GPRS核心網

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2G、3G以及WCDMA行動網路將IP數據包傳送至外部網路,例如網際網路。GPRS系統是集成於GSM網路交換子系統的一部分。

一般支撐功能

GPRS核心網提供在GSM和WCDMA網路中的移動性管理、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和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,所有這些網路都已經被替換為GSM,因此該選項已經不重要了。

PRS模組是一個開放標準驅動的系統。它的標準化主體是3GPP。

GPRS隧道協定(GTP)

主條目:GPRS隧道協定

GPRS隧道協定(GPRS Tunnelling Protocol,簡稱GTP)是GPRS核心網目前定義的基於IP的協定。大體上說,這個協定允許GSM或WCDMA網路的最終用戶可以隨處移動,而同時持續地連線到網際網路,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。

GGSN和SGSN(合稱“GSNs”)在UDP連線埠2123上監聽GTP-C訊息,而在連線埠2152上監聽GTP-U訊息。這個通信直接在一個單獨的網路中進行,或者在國際漫遊的有情況下,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TCP或UDP連線埠3386上監聽傳送自各個GSN的GTP'訊息。核心網向CGF傳送的計費信息,通常包含PDP上下文激活次數和最終用戶所傳輸的數據的質量。然而,GTP'通信僅發生在同一個運營商網路內部,並沒有充分的標準化,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支持在同一個訊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連線埠上同時和UDP或TCP一起使用。GTP版本1僅在UDP上使用。控制平面協定(Control Plane Protocol)GTP-C(Control)使用已註冊的2123連線埠,而用戶平面協定(User Plane Protocol)GTP-U(User)使用已註冊的2152連線埠。

GPRS支撐節點(GSN)

一個GSN是一個網路節點,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接口,並支持GPRS隧道協定。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網路的一個主要組件。GGSN負責GPRS網路和網際網路或X.25網路等外部包交換網路之間的互聯。

從外部網路的角度來看,GGSN是一個到某個“子網”(sub-network)的路由器(router),因為GGSN對外部網路“隱藏”了GPRS基礎設施(infrastructure)。當GGSN收到一個目的地址為某個特定用戶的數據後,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。換句話說,面向移動(mobile-originated)的數據包被GGSN路由到正確的網路。

GGSN是一個錨點(anchor point),它使得在GPRS/UMTS網路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之間進行協定數據單元(Protocol Data Units,簡稱PDU)隧道連線所必須的路由。

GGSN將來自SGSN的GPRS數據包轉換成合適的的包數據協定(Packet Data Protocol,簡稱PDP)格式(例如,IP或X.25),在相應的的包數據網路中將它們傳送出去。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傳送給相應負責的SGSN。為了這個目的,GGSN會在它的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,並且是已連線的用戶設備(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禁止(Subscriber Screening)、IP池管理,以及地址映射、QoS和PDP上下文執行。

在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傳送數據包。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、包數據網路中所使用的地址)。

SGSN公共功能[編輯]

•將來自GGSN的GTP包(下行)去隧道化(detunnel)

•將去往GGSN的IP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[編輯]

EDGE(Enhanced 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協定棧,通過幀中繼或IP連線到數據包控制單元(Packet Control Unit)

•接受上行數據來形成IP數據包

•加密下行數據,解密上行數據

•為處於已連線(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[編輯]

•承載最高約42 Mbps的下行流量和5.8 Mbps的上行流量(HSPA+)

•隧道化/去隧道化面向無線網路控制器(RNC)的上行/下行數據包

•為處於“已連線”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

主條目:接入點名稱

一個“接入點”是:

•一個移動機可以連線到的一個IP網路

•用於該連線的一系列設定

•一個行動電話中的在一系列設定中的一個特定選項

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網路的。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

包數據協定(Packet Data Protocol,簡稱PDP,例如:IP、X.25、幀中繼)上下文(context)是一個數據結構,在SGSN和GGSN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信息。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上下文數據結構。該數據記錄包括:

•簽約用戶的IP位址

•簽約用戶的IMSI

•簽約用戶的

•在GGSN上的隧道端點ID(TEID)

•在SGSN上的隧道端點ID (TEID)

隧道端點IP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。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。網路服務接入點標識符(Network Service Access Point Identifier,簡稱NSAPI)被用於區分不同的PDP上下文。

參見

•基站子系統

•數據包控制單元

•網路交換子系統

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