GPRS組網(wǎng)方案

2019-11-03 09:32:55

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供稿：網(wǎng)友

賀豐趙傳鋼 (信息產(chǎn)業(yè)部電信規(guī)劃研究院，北京 100083)摘要：簡述了GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，介紹了GPRS骨干網(wǎng)和本地網(wǎng)的組網(wǎng)方案。

關(guān)鍵詞：GPPS；骨干網(wǎng)；本地網(wǎng)

文章編號(Article ID)：1009-9336（2001）04-0044 - 08

中圖分類號(CLC number)：TN929.5

文獻標識碼(Document code)：A

　　1 概述

　　自從移動通信業(yè)務在我國開展后，就一直以驚人的速度發(fā)展，從模擬的TACS到數(shù)字的GSM和CDMA。截至2000年底，中國移動用戶數(shù)就突破了8 000萬，其中絕大部分為GSM網(wǎng)絡(luò)的用戶。在移動通信飛速發(fā)展的時期內(nèi)，數(shù)據(jù)業(yè)務也得到了迅猛的發(fā)展，特別是Internet業(yè)務，已經(jīng)成為數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展的潮流。隨著人們對移動通信和分組數(shù)據(jù)業(yè)務的認同和依賴，迫切需要將這兩種獨立發(fā)展的業(yè)務結(jié)合起來。第三代移動通信系統(tǒng)(3G)從標準制訂開始就考慮到對分組數(shù)據(jù)業(yè)務的支持，而GSM作為第二代移動通信系統(tǒng)(2G)的網(wǎng)絡(luò)，主要是為支持話音業(yè)務和電路交換方式的數(shù)據(jù)業(yè)務而發(fā)展起來的，隨著對分組數(shù)據(jù)業(yè)務需求的增大，要求GSM網(wǎng)絡(luò)增加相應的功能。為了能夠支持分組數(shù)據(jù)和最大程度地利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備以及對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的改動最小，就出現(xiàn)了2.5G的移動通信系統(tǒng)GPRS(通用分組無線業(yè)務)。

　　GPRS網(wǎng)絡(luò)是架構(gòu)在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上，增加了對分組數(shù)據(jù)的支持，同時考慮了網(wǎng)絡(luò)能夠平滑向3G過渡，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖可以看到，原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)保持不變，只是在BSS部分增加了分組控制單元(PCU)，新建了一個分組網(wǎng)絡(luò)。分組網(wǎng)絡(luò)中有兩種GPRS節(jié)點：GPRS服務節(jié)點(SGSN)和GPRS關(guān)口節(jié)點(GGSN)。SGSN主要負責GPRS用戶移動性管理、用戶的接入、短消息的收發(fā)、分組數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，GGSN主要負責通過Gi接口轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)到其它數(shù)據(jù)網(wǎng)上。GPRS網(wǎng)絡(luò)邏輯接口結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　SMS-GMSC: 短消息網(wǎng)觀 SMS-IW MSC: 短消息業(yè)務互通設(shè)備

　　SM-SC: 短消息中心 EIR:設(shè)備標識數(shù)據(jù)庫

圖2 GPRS網(wǎng)絡(luò)邏輯接口

　　由于BTS與BSC之間的Abis接口為廠家內(nèi)部接口，因此標準中對BTS與BSC之間的GPRS接口Agprs不作要求，其它接口則為標準接口。PCU與SGSN通過幀中繼以Gb接口通信，GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部網(wǎng)元之間的Gn、Gp通過隧道協(xié)議(GTP)通信。SGSN通過信令網(wǎng)以Gs、Gr、Gd接口實現(xiàn)與MSC、HLR、SMS-G/IW MSC的通信，Gc作為可選接口連接HLR和GGSN，現(xiàn)有的GSM網(wǎng)元只需進行軟件升級就可以支持相應的接口。

　　GPRS網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，既是為了在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)上提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務，同時也是為網(wǎng)絡(luò)向3G平滑過渡作準備。3G網(wǎng)絡(luò)的無線部分RNC通過IuCS接口與MSC連接，通過IuPS接口與SGSN連接，由此可見建設(shè)GPRS網(wǎng)絡(luò)后，能夠很容易地支持網(wǎng)絡(luò)的過渡。

　　GPRS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)包括核心網(wǎng)和本地網(wǎng)的建設(shè)，這里分別討論兩種網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方案。

　　2 GPRS核心網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)

　　GPRS核心網(wǎng)可以分為全國骨干網(wǎng)和省內(nèi)骨干網(wǎng)。

　　GPRS全國骨干網(wǎng)由若干個大區(qū)節(jié)點組成，節(jié)點之間以網(wǎng)狀網(wǎng)方式進行連接，全國網(wǎng)上設(shè)一對頂級DNS（域名服務器），負責省網(wǎng)DNS無法解析的域名。省網(wǎng)通過邊界路由器（BR）接入骨干網(wǎng)節(jié)點，一般邊界路由器成對設(shè)置，分別接入不同的骨干節(jié)點以保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

　　全國骨干網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 GPRS全國骨干網(wǎng)示意圖

　　當GPRS骨干網(wǎng)依附于全國的ip骨干網(wǎng)時，不需新增加路由設(shè)備；當不依賴全國的IP骨干網(wǎng)時，各大區(qū)節(jié)點可以通過PPP/FR/ATM等方式進行連接。

　　GPRS省內(nèi)骨干網(wǎng)建設(shè)，根據(jù)實際情況有多種組網(wǎng)方案。當省內(nèi)有IP骨干網(wǎng)絡(luò)時，GSN（GPRS服務節(jié)點與關(guān)口節(jié)點的統(tǒng)稱）節(jié)點作為IP骨干網(wǎng)的接入節(jié)點。下面主要討論省內(nèi)沒有IP骨干網(wǎng)的情況。

　　在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，省骨干網(wǎng)根據(jù)容量需要可以有一個或多個骨干節(jié)點。

　　當對GPRS業(yè)務需求量較小且主要集中在少數(shù)城市時，考慮到成本和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度等問題，各大城市內(nèi)SGSN、GGSN和PCU一般通過局域網(wǎng)連接。有的本地網(wǎng)有可能不需要GSN節(jié)點而通過其它本地網(wǎng)的GSN節(jié)點提供服務，而有的本地網(wǎng)只有SGSN而不需要GGSN，省網(wǎng)通過邊緣路由器(BR)接入全國骨干網(wǎng)，此時各本地網(wǎng)可通過租用電路以PPP方式連接，如圖4所示。

圖4 PPP方式連接的全省GPRS示意圖

　　對于信令網(wǎng)，SGSN通過STP點實現(xiàn)同MSC、HLR、SMS-G/IW MSC之間的通信，GGSN與HLR之間的Gc接口一般不用。

　　這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，能夠很快地向全省提供GPRS業(yè)務，各本地網(wǎng)也不需全部升級BSS部分，可以只升級部分有需求的BSS部分。但這種方式容量有限，需要的端口數(shù)較多，端口利用率也不高。另外在只設(shè)SGSN而沒有GGSN的本地網(wǎng)中需要借助其它本地網(wǎng)或省網(wǎng)的GGSN，增加了路由器的負荷。采用FR或ATM，就可以解決端口數(shù)目和效率等問題，SGSN根據(jù)需要可以有多個PVC，這種組網(wǎng)方式依賴其它的網(wǎng)絡(luò)但組網(wǎng)方式較為靈活，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。不同的本地網(wǎng)SGSN與GGSN之間的通信，既可以通過FR/ATM網(wǎng)絡(luò)以PVC的方式建立連接，也可以通過省內(nèi)骨干節(jié)點的路由器進行轉(zhuǎn)接，網(wǎng)絡(luò)具有一定的靈活性。

圖5 FR/ATM方式的全省GPRS示意圖

　　若GPRS業(yè)務需求大，這時省內(nèi)將會有多個骨干節(jié)點。各骨干節(jié)點負責部分地區(qū)的業(yè)務匯聚，骨干節(jié)點之間形成網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)互連，省內(nèi)骨干網(wǎng)負責DNS解析和接入全國骨干網(wǎng)。當省內(nèi)有IP骨干網(wǎng)時，GSN節(jié)點等直接連接到IP骨干網(wǎng)上，當沒有IP骨干網(wǎng)時，可以用PPP/FR/ATM等方式將各骨干節(jié)點連接起來。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 多骨干節(jié)點的全省GPRS示意圖

　　3 本地網(wǎng)中GPRS的建設(shè)

　　本地GPRS網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，包括GSN節(jié)點的建設(shè)和無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，其思路如下：GPRS能充分利用已有的GSM無線子系統(tǒng)，只需增加PCU便可支持無線分組數(shù)據(jù)。但由于分組業(yè)務的特性，在無線網(wǎng)方面仍然有些問題需要考慮。

　　在PCU部分，有的廠家每個PCU只支持一個BSC，而有的廠家的PCU可以同時支持多個BSC。PCU與SGSN之間通過PPP或FR的方式用Gb接口實現(xiàn)通信。采用PPP方式，不需要有FR網(wǎng)絡(luò)，PCU作為用戶端而SGSN作為網(wǎng)絡(luò)端，此時每個PCU端在SGSN側(cè)需要一個對應的端口，端口資源消耗大且利用率低。采用FR網(wǎng)絡(luò)，可以將各PCU的數(shù)據(jù)匯聚到SGSN的一個端口上，大大節(jié)省了端口數(shù)，此時PCU和SGSN同時作為FR網(wǎng)絡(luò)的用戶端。圖7是Gb接口的連接示意圖。

圖7 Gb接口連接示意圖

　　本地網(wǎng)中，根據(jù)對GPRS業(yè)務量的需求有以下幾種不同的網(wǎng)絡(luò)配置方式。

　　方式1：本地網(wǎng)局部地區(qū)需要提供GPRS業(yè)務，但不需要SGSN/GGSN。

　　方式2：本地網(wǎng)需要提供GPRS業(yè)務，但不需要GGSN。

　　方式3：本地網(wǎng)需要一個或多個SGSN和GGSN。

　　方式1應用于一些落后地區(qū)的市區(qū)。這些地區(qū)的BSS部分增加PCU單元，通過PPP/FR等方式連接到其它本地網(wǎng)的SGSN，一個SGSN負責多個本地網(wǎng)。為了能支持A、B類手機還需同各本地網(wǎng)MSC之間建立Gs接口，通常采用信令轉(zhuǎn)接點(STP)進行信令轉(zhuǎn)接。

　　方式2中，本地網(wǎng)只配置SGSN，不同的本地網(wǎng)共用一個GGSN。這種方式下，SGSN只負責本地網(wǎng)中的GPRS用戶，只需同本地的MSC建立Gs連接。SGSN通過省內(nèi)骨干節(jié)點實現(xiàn)同外部的連接。

　　方式3中，本地網(wǎng)對GPRS業(yè)務有很大的需求，需要設(shè)置一個或多個SGSN/GGSN節(jié)點。所有的節(jié)點可以放置在一起通過局域網(wǎng)相連，也可以分放在不同地區(qū)通過城域網(wǎng)方式連接。

　　對Gb接口的配置，根據(jù)PCU所負責的GPRS信道的數(shù)目確定Gb接口需要配置的帶寬。對于規(guī)模較小的本地網(wǎng)，可將GSN節(jié)點設(shè)置在交換機房內(nèi)，其PCU經(jīng)過交換機以PPP的方式同SGSN連接，可以節(jié)省中繼線路。當PCU單元數(shù)量多且與交換機位于不同的地方時，可以通過現(xiàn)有的FR網(wǎng)或自己組建FR網(wǎng)絡(luò)接入到SGSN中，此時GSN節(jié)點位置相對靈活。

　　本地網(wǎng)的建設(shè)中，還有一個很重要的部分就是GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

　　現(xiàn)在的GSM無線部分有900M Hz和1 800M Hz兩個頻段，它們的互通方式有三種：通過不同的交換機連接、在同一交換機下通過不同的BSC連接、在同一個BSC下通過不同的BTS連接。從目前的網(wǎng)絡(luò)運營情況來看，雙頻網(wǎng)之間的配合上不如人意，GSM1800的業(yè)務吸收也沒有達到設(shè)計的要求，因此對GPRS頻率的選擇，最好是確定只在其中的一個頻段。當雙頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為同一廠家，并且GSM1800有相當?shù)囊?guī)模時，可以考慮在兩個頻段同時支持GPRS。

　　各本地網(wǎng)有不同的頻率使用現(xiàn)狀。對于只有GSM900網(wǎng)絡(luò)的地區(qū)，沒有必要因為要發(fā)展GPRS而建GSM1800無線網(wǎng)絡(luò)；對于已經(jīng)存在雙頻網(wǎng)的地區(qū)，要視其具體網(wǎng)絡(luò)情況決定如何引入GPRS無線網(wǎng)。

　　由單頻網(wǎng)提供GPRS業(yè)務，首先是覆蓋問題，特別是市區(qū)的連續(xù)覆蓋。GSM900發(fā)展最早，覆蓋也最廣，能滿足GPRS建設(shè)的需要。若GSM1800在市區(qū)還沒有實現(xiàn)連續(xù)覆蓋，則在提供GPRS業(yè)務上存在不足。另外，對于同軸電纜或泄露電纜方式提供室內(nèi)覆蓋的系統(tǒng)，因為GSM900的傳輸損耗小于GSM1800，一般都建議用GSM900作為室內(nèi)覆蓋的首選，從這個角度來說GSM900比GSM1800存在一定的優(yōu)勢。

　　影響頻段選擇的另一個因素是干擾問題。由于網(wǎng)絡(luò)初期只有GSM900，為了提供更多的無線容量，采用了各種頻率復用技術(shù)，如跳頻、MRP、IUO等方式，容量提高的同時也引入的更大的干擾。GSM1800建設(shè)較晚，頻率資源相對豐富，通常采用常規(guī)的4×3頻率復用方式。GPRS業(yè)務不同于實時語音的一個特點是它要求有很低的誤幀率，這可以通過重傳機制保證分組數(shù)據(jù)的正確，但重傳將使傳輸時延大、信道盡管很忙但有效的負荷卻低。因此為了有效地保證分組數(shù)據(jù)在無線信道的質(zhì)量，希望干擾能小。在GSM1800的系統(tǒng)中，4×3的頻率分配方式能滿足需要，而在GSM900中，通常BCCH載頻采用4×3復用方式，其它信道采用3×3跳頻復用方式。若在GSM900上建設(shè)GPRS，應選擇BCCH載頻作為GPRS無線信道，此時最多有7個時隙可以作為業(yè)務信道。在業(yè)務初期，一般4個時隙就能滿足一個扇區(qū)的需要，同時GPRS數(shù)據(jù)和語音可以采用信道共享的方式，因此對現(xiàn)有的話音業(yè)務影響不大。隨著業(yè)務的開展，可以單獨為GPRS作頻率規(guī)劃。

　　從上面兩點來看，在目前無線網(wǎng)絡(luò)的條件下，應優(yōu)先選擇在GSM900上建設(shè)GPRS無線網(wǎng)絡(luò)。GSM1800主要承擔語音業(yè)務，隨著GSM1800網(wǎng)絡(luò)建設(shè)力度的加大，網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的提高，可以逐步在GSM1800或雙頻網(wǎng)上同時支持GPRS業(yè)務。

　　GPRS無線信道有4種不同的編碼方式，分別是CS1/CS2/CS3/CS4，對應的速率為9.05/13.4/15.6/21.4k bit/s。由于Abis接口一般是16k bit/s的子信道，目前不能支持CS3/CS4兩種編碼方式，GPRS無線信道的信令采用CS1方式，數(shù)據(jù)業(yè)務信道可以根據(jù)不同的干擾情況靈活地采用CS1和CS2方式。

　　對GPRS本地網(wǎng)的建設(shè)，涉及到GPRS無線信道的估算，PCU、SGSN、GGSN單元的處理能力以及鏈路的需求情況。其規(guī)劃流程如圖8所示。

圖8 本地網(wǎng)GPRS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程示意圖

　　作者簡介（ Biography）

　　賀豐 1996年畢業(yè)于北京郵電大學無線電工程系，獲學士學位；1999年畢業(yè)于北京郵電大學電信工程學院，獲碩士學位，研究方向是移動通信。現(xiàn)就職于信息產(chǎn)業(yè)部電信規(guī)劃研究院移動通信處。

　　趙傳鋼 1993年畢業(yè)于山東師范大學數(shù)學系，獲學士學位；1999年畢業(yè)于北京郵電大學信息工程學院，獲碩士學位，研究方向是數(shù)據(jù)通信。現(xiàn)就職于信息產(chǎn)業(yè)部電信規(guī)劃研究院新業(yè)務通信處。

摘自《電信建設(shè)》2001.6

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