GPRS通信技術(shù)

1、GPRS通訊技術(shù)1. 概念GPRS(GeneralPacket Radio Service，通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù))作為第二代移動(dòng)通信技術(shù)GSM向第三代移動(dòng)通信(3G)的過(guò)渡技術(shù)。GPRS不但具有GSM通信系統(tǒng)覆蓋范圍廣、通信質(zhì)量高，而且還具有分組傳輸數(shù)據(jù)傳輸快、信道利用率高等優(yōu)點(diǎn)，另外它是永遠(yuǎn)在線(xiàn)和按流量計(jì)費(fèi)的，支持TCP/IP協(xié)議，可以直接與Internet互通，因此特別適合中低速率的環(huán)境監(jiān)測(cè)及監(jiān)控領(lǐng)域，比如無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的監(jiān)測(cè)與控制。利用GPRS可以使用戶(hù)在移動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，包括E-mail收發(fā)、Internet瀏覽、文件傳輸?shù)裙δ艿?。GPRS為移動(dòng)用戶(hù)提供數(shù)據(jù)傳輸

2、業(yè)務(wù)是移動(dòng)通信的未來(lái)發(fā)展之路，目前GSM系統(tǒng)是使用用戶(hù)最多的移動(dòng)通信系統(tǒng)之一，全世界已有近百個(gè)運(yùn)營(yíng)商開(kāi)通了GPRS系統(tǒng)服務(wù)。研究和開(kāi)發(fā)GPRS相關(guān)信息電子產(chǎn)品具有很廣闊的市場(chǎng)前景。2. 技術(shù)理論GPRS是由英國(guó)BTCellnet公司早在1993年提出的，是GSM Phase2+(1997年)規(guī)范實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一，是一種基于GSM的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶(hù)提供移動(dòng)分組的lP或者X.25連接。GPRS在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上增加一些硬件設(shè)備和軟件升級(jí)，形成了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體，提供端到端的、廣域的無(wú)線(xiàn)IP連接。通俗地講，GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的科技，它以分組交

3、換技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶(hù)通過(guò)GPRS可以在移動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括收發(fā)E-mail、進(jìn)行Internet瀏覽等。GPRS是一種新的GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在移動(dòng)用戶(hù)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動(dòng)用戶(hù)提供高速無(wú)線(xiàn)IP和X25服務(wù)。GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶(hù)可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道，同一無(wú)線(xiàn)信道又可以由多個(gè)用戶(hù)共享，能夠高效的利用無(wú)線(xiàn)信道資源。GPRS技術(shù) 160Kbps的傳送速率幾乎能讓無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)達(dá)到公網(wǎng)ISDN的效果，實(shí)現(xiàn)“隨身攜帶互聯(lián)網(wǎng)”。使用GPRS，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分組發(fā)送和接收，用戶(hù)永遠(yuǎn)在線(xiàn)且按流量計(jì)費(fèi)，迅速降低了服務(wù)成本。1.GPRS網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)GPRS網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)是在現(xiàn)有GS

4、M網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，對(duì)原有GSM網(wǎng)絡(luò)的基站子系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的設(shè)備及功能進(jìn)行了改進(jìn)和增強(qiáng)。構(gòu)成GPRS系統(tǒng)的方法是首先在GSM系統(tǒng)中引入3個(gè)主要組件:GPRS服務(wù)支持結(jié)點(diǎn)(SGSN，Serving GPRS Supporting Node)、GPRS網(wǎng)關(guān)支持結(jié)點(diǎn)(GGSN，Gateway GPRS Support Node)和分組控制單元(PCU，Package Control Unit)，同時(shí)對(duì)GSM的相關(guān)部件進(jìn)行軟件升級(jí)，主要包括對(duì)HLR和VLR的功能進(jìn)行了擴(kuò)展，使之可以支持GPRS用戶(hù)數(shù)據(jù)和路由信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)GPRS的移動(dòng)性管理和路由管理。另外增強(qiáng)了基站子系統(tǒng)的功能，以支持用戶(hù)分組數(shù)據(jù)的傳

5、送，增加了業(yè)務(wù)信道和控制信道的種類(lèi)，以支持GPRS的多種業(yè)務(wù)。GPRS網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化模型如圖2-2。GPRS在一個(gè)發(fā)送實(shí)體和一個(gè)或多個(gè)接收實(shí)體之間提供數(shù)據(jù)傳送能力。這些實(shí)體可以是移動(dòng)用戶(hù)或終端設(shè)備，后者被連接到一個(gè)GPRS網(wǎng)絡(luò)或一個(gè)外部的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。GGSN在GPRS網(wǎng)絡(luò)和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)之間起網(wǎng)關(guān)的作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，如ISDN和LAN等。SGSN記錄移動(dòng)臺(tái)的當(dāng)前位置信息，并在移動(dòng)臺(tái)和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間完成移動(dòng)分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，為服務(wù)區(qū)內(nèi)所有用戶(hù)提供雙向的分組路由。系統(tǒng)共用GSM基站，但基站要進(jìn)行軟件更新，并采用新的GPRS移動(dòng)臺(tái)。GPRS要增加新的移動(dòng)性管理程序，通過(guò)路由器實(shí)現(xiàn)GP

6、RS骨干網(wǎng)互聯(lián)。圖2-2 GPRS網(wǎng)絡(luò)模型2.GPRS協(xié)議移動(dòng)臺(tái)(MS)和SGSN之間的GPRS分層協(xié)議模型如圖2-3。Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信協(xié)議有5層，自下而上依次為物理層、MAC(Mdium AccessControl)層、LLC(Logical LinkControl)層、SNDC(SubnetworkDependant Convergence)層和網(wǎng)絡(luò)層。Um接口的物理層為射頻接口部分，而物理鏈路層則負(fù)責(zé)提供空中接口的各種邏輯信道。MAC為媒質(zhì)接入控制層，MAC的主要作用是定義和分配空中接口的GPRS邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動(dòng)臺(tái)共享。圖2-3 GPRS分

7、層協(xié)議模型GPRS協(xié)議模型:LLC層為邏輯鏈路控制層。它是一種基于高速數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程HDLC的無(wú)線(xiàn)鏈路協(xié)議。LLC層負(fù)責(zé)在高層SNDC層的SNDC數(shù)據(jù)單元上形成LLC地址、幀字段，從而生成完整的LLC幀。SNDC被稱(chēng)為子網(wǎng)依賴(lài)結(jié)合層，它的主要作用是完成傳送數(shù)據(jù)的分組、打包，確定TCP/IP地址和加密方式。在SNDC層，移動(dòng)臺(tái)和SGSN之間傳送的數(shù)據(jù)被分割為一個(gè)或多個(gè)SNDC數(shù)據(jù)包單元，SNDC數(shù)據(jù)包單元生成后被放置到LLC幀內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議目前主要是Phase l階段提供的TCP/IP和X25協(xié)議，這些協(xié)議對(duì)于傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備(如BSS和NSS等設(shè)備)是透明的。3.GPRS路由管理GPR

8、S的路由管理是指GPRS網(wǎng)絡(luò)如何進(jìn)行尋址和建立數(shù)據(jù)傳送路由。GPRS的路由管理表現(xiàn)在以下三個(gè)方面:移動(dòng)臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)的路由建立、移動(dòng)臺(tái)接收數(shù)據(jù)的路由建立、以及移動(dòng)臺(tái)處于漫游時(shí)數(shù)據(jù)的路由建立。第一種情況，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生了一個(gè)PDU(分組數(shù)據(jù)單元)，這個(gè)PDU經(jīng)過(guò)SNDC層處理為SNDC數(shù)據(jù)單元。然后經(jīng)過(guò)LLC層處理為L(zhǎng)LC幀，通過(guò)空中接口送到GSM網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)臺(tái)所處的SGSN，SGSN把數(shù)據(jù)送到GGSN。GGSN把收到的消息進(jìn)行解裝處理，轉(zhuǎn)換為可在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送的格式(如PSPDN的PDU)，最終送給公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的用戶(hù)。為了提高傳輸效率并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，可以?duì)空中接口上的數(shù)據(jù)做壓縮和加密處理。第二種

9、情況中，一個(gè)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶(hù)傳送數(shù)據(jù)到移動(dòng)臺(tái)，首先通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議建立數(shù)據(jù)網(wǎng)和GGSN之間的路由。數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶(hù)發(fā)出的數(shù)據(jù)單元(如PSPDN中的PDU)，通過(guò)建立好的路由把數(shù)據(jù)單元PDU送給GGSN。而GGSN再把PDU送給移動(dòng)臺(tái)所在的SGSN，GSN把PDU封裝成SNDC數(shù)據(jù)單元，再經(jīng)LLC層處理為L(zhǎng)LC幀單元，最后經(jīng)空中接口送給移動(dòng)臺(tái)。第三種情況中，一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶(hù)傳送數(shù)據(jù)給一個(gè)正在漫游的移動(dòng)用戶(hù)，其數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)歸屬地的GGSN，然后送給移動(dòng)用戶(hù)。3.硬件設(shè)計(jì)1.應(yīng)用系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)GPRS模塊一般都有串口通信接口，與控制端通過(guò)串口通信，GPRS模塊具有短信和GPRS功能。如圖是一個(gè)典型的GP

10、RS與WSN的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中ARM通過(guò)GPRS模塊將WSN網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給監(jiān)控中心，手機(jī)用戶(hù)可以通過(guò)短信查詢(xún)WSN數(shù)據(jù)，另外手機(jī)監(jiān)控客戶(hù)端也可以通過(guò)GPRS 監(jiān)控WSN，監(jiān)控中心上有Web服務(wù)器，對(duì)外提供Web服務(wù)，用戶(hù)可以通過(guò)Web瀏覽器監(jiān)控WSN。通過(guò)監(jiān)控中心與Internet相連，可以支持一些比較復(fù)雜的應(yīng)用，另外支持的通信方式比較多，使用戶(hù)可以隨時(shí)隨地以多種通信方式來(lái)監(jiān)控WSN。該方案還可以讓監(jiān)控中心同時(shí)和多個(gè)GPRS模塊通信，從而監(jiān)控多個(gè)WSN。圖2-3 GPRS與WSN應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4. 特點(diǎn)1.應(yīng)用上的特點(diǎn)目前，用手機(jī)上網(wǎng)還顯得有些不盡人意。因此，全面

11、的解決方法GPRS也就這樣應(yīng)運(yùn)而生了，這項(xiàng)全新技術(shù)可以令您在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能快速方便地實(shí)現(xiàn)連接，同時(shí)費(fèi)用又很合理。簡(jiǎn)單地說(shuō)：速度上去了，內(nèi)容豐富了，應(yīng)用增加了，而費(fèi)用卻更加合理。(1)高速數(shù)據(jù)傳輸速度10倍于GSM，還可以穩(wěn)定地傳送大容量的高質(zhì)量音頻與視頻文件，可謂不一般的巨大進(jìn)步。(2)永遠(yuǎn)在線(xiàn)由于建立新的連接幾乎無(wú)需任何時(shí)間(即無(wú)需為每次數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)建立呼叫連接)，因而您隨時(shí)都可與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，舉個(gè)例子，若無(wú)GPRS的支持，當(dāng)您正在網(wǎng)上漫游，而此時(shí)恰有電話(huà)接入，大部分情況下您不得不斷線(xiàn)后接通來(lái)電，通話(huà)完畢后重新?lián)芴?hào)上網(wǎng)。這對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，的確是件非常令人惱火的事。而有了GPRS，您就能

12、輕而易舉地解決這個(gè)沖突。(3)僅按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)即根據(jù)您傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量(如：網(wǎng)上下載信息時(shí))來(lái)計(jì)費(fèi)，而不是按上網(wǎng)時(shí)間計(jì)費(fèi)也就是說(shuō)，只要不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，哪怕您一直“在線(xiàn)”，也無(wú)需付費(fèi)。做個(gè)“打電話(huà)”的比方，在使用GSM+WAP手機(jī)上網(wǎng)時(shí)，就好比電話(huà)接通便開(kāi)始計(jì)費(fèi)；而使用GPRS+WAP上網(wǎng)則要合理得多，就像電話(huà)接通并不收費(fèi)，只有對(duì)話(huà)時(shí)才計(jì)算費(fèi)用。總之，它真正體現(xiàn)了少用少付費(fèi)的原則。2.技術(shù)特點(diǎn)（1）相對(duì)低廉的連接費(fèi)用資源利用率高在GSM網(wǎng)絡(luò)中，GPRS首先引入了分組交換的傳輸模式，使得原來(lái)采用電路交換模式的GSM傳輸數(shù)據(jù)方式發(fā)生了根本性的變化，這在無(wú)線(xiàn)資源稀缺的情況下顯得尤為重要。按電路交換模式來(lái)說(shuō)

13、，在整個(gè)連接期內(nèi)，用戶(hù)無(wú)論是否傳送數(shù)據(jù)都將獨(dú)自占有無(wú)線(xiàn)信道。在會(huì)話(huà)期間，許多應(yīng)用往往有不少的空閑時(shí)段，如上Internet瀏覽、收發(fā)E-mail等等。對(duì)于分組交換模式，用戶(hù)只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個(gè)用戶(hù)可高效率地共享同一無(wú)線(xiàn)信道，從而提高了資源的利用率。GPRS用戶(hù)的計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，體現(xiàn)了“得到多少、支付多少”的原則。實(shí)際上，GPRS用戶(hù)的連接時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)，卻只需支付相對(duì)低廉的連接費(fèi)用。（2）傳輸速率高GPRS可提供高達(dá)115kbps的傳輸速率（最高值為171.2kbps，不包括FEC）。這意味著在數(shù)年內(nèi)，通過(guò)便攜式電腦，GPRS用戶(hù)能和ISDN用戶(hù)一樣快速地上網(wǎng)瀏覽，同時(shí)也使一些對(duì)傳輸速率敏感的移動(dòng)多媒體應(yīng)用成為可能。（3）接入時(shí)間短分組交換接入時(shí)間縮短為少于1GPRS是一種新的GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它可以給移動(dòng)用戶(hù)提供無(wú)線(xiàn)分組數(shù)據(jù)接入股務(wù)。GPRS主要是在移動(dòng)用戶(hù)和遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（如支持TCP/IP、X.25等網(wǎng)絡(luò)）之間提供一種連接，從而給移動(dòng)用戶(hù)提供高速無(wú)線(xiàn)IP和無(wú)線(xiàn)X.25業(yè)務(wù)。GPRS采用分組交換技術(shù)，它可以讓多個(gè)用戶(hù)共享某些固定的信道資源。如