,英文:Diameter Credit-Control Application)应用。
Gz
GSN 和 CG 之间的离线(基于CDR的)计费接口。使用 GTP'。
Lg
SGSN网关移动电话位置中心(Gateway Mobile Location Center,简称 GMLC)之间的接口,用于基于位置的业务。
S6d
SGSN归属签约用户服务器(Home Subscriber Server,简称 HSS)之间的接口。这是一个基于 Diameter 的接口,用于向 HSS 传输用户签约和鉴权数据,以对用户的接入行为进行鉴权和授权。

参见[编辑]

参考文档[编辑]

外部链接[编辑]


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