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系统是集成于GSM网络交换子系统的一部分。

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英语Mobility_management会话管理,以及IP数据包的传输业务。该核心网同时支持包括计费英语Telecommunications billing合法监听英语Lawful interception等其他附加功能。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替换为GSM,因此该选项已经不重要了。

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,GTP'通信仅发生在同一个运营商网络内部,并没有充分的标准化,根据供应商和配置选项的不同,可能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(Gateway GPRS Support Node,简称GGSN)是GPRS网络的一个主要组件。GGSN负责GPRS网络和因特网X.25网络等外部包交换网络之间的互联。

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GPRS/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SGSN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'”)。
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MAP1、MAP2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,实际上是一个防火墙)。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,这个信息被用于节省网络资源。当该移动台履行一个PDP上下文时,SGSN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协议及其上承载的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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