GPRS支持节点

高速分组数据交换技术

背景与意义

GPR(S通用分组无线业务)是一种高速分组数据交换技术,使现有的移动通信系统提供的数据业务首次从9.6Kbps飞跃到了115KbPS以上,极大地提高了移动用户的移动通信能力,而且提高了无线信道和核心网络的使用效率。通过GPRS移动用户可以直接连接到Internet上,而无需拨号连上一个特定的ISP,而且用户仅仅只须为他们实际使用的通信数据总量付费,一旦一个GPRS移动终端注册上了网络,它将时刻准备接收和发送数据随时在线。同时GPRS系统可以简单地覆加于现有GSM网络之上,使得GSM系统可以在第三代移动通信系统得到实际应用之前实现并提供电路交换和分组交换两种承载业务,延续了GSM系统的生命,保护了运营商的投资。

随着移动通信新技术的发展，移动通信网络的容量越来越大，系统越来越复杂。不断提高网络对这些业务承载与处理能力主要考验的是网络中的服务GPRS支持节点（Serving GPRS Support Nodes，SGSN）和GPRS网关支持节点（GPRS Gateway Support Nodes，GGSN）设备的性能，这些都是网络中的分组交换域（Packet Switch Area）的核心设备。SGSN和GGSN是核心网PS域的两个重要的节点。

分类

通过对基站子系统(BSs)进行软件升级,一种被称为分组控制单元(PCU)的新型GPRS实体将被用来处理数据业务量,并将数据业务量从GSM话音业务量中分离出来。PCU增加了分组功能,可控制无线链路,并允许多用户接入同一无线资源。然后,GPRS数据分组被GPRS骨干系统(GB)S传送出去。这一过程将涉及两个GPRS网元,分别称为GPRS业务支持节点(SGSN)和GPRS网关支持节点(GGSN)。通过对基站子系统(BSs)进行软件升级,一种被称为分组控制单元(PCU)的新型GPRS实体将被用来处理数据业务量,并将数据业务量从GSM话音业务量中分离出来。PCU增加了分组功能,可控制无线链路,并允许多用户接入同一无线资源。然后,GPRS数据分组被GPRS骨干系统(GB)S传送出去。这一过程将涉及两个GPRS网元,分别称为GPRS业务支持节点(SGSN)和GPRS网关支持节点(GGSN)。

SGSN

功能简介

1、接入控制功能

1)鉴权;

2)许可控制;

3)计费信息收集。

2、路由选择和转发功能。

1)存储转发功能。SGSN可以存储从上一个节点接收到的分组数据,并转发到下一个节点;

2)地址翻译和映射功能;

3)会话管理。SGSN支持PDP状态模型,可处理PDP上下激活、修改和去活;

4)隧道传输。SGSN具有在GPRS骨干网中利用一条点到点双向隧道来传输封装数据的功能;

5)加密。SGSN对SGSN与MS之间传输的用户数据和信令有加密功能。

3、移动性管理功能:

1)附着(Attaeh)和分离(Detach)功能;

2)位置更新;

3)周期性路由区更新定时器管理功能;

4)安全保密功能;

5)寻呼功能。

4、用户数据管理功能。SGSN中可以存储、修改和删除当前活动在SGSN区域内的移动用户的有关数据,主要是MM上下文和PDP上下文。

5、逻辑链路管理功能。SGSN可以建立、维护和释放SGSN与MS之间的逻辑链路。

6、路径管理功能。SGSN具有对BSS与SGSN之间的分组数据通信路径的管理功能,可以动态地根据数据业务量或静态地根据预侧的小区内最大负荷建立和释放这些路径。

SGSN协议层结构

GPRS业务支持节点SGSN连接基站系统的CPU(称为Gb接口),并经过一系列协议层,连接外部的GGSN(称为Gn接口)。

NS协议:网络服务协议,包括网络层和链路层功能,在BSS与SGSN之间传送BSSGPPDUS。

BSSGP协议:基站子系统GPRS支持协议,负责BSS与SGSN之间相关的路由信息的转换,提供流量控制、链路管理等功能。

LCC协议:逻辑链路控制协议,为MS和SGSN之间提供无差错的逻辑链路,提供成帧、加密、流量控制、顺序控制、错误的检测和恢复等功能。

SNDCP协议:子网相关汇聚协议,为多种上层网络协议(1P、X.25、ATM)提供服务,提供数据的压缩/解压、高层分组头的压缩/解压、分组数据的分割/重组等功能。

GTP协议:GPRS隧道协议,负责对GPRS骨干网上GSN节点之间传送信令和数据进行封装。

GMM实体:移动性管理,负责管理MS的位置变化,管理用户的数据。

SM实体:会话管理,负责用户PDP上下文的处理,激活、修改和去活。

GGSN

GGSN（Gateway GPRS Support Node，网关支持节点）主要是起网关的作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。GGSN对内负责Gn网络的传输,对外是一台因特网路由器。其中的BGGSN(Border GGSN)负责连接不同运营商之间的Gn网络,实现网间漫游。GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网与其它GGSN和SGSN相连。

功能简介

（1）网络接入和控制功能：GGSN具有网络控制的信息屏蔽功能，可以选择哪些分组能够进入GPRS网络，以便保证GPRS网络的安全；GGSN具有计费信息收集功能,能够收集每个MS实用外部数据网和GPRS网络资源相关的计费信息。

（2）路由表维护，实现分组路由选择和分组转发功能：GGSN具有存储转发功能，从上一节点接收到的分组数据(PDP PDU)转发给路由中下一个节点的功能。

（3）用户数据的管理,实现对分组数据的过滤：GGSN能够有效的管理用户数据,实现对用户分组数据的过滤和监控。

（4）移动性管理：移动性管理主要是由SGSN（Service GPRS Support Node）来完成，但也需要GGSN的配合。一个用户创建了一个PDP上下文，在使用过程中移动到另一个接入小区或者漫游到另一个移动服务供应商覆盖范围类，为了保证用户的流畅使用，SGSN需要保留GGSN侧用户的PDP上下文信息同时从HLR更新用户在新的位置下的信息，并发送更新消息给GGSN，这样用户的移动能迅速反应到GGSN中。

（5）在外界需求发生巨大变化的同时，对GGSN的性能以及稳定性提出了更严格的要求，特别是对运行在物理设备上的软件的测试，由于GGSN是一个协议比较集中的设备，因此针对GGSN的协议一致性测试至关重要，各个移动通信设备供应商都针对GGSN开发了基于TTCN-3的测试软件。

GGSN协议栈

GGSN是被测系统，主要的通信协议是GTP（GPRS Tunnelling Protocol，即GPRS隧道协议），围绕GGSN协议栈介绍相关技术概念。

GGSN信令平面

用户数据报协议（UDP）传递GSN与GSN之间的信令消息。GPRS隧道协议（GTP）在GPRS骨干网络内，支持SGSN与GGSN之间或SGSN与SGSN之间的用户数据和信令消息以隧道方式传输。

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