无线宽带的先驱:GPRS技术全接触

2011-04-19 10:29:39来源: 互联网

随着通信技术的不断成熟以及用户对通信质量的要求越来越高,现有的GSM网络将不可避免地向W-CDMA(宽带码分多址)演变,这种演进的过程据估计大约需要2-3年,主要的无线网络设备供应商最早也要到 2002年之后才能提供可供商用的W-CDMA系统。但这并不意味着移动运营商们只能等待,通过采用GPRS(通用分组无线业务)技术,可使现有GSM网络轻易地实现与高速数据分组的简便接入,从而使运营商能够对移动市场需求作出快速反应并获得竞争优势。GPRS将是通向3G的一个重要里程碑那么到底什么是GPRS呢?它有什么优点?它的发展前景又将是怎样的呢?为此,笔者的下述浅见,将对这些内容进行详细地介绍。
  1、GPRS是什么?
  GPRS的英文全称为 General Packet Radio Service,中文含义为通用分组无线服务,它是利用“包交换”(Packet-Switched)的概念所发展出的一套无线传输方式。所谓的包交换就是将 Date封装成许多独立的封包,再将这些封包一个一个传送出去,形式上有点类似寄包裹,采用包交换的好处是只有在有资料需要传送时才会占用频宽,而且可以以传输的资料量计价,这对用户来说是比较合理的计费方式,因为象Internet这类的数据传输大多数的时间频宽是间置的。此外,在 GSM phase 2+ 的标准里,GPRS 可以提供四种不同的编码方式,这些编码方式也分别提供不同的错误保护(Error Protection)能力。利用四种不同的编码方式每个时槽可提供的传输速率为 CS-1(9.05K)、CS-2(13.4K)、CS-3(15.6K)及CS-4(21.4K),其中 CS-1的保护最为严密,CS-4则是完全未加以任何保护。每个用户最多可同时使用八个时槽,所以 GPRS号称最高传输速率为171.2K。
  其实在GSM Phase 2+的标准中不只定义了GPRS,它还定义了HSCSD(High-Speed Circuit - Switched Data Service,高速电路交换数据服务),而 HSCSD最高的传输速率也可达57.6K(已经比 56K快一点了),为什么就没有业者考虑使用HSCSD呢!因为HSCSD是使用“电路交换”的技术,所以用户在使用时就像打电话一样,不管你是否有开口说话,系统都会在上下行的频段中保留一个时槽给用户,所以费率是以使用时槽的数目与使用时间的长短来计算的,对用户来说实在不划算,再者它的传输速率远比不上 GPRS,所以许多电信业者大多跳过 HSCSD 直接进入 GPRS。不过不管电信业者决定使用HSCSD服务或是GPRS服务,用户本身所持的手机都必须能够支援多个时槽同时收发的功能及 GPRS标准,目前我们所使用的手机大多无法享受到GPRS 的高速,所以若想要在手机上享受速上网的乐趣,就得添购新型的手机,当然这也要你所使用的电话业务提供商已经架设完成GPRS 的系统且开始提供服务才行。
GPRS是一种新的GSM数据业务,它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X.25分组数据接入服务。GPRS采用分组交换技术,它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。如果把空中接口上的TDMA帧中的8个时隙都用来传送数据,那么数据速率最高可达164kb/8。GSM空中接口的信道资源既可以被话音占用,也可以被GPRS数据业务占用。当然在信道充足的条件下,可以把一些信道定义为GPRS专用信道。
  2、GPRS有什么优势
  相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式,GPRS是分组交换技术。由于使用了“分组”的技术,用户上网可以免受断线的痛苦(情形大概就跟使用了下载软件NetAnts差不多)。此外,使用GPRS上网的方法与WAP并不同,用WAP上网就如在家中上网,先“拨号连接”,而上网后便不能同时使用该电话线,但GPRS就较为优越,下载资料和通话是可以同时进行的。从技术上来说,声音的传送(即通话)继续使用GSM,而数据的传送便可使用GPRS,这样的话,就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。而且发展GPRS技术也十分“经济”,因为只须沿用现有的GSM网络来发展即可。GPRS的用途十分广泛,包括通过手机发送及接收电子邮件,在互联网上浏览等。
  现在手机上网的口号就是“alwaysonline”、“IPinhand”,使用了GPRS后,数据实现分组发送和接受,这同时意味着用户总是在线且按流量计费,迅速降低了服务成本。对于继续处在难产状态的中国移动/联通WAP资费政策,如果将CSD(电路交换数据,即通常说的拨号数据,欧亚WAP业务所采用的承载方式)承载改为在GPRS上实现,则意味着由数十人共同来承担原来一人的成本。
  而GPRS的最大优势在于:它的数据传输速度不是WAP所能比拟的。目前的GSM移动通信网的传输速度为每秒9.6K字节,GPRS手机在今年年初推出时已达到56Kbps的传输速度,到现在更是达到了115Kbps(此速度是常用56Kmodem理想速率的两倍)。除了速度上的优势,GPRS还有"永远在线"的特点,即用户随时与网络保持联系。举个例子,用户访问互联网时,点击一个超级链接,手机就在无线信道上发送和接受数据,主页下载到本地后,没有数据传送,手机就进入一种"准休眠"状态,手机释放所用的无线频道给其他用户使用,这时网络与用户之间还保持一种逻辑上的连接,当用户再次点击,手机立即向网络请求无线频道用来传送数据,而不像普通拨号上网那样断线后还得重新拨号才能上网冲浪。
  3、GPRS网络是怎样构成的
GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在现有的GSM网络中需要增加一些节点,如GGSN(Gateway GPRS Supporting Node,GPRS网关支持节点)和SGSN(Serving GSN,GPRS服务支持节点)。GSN是GPRS网络中最重要的网络节点。GSN具有移动路由管理功能,它可以连接各种类型的数据网络,并可以连到GPRS寄存器。GSN可以完成移动终端和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。GSN可以是一种类似于路由器的独立又备,也可以与GSM中的MSC集成在一起。GSN有两种类型:一种为SGSN(Serving GSN,服务GSN),另一种为GGSN(Gateway GSN,网关GSN),SGSN的主要作用是记录移动终端的当前位置信息,并且在移动终端和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN主要是起网关作用,它可以和多种不同的数据网络连接,如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文献中,把GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换,从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。
  4、GPRS有几种协议模型
  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 (Media Access Control)层、LLC(Logical Link Control)层、SNDC(Subnetwork Dependant 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。GSM空中接口的载频带宽为200kHz,一个载频分为8个物理信道。
  如果8个物理信道都分配为传送GPRS数据,则原始数据速率可达200kb/s。考虑前向纠错码的开销,则最终的数据速率可达164kb/s左右。
  MAC为媒质访问控制层。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终端共享。GPRS的逻辑信道共有3类,分别是公共控制信道、分组业务信道和GPRS广播信道。公共控制信道用来传送数据通信的控制信令,具体又分为寻呼和应答等信道。分组业务信道用来传送分组数据。广播信道则是用来给移动终端发送网络信息。
  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。另外,LLC可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制。
  BSS中的LLR层是逻辑链路传递层。这一层负责转送MS和SGSN之间的LLC帧。LLR层对于SNDC数据单元来说是透明的,即不负责处理SNDC数据。
  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,移动终端和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L25协议。TCP/IP和X.25协议对于传统的GSM网络设备(如BSS和NSS等设备)是透明的。
  5、GPRS的工作原理是什么
  GPRS工作时,是通过路由管理来进行寻址和建立数据连接的,而GPRS的路由管理表现在以下3个方面:移动终端发送数据的路由建立;移动终端接收数据的路由建立;以及移动终端处于漫游时数据路由的建立。对于第一种情况,当移动终端产生了一个PDU(分组数据单元),这个PDU经过SNDC层处理,称为SNDC数据单元。然后经过LLC层处理为LLC郑通过空中接口送到GSM网络中移动终端所处的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。在第二种情况中,一个公用数据网用户传送数据到移动终端时,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送给移动终端所在的SGSN上GSN把PDU封装成SNDC数据单元,再经过LLC层处理为LLC帧单元,最终通过空中接口送给移动终端。第三种情况是一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户。这种情况下的数据传送必须要经过归属地的GGSN,然后送到移动用户A。
  6、GPRS有哪些方面的应用
  GPRS的全称是"通用分组无线业务",是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输业务,在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上,GPRS可以提供一系列交互式业务:
  点对点面向连接的数据业务-该业务是为两个用户或者多个用户之间发送多分组的业务,该业务要求有建立连接、数据传送以及连接释放等工作程序。
  单点对多点业务-该业务可以根据某个业务请求者的要求,把单一信息传送给多个用户。该业务又可以分为点对多点多信道广播业务、点对多点群呼业务和IP多点传播业务。
  点对点无连接型网络业务-该业务中的各个数据分组彼此互相独立,用户之间的信息传输不需要端到端的呼叫建立程序,分组的传送没有逻辑连接,分组的交付没有确认保护,是由IP协议支持的业务。
  GPRS除了提供点对点、点对多点的数据业务外,还能支持用户终端业务、补充业务、GSM短消息业务和各种GPRS电信业务。
  7、GPRS会不会取代WAP?
  WAP是无线Internet的标准,由多家大厂商合作开发,它定义了一个分层的、可扩展的体系结构,为无线Internet提供了全面的解决方案。WAP协议开发的原则之一是要独立于空中接口,所谓独立于空中接口是指WAP应用能够运行于各种无线承载网络之上,如TDMA、CDMA、GSM、GPRS、SMS等等。

  GPRS对应于GSM中的9.6kbps的数据业务,与之不同的是GPRS是通过分组交换来实现高速率的数据传输,换句话说,GPRS是对GSM数据业务的改进,是在GSM中实现高速数据传输的手段。
  可见,WAP是高层应用,而GPRS是底层传输。可以引用著名的邮递信件的例子来说明WAP与GPRS的关系:如果说WAP是平信或贺卡或明信片,那么GPRS和GSM的CSD(9.6kbps电路交换的数据业务)就是运送信件的交通工具,只不过后者是汽车,前者则是飞机罢了。
  我们相信,GPRS技术作为一种迎合GSM移动通信市场和全球因特网迅猛发展和日益融合而兴起的技术,将引导人们进入高速信息时代。

关键字:无线宽带  先驱  技术  接触

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0419/article_7266.html
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