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P1.1.GPRS原理概述


GPRS原理概述
GUANGZHOU,CHINA 2013年7月8日

摩托罗拉广州工程部

1

GPRS系统体系结构 网元基本功能 接口协议栈流程介绍 GPRS移动性管理 GPRS会话管理 GPRS无线原理

2

GPRS体系结构图
GMSC

>E
C D Gd A Gs Gr Gc

SMS-C

MSC/VLR

HLR
MMS

BSC
Abis

PCU

Gb

SGSN
Gp

Gn

GGSN

Gi

Internet

GRE隧道

BTS
Um

Other PLMN

BG
Gp

SGSN

WAP GW

3

GPRS网络体系结构
其它PLMN BG Internet

A省
Router 省网管 CG DNS GGSN SGSN PCU BSC BTS Router SGSN PCU BSC BTS SS7 SS7 省网管 CG DNS 其它本地网 BSS A省节点

互联骨干网 B省节点 Router GGSN SGSN PCU BSC BTS SS7

C省节点
Router CG DNS

C省
省网管 GGSN SS7

SGSN PCU BSC
BTS

B省

Router CG GGSN SGSN PCU BSC BTS
4

SS7

深圳网络结构示意图
76 E1

深圳
165 Gr 省网管中心

汕头

8 E1
E1

Gn漫游VPN
Gb
NE40
155 POS 155 POS

PCU
揭阳 6 E1

D A C S

Gn CE
E1

Gn CE 网管路由器NE16

(E1)

SGSN1

Gr
E1

HW8505

HW8505

Gb (E1) 24 E1 东莞
E1

SGSN2 CG

OMC
惠州

8 E1

计费中心
5

广域连接图

保税机房计费中心 LAN Switch

深圳高科计费中 心

OMC-T

S8505-1

NE40-4

广州GPRS核心网 SGSN

SGSN

S8505-2
NE16

网管中心

CGW

FTP Server
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GPRS系统体系结构 网元基本功能 接口协议栈流程介绍 GPRS移动性管理 GPRS会话管理 GPRS无线原理

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SGSN的功能
网络接入控制:
? ? ? ?

鉴权加密 IMEI检查 SGSN-MS之间逻辑链路的管理 支持确认/不确认传输

逻辑链路管理

用户信息管理
? ?

移动性信息 签约信息

计费管理 路径管理
? ? ? ? ? ?

SGSN-BSS之间数据传输路径管理 SGSN-GGSN/SGSN-SGSN间的路径管理 用户数据的存储转发 路由选择:围绕PDP上下文来进行 地址翻译和映射:包括DNS、由APN推导出GGSN地址等 封装与隧道传输
8

路由和隧道传输

GGSN的功能
网络接入控制(外部PDN侧) ? 消息过滤 ? 计费信息收集 移动性管理和会话管理 路由选择与转发 ? 存储转发 ? 路由选择 ? 地址翻译和映射 ? 封装和隧道传输 可以动态分配IP地址 IP业务的支持 计费 ? CG计费 ? Radius计费 业务管理 ? 对APN进行管理
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DNS功能
SGSN GGSN(A)

ISP A GPRS 骨干网
BSS DNS GGSN(B) Internet/ Intranet

ISP B

MS

SGSN在PDP激活的时候,将APN翻译为与外部网络连接的GGSN的 IP地址
?

在PDP激活时,解析手机接入IP网络所用的接入点名(APN),以确定本 次激活所用的GGSN SGSN之间路由区更新过程中,解析旧SGSN的IP地址
10

?

CG的功能

实时采集GPRS话单 临时存储和缓冲GPRS话单,备份话单 GPRS话单预处理 向计费中心传送GPRS话单 CG重定向

11

BG的功能
BG实现以下运营商互通必须的协议 ? 安全性协议:推荐使用IPSec和防火墙 ? 路由协议:推荐使用BGP ? 计费协议:运营商协商确定,也许需要BG收集计费信息 一般基于路由器 可与GGSN合设

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HLR/AUC的功能
保存和更新GPRS用户签约数据 用户鉴权 提供移动性管理和路由选择所需的位置/路由信息及相关处理,如 ? 保存和更新用户服务SGSN号码和地址 ? GPRS用户位置删除指示 ? MS是否可及标志 用户跟踪(可选)

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HLR GPRS用户信息

域 IM I S M IS N S D S S N ber G N um SS A G N ddress S SP ram rs M a ete M P S urge for G R d PS MR NG G S -list GN P PC D ontex Identifie t r P PT D ype P PA D ddress Q P os rofile S ubscribed V L NA P M ddress A e llow d A ccess P oint N m a e 用户标识 用户基本的M IS N S D

描述

用户登记的S S 的S 7号码 GN S 用户登记的S S 的IP 地址 GN 短消息有关的用户签约数据 用户G R 清除标志 PS 用户G R 不可及标志 PS 列表,每一项包含某一G S 的S 7号码和IP 地址 GN S PP D 上下文索引 PP D 类型 PP D 地址 用户登记的Q os过滤 是否允许用户使用V L N P M 的A N P 外部分组数据网接入点

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GPRS系统体系结构 网元基本功能 接口协议栈流程介绍 GPRS移动性管理 GPRS会话管理 GPRS无线原理

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Gb接口介绍 七号信令接口介绍 Gn接口介绍 Gi接口介绍 Ga接口介绍

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Gb数据传输平面
Application Application

IP/X25

IP/X25

IP/X25

relay
SNDCP LLC RLC MAC Physical Layer RLC MAC Physical Layer
SNDCP

GTP UDP/TCP IP L2 Physical Layer

GTP UDP/TCP IP L2 Physical Layer Physical Layer L2 (MAC)

relay
(BSSGP) Frame relay Physical Layer

LLC (BSSGP) Frame relay Physical Layer

MS

Um

BSS

Gb

SGSN

Gn

GGSN

Gi

MAC: Media Access Control RLC: Radio Link Control

BSSGP: BSS GPRS Protocol SNDCP: Sub-Network Dependency Convergence Protocol

LLC: Logical Link Control

GTP: GPRS Tunneling Protocol
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MS-BSS/SGSN信令平面

GMM/SM LLC
Relay
relay

GMM/SM/SMS LLC RLC MAC BSSGP BSSGP Network Service L1bis Gb

RLC

MAC
GSM RF Um

Network Service GSM RF L1bis

MS
SM: Session Management

BSS

SGSN

GMM: GPRS Mobility Management

18

Gb寻址

19

Gb接口封装流程示意

Subscriber IP packet

SNDCP PDU

LLC PDU

RLC/MAC block

RLC/MAC head

LLC head

SNDCP head

Subscriber data

LLC FCS
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Gb接口介绍 七号信令接口介绍 Gn接口介绍 Gi接口介绍 Ga接口介绍

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基于七号信令接口
HLR

Gr接口:SGSN-HLR ? 鉴权、移动性管理,必须
GGSN

Gd接口:SGSN-SMS-MSC ? 通过GPRS传送SMS,可选 Gc接口:GGSN-HLR ? 网络发起PDP上下文激活,可选 Gs接口:MSC-HLR ? 完成联合更新、附着 ? 在SGSN和MSC间转发信令

SGSN

MSC

SCCP MTP3 MTP2 MTP1

22

HSTP1 SZ-GMSC1

HSTP2 DG-GMSC1

SZ-GMSC2

DG-GMSC2

HZ-HLR1

ST-HLR1

HZ-HLR2

ST-HLR2

SZ-SGSN1 255-19-125 8613090665

SZ-SGSN2

JY-HLR1

深圳/惠州

255-19-32 8613200540 东莞/汕头/揭阳
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Gb接口介绍 七号信令接口介绍 Gn接口介绍 Gi接口介绍 Ga接口介绍

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Gn&Gp接口

Application layer GTP UDP IP MAC Physical layer

Gn&Gp protocol stack

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Gn&Gp接口

?UDP path

?GTP-C tunnel ?GTP-U tunnel

signaling
User data

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Gn&Gp接口
Path
是SGSN和GGSN间、SGSN和SGSN间的一条路径。只要上面有一个 PDP上下文存在,这条路径就是激活的。如果上面没有PDP上下文使用的话 ,路径会被删除。 路径的维护是通过在路径上发送ECHO消息来检测的。Path故障后,上面的 PDP上下文都要被删除掉。

Tunnel
Tunnel是通过创建PDP上下文建立起来的。路径上可能会有多条tunnel存在 NSAPI NSAPI是SM管理实体分配的,取值范围5~15。对于一个MS上的多个上下文 ,可以用NSAPI来区分。如果是一个MS上的多个IP地址,则在选择NSAPI 时,在MS的整个范围内选择。通常NSAPI和RAB ID值是相等的 TEID TEID是隧道的一个端点的标识,TEID=(IMSI,NSAPI)。 TEID只是一 个整数,但是TEID能够和IMSI与NSAPI关联起来标 识一个PDP上下文信令 面上一个用户上的多个PDP上下文可以用同一个TEID,用户面上则要为不 同的PDP上下文分配不同的TEID

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Gn&Gp接口 Tunnel管理流程-创建/修改/删除PDP上下文流程
SGSN Create PDP Context Request GGSN

Create PDP Context Response

SGSN

GGSN

SGSN

GGSN

Update PDP Context Request

Delete PDP Context Request
Update PDP Context Response

Delete PDP Context Response

28

Gn&Gp接口
在APN解析过程中,DNS将GGSN列表发给SGSN,SGSN在列表中依次使用 GGSN Gn接口地址进行激活,如果创建消息无响应,则SGSN使用下一个地址, 直到耗尽为止,流程失败。

在requst消息中为分别为下行隧道分配了Tunnel Endpoint Identifier Data I (用于 用户面)和Tunnel Endpoint Identifier Control Plane field (用于信令面)

在响应中同样要分配这样的两个域,响应消息中是GGSN为上行隧道用户面和信 令面分配的隧道标识

charging ID在由GGSN分配,在GGSN中是唯一的。这个ID用于唯一的区分一个上下文在 SGSN和GGSN中的计费记录

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Gb接口介绍 七号信令接口介绍 Gn接口介绍 Gi接口介绍 Ga接口介绍

30

Gi接口协议栈
Gi接口使用什么样的协议栈是和GGSN接入何种类型的外部数据网有关的 ,在接入IP网络时,选择的协议栈如下:

GGSN

Gi

IP Packet Domain Bearer

IP L2

L1

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Gb接口介绍 七号信令接口介绍 Gn接口介绍 Gi接口介绍 Ga接口介绍

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Ga接口
Ga接口采用GTP‘ 协议,GTP’ 协议在继承GTP协议的基础上,信令流程有部分变化, 主要信令流程有 1 .ECHO流程 作用与GTP协议相同

2.重定向流程(Redirection )
当CG判断自身有问题时,发送重定向请求,要求SGSN将话单发往其他的CG 3.话单传送(DATA Record Transfer ) 将话单传送到CG,同时具有重发或删除指示的能力

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移动性管理(MM)概念
移动性管理完成MS在网络具体位置信息的管理 移动性管理专用流程 ? 附着 ? 周期性位置/路由区更新 ? 正常的位置区/路由区更新 移动性管理通用流程 ? 分离 ? P-TMSI重分配 ? 鉴权 ? 身份识别 移动性管理连接管理流程 ? 连接的建立和释放

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移动性管理概念
路由区:位置区的子集 RAI = MCC + MNC + LAC + RAC 移动性管理实体:SGSN、HLR和MS 定时器 ? Ready timer
? ? ? ? 只在GPRS中有 当定时器超时将MS的GMM状态迁移到STANDBY状态 当有LLC PDU开始传输时开始计数 长度在SGSN设置,通过附着和路由区更新流程下发给手机 监控手机中的周期性路由区更新流程 定时器长度在SGSN设置,通过附着和路由区更新流程下发 在特定的环境下,此定时器会引起CS域的周期性位置更新流程

?

Periodic RA Update Timer
? ? ?

?

Mobile Reachable Timer
? ? ? ? SGSN配置 比周期性路由区更新定时器稍微长一些 READY/PMM-CONNECT停止状态,STANDBY/PMM-IDLE清零开始 超时后,PPF标志清除。并将手机隐式分离掉

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GMM状态模型(2G)

IDLE

IDLE

GPRS Attach

GPRS Detach

GPRS Attach

GPRS Detach or Cancel Location

READY

Implicit Detach or Cancel Location

READY

READY timer expiry PDU transmission or Force to STANDBY

READY timer expiry or Force to STANDBY or Abnormal RLC condition

PDU reception

STANDBY

STANDBY

MM State Model of MS

MM State Model of SGSN

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GMM状态和上下文(2G)
GMM状态 ? 空闲:GMM上下文未建立,MS不可及 ? 待命:GMM上下文已建立,MS可接收寻呼,但不能进行数据传送;知道手机所 在路由区 ? 就绪:MS可以进行数据传送;知道手机所在小区 GMM上下文 ? MS相关标识 ? GMM状态 ? MS的位置信息(路由区标识、小区标识) ? 当前服务SGSN的地址、VLR编号(MS only) ? 加密算法、鉴权参数

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How to management(2G)

?SGSN

?Gn

?SGSN the tracking of the location of the MS is on two levels (Cell or RA).

?RAI

?RAI

?RAI

?RAI

?cell

?Cell update
?RAU update ?No handle

?RAU update

?MM ready state

?MS

?RAU update ?RAU update

?MM standby state

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移动性管理 ? 主要功能
一般功能 ? GPRS附着:建立起MM上下文,MM状态转为就绪 ? GPRS分离:删除MM上下文,MM状态转为空闲

? 可以由MS发起或由网络侧发起
安全性功能:鉴权、加密、标识校验等 ? 位置管理:路由区更新、周期性路由区、小区更新 网络侧特定功能 ? 与HLR配合进行GMM上下文清除 ? 用户数据管理 ? MS类标处理 ? 与MSC/VLR配合进行联合位置更新、联合寻呼等
?

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GPRS手机附着流程
MS SGSN HLR

1: Attach Request 1.1: Identity Request 1.2: Identity Response Send Indentity Request if the IMSI is not included in the Attach Request

2: Attach Reject

Extract the MS's PLMN Id from the IMSI and check if the PLMN is known

3.1: Update GPRS Location Req If the PLMN is not known (GMM cause = "PLMN not allowed") 3.2: Insert Subscriber Data Req 3.3: Insert Subscriber Data Ack 3.4: Update GPRS Location Ack

4: Attach Accept {OR} 4: Attach Reject

Send Attach Accept if accepted by the HLR or Attach Reject if rejected by the HLR or the error was detected (appropriate reject cause is set)

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2G鉴权流程

(IMSI)

MS

BSS/UTRAN

SGSN 1. Send Authentication Info

HLR

(RAND)

Authentication Triplets (RAND,Authentication Info Ack 1. Send SRES, Kc)

2. Authentication and Ciphering Request
(SRES )

2. Authentication and Ciphering Response

(SRES =? SRES )

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分离流程
MS BSS/UTRAN SGSN GGSN MSC/VLR

1. Detach Request 2. Delete PDP Context Request 2. Delete PDP Context Response C1 3. IMSI Detach Indication 4. GPRS Detach Indication 5. Detach Accept C2
分离流程可以由MS、SGSN、HLR发起 隐式分离和显示分离 ? 网络或手机发起的分离过程为显示分离 ? 移动可达定时器超时或者无线接口逻辑链路中断造成的 网络侧分离,但是不通知MS为隐式分离 分离后 ? 删除动态MM上下文和PDP上下文
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6. PS Signalling Connection Release

位置管理功能-路由区更新
MS BSS new SGSN old SGSN GGSN HLR

1. Routeing Area Update Request 2. SGSN Context Request 2. SGSN Context Response 3. Security Functions 4. SGSN Context Acknowledge C1 5. Forward Packets 6. Update PDP Context Request 6. Update PDP Context Response 7. Update Location 8. Cancel Location 8. Cancel Location Ack 9. Insert Subscriber Data 9. Insert Subscriber Data Ack 10. Update Location Ack C2 11. Routeing Area Update Accept C3 12. Routeing Area Update Complete
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路由区更新流程
路由区更新包括Intra SGSN更新和Inter SGSN更新 ? Intra SGSN更新指New RA和Old RA在同一个SGSN中;如果不在同一个SGSN中则为Inter SGSN更新 路由区更新发生场景 ? MS进入一个新的路由区 ? 周期性路由区定时器超时 ? SUSPEND的手机没有被恢复 小区更新条件 ? 手机处于ready状态 ? 在同一个RA中发生cell变化 ? MS和SGSN应该支持小区通知功能,MS发一个LLC空帧带代替小区更新流程; 如果路由区更新失败则迁移到IDLE状态 在Inter SGSN更新中,要根据New RA构造域名RACxx.LACyyyy.MNCzzz.MCCwww.GPRS ,通 过DNS解析获得NEW SGSN IP地址,发起取MM/PDP上下文的流程。

45

路由区更新流程
流程触发 ? 在跨越SGSN的RAU中,MS的“Routeing Area Update Request”消息是向新SGSN提交,新SGSN向旧 SGSN发出一个“SGSN Context Request”消息,包含四个参数:old RAI, TLLI, old P-TMSI Signature, New SGSN Address,目的是为从旧的SGSN中得到相关MS的MM上下文和PDP上下文。 安全性检查 ? 旧SGSN验证P-TMSI签名 ? 或者新SGSN进行鉴权,TMSI Signature将被“MS Validated”代替。 ? 如果P-TMSI检查失败而新SGSN鉴权成功,则新SGSN重新向旧SGSN发请求 旧SGSN将MM/PDP上下文转发到新SGSN,数据转发 ? 每个PDP上下文中包含:确认模式下下一个下行/上行N-PDU的SNDCP发送/接收N-PDU序列号,以及 下一个下行至MS的N-PDU的GTP序列号和下一个隧道传输至GGSN的上行N-PDU序列号。传送的数据包 含:缓存在旧SGSN中的N-PDU以及在此期间继续发至旧SGSN的N-PDU。此前已经发往MS但尚未得到 MS确认的N-PDU也将随同其SNDCP序列号一同发往MS。旧SGSN会启动一个定时器并在超时时停止向 MS传送N-PDU。 ? 数据转发到新的SGSN 如果有PDP,则重新创建PDP隧道 更新HLR ? 删除旧SGSN ? 将用户签约信息插入新SGSN

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寻呼流程
流程触发 ? 在移动可达定时器运行的时间内,有MM消息下发或者用户数据下发 流程响应 ? 3G中,以service respond响应 ? 2G中,以LLC帧响应 P-TMSI和Imsi的应用 ? 先用P-TMSI进行寻呼 ? IMSI寻呼作为异常流程进行,MS删除PDP上下文和MM上下文,重新开始PDP激活和附着 流程。 成功寻呼后,MS状态 ? 3G由PMM-IDLE迁移到PMM-CONNECT ? 2G由STANDBY迁移到READY

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会话管理的概念
会话管理实体:SGSN、GGSN和MS PDP上下文状态 ? 非激活状态:PDP上下文不包含处理分组数据包所需的路由及映射信息,对于 用户的路由区更新信息不作修改,不能进行数据传送 ? 激活状态: PDP上下文包含处理分组数据包所需的路由及映射信息,可以进 行数据传送,此时的MM状态为就绪或待命 PDP上下文信息 ? MS、SGSN和GGSN中的PDP上下文信息略有不同 ? 包括PDP State,PDP Type,PDP Address,APN,Send N-PDU Number, Receive N-PDU Number,QoS Profile Negotiated等等 APN:用于推导出应接入的GGSN及外部网络 PDP地址 ? 静态地址 ? 动态地址

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PDP上下文状态迁移

INACTIVE

Activate PDP Context

Deactivate PDP Context or MM state change to IDLE or PMM-DETACHED

ACTIVE

50

会话管理主要功能
PDP上下文激活:MS发起或网络发起,PDP上下文状态迁移为ACTIVE ? 鉴权 ? SGSN经过APN分析推导出GGSN地址 ? QoS协商、地址分配、启动计费等 PDP上下文修改 ? PDP上下文中的某些参数(如服务SGSN、QoS)需要改变时执行该规程 PDP上下文去激活 ? MS发起或网络发起,PDP上下文状态迁移为INACTIVE ? 删除PDP上下文 ? 回收动态PDP地址 二次激活 ? 在一个PDP地址上可以有多个通过而起激活流程产生的PDP上下文,这 些上下文用TFT进行区分和标识

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APN结构定义

uniwap.mnc<MNC>.mcc<MCC>.gprs
APN网络 标识
APN网络标识定义了GGSN所连接的外部网络 APN运营商标识定义了GGSN位于的GPRS骨干网 包含了网络标识和运营商标识的APN对应一个GGSN的域名 APN分类 ? 通用APN:UNINET、UNIWAP ? 企业应用APN:SWJT.SZ

APN运营商 标识

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归属地接入

?VPN tunnel

?GGSN ?Home PLMN

?GGSN ?Visit PLMN

?SGSN

?SGSN

?The GGSN which provide service is belong to home

?Example ?MS APN:CityA_Bank ?Roaming ?MS

network

53

APN的解析流程
MS(C.A ) SGSN(CityB)

APN : CityA_bank.CityA.mnc01.mcc460.gprs
“. mnc01.mcc460.gprs” Root DNS

Query

Response
Name Server CityB

Name Server referral to “.gd.mnc00.mcc460.gprs” name servers “.CityA.mnc01.mcc460.gprs”

Name CityA Server DNS

Get the IP address of GGSN(CityA)

GGSN(CityA) Server
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CityA Bank Server

PDP上下文激活规程 (1)
MS BSS
SGSN GGSN

1. Activate PDP Context Request
(APN/IP or null/Qos)

APN selection QoS negotiation Ask DNS
C1 5. Create PDP Context Request

Check the APN QoS negotiation Distribute a IP addr Distribute a charging ID
5. Create PDP Context Response 7. Activate PDP Context Accept
(IP/Qos)

C2

If the QoS not accept by MS, then starts inactive procedure.

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PDP上下文激活规程 (2)
MS发起ACTIVE流程 ? NSAPI由手机的SM模块选择,要保证没有被手机的其他SM实体使用 ? 手机上报一个Qos,用于后续Qos协商过程 ? 手机上报一个APN;或者不上报APN,由SGSN或签约信息决定 ? 手机上报一个静态地址;或者不使用地址,而由动态地址分配设备分配一个地址 签约数据对比 进行APN选择 ? 根据手机上报的APN、SGSN配置的默认APN、签约的APN、VPLMN是否漫游允许,根据 TS24.008APN选择流程选择一个APN 进行APN解析 ? 根据选择的APN,一次在CACHE/HLSTFILE/DNS server中进行APN解析 Qos协商 ? 根据手机上报的Qos、SGSN配置的默认Qos、签约的Qos进行协商,协商出一个Qos 在Gn接口发起创建GTP隧道 ? 是否支持请求的APN及地址 ? 进行Qos协商 ? 进行应用层接入鉴权、计费 ? 创建成功,SGSN开始传输数据

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PDP上下文修改、去激活规程

去激活流程 ? MS发起PDP去激活 ? SGSN发起PDP去激活 ? GGSN发起PDP去激活 修改流程 ? SGSN发起的PDP修改,修改Qos ? GGSN发起的PDP修改,修改改变传输路由的QoS或用户的PDP ADDRESS ? MS发起修改流程的目的是为了改变PDP Context的QoS或TFT

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GPRS系统体系结构 网元基本功能 接口协议栈流程介绍 GPRS移动性管理 GPRS会话管理 GPRS无线原理

58

GPRS逻辑信道类型
业务信道:PDTCH
?

一个MS可以同时复用最多8个PDTCH

控制信道
? ?

分组广播控制信道:PBCCH - Packet Broadcast Control CHannel 分组公共控制信道:PCCCH - Packet Common Control CHannel
? ? ? ? 分组寻呼信道:PPCH – Packet Paging CHannel 分组随机接入信道:PRACH – Packet Random Access Channel 分组接入允许信道:PAGCH – Packet Access Grant CHannel 分组通知信道:PNCH – Packet Notification CHannel

?

分组专用控制信道: ? PACCH - Packet Associated Control CHannel
? PTCCH – Packet TA Control CHannel

59

GPRS无线信道

逻辑信道映射(Mapping)
? PBCCH+PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH ? PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH ? PDTCH+PACCH+PTCCH

信道分类
? ? ? GPRS Reserved (G or R) GSM Reserved (C or empty) Switch-able TS (S)

60

时隙分配
时隙可由语音与GPRS共享.
? 根据GSM和GPRS的网络负荷动态分配.

不同用户可分配同一时隙. 单一用户分配多个时隙以提高数据吞吐量.

61

时隙分配-GSM 电路交换数据业务

Downlink
(BTS MS)

01234567012345670123456701234567

Uplink
(MS BTS)

01234567012345670123456701234567
8 timeslots per Frame

Timeslots assigned to MS1

Timeslots assigned to MS2

62

时隙分配-GPRS分组交换数据业务

Downlink
(BTS MS)

01234567012345670123456701234567

Uplink
(MS BTS)

01234567012345670123456701234567
8 timeslots per Frame

Timeslots assigned to MS1

Timeslots assigned to MS2

63

时隙分配

A Voice call requires the GPRS TS

BCCH TCH TCH TCH TCH GPRS GPRS GPRS SH SH

User rate at CS2 = 40.2 kbps
BTS

Site with one carrier will be able to share timeslots (Voice and GPRS)

64

GPRS编码方式
GPRS 规范定义了新的四种数据编码CS1- CS4
Scheme Code Rate USF bits Precoded USF bits 3 6 6 12 Radio Block (excl. USF and BCS) 181 268 312 428 BCS Tail bits Coded bits Punctured bits Data Rate (kbps) Multi Slot (kbps)

CS-1 CS-2 CS-3 CS-4

1/2 ~2/3 ~3/4 1

3 3 3 3

40 16 16 16

4 4 4 0

456 588 676 456

0 132 220 0

9.05 13.4 15.6 21.4

72.4 107.2 124.8 171.2

Max. Per TS Data rate (kbps)
KBits per Second

25 20 15 10 5 0 CS-1 CS-2 CS-3 CS-4

65

GPRS无线编码流程 (Radio Coding Procedure)

Payload

Add BCS

Add precoded USF

Add tail bits

Coding

Puncture

456 bits

? BCS : Block Check Sequence
? USF : Uplink State Flag

66

CS1 - CS3 Radio Block Structure
Radio Block USF rate 1/2 convolutional coding BCS

puncturing

456 bits

*Interleaving
52 TDMA Frames
B0 B1 B2 T B3 B4 B5 X B6 B7 B8 T B9 B10 B11

X

12 Radio Block Periods = 240 ms
*Rectangular interleaving of one Radio Block over four bursts in consecutive TDMA frames

67

CS4 Radio Block Structure
Radio Block USF block code no coding BCS

456 bits
*Interleaving 52 TDMA Frames
B0 B1 B2 T B3 B4 B5 X B6 B7 B8 T B9 B10 B11 X

12 Radio Block Periods = 240 ms
*Rectangular interleaving of one Radio Block over four bursts in consecutive TDMA frames

68

GPRS编码方案
Coding Scheme CS-1 CS-2 CS-3 CS-4 User Data Rate per TS 9.05 Kbps 13.4 Kbps 15.6 Kbps 21.4 Kbps Error correction High Medium Low None Max throughput with 8TS 72.4 Kbps 107.2 Kbps 124.8 Kbps 171.2 Kbps

GSR4.1 GSR4.1 GSR5.1 GSR5.1

CS1
CS2 CS3 CS4

Data rate

69

编码方案选择

编码方式选择
GPRS GPRS Cell Cell

动态的切换算法让网络在无线条件容许时, 尽可能的采取CS4或CS3的编码,用户 因此得到最高的速率。 一般来说, 一个小区下能达到CS4的覆 盖面积为80%, 覆盖和CS4编码的比例均 可通过优化进一步提高。

Dynamic Allocation

Data rate

CS- 4 80%
CS- 3 94% -

CS- 2 96% CS- 1 100% %CS- 1 100% GPRS cell area coverage of

同样的无线条件下, 优先高编码方式。

70

GPRS无线网络设计- GPRS对RF环境(C/I)

要求

25

? CS1 & CS2 show the least change vs. C/I ? CS3 & CS4 inefficient at low C/I
20

? CS3 & CS4 best at C/I > 14dB
15

10

CS1 CS2 CS3 CS4

5

? All Schemes converge to Max rate at high C/I
0 0 4 8 12 16 20 24

CI (dB)
71

GPRS系统中的QoS
优先级别(Precedence Class)
? High/Normal/Low

延迟(Delay)
? 4 Delay Classes

可靠性(Reliability)
? 5 Classes

吞吐量(Throughput)
? Peak and Mean

72

延迟

73

可靠性

74

吞吐量

75

GPRS无线网络设计原则
就单小区覆盖能力而言 GPRS和GSM相同。
现有话音网络基本可以满足 CS1/2对C/I的要求, 而GPRS CS3/4对C/I值要求在13~15 dB之间 。

C/I的要求

网络覆盖

信道配置
GPRS可以在任意的频率规 划中被引入,包括现有的 GSM跳频系统,但为了用户 能够得到更高的数据传送速 率,GPRS信道一般规划在 承载BCCH的频率上。

频率规划

系统在一个小区中只 配置专用GPRS信道; 或GPRS和GSM共享 信道。

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