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1 GPRS 的逻辑结构
GPRS (General Packet Radio Service)是一种基于GSM 的新型移动分组数据承载业务，其最高速率可达115kbit／s。GPRS 允许业务用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。GPRS 能够确保分组模式数据应用的成本效益和网络资源的有效利用。
为了实现GPRS 新增网元之间以及这些网元与其它各种网络之间的通信、增加了统称为G接口的新接口，这些接口分别是Gb、Gn、Gp、Gi 等数据接口，Gr、Gs、Gd、Gf、Gc 等信令接口。新增网元和原来网元之间的关系及接口情况如图1 所示。
下面就GPRS 新增网元以及各种接口的功能做简单论述。
1)分组控制单元(PCU)：主要用于完成RLC／MAC 功能和与Gb 接口的转换。配备了PCU 的基站子系统把分组业务经Gb 接口送往SGSN，把话音业务经A 接口送往MSC。
2)服务GPRS 支持节点(SGSN)： 执行移动性管理、安全功能、接入控制和路由选择等功能。SGSN与HLR之间的Gr 接口用于SGSN与HLR之间传送移动性管理的相关信令。SGSN与SMS—GMSC／SMS—IWMSC 之间的Gd 接口用于经GPRS 传送短消息业务。SGSN 与MSC／VLR 之间的Gs 接图一CPRS 网罗的体系逻辑结构于SGSN 与MSC／VLR 配合实现诸如联合位置更新、经由GPRS 进行CS 寻呼等功能。
3) 网关GPRS 支持节点(GGSN)： 负责提供GPRS PLMN 与外部分组数据网的接口， 并提供必要的网间安全机制。GGSN与HLR 之间的Gc 接口为可选接口， 用于GGSN 向HLR 查询MS 的路由信息。SGSN 和GGSN 可以独立设置，也可以合设。同一PLMN 中的GSN 之间通过G n 接口进行通信，不同PLMN 中的GSN 之间通过Gp 接口进行通信。
4)边界网关(B G)：用于PLMN 间GPRS 骨干网的互连，它应具有基本的安全功能，此外还可根据运营商之间的漫游协定增加相关功能。边界网关可以是独立的物理实体，也可以与GGSN 合设。
5)计费网关(C G)：通过Ga 接口与GPRS 网络中的计费实体如GSN 等通信，用于收集各GSN 发送的计费数据记录并进行计费。
6)域名服务器(D N S)： 负责提供GPRS 网内部SGSN、GGSN 等网络节点的域名解析等。
7)移动台(M S)：用户使用的设备，按哀能可分为A、B、C 三类， 由移动终端(M T：和终端单元(T E)构成。
8) 其他设备： B T S、B S C、HLR、M S C／VLR、SMS—GMSC／SMS一IWMSV 等GSM 原有设备应扩展以支持相应的与GPRS 有关的功能。
2 GPRS 网络建设方案
2，1 无线承载网络的选择
(1)无线网络的选择
在选择GPRs 无线承载网络时，可以有以下三种方案： 只选GSM900； 只选GSM1800；同时选择GSM900 和GSM1 800，实现双频覆盖。当将GPRS 只承载在GSM900 或GSMl800 上时，由于目前的大部分GPRs 终端设备只支持自动选频，所以当用户切换进某一频段的强覆盖区时，如果该频段未支持GPRS 业务，则会造成GPRS 业务的中断，对初期开展业务极为不利。为了增加GPRS 网络建设初期的覆盖范围，减少选择一种网络时引起的GPRS频手机在GSM900 和GSM1800 之间自动切换问题，··建议同时选择GSM900 和GSMl800 作为GPRS 的无线承载网络。
(2) PDCH 的设置
分组数据信道(P D C H)的设置有两种方式：固定分配和动态分配。在固定分配时， 专用的PDCH 只能为GPRS 用户提供业务，适用于GPRS 业务量较大的小区，但会对这些小区的忙时话音业务接入造成较大的影响。动态分配方式可以将小区内部分信道设置为动态分组数据信道，但话音信道的优先级较高，从而不会对现有的话音业务产生任何影响，又充分利用了现有的无线信道资源。所以初期建设GPRS 网络时可采用动态分配PDCH信道的方式，待业务量增大到一定程度时再设置专门的PDCH 信道。
2．2 现有GSM 网的升级
为了支持GPRS 业务， 必须对现有GSM 网络设备进行软硬件升级。
(1)无线子系统部分的升级
由于GPRS 业务的突发特性及多用户共享物理信道、逻辑信道的特性，在业务量不大的情况下， GPRS 的引入不但不会影响现有的GSM 话务，反而可以将传统GSM 无线信道利用率提高30％左右。因此初期工程无需为提供GPRs 而进行专门的Bss 系统扩容，只需进行支持GPRs 功能的软件升级，并在BSC 增加分组控制单元(PCP)，以完成信道指配和无线信道管理等工作。’同时Pcu 需支持帧中继方式的Gb 接口， 以实现Bsc 至SGSN 的连接。
(2)GSM交换子系统的升级
GPRS系统除充分利用原有GSM 网络的基站子系统设备外，还需要通过Gr 接口与GSM网络的HLR 设备相连，以实现在HLR 中对GPRS 用户和GSM 用户注册信息的综合管理。
另外，为‘了实现同一终端的GPRS 和GSM 联合位置更新，GPRS 系统还需通过Gs 接口与MSC／VLR 设备相连，所以为了支持Gr 和Gs 接口，各厂家均需对其GSM 交换设备进行不同程度的软硬件升级。
(3)网管系统和短消息中心的升级
为了实现对新增GPRS 设备尤其是PCU 设备的管理，各厂家也需对其GSM 网管系统进行不同程度的软硬件升级。对于短消息业务，GPRS 系统中的Gd 接口，是用于SGSN 与SMS—GMSC 和SMS—IWMSC 之间的连接，使得短消息业务(SMS)能通过GPRS 网进行发送和接收，避免GPRS 移动台在监听GPRS 分组信道的同时还要监听GSM 寻呼信道。为了实现这种功能同样需要对短消息中心进行软硬件升级。
2．3 新增GPRS 核心网元的设置
由于GPRS 核心交换网络与原有GSM 交换网络的交换原理已完全不同，所以GPRS 网络在充分利用原有GSM 网络BSS 部分设备的同时，必须新增独立的分组交换设备以及其它相关设备。这些新增设备主要包括SGSN、GGSN、DNS、CG 以及OMC—G。
(1)SGSN 的设置
方案一：SGSN 按省网集中设置
优点：初期业务量较小，SGSN 集中设在省会,相对节省投资；SGSN 设置在省会，对初期的建设相对容易，工程实施也相对简单。缺点：对于除省会之外其它城市的用户需求，需要采取长途转接的方式进行接入，不利于工程实施；随着业务量的增加，会增加PCU 至SGSN的长途传输的困难，不利于整个网络组织；若SGSN 设备产生严重故障，其影响面会波及所有GPRS 用户；随着网络规模的扩大，需将SGSN 逐渐分散到各本地网时，需进行大规模的网络调整。
方案二：SGSN 按本地网集中设置
优点：SGSN 是GPRS 网络与原采GSM 网络中BSC(PCU)部分的连接点，以本地网为单位设置SGSN，有利于本地网络的组织；SGSN 与原来GSM 网络中MSC／VLR、HLR 以及SMS—GMSC 均由信令连接，以本地网为单位设置SGSN 不但有利于信令网络的组织，而且还会便于用户的管理；由于GPRS 用户利用了现有的GSM 号码资源,且原有的号码资源均按本地网进行分配和管理，所以SGSN 按本地网设置，有利于号码资源的管理；当用户数量较多时，分散设置可以减少SGSN 故障的影响范围； SGSN 以本地网为单位进行设置，与GPRS 网络的目标结构较为接近，可以减少将来进行网络调整的必要性。
缺点：当初期业务量不大时，会相对增加投资；当专用性的GPRS 承载网络尚未建成时，不同本地网之间设备的连接必须考虑临时性的其它方案，如SDH 传输或DDN 专线，这样同样会增加投资。
方案三：SGSN 按本地网分散设置
随着本地网用户数量的增大，可以根据BSC／PCU 的设置将本地网用户分区接入相应的SGSN。按本地网分散设置是GPRS 网络建设的最终目标。
优点：本方案除具有方案二的所有优点外，与GPRS 网络的目标结构更为接近。
缺点：当SGSN 按本地网分散设置时需要的设备数量会更多，因此投资会相当大；存在不同本地网间相互连接时的承载网络选择问题，和本地网内不同SGSN 之间以及不同SGSN 与同一GGSN 相连时的承载网络选择问题。
(2)GGSN 的设置
GGSM是连接外部分组数据网络(如Internet)的桥梁。GGSN 的设置有以下几种方案：
方案一：GGSN 按省网集中设置。
优点：考虑到初期GPRS 承载的业务主要为INTERNET 的接入业务，本地业务的比例较小，因此GGSN 以省为单位相对集中设置，可以相对减少投资并充分利用CMNet 网络；在全省统一设置GPRS 网络出口，便于网络管理和统一的计费结算。
缺点：通过GGSN 连接外部数据网络时，不但可以连接因特网，还可以连接大的集团用户，而集团用户一般属于各个本地网，所以当GGSN 集.中设置在省会城市时，不利于没有设罩GGSN 的GPRS 本地网内单独开展集团用户的业务。集中设置GGSN 时，必须考虑GGSN 的热备份，否则，当GGSN 出现重大故障时会影响整个GPRS 省网用户对外部数据网络的接入。
方案二：GGSN 分区设置， 各个GGSN 负责不同的汇接区域，且汇接节点的GGSN间为互为备用的关系。优点：将全省GPRS 用户对外部数据网络的接入通过不同地点的GGSN 实现，可以减轻单点GGSN 故障对整个网络的影响， 同时相互间也可以起到负荷分担，互为备用的作用。
缺点：在用户数量和网络业务流量很少的情况下会相对增大投资。
方案三：GGSN 按本地网设置， 本地网的GGSN 与Internet 网的接入路由器或汇接路由器相连，各自负责本地网内GPRS 用户对外部数据网络的接入。
优点：GGSN 是GPRS 网接入外部网络的关口， GGSN 按本地网设置，可以减轻承载网络的负荷和不必要的路由迂回；当SGSN 也按本地网设置时，GGSN 与SGSN 同址设置,SGSN 与GGSN 之间可以来用高速的以太网连接，从而去除SGSN 与GGSN 之间的连接瓶颈；GGSN 以本地网为单位进行设置，便于集团用户专网的接入，有利于本地业务的开展。
缺点：需要完善的GPRS 承载网络。
(3)DN S 的设置
GPRS 网中的DNS 用于GPRS 网内部的域名解析，负责解析出APN 对应的GGSN 的IF地址、SGSN 逻辑名所对应的IP 地址以及GP 贴网内其它网络节点相关域名所对应的IP 地址。GPRS 网中的DNS 应分级设置，APN 或网络节点域名应首先由本省DNS 进行解析，如果本省DN5 无法解析再送到根DNS 进行解析。
根据目前CMNet 的建设情况，初期工程DNS 的设置应考虑以下方案：
方案一：各省暂不设置单独的DN S，所有的地址解析均由骨干网的DNS 完成。在目前GPRS 网络规模和业务量均不大的情况下，各GPRS 省网中需要解析的地址量和解析频次都很小，所以从节省投资的角度来考虑，可以只设置骨干网的根DNS。但当用户数量和业务量逐渐增大时，采用此方案会造成不必要的骨干网流量，从而加重CMNet 的负荷。同时这种方案也不便于今后GPRS 省网的拓展和维护管理。
方案二：除根DNS 外，在各省设置自己的省级DN S。
本方案具有结构清晰，便于网络拓展和维护管理的优点，但在初期网络规模和业务量较小的情况下，会使得投资规模相对扩大。考虑到DNS 平台的成本较低，以及单独设置所具有的优点，建议初期工程采用方案二。同时考虑到DNS 的重要性，应将2 个省级DNS 分别设置在两个不同的城市，一主一备，负责本GPRS 省网内的域名解析；本省DNS 无法解析的APN 和网络节点域名，由根DNS 负责解析。
(4)BG 的设置
边界网关用于PLMN 间GPRS 骨干网的互连，它应具有基本的安全功能，此外还可以根据运营商之间的漫游协定增加相关功能。边界网关可以是独立的物理实体，也可以GGSN合设。在GPRS 网络建设初期，由于几乎不设计运营商之间的互联，所以可以暂时不考虑BG 的设置。
(5)CG 的设置
计费网关(CG) 负责从SGSN 和GGSN 收集计费信息，并将它们传送到计费中心。CG可以对从GPRS 网元收集到的计费信息进行综合整理后，转换成标准的计费信息格式，再将结果分时或分批送到计费中心，产生标准的话单。CG 功能可以作为一个独立的网络实体集中设置，也可以作为分布的功能单元与SGSN 和GGSN 合设。对于独立设置的CG，可以减少计费活动对GSN 的影响，提高G S N 的性能，并能对CDR 进行预处理，减少计费系统
的负荷，而且网络结构简单，接口统一。
对于独立式CG 的设置，可以有两种方式：集中式和分散式。
(6) OMC—G 的设置
不同厂家的GPRS 设备网管功能的实现大致可以分为两种情况，即单独设置管理GPRS网元的OMC—G，或通过在原有GSM 网络的OMC—S 上增加GPRS 网络的相应管理功能。GPRS 网管的建设情况可根据当地所选GPRS 设备的情况、原有GSM 网络所采用的设备情况以及整个网管网络的组织情况来确定。
2.4 GPRS 的网络组织
(1)G b 接口的网络组织
Gb 接口是PCU 与SGSN 之间的接口。Gb 接口的网络组织可以有以下三种不同的实施方案。
方案一：GPRS Gb 接口上的话务和GSM Ater 接口上的话务直接复用到同一物理传输链路上，利用GSM 网已有的传输中继传至MSC，在MSC 侧将GPRS 业务流与GSM 话音业务流进行分离。本方案适合于GPRS 网络建设初期，并且交换机侧中继端口尚有富余的场合。它的优点是在GPRS 业务量很小时，网络组织比较经济，无需额外增加硬件和重新申请电路资源。但是它需占用一定的MSC 交换矩阵资源，而且随着GPRS 业务的增加，会对原本不断增长的话音业务系统造成较大的压力，所以，由于MS C 中继端口数量和自身处理能力的限制，使得本方案的扩展性较差。
方案二：Gb 接口通过帧中继网实现。
本方案适用于运营商已经具有帧中继网，并且Ater 接口已经几乎被GSM 话务完全占用的场合。由于Gb 接口所采用的数据链路层传送协、议为帧中继协议，所以通过帧中继网络实现Gb 接口的网络组织，是最优选的方案，它可以最大程度上对Gb 接口的数据业务流进行统计复用，从而降低传送数据所需的带宽和相应费用。
方案三：Gb 接口通过专用SDH E1 实现
在本方案中，将BSC／PCU 通过SDH El 电路直接连至相应的SGSN。其特点是话音业务流和数据业务流在BSC／PCU 处进行分离，从而使GSM 网络的交换部分和GPRS 网络的交换部分在物理连接上进行分离，物理网络结构清晰明了，且随着GPRS 业务的增长，可以方便地增加中继，而不会对原有的GSM 网络负荷造成任何影响。但是在GPRS 网络建设初期话务比较低的情况下容量方面有所浪费，故运营成本较高。以上三种方案中，如果从运营费用的角度来考虑，方案一的运营费用最低，方案二次之，方案三最高。如果从网络规划的角度来考虑，相对于方案一来说，方案二和方案三的结构清晰明了，便于网络的发展和扩充，而方案一则只适用于网络建设初期用户业务量较小的情况。
(2)Gn 接口的网络组织
Gn 接口是SGSN 之间以及SGSN 与GGSN 之间的接口。在考虑Gn 接口的网络组织时，我们主要是考虑相同或不同地点的SGSN 之间以及SGSN 与GGSN 之间的电路连接方式。根据前面提及的SGSN 和GGSN 的几种设置方案，Gn 接口的网络组织大概有以下几种方式：
方式一：相同地点的SGSN 与GGSN 之间采用以太网的连接方式；
方式二：不同本地网的SGSN 与GGSN 之间采用专用的IP 网络进行连接，即各本地网内的GGSN 或SGSN 均连至各自本地网内的IP 网络路由器上，通过专用的I P 网络达到连通性。
方式三：在专用IP 网络尚未通达，但设置了SGSN 的本地网，可将此本地网的SGSN通过SDH2M 传输或DDN专线连至省会核心节点。
(3)Gi 接口的网络组织
Gi 接口是GPRS 网络中GGSN 与外部分组数据网络的接口，在ETSI 的规范中，外部数据网络包括Internet、企业内部网和分组交换网络，由于分组交换网络已逐渐走向被淘汰的地步，而IP 网络则如曰中天，所以目前GPRS 网络中所指的外部分组数据网络一般指公众IP 网络和企业内部数据网络。GPRS 网络在与外部公众I P 网络进行连接时，可以采用多种不同的方式，如IP 专线、IPOver SDH、IP Over ATM等，对于已经有自己的公众IP网络的运营商，甚至可以采用相同局址的局域网连接方式，但这时应考虑GPRS 网与公众IP 网络之间的安全过滤机制，以充分保证GPRS 网元的安全性。GPRS 网与企业内部网连接时，可以来用VPN 或专线连接。采用VPN 时，GPRS 网络运营商应同时是公众IP 网络的运营商，对于没有公众IP 网络或直接与企业内部网络相连时，应采用专线连接的方式。
(4)GPRS 信令网的网络组织
GPRS 信令网的网络组织主要包括Gs、Gr、Gd、Gc、Gf 等信令接口的网络组织。由于目前我国的移动通信网上均未使用EIR 设备，所以Gf 接口也暂不考虑。在进行这三种接口的网络组织时，有两种方式：点到点直连和通过No．7 信令网的STP 进行转接。
1)点到点直连方式：
在这种方式中，所有S GSN 与各端局MSC、HLR 以及SMS—IWMSC 之间的信令链路采用直接连接方式。但是当网络结构曰趋复杂，网元数量逐渐增多时，这种组织方式会浪费大量的信令链路。
2)通过STP 进行转接方式
SGSN 作为信令网中的信令点(SP)， 可与本地LSTP 相连或与HSTP 相连，通过HSTP/LSTP 转接与MSC、SMS—I WMSC、HLR 之间的信令，从而实现Gs、Gr、Gd 三种接口的连接。如图2 所示。
(5)计费GPRS 的计费可以采用多种方式，如按通信期间的数据流量，或PDP 上下文撤活时长、纯粹的包月制计费或几种方式的组合。当采用前两种方式时，如计费条件发生变化则应该分别统计在该条件下用户的数据流量或时长。计费网关(CG) 负责从SGSN 和GGSN 收集计费信息，并将它们传送到计费中心。CG 可以对从GPRS 网元收集到的计费信息进行综合整理后，转换成标准的计费信息格式，再将结果分时或分批送到计费中心，产生标淮的话单。
CG 功能可以作为一个独立的网络实体集中设置，也可以作为分布的功能单元与SGSN和GGSN 合设。独立CG 可以减少计费活动对GSN 的影响，提高GSN 的性能，并能对CDR进行预处理，减少计费系统的负荷，而且网络结构简单，接口统一。对于独立式CG 的设置，可以有两种方式集中式和分散式。CG 与计费中心的接口协议栈可采用X．25 或TCP／IP 之上的FTAM 协议， 或者采用在TCP／IP 之上的FTP 协议。
3 结束语
对移动信息的需求必将促使移动通信领域不断引入新的系统，建设新的网络，GPRS 技术的发展和不断完善必将为GSM 网络运营商提供前所未有的商机，GPRS 网络作为承接GSM 和第三代移动通信的桥梁，必将在实践中不断的完善和发展。
----《移动通信在线》
