无线宽带的先驱:GPRS技术全接触

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。