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GPRS核心網

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GPRS核心網(英語:GPRS Core Network)是GPRS(通用分組無線業務,英語:General Packet Radio Service)的中心部件,它允許2G3G以及WCDMA行動網路將IP數據包傳送至外部網絡,例如網際網路GPRS系統是集成於GSM網絡交換子系統的一部分。

一般支撐功能

GPRS核心網提供在GSMWCDMA網絡中的移動性管理會話管理,以及IP數據包的傳輸業務。該核心網同時支持包括計費英語Telecommunications billing合法監聽等其他附加功能。GPRS核心網曾一度被建議要在美國的D-AMPS TDMA系統中支持分組無線業務,但事實上,所有這些網絡都已經被替換為GSM,因此該選項已經不重要了。

PRS模塊是一個開放標準驅動的系統。它的標準化主體是3GPP

GPRS隧道協議(GTP)

GPRS隧道協議(GPRS Tunnelling Protocol,簡稱GTP)是GPRS核心網目前定義的基於IP協議。大體上說,這個協議允許GSMWCDMA網絡的最終用戶可以隨處移動,而同時持續地連接到網際網路,如同只是從GGSN的同一個位置進行的。

它通過承載從當前正在為簽約用戶(subscriber)提供服務的SGSN到當前正在處理該簽約用戶的會話的GGSN的簽約用戶數據來實現。GPRS核心網使用三種形式的GTP。

GTP-U
用於在多個獨立的隧道中為每個PDP上下文(Packet Data Protocol context)傳輸用戶數據。
GTP-C
用於控制目的,包括:
  • PDP上下文的建立和刪除
  • GSN可及性(reachability)的驗證
  • 更新;例如,當一個簽約用戶從一個SGSN移動到另一個的時候
GTP'
用於從各個GSN向計費功能(charging function)傳輸計費數據。

GGSNSGSN(合稱「GSNs」)在UDP埠2123上監聽GTP-C消息,而在埠2152上監聽GTP-U消息。這個通信直接在一個單獨的網絡中進行,或者在漫遊的情況下,通過一個GRX(GPRS漫遊交換,英文:GPRS Roaming Exchange)進行。

計費網關功能(Charging Gateway Function)在TCPUDP埠3386上監聽發送自各個GSN的GTP'消息。核心網向CGF發送的計費信息,通常包含PDP上下文激活次數和最終用戶所傳輸的數據的使用量和QoS等信息。然而,GTP'通信僅發生在同一個運營商網絡內部,可能不完全與標準相符,根據供應商和配置選項的不同,可能使用私有的編碼甚至完全私有的系統。

GTP版本0支持在同一個消息頭下面同時包含信令(signalling)和用戶數據(user data)。它可以在已註冊的3386埠上同時和UDPTCP一起使用。GTP版本1僅在UDP上使用。控制平面協議(Control Plane Protocol)GTP-C(Control)使用已註冊的2123埠,而用戶平面協議(User Plane Protocol)GTP-U(User)使用已註冊的2152埠。

GPRS支撐節點(GSN)

一個GSN是一個網絡節點,它支持在GSM核心網中對GPRS的使用。所有的GSN都應當擁有一個Gn/Gp接口,並支持GPRS隧道協議。GSN有兩個關鍵的變種,即網關(gateway)和業務(service)GPRS支撐節點。

網關GPRS支撐節點(GGSN)

網關GPRS支撐節點(Gateway GPRS Support Node,簡稱GGSN)是GPRS網絡的一個主要組件。GGSN負責GPRS網絡和IP網絡或X.25網絡等外部包交換網絡之間的互聯。

從外部網絡的角度來看,GGSN是一個到某個「子網」(sub-network)的路由器(router)。GGSN作為GPRS隧道的終點,對外部網絡「隱藏」了整個3GPP的核心網結構。當GGSN收到一個目的地址為某個特定用戶的數據(下行數據)後,它檢查該用戶是否仍處活躍狀態(active)。如果是的,則GGSN將該數據轉發到當前正在為該移動用戶提供服務的SGSN;如果該移動用戶不處於活躍狀態,則該數據被丟棄。而針對從用戶設備發出的上行數據,GGSN將其路由到正確的網絡。

GGSN是一個錨點(anchor point),它使得在GPRS/UMTS網絡中的用戶終端具有可移動性(mobility)。在GPRS中,它扮演與移動IP中的歸屬代理(home agent)相同的角色。它維持與當前正在為一個特定MS(移動台,英文:Mobile Station)提供服務的SGSN之間進行協議數據單元(Protocol Data Units,簡稱PDU)隧道連接所必須的路由。

GGSN將來自SGSN的GPRS數據包轉換成合適的包數據協議(Packet Data Protocol,簡稱PDP)格式(例如,IP或X.25),在相應的包數據網絡中將它們發送出去。在另一個方向上,傳入的數據包的PDP地址被轉換為目標用戶的GSM地址。被更改地址後的數據包被發送給相應負責的SGSN。為了這個目的,GGSN會在它的本地暫存器中存儲用戶當前的SGSN地址以及他/她的用戶概要。GGSN要負責IP位址的分配,並且是已連接的用戶設備(User Equipment,簡稱:UE)的默認路由器。GGSN還履行鑒權(authentication)和計費(charging)的功能。

其它功能還包括簽約用戶屏蔽(Subscriber Screening)、IP池管理,以及地址映射、QoSPDP上下文執行。

LTE場景中,GGSN功能被移到SAE網關(而SGSN功能則工作在MME中)。

業務GPRS支撐節點(SGSN)

一個業務GPRS支撐節點(Serving GPRS Support Node,簡稱:SGSN)負責在它的地理位置服務區域內從移動台接收或向其發送數據包。它的任務包括數據包路由和傳輸、可移動性管理(mobility management,附著/分離和位置管理)、邏輯鏈路管理(logical link management)以及鑒權和計費功能。SGSN的位置暫存器存儲所有在它上面註冊的GPRS用戶的位置信息(例如,當前蜂窩、當前VLR)和用戶概要(例如IMSI、包數據網絡中所使用的地址)。

SGSN公共功能

  • 將來自GGSNGTP包(下行)去隧道化(detunnel
  • 將去往GGSN網際協議包(上行)隧道化(tunnel
  • 當待機(Standby)模式的行動電話從一個路由區域移動到另一個路由區域時,實現可移動性管理(mobility management
  • 對用戶數據進行計費

SGSN在GSM/EDGE中的特有功能

EDGEEnhanced Data Rates for GSM Evolution)所指定的SGSN功能和特徵包括:

  • 每簽約用戶大約60 Kbps(對於EDGE來說約150 Kpbs)的最大數據速率
  • 使用Gb協議棧,通過幀中繼網際協議連接到數據包控制單元Packet Control Unit
  • 接受上行數據來形成網際協議數據包
  • 加密下行數據,解密上行數據
  • 為處於已連接(connected)模式的行動電話,實現蜂窩級的可移動性管理

SGSN在WCDMA中的特有功能

  • 承載最高約42 Mbps的下行流量和5.8Mbps的上行流量(HSPA+
  • 隧道化/去隧道化面向無線網絡控制器RNC)的上行/下行數據包
  • 為處於「已連接」模式的行動電話實現RNC級(level of an RNC)的可移動性管理

接入點

一個「接入點」是:

  • 一個移動機可以連接到的一個IP網絡
  • 用於該連接的一系列設置
  • 一個行動電話中的在一系列設置中的一個特定選項

當一個GPRS行動電話建立了一個PDP上下文,則接入點被選擇。此時,一個接入點名稱(Access Point Name,簡稱APN)被確定。

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

這個接入點隨後被在一個DNS查詢中使用,這個查詢是針對一個私有DNS網絡的。這個處理過程(稱為APN解析)最終給出應當為該接入點提供服務的GGSN的IP位址。此時,可以激活一個PDP上下文。

PDP上下文

包數據協議(Packet Data Protocol,簡稱PDP,例如:IPX.25幀中繼)上下文(context)是一個資料結構,在SGSNGGSN上都會出現。當簽約用戶擁有一個活躍的會話時,它會包含該簽約用戶的會話訊息。當一個行動電話想要使用GPRS的時候,它必須首先附著(attach)並隨後激活一個PDP上下文。這會在簽約用戶當前正在拜訪的SGSN中,以及正在為該簽約用戶的接入點提供服務的GGSN中分配一個PDP上下文資料結構。該數據記錄包括:

  • (用戶可見)簽約用戶的IP位址
  • (用戶可見)簽約用戶的IMSI
  • (僅在核心網可見)簽約用戶的

隧道端點ID是一個由GSN分配的號碼,它標識關聯到一個特定的PDP上下文的已隧道化的數據(tunnelled data)。

若干個PDP上下文可能使用相同的IP位址。次級PDP上下文激活(Secondary PDP Context Activation)過程可能被用於在重用來自一個已經激活但具有不同的QoS概要的PDP上下文的PDP地址或其它PDP上下文信息時,激活一個PDP上下文。[1]注意,該過程被稱為「次級」,不會導致與它們所重用的PDP地址沒有這種關係的PDP上下文產生。

總共有11個PDP上下文(以任何主次組合)可以共同存在。網絡服務接入點標識符(Network Service Access Point Identifier,簡稱NSAPI)被用於區分不同的PDP上下文。

參考點和接口

在GPRS核心網標準中,存在一些接口和參考點(reference points,邏輯連接點,它們可能與其它的參考點共享一個公共的物理連接)。這些名字中的一些可以在本頁中的網絡結構圖中看到。

在GPRS網絡中的接口

Ga
該接口為CDRs(記帳記錄,即話單)提供服務,它在GSN被寫入,並發送給計費網關(Charging Gateway,簡稱:CG)。這個接口使用一個基於GTP的協議,做了一些修改來支持CDRs(被稱為「GTP'」)。
Gb
基站子系統SGSN之間的接口,傳輸協議可以是幀中繼(Frame Relay)或IP
Iu
無線網絡控制器(Radio Network Controller)與SGSN之間的接口。該接口交換信令(signaling)和實載數據(payload)。
Gc
GGSNHLR(歸屬位置暫存器,英文:Home Location Register)之間的接口,這樣GGSN就可以獲取一個移動台(mobile station)的位置明細。為了避免在GGSN上實現MAP/SS7,此接口為可選。當不出現時,GGSN將查詢通過SGSN路由到HLR。
Gd
SGSN與簡訊網關(SMS Gateway)之間的接口。可以使用MAP1、MAP2或MAP3。
Ge
SGSNSCP(業務控制點,英文:Service Control Point)之間的接口,使用CAP協議。
Gf
SGSN與EIR(設備標識暫存器,英文:Equipment Identity Register)之間的接口,用於檢查行動電話的設備標識符(IMEI)是否存在被盜電話列表中。
Gi
基於IP的、GGSN和公共數據網絡(Public Data Network,簡稱PDN)之間的接口,要麼直接連到網際網路,要麼通過一個WAP網關
Gmb
GGSN與廣播-多播業務中心(Broadcast-Multicast Service Center,簡稱:BM-SC)的接口,用於控制MBMS集合信道(bearers)。
Gn
基於IP的、SGSN與其它SGSN及(內部)GGSN之間的接口。DNS也共享這個接口。使用GTP協議。
Gp
基於IP的、內部SGSN與外部GGSN之間的接口。在SGSN與外部GGSN之間,存在一個邊界網關(border gateway,實際上是一個防火牆)。也使用GTP協議。
Gr
SGSN與HLR之間的接口。通過這個接口的消息使用MAP3協議。
Gs
SGSNMSCVLR)之間的接口。使用BSSAP+協議。當它進行數據傳輸時,這個接口允許尋呼(paging)和移動台可用性(station availability)。當一個移動台被附著到GPRS網絡時,SGSN追蹤該移動台台被附著到哪個路由區域(routing area,簡稱RA)。一個RA是一個更大的LA(位置區域,英文:location area)中的一部分。當一個移動台被尋呼(paged)時,這個信息被用於節省網絡資源。當該移動台履行一個PDP上下文時,SGSN知道該移動台正在使用的準確BTS。
Gx
GGSN和計費規則功能(Charging Rules Function,簡稱:CRF)之間的在線策略接口。它被用於提供基於計費規則的業務數據流。使用Diameter協議。
Gy
GGSN在線計費系統(Online Charging System,簡稱:OCS)之間的計費接口。使用Diameter協議及其上承載的DCCA(Diameter信用控制應用,英文:Diameter Credit-Control Application)應用。
Gz
GSN和CG之間的離線(基於CDR的)計費接口。使用GTP'。
Lg
SGSN網關行動電話位置中心(Gateway Mobile Location Center,簡稱GMLC)之間的接口,用於基於位置的業務。
S6d
SGSN歸屬簽約用戶伺服器(Home Subscriber Server,簡稱HSS)之間的接口。這是一個基於Diameter的接口,用於向HSS傳輸用戶簽約和鑒權數據,以對用戶的接入行為進行鑒權和授權。

參見

參考文檔

  1. ^ 3GPP TS 23.060, General Packet Radio Service. [2014-10-10]. (原始內容存檔於2008-12-09). 

外部連結