GPRS技术介绍

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2024年7月25日发(作者：)

GPRS技术介绍

第一章 GPRS的引入

截至目前为止，我国移动用户已达到1.4亿，其中中国移动为1.1亿，中国

联通0.3亿，数字GSM系统已实现了国际漫游，已与70多个国家和地区、170

多家运营公司开办了GSM自动漫游业务，是全球第一大GSM网络和用户群。

同时中国移动和中国联通自己建设的移动互联网也具备了一定规模，完全可以提

供网络和业务的接入。

1.1 市场的需求

对于移动互联网业务有需求的用户数量快速增长，GSM网络已经不能满足

市场对分组数据移动业务的需求，在GSM网络上开通数据业务的主要缺点如下：

1) 数据传输在空中接口速率9.6kb/s，带宽窄，速率慢。

2) 电路交换方式进行数据传输不能充分利用无线资源，增加了GSM网络的负

担。

3) 始终占用无线信道。

4) 按时间收费。

1.2 技术的需求

GPRS(General Packet Radio Service) 通用分组无线业务

－

是在GSM基

础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输网络，提供一种端到端分组交换

业务。作为向3G网络过渡的2.5代技术，GPRS可最大限度重用已有的GSM

网络基础设施，GPRS采用先进的无线分组技术,将无线通信与因特网紧密结合，

终端更适应互联网的业务需求，可提供更好的数据业务。作为一种先进的、全新

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的无线网络承载手段，将全面提升无线数据通信服务。GPRS的引入，无需更换

手机号码，不会影响原有手机、原有业务的使用，与原有的GSM相比，具有时

尚前卫，令人耳目一新的优势：

1) GPRS提供了更高的数据传输速率:GPRS最高理论传输速度未171.2kbps，

目前可以支持40kbps左右的传输速率。

2) 时隙捆绑：一个用户可以同时占用几个信道，提高传输速率。

3) GPRS提供高效的无线资源利用率，多个用户可共享一个无线信道，提高了网

络利用率。

4) 永远在线：只要激活GPRS应用后，可以始终保持在线状态，而无需一直占

用无线信道。

5) 按数据流量收费，经费方式更加科学合理。

6) 快速拨号建立连接进行登录，话音和数据业务切换方便。

7) 利于向第三代核心网的过渡。

在技术上，由于3G技术标准尚未完全统一，导致全球各国3G网络商用进

程一推再推，同时各运营商考虑在现阶段直接建设3G网络投资太大，只能充分

挖掘现有GSM网络无线资源。特别对于中国移动来说，为了在现有网络基础上

与中国联通的IS95 CDMA网络竞争，引入GPRS技术势在必行。

第二章 GPRS的业务和应用

2.1 GPRS提供的业务种类

在PLMN中，GPRS（通用分组无线业务）使得用户能够在端到端分组传输

模式下发送和接收数据。以GPRS承载业务支持的标准网络协议为基础，GPRS

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网络营运者可以支持或提供给用户各种电信业务。GPRS提供应用业务的特点：

— 适用不连续的非周期性（突发）的数据传送，突发出现的时间间隔远大

于突发数据的平均传输时延；

— 适用小于500字节小数据量事务处理业务，允许每分钟出现几次，可以

频繁传送；

— 适用几千字节大数据量事务处理业务，允许每小时出现几次，可以频繁

传送。

上述GPRS应用业务特点表明：GPRS非常适合突发数据应用业务，能高效

利用信道资源，但对大数据量应用业务GPRS网络要加以限制。主要原因是：

－ 数据业务量较小。GPRS网络时依附于原有的GSM网络之上。但在目

前，GSM网络还主要提供电话业务，电话用户密度高业务量大，而GPRS数据

用户密度低。在一个小区内不可能有更多的信道用于GPRS业务。

－ 无线信道的数据速率较低。采用GPRS推荐的CS-1和CS-2信道编码

方案时，数据速率仅为9.05 Kbit/s和13.4Kbit/s（包括RLC块字头）。但能够

保证实现小区的100%和90%覆盖时，能满足同频道干扰C/I9dB要求。原因

是CS-1和CS-2编码方案RLC（无线链路控制）块中的半速率和1/3速率比特

用于前向纠错FEC，因此降低了C/I要求。因此目前GPRS应主要采用CS-1和

CS-2编码方案，能满足现有电路设计要求。

－虽然CS-3和CS-4编码方案数据速率较高,为15.6Kbit/s和21.4Kbit/s

（包括RLC块字头），它是通过减少和取消纠错比特换取数据速率的提高。因此

CS-3和CS-4编码方案要求较高C/I值。仅适合能满足较高的C/I值的特殊地区

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使用。

－ 当采用静态分配业务信道方式时，初期一个小区一般考虑分配一个频道

（载波）即8个信道（时隙）用于分组数据业务。

举例：某家公司的第一代GPRS BSS多时隙工作能力：上下行各5个时隙（PDCH）

用于全双工MS。一个小区仅能提供上下行最高数据速率小于67Kbit/s（CS-2

编码）。当下行4个时隙（PDCH）和上行2个时隙（PDCH）用于半双工MS

工作。一个小区仅提供下行最高数据速率小于53.6Kbit/s（CS-2编码）和上行

最高数据速率小于28.6Kbit/s（CS-2编码）。

－多时隙信道一般用于Web浏览业务和FTP文件传送业务等。由于多时隙

信道数量有限，因此GPRS网络要对大数据量应用业务加以限制，允许每小时出

现几次。

－当GPRS业务和GSM业务共享信道，采用动态分配信道方式时，电话有

较高的优先级。可利用任何一个信道的两次通话间隙传送GPRS分组数据业务，

如果某个信道用于GPRS业务，一个分组数据信道（PDCH）可以实现多个GPRS

MS用户共享（即多个逻辑信道可以复用到一个物理信道），因此GPRS特别适

用突发数据的应用，大大地提高了信道利用率。

2.2 承载数据业务

GPRS提供的承载数据业务又叫GPRS网络业务，在GPRS中定义了两类承

载业务：点对点数据业务（PTP）和点对多点数据业务（PTM）。

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2.2.1点对点数据业务

GPRS提供的点对点数据业务（PTP）又可分为两类：

a. 点对点无连接网络业务（PTP-CLNS）

b．点对点面向连接网络业务（PTP-CONS）

2.2.2 点对多点数据业务（PTM），PTM业务又可细分为三类：

a. 点对多点组播业务（PTM-M）

b. 点对多点群呼业务（PTM-G）

c. IP组播业务（IP-M）

2.3 GPRS基本业务可适用的补充业务

适用与GPRS承载业务的补充业务可分为两类：GSM Phase2的补充业务

和GPRS特定的补充业务。

2.3.1 GSM Phase2补充业务

多数GSM phase2补充业务不能在GPRS网中应用。但是以下GSM

phase2补充业务可以用于GPRS，通过协商可以使用GPRS的PTP-CONS，

PTP-CLNS，PTM-G和IP-M（网络业务）工作方式来提供。GSM phase2补

充业务不能用在PTM-M工作方式。GSM phase2补充业务用于GPRS包括：

a. 无条件呼叫前转（CFU）和MS不能到达时的呼叫前转（CFNR）；

b. 闭合用户群（CUG）；

c. 送付费通知（AoCI）和付费清单（AoCC）；

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2.3.2 GPRS特定的补充业务

可以向GPRS用户提供GPRS特定的补充业务。该补充业务可针对GPRS

的基本业务来签约使用。目前提供的为‘闭锁GPRS互通文件’业务。该补充业

务通知闭锁激活的互通文件，从而限制用户接入到外部数据网络。

2.4 GPRS与现有业务的关系

GPRS业务与现有业务的关系包括：GPRS与GSM点对点PTP短消息业务

（SMS）的关系和GPRS与GSM电路交换业务的关系。

2.4.1 与GSM点对点短消息业务关系

MS通过GPRS无线信道能接收来自GSM的短消息SM业务（MT方向），

MS也能经GPRS信道发送SM业务（MO方向）。

如果MS附着在GPRS上而未附着在CS业务上，则短消息业务通过GPRS

信道来提供；如果MS同时附着在GPRS上和CS业务上，则短消息业务在GPRS

信道和CS信道上都可以传送，优先选择哪个信道来传送由运营者确定，一般来

说，通过GPRS信道传送短消息无线资源效率会高一些。此外，如果CS控制信

道正在使用，则通过SGSN来对MT短消息进行寻呼。

2.4.2 与电路交换业务关系

引入GPRS之后，GSM网就包括了电路交换和分组交换两个部分，这两个

部分分别有自己的移动性管理、呼叫控制以及用户数据传输等一套相对独立的功

能。但这两部分也非截然分开的，它们可以通过Gs接口联系起来，使MSC/VLR

与SGSN之间相互配合而实现诸如联合位置更新、经由GPRS进行CS寻呼等功

能，从而节约网络及无线资源。

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根据网络对电路业务和GPRS业务的寻呼方式及其配合关系，可将网络划

分为表2-1所示的三种网络工作模式。

表2-1 网络工作模式

模式

I

电路寻呼信道

分组寻呼信道

CCCH寻呼信道

分组数据信道

II CCCH寻呼信道

GPRS寻呼信道

分组寻呼信道

CCCH寻呼信道

－

CCCH寻呼信道

寻呼配合关系

需要SGSN与MSC/VLR配合进行寻呼，

应选用Gs接口。

MS只需监视一个寻呼信道，如果给MS

分配了分组数据信道，则MS就在该分

组数据信道上接收电路业务的寻呼信

息。

不需要SGSN与MSC/VLR配合进行寻呼。

MS只需监视CCCH寻呼信道，但即使给

MS分配了分组数据信道，MS也仍在

CCCH寻呼信道上接收电路业务的寻呼

信息。

III CCCH寻呼信道

CCCH寻呼信道

分组寻呼信道

CCCH寻呼信道

不需要SGSN与MSC/VLR配合进行寻呼。

MS需要监视CCCH寻呼信道和分组寻呼

信道这两个信道。

另外，GPRS终端有以下三类，终端与上述网络工作模式相配合，实现电路

交换业务与分组交换业务的关联：

✓ A类：GPRS和GSM电路型业务可同时工作。

✓ B类：可附着在GPRS和GSM电路型业务上，但二者不能同时工作。

✓ C类：只能附着在GPRS业务上。

以下是几种GPRS分组交换业务与原GSM电路交换业务配合工作的情形：

- 联合的GPRS/IMSI附着以及分离功能。当MS执行联合的GPRS/IMSI附着

时，MS送请求到SGSN，SGSN通知MSC/VLR，MSC/VLR存储SGSN的地

址。当MS已经实现了IMSI连接时，也实现了GPRS连接。这样可以节省无线

资源。

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- 联合的路由区/位置区更新功能。当MS同时改变了路由区和位置区时，联合

的路由区/位置区更新请求从MS送到SGSN，SGSN将位置区更新请求转发给

VLR，VLR即可知道MS位置区的改变，这样可以节省无线资源。

- B类MS的悬置/恢复程序功能。B类当B类MS在GPRS业务期间，有一个

电路交换呼叫呼入，MSC/VLR送给SGSN一个悬置通知，SGSN收到通知后

悬置（临时中断）GPRS连接。当电路交换呼叫完成以后，MSC/VLR送给SGSN

一个恢复通知，SGSN收到通知后再恢复GPRS连接，这样避免了MS重建GPRS

连接。

-

经过GPRS网络实现电路交换业务寻呼功能。当MSC/VLR收到一个移动终

接的呼叫或短消息时， MSC/VLR发送寻呼请求到SGSN。SGSN通过GPRS

寻呼信道或分组数据信道发送电路交换寻呼（SGSN完成MSC寻呼信息转换成

SGSN寻呼信息），MS利用正常的电路交换GSM信道给出寻呼响应。

2.5 GPRS应用业务举例

2.5.1

GPRS应用业务概述

GPRS应用（电信）业务是以支持GPRS承载业务的标准网络协议为基础，

GPRS网络管理者为用户提供（支持）一些增值业务。按照GPRS承载业务支持

的应用业务来划分，包括：GPRS点对点PTP承载业务支持的应用业务和点对

多点PTM承载业务支持的应用业务两大类。如果按照应用范围划分，又可分为

面向集团内部用户的纵向应用和面向个人的横向应用两种。移动数据的应用业务

还可能有其他的分类方法。目前移动数据应用领域处于不断发展的过程中，不断

有新的应用业务出现，国际上没有统一的分类方法。下面仅以GPRS承载业务支

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持的应用业务进行分类举例说明：

- 点对点PTP承载业务支持的横向（面向个人）应用业务：

1）电子信箱E-mail业务，特别适合（公司）外出办公人员随时接入公司数据库

和收发E-mail，是目前横向应用的主流；

2）Telnel远程登录业务，实时（没有存储转发功能）双向端到端横向应用业务；

3）FTP文件传输业务；

4）交互式信息服务：Web浏览业务：访问数据库；信息查询访问；

5）电子号码薄（目录）服务，查找有关Internet用户信息服务（E-mai地址，

电子号码）；

6）检索服务：用户给出查询关键词，系统自动查询因特网上的信息资源等等。

－ 点对点PTP承载业务支持的纵向（面向集团用户小数据量事务处理）应用

业务：

信用卡确认（POS）；保安系统（电子监控）；GPS自动定位跟踪业务（运

钞车定位跟踪）；电子商务；电子银行；远程商务洽谈；石油、天然气管道监测

系统；煤、水、电远程读表；彩票交易；仓库等监视系统等等。

－ 点对多点PTM承载业务支持的纵向（面向集团用户小数据量事务处理）

应用业务：

点对多点PTM单向应用业务：新闻；股票金融信息；天气预报；业务报告；

产品和业务广告；航班时刻表等等。

点对多点PTM双向（多向）应用业务：调度系统，外出流动工作人员任务

分派调度管理；车队（出租车，邮政快递）调度管理；交通运输路由导引；集装

箱码头船舶调度管理等等。

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第三章 GPRS无线子系统

3.1 GPRS无线接口概述

SNDCP

LLC

RLC

MAC

物理链路

物理射频

SNDCP

LLC

RLC

MAC

物理链路

物理射频

MS Um

图3－1 GPRS MS－网络参考模型

GPRS无线接口参考模型见图3-1。由下至上分为以下几层：

－物理射频层主要规定了载波特性、信道结构、调制方式以及无线射频指标；

－无线链路主要的控制功能包括时间提前量的确定、无线链路信号质量、小

区选择及重选、功率控制等；

－数据链路层的低层部分（RLC/MAC）提供在物理层之上的信息传送能力。

它的主要功能包括采用有选择的重传进行反向纠错。以及允许多个MS共享信道

资源的动态信道分配方式。RLC/MAC使用物理层的业务，而更高层的用户使用

RLC/MAC层的业务。

3.2 GPRS无线接口的基本工作原理概述

3.2.1 无线信道结构

3.2.1.1 逻辑信道分类

承载分组逻辑信道的物理信道称为分组数据信道（PDCH）。PDCH的逻辑信

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道可分为业务信道和控制信道两大类。

(1) 业务信道

GPRS的分组业务信道（PDTCH）是在分组交换模式下承载用户数据。它

用于一个MS或在点对多点广播方式中，可指定广播到一组MS。在多个时隙工

作时，一个MS可并行使用多个PDTCH用于一个数据分组传送。由于不同的逻

辑信道可以复用在一个物理信道上，PDTCH可承载0－21.4kb/s的纯数据速率

（包括RLC字头）。

与电路型双向业务信道所不同的是，PDTCH为单向业务信道，它或者是上

行信道以用于移动台发起的分组数据传送，或者是下行信道以便于移动台接收的

分组数据。

（2）控制信道

控制信道用于承载信令或同步数据。控制信道可分为三类：广播控制信道、

公共控制信道和专用控制信道。

 广播控制信道

下行链路的分组广播控制信道（PBCCH）广播分组数据的特定系统信息。

如果不配置PBCCH，则由原有的BCCH（广播控制信道）中广播分组操作的信

息。

在BCCH上将会给出明确的指示，本小区是否支持分组数据业务。如果支

持且具有PBCCH（分组广播控制信道）则会给出PBCCH的组合配置信息。

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 公共控制信道

分组公共控制信道（PCCCH）用于分组数据公共控制信令的逻辑信道，包

括以下控制信道：

i) 分组寻呼信道 (PPCH):下行信道，用于寻呼移动台。PPCH也使用寻呼

组，可支持DRX。PPCH可用于电路交换和分组交换数据业务寻呼，但

电路交换业务的寻呼仅适用于A级和B类的移动台。

ii)分组随机接入信道 (PRACH): 上行信道，移动台发送随机接入信息或对

寻呼的响应以用于请求分配一个或多个PDTCH。

iii)分组接入准许信道 (PAGCH): 下行信道, 用于向移动台分配一个或

多个PDTCH。当MS工作在分组传输方式时，也可在分组随路控制信道

（PACCH）上为电路交换业务寻呼移动台。

iv)分组通知信道(PNCH): 下行信道, 用于通知移动台PTM-M的呼叫。

如果未分配分组公共控制信道，分组交换操作的信息将会在CCCH上传送。

如果分配了分组公共控制信道，它也可传送电路型的信息。

 专用控制信道

i)分组随路控制信道（PACCH）传送包括功率控制信息、测量？等信息。

PACCH还携带资源分配和再分配信息。可用于PDTCH容量分配或将来新

增加PACCH。一个PACCH可以对应分配给一个MS的一个或几个分组数据

业务信道。PACCH为双向信道。

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ii)分组定时控制信道－上行（PTCCH/U）：用于传送随机突发脉冲以估计

分组传送模式下的时间提前量。

iii)分组定时控制信道－下行 (PTCCH/D): 用于向多个移动台传送定时提

前。

3.2.1.2 逻辑信道与物理信道的映射

上述的GPRS逻辑信道可以按以下4种方式组合到物理信道上：

i) PBCCH+PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH

ii) PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH

iii)PDTCH+PACCH+PTCCH

iv) PBCCH+PCCCH

－PCCCH将会映射到不同于CCCH的物理信道上。但一个小区并不一定固

定分配一个PCCCH。当未分配时，由CCCH来传送分组信息。

－一个PDTCH可映射到一个物理信道。一个MS可最多分配8个PDTCH

（在同一载波上不同的时隙）。

－一个PACCH可映射到一个物理信道。PACCH以块为单位动态分配，但

PACCH和PDTCH之间保持相对固定的关系。如果MS指配了一个PDTCH，其

相对应的PACCH应处于同一物理信道。如果在多时隙操作下，指配了多个

PDTCH，则PACCH会分配在业务信道之一的物理信道上。

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3.2.2 信道编码

对于分组业务信道承载RLC（无线链路控制）数据块可采用CS-1－CS-4

不同的编码方式，其数据速率分别为9.05kb/s,13.4kb/s,15.6kb/s,21.4kb/s。

CS-1的编码方式与电路型SDCCH信道编码方式相同，其C/I可保持在

6dB。网络应根据数据速率要求和无线传输的质量来动态选择不同的编码方案。

每个时隙都可以选择不同的编码方案。当网络无线传输质量较好时，意味着错误

无线块重传的概率较小。这时可采用信息量更大的CS-2编码。

由于TRAU的子复用速率为16kb/s，一般厂家在初始开发阶段主要实现

CS-1和CS-2，在以后的阶段开发出32kb/s， 64kb/s的TRAU，从而逐步实

现CS-3, CS-4。

3.2.3 无线资源管理

支持GPRS的小区可分配一个或多个物理信道以传送GPRS的业务。在物

理信道分配的时候是从公共的物理信道资源中为电路交换或分组交换分配相应

的业务信道，其分配的原则依据“按需分配”。对于分配的分组业务信道，可由

多个用户来共享。

最初阶段的公共控制信道设置在PCCCH上（若分配）或CCCH。仅当有

GPRS分组数据传送时，才有专门为GPRS分配的资源。

小区中所分配的PDCH的数目应能够根据需要增加或减少。主要采用：

－负荷监视：监视小区中PDCH的业务量以确定PDCH的数量增加还是减

少。

－动态分配PDCH：小区中未分配的信道可分配给PDCH以增加GPRS整

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体的业务质量。在有高优先级业务申请使用时，可让出占用的PDCH信道。

在小区中，BSS对于业务资源进行监视，在GPRS用户需要传送数据业

务时，BSS根据用户的能力和业务需要以及小区中现有的空闲信道情况将一个或

多个物理信道用于PDCH，当GPRS业务量减少时，BSS又可将空闲的时隙用

于电路型业务（TCH）。如果用户需要高速率的GPRS，而GPRS移动台又能支

持多时隙操作，则BSS将根据提供服务的小区中的空闲信道数目分配多个时隙

的分组业务信道。

3.2.4 功率控制程序

功率控制对于提高频谱有效性和减少MS的功率输出是非常有益的。由于

在分组数据业务中没有连续的双向连接，因此其功率控制算法要比电路型的复杂

很多。

对于上行链路，MS应执行灵活的功率控制算法，可实施开环功率控制、

闭环功率控制或质量功率控制。

下行链路功率控制在BTS执行，因此在规范中不需指定实际的算法，但需

要MS能够传送信道质量的报告（目前标准化工作仍在进程中）。

一般厂家在初始阶段仅支持上行链路的开环控制，而将逐步支持闭环控制和

下行链路控制。

3.2.5无线指标

考虑到分组数据业务与话音业务对信道特性的要求不同，对MS和BSS的指

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标要求低于电路型业务。GPRS对GSM900/1800正常BTS和GSM900普通

MS的灵敏度要求与电路型业务相同，但对于GSM900小型MS、GSM1800

的MS，GSM900/1800微蜂窝BTS的灵敏度要求则降低2－17dB; GPRS对于

同频干扰的要求与电路型业务相同。

3.2.6 无线信令媒体接入控制（MAC）和无线链路控制（RLC）协议功能

3.2.6.1 MAC层

 业务

MAC可使得多个MS共享相同的传输媒体（可包括几个物理信道）。MAC

功能可对于多个MS尝试同时发送提供仲裁，并提供避免争抢、检测和恢复程序。

MAC的操作功能也允许单个MS平行地使用多个物理信道，但时隙不同。

 功能

－提供在上行和下行链路上数据和控制信令的有效复用。在下行链路上，

复用遵循按序发送机制，而在上行链路上，复用是受控于向每个用户分配的信道。

－对于移动发起的信道接入（上行链路），信道接入尝试间的争抢判决包括

争抢检测和恢复。

－对于移动终止的信道接入（下行链路），依据顺序的接入尝试分配资源。

－优先级处理。

3.2.6.2 RLC层

 业务

RLC功能定义了选择性地重传未成功发送的RLC数据块。

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 功能

－RLC作为高层链路控制层（LLC）和下层媒体接入控制（MAC）的接口传

送相关原语；

－将LLC层的协议数据单元（PDU）分段和重组到RLC数据块；

－实施后项纠错（BEC）程序，以便有选择地重传不正确的码字。

3.2.6.3 操作模式

每个PDCH作为多个MS与网络之间共享的媒体。GPRS无线接口包括非

对称的，独立的上行、下行信道。下行载体作为网络与多个MS之间通信的媒体

不需要争抢仲裁，而上行链路组需要采用争抢判决程序来控制多个MS的接入与

共享。

－上行状态标记（USF）用于在PDCH上允许多个MS复用无线块（通常

为4个连续的突发脉冲）。USF有3个比特可以表示8种状态，它可用于上行链

路的复用；即8个MS可依据USF实现在上行信道上同一时隙内的复用；网络

通过改变USF值来动态地调整分配给某个MS的上行无线资源；

－临时流量识别（TFI）：为了在RLC层上实现有选择的ARQ协议，需要对

于每个临时块流量（TBF）定义一个临时流量识别（TFI）。该参数用于同一小区

中同一时隙LLC帧传送序列，用以取代RLC/MAC层中的MS识别。

3.2.7 程序举例

3.2.7.1 无线资源管理

（1）上行链路资源分配

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

上行链路接入

MS

Channel request

Immediate assignment

SABM (RR initialsition req.)

PDCH Assignment command

图3－2 上行链路分组传送，接入和分配分组接入

BSS

MS在PRACH或RACH上发起“信道请求”消息，并指示建立原因为分组

接入。网络在PAGCH或AGCH上进行响应。可采用一步或两步的分组接入方

法：

采用一步的方法：网络侧以“立即指配”响应MS发出的“信道请求”。网

络侧根据“信道请求”的指示进行预留。当“信道请求”消息在RACH信道上

传送时，它仅能够表示出GPRS呼叫，而没有其他的信息可供参考。此时，网络

一般预留1－2个PDCH作为缺省处理。

采用两步的方法，网络首先发送“立即指配”以预留了下一步上行需传送的

“初始RR请求”的信道资源。在“初始RR请求”消息中MS发送TLLI，信道

请求描述等信息，以便于网络为MS确定预留资源。见图3－2所示的两种信令

处理方式。

当MS进入到专用模式，网络发起指配程序为MS分配信道资源。网络根

据MS的业务需求发送“PDCH 指配命令”消息，在该消息中包括分配的信道

描述，功率控制，TBF信息，接入时间等）。

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 上行链路动态分配

分组的立即指配消息包括PDCH列和每个PDCH相对应的USF值。MS监

视分配给它使用的USF，并在其无线块上发送数据。随着USF值的变化，PDCH

对于一个MS来说一会儿打开一会儿关闭。另外，对于高优先级的分组信息和控

制消息可以中断MS的传送。当然，信道资源预留算法是非常灵活的，也可以采

用预定一段时间由MS无中断地传送等方法。

 上行链路固定信道分配

固定分配采用“分组立即指配”或“分组资源指配”消息，以便向MS分配

一个专用固定上行资源。固定资源的分配包括起始帧，分配的时隙，每帧中指配

的块（采用比特映射方式表示）。MS仅需要以上分配的资源信息在上行链路上

进行传送而不需要监视下行的USF值。如果资源不够用，则MS会请求附加资

源。其信令的信息流程与动态分配基本相同，只是在资源分配时采用了“固定资

源再分配”程序。

（2）下行链路资源分配

MS

Paging request

Channel request

Immediate assignment

SABM (Paging response)

PDCH Assignment command

图3－3 寻呼程序示意图

BSS

Paging PS(CS)

SGSN

网络需要通过寻呼程序来完成MS被叫的接续。首先SGSN向BSS发送“寻

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呼分组业务（或电路业务）”消息，其中包括IMSI，DRX参数，QoS文件等信

息。若消息中带有P-TMSI在BSS向MS发送寻呼请求时可采用P-TMSI。

网络可在PPCH/PCH或PACCH上发送“寻呼请求”消息。MS以“信道

请求”消息进行寻呼响应。同上行链路程序相类似，网络发送“立即指配”消息

与MS建立专用信令信道，其中带有分组响应的类型，信道描述，分组下行指令

（包括TFI等信息）。同一下行PDCH不同MS无线块的复用是通过TFI来区分

的。在专用信令信道上MS发送“寻呼响应”，其中带有TLLI。网络可根据TLLI

转换为用户识别。此时，MS的移动性管理状态转为“准备好（Ready）”。（其

寻呼的流程图见图3－3）。在寻呼之后，网络发送“PDCH资源指配”消息。该

消息中包括用于下行数据传送的PDCH列以及相应的PACCH，时间提前量和功

率控制等信息。

3.2.7.2 A接口采用GMM程序

在Gb接口中，部分信令采用中继程序。在上行链路，采用UL-UNITDATA

PDU消息来传送，其中除了直接包括高层LLC-SDU信息单元外，还包括PDU

类型，TLLI，QoS，小区识别等信息单元；在下行链路，采用DL-UNITDATA PDU

消息来传送，其中除了包括LLC-SDU信息单元外，还包括PDU类型，TLLI，

QoS，MS接入能力，PDU寿命等信息单元。

(1) 加密

GPRS与GSM电路型业务的加密不同。GSM电路型加密是在MS与BSS

之间的无线路径（物理层）进行的，在A接口加密程序是不透明的，即BSS需

- 20 -

GPRS技术介绍

要进行处理。而在GPRS系统中，加密是在MS与SGSN之间进行的，BSS不

需做任何工作（Gb接口透明）。且加密时在LLC层进行的。GPRS采用特定的

加密算法，由于SGSN不知道TDMA帧号码，就采用了LLC帧号码来代替，加

密程序仍采用标准加密键（Kc）的管理程序。加密程序见图3－4。由于子加码

程序启动之间已经进行了鉴权程序，在加密中需要指示的加密序列号和加密算法

等信息已经传送给MS。“加密模式命令”仅指示MS启动加密。MS返回“加

密模式完成”表示已启动加密。

图3－4 加密程序示意图

Ciphering mode complete

MS

Ciphering mode command

SGSN

（2） 附着与分离

MS

Attach request

Attach accept

图3－5 附着程序示意图

Attach complete (可选)

SGSN

MS发起的附着程序首先发送“附着请求”其中主要带有用户识别信息（IMSI

或P-TMSI），路由区识别。SGSN可调用鉴权等程序，当接受附着时向MS回

- 21 -

GPRS技术介绍

发“附着接受”消息(带有P-TMSI)。若重新分配了P-TMSI时，MS可回发“附

着完成”以确认P-TMSI再分配成功。

在分组与电路结合的附着方式中，附着类型指示为“Combined GPRS

attach”，根据网络的能力和实现情况，网络在回发的“附着接受”消息中可附

着结果为结合方式或仅为GPRS。

MS分离程序与MS的附着程序基本类似。

(3) 位置更新

MS

RA update request

RA update accept

图3－6 位置更新程序示意图

RA update complete (可选)

SGSN

MS发送“路由区更新请求”消息，其中包括原有的RAI，新的RAI，P-TMSI

等；网络可进行鉴权程序，然后向MS回发“路由区更新接受”消息（P-TMSI，

原因）。若重新分配P-TMSI则MS以“路由区完成”来确认。

（4）会话管理

MS与SGSN之间建立会话连接，包括PDP上下文的激活、去活和修改。

下面以PDP上下文的激活为例说明会话管理程序。

MS

Active PDP context request

Active PDP context accept

- 22 -

SGSN

GPRS技术介绍

图3－7 PDP上下文激活示意图

MS发起“激活PDP上下文请求”消息。其中包括用于接续的识别和路由

信息（NSAPI，TI，APN等），以及要求的QoS；SGSN根据信息建立与GGSN

的连接，并回发“激活PDP上下文接受”消息，指示相应的QoS参数，以供

MS确定是否可接受。

第四章 GPRS网络部分

4.1 GPRS网络组成

4.1.1 网络结构

GPRS的逻辑结构如图4－1所示。

- 23 -

GPRS技术介绍

SGSN

SMS-GMSC

SMS-IWMSC

E

Gd

MSC/VLR

A

TE

R

MT

Um

Gb

SGSN

Gp

GGSN

其他

PLMN

信令接口

信令和数据传送接口

BSS

Gs

Gb

SGSN

Gn

D

SM-SC

C

HLR

Gc

Gi

GGSN

PDN

TE

Gr

EIR

Gf

图4－1 GPRS的逻辑结构

从网络侧看，GPRS是在GSM网络的基础上增加SGSN和GGSN这两种

网络实体以及Gb、Gn/Gp、Gi、Gr、Gf、Gd、Gs、Gc等接口而实现的。SGSN

（服务GPRS支持节点）和GGSN（网关GPRS支持节点）是实现GPRS业务

的核心实体，它们也可通称为GSN。SGSN是为MS提供移动性管理、路由选

择等服务的节点，GGSN是用于接入外部数据网络和业务的节点。在上述接口

中，Gs和Gc接口是可选接口，需要SGSN与MSC/VLR配合实现诸如联合位

置更新、经由GPRS进行CS寻呼等功能时，就应选用Gs接口；如果选用Gc

接口，则GGSN可直接从HLR获取位置信息，如果未选用Gc接口，则GGSN

需通过其他SGSN或GGSN从HLR获取位置信息。

- 24 -

GPRS技术介绍

GPRS网络的基本组成如图4-2所示。

SMS-GMSC

SMS-IWMSC

MSC/VLR

SM-SC

HLR

EIR

SS7系统

GdGr

Gn

SGSN

ATM/

DDN/

ISDN/

以太网等

GGSN

GfGc

Gs

Gb

MS

Um

BSS

FR

Gi

Internet

Gi

GGSN

GPRS

骨干网

X.25

TE

TE

Gn

SGSN

Gp

BG

其他PLMN

信令接口

信令和数据传送接口

图4－2 GPRS网络组成

来自MS的用户信令与数据在BSS之后分流，电路业务经A接口去往

MSC/VLR进入GSM核心网，分组业务则经Gb接口去往SGSN进入GPRS骨

干网。BSC与SGSN之间可以利用帧中继方式相连，信令和数据都在这一传输

平台中传送，帧中继支持请求带宽，线路利用率较高，费用较低，适用于分组数

据的传输。此外，在业务量不太大的情况下，Gb接口也可以暂时共享原GSM

网A接口的传输资源，在MSC侧通过MUX分复用之后，再将GPRS数据流送

往SGSN。

- 25 -

GPRS技术介绍

GPRS骨干网是图中虚线方框内的部分，在GPRS骨干网内部，各GSN实

体之间通过Gn接口相连，它们之间的信令和数据传输都是在同一传输平台中进

行的，所利用的传输平台可以在ATM、以太网、DDN、ISDN、帧中继等现有

传输网络中选择。

GPRS骨干网中的SGSN和GGSN还通过Gr/ Gc、Gs、Gf、Gd等接口分

别与HLR、MSC/VLR、EIR、SMS-GMSC等原GSM网络实体相连，这些实体

之间的通信只涉及信令，利用SS7网络进行通信。

GPRS骨干网通过GGSN经Gi接口与外部数据网(PDN)互连，PDN可以是

Internet、X.25/X.75等网络，Gi接口应是与PDN相应的接口，即在与不同的

PDN互连时，Gi接口也不同。

4.1.2 GPRS涉及的主要实体及其功能

GPRS业务的提供涉及MS、BSS、SGSN、GGSN、HLR以及外部PDN等

实体，还可能涉及MSC/VLR、SMS-GMSC等实体。GRPS的主要功能是由

SGSN、GGSN与MS、HLR、PDN等相关实体配合实现的，各实体的功能如下：

 SGSN：为MS服务，主要实现下述功能

✓ 维护SGSN MM上下文，提供移动性管理

✓ 维护SGSN PDP上下文，提供寻路功能

✓ 鉴权、加密等

✓ 计费

 GGSN：是GPRS网与外部PDN相连的网关，

✓ 维护GGSN PDP上下文，提供路由选择功能，分配IP地址

- 26 -

GPRS技术介绍

✓ 实现与外部网络协议等的转换

✓ 计费

 MS：维护MS MM上下文和MS PDP上下文，实现移动性管理、路由选择、

网络接入控制以及无线资源管理等功能。

 HLR：维护GPRS签约数据和路由信息，供SGSN（或GGSN）调用。GPRS

与原GSM共用HLR。

 MSC/VLR：在需要GPRS与其他GSM业务进行配合时选用Gs接口，如：

利用GPRS实现电路交换业务的寻呼，GPRS与GSM联合进行位置(RA和

LA)更新等，这时，MSC/VLR除了存储MS的IMSI外，还需存储同时附着

在GPRS和GSM电路业务上的MS的SGSN编号。

 SMS-GMSC：MS需要通过GPRS无线信道来发送/接收短消息时，SGSN

通过Gd接口与SMS-GMSC连接。

 PDN：是提供分组数据业务的外部网络，如IP、X.25/X.75网等。MS通过

GPRS接入不同的PDN时，采用不同的分组数据协议地址（PDP地址），如：

接入IP网时采用IP地址，接入X.25/X.75网时采用X.121地址。每个PDP

地址对应一个PDP上下文。

上面所提及的MM上下文、PDP上下文、GPRS签约数据等都是GPRS提

供移动分组数据业务所必须的信息，这些信息分别由一系列相关的标识和相应的

状态信息组成，存储在上述各相关实体中，供执行登记、鉴权、移动性管理、路

由选择等功能时调用。

4.2 基本工作原理

- 27 -

GPRS技术介绍

4.2.1 传输和信令协议平台

4.2.1.1 传输平台

GPRS传输协议平台如图4－3所示，它主要由GTP、LLC和RLC协议分别

构成GPRS网各段的传输模式。这三种协议的不同组合对应了不同的QoS级别。

Application

IP / X.25

SNDCP

IP / X.25

relay

SNDCPGTP

UDP /

TCP

IP

Network

service

L1bis

Gb

L2

L1

Gn

GTP

LLC

Relay

LLC

BSSGP

UDP /

TCP

IP

L2

L1

RLC

MAC

GSM RF

RLC

MAC

BSSGP

Network

Service

GSM RFL1bis

Um

MSBSSSGSNGGSN

Gi

图4－3 传输协议平台

Um接口：

 射频部分：采用与GSM相同的传输模式；

 MAC/RLC协议：提供分组数据传输的信道，其中RLC协议可支持MS

与BSS之间的有确认和无确认两种模式的数据传输；

 LLC协议：它与RLC协议是相对独立的，在MS与SGSN之间提供一

条高度可靠的加密的逻辑链路用于数据传输。LLC协议也可同时支持有

确认和无确认两种模式。LLC层可支持多种QoS延时级别；

 SNDCP协议：作为网络层与链路层的过渡，将IP/X.25用户数据进行

- 28 -

GPRS技术介绍

分段、压缩等处理后送入LLC层进行传输。

Gb接口：

 L1bis：物理传输层。

 网络业务（Network Service）：该层基于帧中继，用于传送上层的BSSGP

PDU。

 BSSGP协议：在传输平台上，该协议用于在BSS与SGSN之间提供一

条无连接的链路进行无确认的数据传送；

Gn接口：

 L1/L2：底层传输网络相关的协议，底层传输网络可以是ATM、以太网、

DDN、ISDN、帧中继等；

 UDP/TCP：UDP提供差错保护，用于承载不要求可靠传输的GTP PDU。

TCP提供流量控制以及丢失和差错保护，用于承载要求可靠传输的GTP

PDU；

 IP：用于骨干网内的路由选择。

GTP协议：用于GPRS骨干网中GSN之间数据和信令的隧道传输，它将用

户的PDP PDU用GTP字头封装用于标识特定用户。

4.2.1.2 信令平台

- 29 -

GPRS技术介绍

GMM/SM

LLC

LLC Relay

GMM/SM

LLC

GTP

UDP

GTP

UDP

IP

L2

L1

Gn

RLC

MAC

GSM RF

RLC

MAC

BSSGP

BSSGP

Network

Service

L1bis

Gb

IP

L2

L1

Network

Service

GSM RFL1bis

Um

MSBSS

SGSNGGSN/SGSN

a) MS-SGSN-GGSN信令协议平台

MAP

TCAP

SCCP

MTP3

MTP2

L1

MAP

TCAP

SCCP

MTP3

MTP2

L1

Gr

Gf

Gd

SGSNHLR

EIR

短讯中心

b) SGSN与HLR、EIR、SMS-GMSC/SMS-IWMSC之间的信令协议平台

BSSAP+

SCCP

MTP3

MTP2

L1

Gs

BSSAP+

SCCP

MTP3

MTP2

L1

SGSNMSC/VLR

c) SGSN与MSC/VLR之间的信令协议平台

图4－4 GPRS信令协议平台

MS-SGSN-GGSN之间的信令协议平台如图4－4 a)所示：

✓ MS和SGSN之间：采用GMM/SM协议来实现移动性管理以及网络接入的

相关控制，这将在“移动性管理”的相关章节中进行描述。

✓ Gb接口：采用BSSGP协议来传送与无线相关的QoS、路由等信息，处理

寻呼请求，对数据传输实现流量控制。

- 30 -

GPRS技术介绍

✓ Gn接口：采用GTP 隧道传输协议来传送骨干网的相关信令消息，利用下层

的UDP协议来提供无确认的传送。

SGSN除与MS和GGSN之间有信令交换外，还需与原GSM中的一些实

体进行信令配合来实现相关功能：

✓ SGSN与HLR、EIR、SMS-GMSC/SMS-IWMSC之间的信令协议平台如图

4－4 b)所示，它们之间使用支持GPRS的MAP协议，利用SS7进行传送，

实现鉴权、登记、移动性管理以及短消息传送等功能。

✓ SGSN与MSC/VLR之间的信令协议平台如图4－4 c)所示，采用BSSAP+

协议实现联合的移动性管理、寻呼等功能，也是利用SS7进行传送。

GGSN选择G

C

接口与HLR直接相连时，它们之间的信令平台与图4－4 B)相

同。

4.2.2 地址、编号与标识

GPRS涉及地址、编号以及一些相关的标识，如图3－5所示在各实体中分

布。

在GPRS骨干网中，每个SGSN有一个内部IP地址，用于骨干网内的通信。

另外，它还有一个SS7网的SGSN编号，用于与HLR、EIR等的通信；每个GGSN

有一个内部IP地址用于骨干网内的通信。若GGSN选择了通过Gc接口与HLR

相连，则它也应有一个GGSN SS7编号。此外，作为与外部数据网互连的网关，

GGSN还应具有一个与外部网络相应的地址。

GPRS的终端MS具有一个唯一的IMSI，在附着到GPRS上时，还将由

SGSN分配一个临时的P-TMSI。要接入外部PDN，MS还应具有与该PDN相

- 31 -

GPRS技术介绍

应的地址，称为PDP地址，如：在接入X.25/X.75网时，该PDP地址是X.121

地址；接入IP网时，则PDP地址是外部IP网的IP地址，IP地址可以由GGSN

静态或者动态分配。MS在发起分组数据业务时，还应向SGSN提供一个接入点

名（APN），以使网络知道它要接入哪个外部网络，从而将它寻路到相应的GGSN

上。

一个用户在一个分组数据业务进程中，在MS到SGSN段由TLLI来唯一地

进行标识，在SGSN到GGSN段由TID来唯一地进行标识。

以下是对各标识的描述：

GPRS

MS

PDP地址

NSAPI

P-TMSI

SGSN

SGSN

址

GGSN

GGSN 地

址

X.25/X.75网

X.121地址

TLLI

地

TID=IMSI+NSA

IP网

IP地址

图4－5 GPRS地址/编号示意图

 IMSI：与原GSM用户一样，所有GPRS用户（匿名接入用户除外）都应有

一个IMSI。

注：匿名接入是指，对于某些特定的主机，移动用户可以不经IMSI或IMEI

鉴权和加密而进行匿名接入，这时，匿名接入所发生的资费应由被叫支付。

运营者可根据业务需求来决定是否支持匿名接入，目前我国的GSM网中尚

未引入被叫付费业务，因此，本报告中暂不详细讨论匿名接入相关的业务流

程。

 P-TMSI：附着在GPRS上的用户将由SGSN分配一个用于分组呼叫的

P-TMSI。

 NSAPI/TLLI：网络层业务接入点标识/临时逻辑链路标识（NSAPI/TLLI）配

- 32 -

GPRS技术介绍

对用于网络层的寻路。

✓ TLLI用于标识MS和SGSN之间的逻辑链路，由SGSN根据P-TMSI

导出；

✓ NSAPI在MS中用于标识用户接入哪种网络业务（如X.25或IP），在

SGSN和GGSN之间作为TID的组成部分用于标识相应的PDP上下文。

 PDP地址：GPRS用户的网络层地址，可以有一个或多个，这由该用户所涉

及的外部网络来决定，如：

✓ IP v4地址

✓ IP v6地址

✓ X.121地址

 TID：隧道标识，由IMSI和NSAPI组成，用于在GSN之间（SGSN和GGSN

之间，或新SGSN和原SGSN之间）唯一地标识一个PDP上下文。

 路由区标识（RAI）：MS在GSM电路业务状态下是按位置区(LA)来进行位

置管理，而在GPRS分组业务状态下则是按路由区（RA）来进行位置管理

的。每个路由区有一个路由区标识（RAI），RAI＝LAI+RAC，它将作为系统

信息进行广播。

 小区标识（CI）：与原GSM相同。

 GSN的相关标识：

✓ GSN地址：为与GPRS骨干网上的其他GSN通信，每个SGSN、GGSN

都有一个IP地址（IP v4/IP v6），这些IP地址是GPRS网的内部地址，

每个地址可以有一个或几个相应的域名。

✓ GSN编号：为与HLR、EIR等通信，每个SGSN还有一个SGSN SS7

- 33 -

GPRS技术介绍

编号。若GGSN选择了通过Gc接口与HLR相连，则它也应有一个GGSN

SS7编号。

 接入点名（APN）：由以下两部分组成：

✓ APN网络标识：这部分是必有的，它是由网络运营者分配给ISP或公司

的、相当于其域名的一个标志。

✓ APN运营者标识：这部分是可选的，其形式为“”，

用于标志归属网络。

APN网络标识通常作为用户签约数据存储在HLR中，用户在发起分组业务

时也可向SGSN提供APN，用于SGSN选择应接入相应的GGSN以及用于

GGSN判断接入相应的外部网络。此外，HLR中也可存储一个“野卡（wild

card）”，这样用户或SGSN就可以选择接入一个没有在HLR中存储的APN。

4.2.3 移动性管理

4.2.3.1 路由区的划分

前面已提到，在GPRS中是按路由区（RA）来进行位置管理的。路由区是

位置区的子集，即一个位置区可以作为一个路由区，也可进一步划分为几个路由

区。每个路由区都只有一个SGSN对其提供服务。

4.2.3.2 移动性管理状态

GPRS的移动性管理的功能主要是依靠MS、SGSN、HLR结合相应用户的

MM上下文来配合实现的。移动性管理有下述三种状态：

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GPRS技术介绍

 空闲状态：用户未附着到GPRS上，MS和SGSN中的MM上下文没有

有效内容且不执行移动性管理，MS只能接收PTM-M数据，不能收

发PTP和PTM-G数据，也不能被寻呼。

 待命状态：用户附着在GPRS上，MS和SGSN中的MM上下文已建立，

可在RA的层次上进行移动性管理。

✓ MS：可接收PTM-M、PTM-G数据以及寻呼消息，但不能发送和

接收PTP数据，也不能发送PTM-G数据。

✓ SGSN：可接收MT PTP或PTM-G数据，然后向MS发出寻呼，寻

呼应答后转入准备就绪状态。

 准备就绪状态：可在小区的层次上进行移动性管理。

✓ MS：可发送和接收PTP数据；可接收PTM-M和PTM-G数据。

✓ SGSN：不能对该MS进行GPRS寻呼，但可经GPRS对该MS进

行其他业务（如CS）的寻呼。

MS、SGSN在不同事件的触发下，在这三种状态之间进行转换。如上所述，

每种状态对应了一种确定的功能级以及一系列相关信息，这些状态及相关信息就

组成了MM上下文，在MS和SGSN中进行维护和控制。一个用户（或IMSI）

对应唯一的一个MM上下文。

4.2.3.3 移动性管理的协议配置

如图4－4所示，在空中接口Um处，采用GMM/SM（GPRS移动性管理

和进程管理）协议来实现移动性管理规程。GMM/SM协议分布在MS和SGSN

中，利用其下层的LLC 和RLC/MAC协议来支持消息传送。

- 35 -

GPRS技术介绍

在网络侧，SGSN和HLR之间（Gr接口）以及SGSN和EIR之间（Gf接

口）将采用MAP协议来支持移动性管理规程；在SGSN和MSC/VLR之间的可

选接口Gs上，采用BSSAP+协议来支持移动性管理。

4.2.3.4 移动性管理的主要功能及流程

（1） 接入控制与安全性

GPRS的移动性管理规程通常与登记、用户鉴权、标识校验、加密等接入控

制与安全性管理等一起执行。

 登记

当MS需要接入GPRS时，首先需要进行登记，从而将用户的IMSI与用户

的PDP地址、相应的SGSN IP地址和SS7编号等相互关联起来。GPRS的登记

过程由MS、SGSN和HLR配合完成，以下是一个登记过程示例：

1) MS：向SGSN发出附着请求（IMSI等）；

2) SGSN：通知HLR进行位置更新（IMSI、SGSN IP地址和SS7编号等）；

3) HLR：如“位置管理”一节所述进行位置更新，并向SGSN返回确认；

4) SGSN：向MS返回确认，完成登记过程。

 用户鉴权

GPRS的鉴权过程与原GSM的相似，但该过程是由MS、SGSN和HLR

来执行的：

1) SGSN：向HLR发出发送鉴权信息（IMSI）；

2) HLR：返回鉴权信息确认（包含鉴权Triplets：RAND、SRES和Kc）；

3) SGSN：向MS发出鉴权请求（RAND、CKSN、加密算法）；

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GPRS技术介绍

4)

MS：返回鉴权响应（SRES），完成鉴权过程。

MSBSSSGSNHLR

Send Authentication Info

Send Authentication Info Ack

Authentication Request

Authentication Response

图4－6 鉴权流程

 P-TMSI的分配

P-TMSI由SGSN分配：

1) SGSN：向MS发出P-TMSI重新分配命令消息（新P-TMSI，P-TMSI

签名，RAI）；

2) MS：向SGSN返回P-TMSI重新分配完成消息。

注：P-TMSI签名是一个与P-TMSI相关的可选参数，用于附着和位置更新

等规程。

MSBSSSGSN

P-TMSI Reallocation Command

P-TMSI Reallocation Complete

图4－7 P-TMSI重新分配流程

 标识校验

IMEI校验规程与原GSM相似，只是由SGSN代替MSC：

1) SGSN：向MS发出标识请求（标识类型）；

2) MS：向SGSN返回标识响应（移动标识）；

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GPRS技术介绍

3) SGSN：如果需要校验IMEI，则向EIR发出校验IMEI（IMEI）消息；

4)

EIR：向SGSN返回校验IMEI确认（IMEI）。

MSBSSSGSNEIR

Identity Request

Identity Response

Check IMEI

Check IMEI Ack

图4－8 标识校验流程

 加密

GPRS的加密是在SGSN和MS之间的LLC层实施的，GPRS将采用新的加密

算法。

（2） 附着

MS在接入分组数据业务之前，必须先附着到GPRS上 ，当一个移动用户

从一个路由区进入另一个新路由区时，其附着规程需完成移动性管理：

1) MS：向新SGSN发出附着请求（IMSI或P-TMSI与原RAI、级别标

志、CKSN、附着类型、DRX参数、原P-TMSI签名）；

2) 新SGSN：向原SGSN发出标识请求（P-TMSI、原RAI、原P-TMSI

签名）；

3) 原SGSN：

 如果MS在原SGSN中已知，则返回标识响应（IMSI、鉴权Triplets）；

 如果MS在原SGSN中未知，则返回错误原因；

4) 新SGSN：如果未能从原SGSN获得MS的标识，则向MS发送标识

请求（标识类型＝IMSI）；

- 38 -

GPRS技术介绍

5) MS：返回标识响应（IMSI）；

6) 执行鉴权，如上节所述；

7) 校验IMEI，如上节所述；

8) 执行SGSN的位置更新，如果采用了Gs接口，还应执行MSC/VLR

的位置更新，如“位置管理”一节所述；

9) 新SGSN：通知MS其附着请求被接受（P-TMSI, P-TMSI签名，无

线优先权SMS等），必要时给MS分配新的P-TMSI。

10) MS：返回附着完成消息（P-TMSI、VLR TMSI），完成附着规程。

11)

新SGSN：向新MSC/VLR返回TMSI重新分配完成消息（VLR TMSI）。

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GPRS技术介绍

MSBSSnew SGSNold SGSNGGSNEIR

new

MSC/VLR

HLR

old

MSC/VLR

Attach Request

Identification Request

Identification Response

Identity Request

Identity Response

Authentication

IMEI Check

Update Location

Cancel Location

Cancel Location Ack

Insert Subscriber Data

Insert Subscriber Data Ack

Update Location Ack

Location Updating Request

Update Location

Cancel Location

Cancel Location Ack

Insert Subscriber Data

Insert Subscriber Data Ack

Update Location Ack

Location Updating Accept

Attach Accept

Attach Complete

TMSI Reallocation Complete

图4－9 附着流程

（3）分离

当MS不使用GPRS时，可从GPRS分离。分离GPRS有两种方式：

 明确分离：由网络或MS明确请求分离。

✓ MS发起分离：

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GPRS技术介绍

1) MS：向SGSN发出分离请求（分离类型、切断）；

2) SGSN：收到该请求后向GGSN发出删除PDP上下文请求

（TID）；

3) GGSN：返回删除PDP上下文响应（TID）；

4)

SGSN：向 MSC/VLR发出GPRS分离指示（IMSI）；并向

MS发回分离接受确认。

MSBSSSGSNGGSNMSC/VLR

Detach Request

Delete PDP Context Request

Delete PDP Context Response

GPRS Detach Indication

Detach Accept

图4－10 MS发起的GPRS分离流程

✓ 网络发起分离：可以由SGSN或HLR发起。

 SGSN发起：

1) SGSN：

 向MS发出分离请求（分离类型）；

 向GGSN发出删除PDP上下文请求（TID）；

2) GGSN：返回删除PDP上下文响应（TID）；

3) SGSN：向MSC/VLR发出GPRS分离指示（IMSI）；

4) MS：返回确认。

SGSN发起的分离请求也可以要求MS在分离之后重新发起附

着规程并激活PDP上下文。

- 41 -

GPRS技术介绍

MSBSSSGSNGGSNMSC/VLR

Detach Request

Delete PDP Context Request

Delete PDP Context Response

GPRS Detach Indication

Detach Accept

图4－11 SGSN发起的GPRS分离流程

 HLR发起：

1) HLR：如果HLR希望从SGSN中删除一个用户的MM和

PDP上下文，就可向该SGSN发送一个位置取消（IMSI、

取消类型）消息。

2) SGSN：

 收到该消息之后向MS发出分离请求（分离类型）；

 向GGSN发出删除PDP上下文请求（TID）；

3) GGSN：返回删除PDP上下文响应（TID）；

4) SGSN：向MSC/VLR发出GRPS分离指示（IMSI）；

5) MS返回分离确认；

6)

SGSN向HLR返回位置取消确认（IMSI）。

MSBSSSGSNGGSNHLRMSC/VLR

Cancel Location

Detach Request

Delete PDP Context Request

Delete PDP Context Response

GPRS Detach Indication

Detach Request

Cancel Location Ack

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GPRS技术介绍

图4－12 HLR发起的GPRS分离流程

（4）清除

SGSN将分离的MS的MM上下文和PDP上下文去激活之后，可以通过清

除消息（IMSI）通知HLR；HLR将该MS的GPRS标志清除后，向SGSN返回

确认消息。

SGSN

Purge MS

Purge MS Ack

HLR

图4－13 清除流程

（5）位置管理

MS可从广播的系统信息中得知当前所处的小区标识和路由区标识，通过将

它们与存储在MS中的MM上下文中的小区标识和路由区标识相比较，MS可

判断是否已进入一个新的小区或路由区，若是，则需要进行位置更新。有以下几

种情况：

 小区更新：如果MS检测到小区标识改变而路由区标识未改变，则进行小区

更新。

1) MS：向SGSN发送任意一个包含其标识的消息，BSS为上述消息加

上包含RAC和LAC的小区全球标识(CGI)；

2) SGSN：保存上述小区更新信息，完成小区更新。

 路由区更新：如果MS检测到路由区标识改变或已到路由区更新周期，则进

- 43 -

GPRS技术介绍

行路由区更新。路由区更新有两种情况：

✓ SGSN内的路由区更新：

1) MS：向SGSN发出路由区更新请求（包含原RAI、原P-TMSI

签名、更新类型等），BSS在其中加上包含RAC和LAC的小区

全球标识(CGI)；

2) 在MS和SGSN之间启动加密；

3) SGSN：更新该MS的MM上下文，必要时给它分配一个新的

P-TMSI，然后向MS返回路由区更新接受消息（P-TMSI、

P-TMSI签名）；

4)

MS：如果分配了新的P-TMSI，则应返回路由区更新完成消息

（P-TMSI）。

MSBSSSGSN

Routeing Area Update Request

Security Functions

Routeing Area Update Accept

Routeing Area Update Complete

图4－14 SGSN内的路由区更新流程

✓ 跨SGSN的路由区更新：

1) MS：向新SGSN发送路由区更新请求（包含原RAI、原P-TMSI

签名、更新类型等），BSS在其中加上包含RAC和LAC的小区

全球标识(CGI)；

2) 新SGSN：对MS确权后，向原SGSN发出SGSN上下文请求

（原RAI、TLLI、原P-TMSI签名、新SGSN地址），以获得该

- 44 -

GPRS技术介绍

MS的MM上下文和PDP上下文；

3) 原SGSN：返回SGSN上下文响应（MM上下文、PDP上下文、

LLC确认）；

4) 执行加密功能；

5) 新SGSN：向原SGSN返回SGSN上下文确认；

6) 原SGSN：在一定的定时期内将相关的N-PDU转发给新SGSN；

7) 新SGSN：向GGSN发出更新PDP上下文请求（新SGSN地址、

TID、商定的QoS）；

8) GGSN：返回更新PDP上下文响应（TID）；

9) 新SGSN：向HLR发出位置更新消息（SGSN编号、SGSN地

址、IMSI）；

10) HLR：

 向原SGSN发出位置取消消息（IMSI、取消类型），原SGSN

删除相应的MM和PDP上下文后返回位置取消确认

（IMSI）；

 通知新SGSN插入用户数据（IMSI、GPRS签约数据），新

SGSN创建相应的MM上下文后返回插入用户数据确认

（IMSI）

 向新SGSN返回位置更新确认（IMSI）；

11) 新SGSN：重建该MS的MM上下文和PDP上下文，为该MS

分配新的P-TMSI，向MS返回路由区更新接受消息（P-TMSI、

LLC确认、P-TMSI签字）；

- 45 -

GPRS技术介绍

12)

MS：返回路由更新完成消息（P-TMSI、LLC确认）。

MSBSSnew SGSNold SGSNGGSNHLRMSC/VLR

Routeing Area Update Request

SGSN Context Request

SGSN Context Response

Security Functions

SGSN Context Acknowledge

Forward Packets

Update PDP Context Request

Update PDP Context Response

Update Location

Cancel Location

Cancel Location Ack

Insert Subscriber Data

Insert Subscriber Data Ack

Update Location Ack

Location Updating Request

Location Updating Accept

Routeing Area Update Accept

Routeing Area Update Complete

图4－15 跨SGSN的路由区更新流程

除上述情况的位置更新外，MS还将周期性地进行位置更新。周期性位置更

新流程与上述SGSN内的路由区更新相似。周期性位置更新有以下几种情形：

 如果网络工作模式为I，则将执行联合的RA/LA更新；



如果网络工作模式为II或III，则RA更新和LA更新将分别执行。

（6）用户管理

如果HLR中的用户签约数据改变（如QoS文件、允许的VPLMN地址等改

- 46 -

GPRS技术介绍

变）或删除，则可通过下述用户管理规程通知相关的SGSN：

 插入用户数据：

1) HLR：向SGSN发出插入用户数据（IMSI,GPRS签约数据）消息；

2) SGSN：

 如果相关的PDP上下文是新的或未激活，则存储HLR发来的数

据，并返回插入用户数据确认（IMSI）；

 如果相关的PDP上下文激活，则将新的QoS与商定的QoS进

行比较，不符时发起“PDP上下文修改规程”；如果现行的

VPLMN与新的允许的VPLMN地址不符，则发起“PDP上下

文去激活规程”。

 删除用户数据：

1) HLR：向SGSN发出删除用户数据（IMSI,PDP上下文标识表）；

2) SGSN：

 如果相关的PDP上下文未激活，则删除该PDP上下文，并向

HLR返回删除用户数据确认（IMSI）；



如果相关的PDP上下文激活，则发起“去激活PDP上下文规程”。

（7）类别标志处理

GPRS对MS的类别标志的处理与原GSM不同，当MS附着到GPRS上时，

其类别标志在MM消息中发送给网络并存储在网络中。

MS的级别标志分两部分：无线接入级别标志和SGSN级别标志。无线接

入级别标志表示MS的无线能力，如多时隙能力、功率级以及BSS进行无线资

源管理所需的其他信息等，无线接入级别标志在发送给SGSN之后，由SGSN

- 47 -

GPRS技术介绍

提供给BSS。SGSN级别标志表示与无线无关的其他能力，如加密能力等。

4.2.4 路由选择

GPRS网络的路由选择功能是围绕PDP上下文来实现的。

4.2.4.1 PDP上下文

如果一个用户所申请的GPRS业务涉及一个或多个外部PDN（如Internet、

X.25等），则在其GPRS签约数据中就将包括一个或多个与这些PDN对应的PDP

地址。每个PDP地址对应有一个PDP上下文。每个PDP上下文由PDP状态及

相关信息来描述，存在于MS、SGSN、GGSN中。一个用户的所有PDP上下

文都与该用户唯一的一个MM上下文相关联。

PDP状态有两种，这两种PDP状态在相关事件的触发下进行转换：

 未激活：对于该PDP地址没有激活的数据业务，相应的PDP上下文中没有

路由或映射信息。此时，MS的位置更新不会引起PDP上下文的更新。



激活：对于该PDP地址有激活的数据业务，相应的PDP上下文中包含了路

由或映射信息。用户的MM状态为待命或准备就绪时，PDP状态才可能进

入激活状态。

4.2.4.2 PDP上下文的激活

激活一个PDP上下文意味着发起一个分组数据业务呼叫。

 MS请求发起PDP上下文激活（MO）

无论PDP地址为静态或动态，都可由MS请求发起PDP上下文激活规程。

MS从归属网络发起PDP上下文激活的流程如图3－16a)所示，从拜访网络发

- 48 -

GPRS技术介绍

起PDP上下文激活的流程如图3－16b)所示。

1) MS：向SGSN发出激活PDP上下文请求（NSAPI,TI,PDP类型,APN ,

要求的QoS, PDP配置选项）。

2) 在MS和SGSN之间执行加密。

3) SGSN：根据MS提供的APN来解析GGSN地址

 如果SGSN不能从APN解析出GGSN地址，或判断出该激活请求

无效，则拒绝该请求。

 如果SGSN从APN解析出了GGSN地址，则为所请求的PDP上下

文创建一个TID，并向GGSN发出创建PDP上下文请求（PDP类

型,PDP地址,APN ,商定的QoS, TID, 选择模式,PDP配置选项）。

4) GGSN：利用SGSN提供的信息确定外部PDN，分配动态地址，启动计

费，限定QoS等：

 如果能满足所商定的QoS，则向SGSN返回创建PDP上下文响应

（TID,PDP地址,BB协议,重新排序请求,PDP配置选项,商定的QoS,

计费ID，原因）。

 如果不能满足所商定的QoS，则向SGSN返回拒绝创建PDP上下

文请求。QoS文件由GGSN操作者来配置。

5)

SGSN：如果收到GGSN的创建PDP上下文响应，则在该PDP上下文

中插入NSAPI、GGSN地址、动态PDP地址，根据商定的QoS选择无

线优先权，然后向MS返回激活PDP上下文接受消息（PDP类型，PDP

地址,TI,商定的QoS，无线优先权，PDP配置选项）。此时就已建立起

MS与GGSN之间的路由，开始计费，可以进行分组数据传送。

- 49 -

GPRS技术介绍

MSSGSNGGSN

Activate PDP Context Request

Security Functions

Create PDP Context Request

Create PDP Context Response

Activate PDP Context Accept

PDP PDU Transmission

a) 本地

拜访网络

MSSGSN

GGSN

归属网络

PLMN

间

骨干网

GGSN

外部

PDN

Activate PDP Context Request

Security Functions

Create PDP Context Request

Create PDP Context Response

Activate PDP Context Accept

PDP PDU Transmission

b) 漫游

图4－16 PDP上下文激活流程

 网络请求发起PDP上下文激活(MT)：

当PDP地址为静态时，可由网络请求PDP上下文激活规程。MS从归属网

络发起PDP上下文激活的流程如图3－17a)所示，从拜访网络发起PDP上下文

激活的流程如图3－17b)所示。

1) GGSN：接收到来自外部PDN的PDP PDU，则将这些PDP PDU存储

起来，并向HLR发出发送GPRS路由信息（IMSI）消息。

2) HLR：

 如果HLR判断可为该请求提供服务，则返回发送GPRS路由信息确

- 50 -

GPRS技术介绍

认（IMSI,SGSN地址,移动台不可及原因）。

 如果HLR判断不能为该请求提供服务（如HLR不知道其IMSI时），

则返回有错应答（IMSI，MAP错误原因）。

3) GGSN：如果移动台可及，则向HLR所指定的SGSN发送PDU通知请

求（IMSI,PDP类型,PDP地址）消息。否则为该MS设置MNRG标志。

4) SGSN：

a) 向GGSN返回PDU通知响应（原因）。

b) 向MS发出请求PDP上下文激活消息（TI,PDP类型，PDP地址）。

5)

执行如MO所述的PDP上下文激活规程。

MSSGSNHLRGGSN

PDP PDU

Send Routeing Info for GPRS

Send Routeing Info for GPRS Ack

PDU Notification Request

PDU Notification Response

Request PDP Context Activation

PDP Context Activation procedure

a) 本地

- 51 -

GPRS技术介绍

拜访网络

MSSGSN

PLMN

间

骨干网

归属网络

HLRGGSN

PDP PDU

Send Routeing Info for GPRS

Send Routeing Info for GPRS Ack

PDU Notification Request

PDU Notification Response

Request PDP Context Activation

PDP Context Activation procedure

b) 漫游

图4－17 网络发起的PDP上下文激活流程

4.2.4.3 PDP上下文的修改

SGSN可发起对PDP上下文中的下述参数进行修改：

 商定的QoS；

 无线优先权。

其修改规程如下：

1) SGSN：向GGSN发出更新PDP上下文请求（TID,商定的QoS）。

2) GGSN：

 如果商定的QoS与所要修改的PDP上下文不符，则拒绝该更新PDP上

下文请求。

 如果相符，则由GGSN操作者配置QoS文件。如果可以满足该商定的

QoS，则存储该商定的QoS并向SGSN返回更新PDP上下文响应消息

（TID,商定的QoS），否则拒绝该请求。

3) SGSN：向MS发出修改PDP上下文请求（TI,商定的QoS,无线优先权）。

- 52 -

GPRS技术介绍

4) MS：

 如果接受，则返回接受消息。



MS

SGSNGGSN

如果不接受，则去激活该PDP上下文。

Update PDP Context Request

Update PDP Context Response

Modify PDP Context Request

Modify PDP Context Accept

图4－18 PDP上下文的修改流程

4.2.4.4 PDP上下文的去激活

去激活PDP上下文相当于结束一个分组数据业务。

 MS发起：

1) MS：向SGSN发出去激活PDP上下文请求（TI）；

2) 在MS和SGSN之间执行加密。

3) SGSN：向GGSN发出删除PDP上下文请求（TID）；

4) GGSN：删除PDP上下文，释放动态PDP地址，并向SGSN返回响应。

5) SGSN：向MS返回去激活PDP上下文接受（TI）消息。

 SGSN发起：

1) SGSN：向GGSN发出删除PDP上下文请求（TID）；

2) GGSN：删除该PDP上下文，释放动态PDP地址，并向SGSN返回响应；

3) SGSN：向MS发出去激活PDP上下文请求（TI）；

4) MS：删除PDP上下文，并向SGSN返回去激活PDP上下文接受消息。

- 53 -

GPRS技术介绍

 GGSN发起：

1) GGSN：向SGSN发出删除PDP上下文请求（TID）；

2) SGSN：向MS发送去激活PDP上下文请求（TI）；

3) MS：删除PDP上下文，并向SGSN返回去激活PDP上下文接受消息；

4) SGSN：向GGSN返回删除PDP上下文响应（TID）；

5) GGSN：释放动态PDP地址。

MSSGSNGGSN

Deactivate PDP Context Request

Security Functions

Delete PDP Context Request

Delete PDP Context Response

Deactivate PDP Context Accept

a) MS发起

MSSGSNGGSN

Delete PDP Context Request

Delete PDP Context Response

Deactivate PDP Context Request

Deactivate PDP Context Accept

b) SGSN发起

MSSGSNGGSN

Delete PDP Context Request

Deactivate PDP Context Request

Deactivate PDP Context Accept

Delete PDP Context Response

c) GGSN发起

图4－19 PDP上下文的去激活流程

- 54 -

GPRS技术介绍

如上所述将一个PDP上下文激活之后，就可实现端到端的数据分组的转发。

4.2.5 计费

SGSN和GGSN均可收集计费信息。无线网络使用的相关计费信息由SGSN

收集，外部网络使用的相关计费信息由GGSN收集，GPRS网络资源使用的相

关计费信息由SGSN和GGSN共同收集。

对于PTP业务，SGSN收集以下计费信息：

 无线接口的使用：传输数据量、QoS、用户协议等；

 PDP地址的使用：MS使用PDP地址的时间；

 GPRS资源的使用：包括对其他GPRS相关资源以及象移动性管理等的使用；

 MS位置：HPLMN、VPLMN以及其他可选的精确位置信息。

GGSN收集以下计费信息：

 目的地址和源地址：按运营者要求的精确度来提供目的地址和源地址信息；

 外部数据网的使用：来往于外部数据网的数据量；

 PDP地址的使用：MS使用PDP地址的时间；

 MS位置：HPLMN、VPLMN以及其他可选的精确位置信息。

- 55 -

GPRS技术介绍

第五章 GPRS与外部网络连接

5.1 GPRS网与IP网互联

GPRS网与IP网互联的参考模型见图5-1。

Gi

PLMN GPRS网 IP网

TE TE

图5-1 两个IP网互联

由于 GPRS业务是基于IP领域的，GPRS运营者的MS通常采用IP寻址方

案。如图5-1 ，GPRS网支持Internet 业务提供者（ISP） 规定的全部功能，

可采用 IPv4和IPv6 工作。与GPRS网互联的IP网，可以是内部的IP网

- 56 -

GPRS技术介绍

（Intranet）或是Internet网。图5-1中的Gi参考点是两个互联IP网的互联点。

与IP网互联的GGSN是 GPRS数据网的接入点，因此GPRS网可以看作另外

一个IP网 或一个Intranet。Gi参考点是GGSN和外部IP网之间的参考点。从

外部IP网看GPRS网，GGSN是一个IP路由器。L1和L2由运营者协商规定。

GGSN不使用用户数据压缩功能。GPRS网在MS和SGSN之间提供TCP/IP头

的压缩功能。图5－2是一个GPRS网与外部IP网互联的例子。

Gi参考点

GGSN

PLMN GPRS

内部 外部

防火墙

DHCP

IP网 IP网

DNS

图5-2 GPRS网与外部IP网互联的例子

在图5-2GPRS网与外部IP网互联的例子中，GPRS运营者要另外设置防火

墙，通常外部IP网的各种应用都可以提供GPRS用户使用，GPRS运营者设置

防火墙可以限制他们的使用。GPRS运营者可以自己管理域名服务器DNS或由

外部IP网运营者管理，为用户提供域名服务。GGSN可以分配给GPRS用户动

态IP地址或利用外部DHCP（动态主机配置协议）服务器分配IP地址。GPRS

网与公众IP网（Internet 网）互联时必须向有关部门申请所需的合法IP地址。

GPRS运营者分配给用户IP地址的方法：GPRS运营者可以分配给用户静态的

IP地址，通过协商确定。要求使用保留的IP地址（内部IP地址）。当MS执行

PDP 上下文激活时，GPRS运营者可以分配给用户动态的IP地址（合法的IP

地址），采用按需分配，为用户提供Internet 业务如 WWW业务等。

- 57 -

GPRS技术介绍

由于GPRS MS接入到CHINANET或其他ISP时，可能涉及用户身份验证，

用户授权，CHINANET/ISP和MS之间的端到端加密，从属于CHINANET/ISP

地址空间的动态地址分配等。因此GPRS PLMN可以提供透明接入CHINANET

或非透明接入CHINANET/ISP两种方式。

a.透明接入CHINANET方式

透明接入CHINANET方式使用的协议堆栈见图5-3。

Chinanet协议

IP

PPP或L2

GPRS承载

IP

Chinanet协议

IP

L2

CHINANET

IP

PPP或L2

GPRS承载

L2

TE MT GGSN

图5-3 透明接入CHINANET

TE和CHINANET之间是采用用户配置协议完成的数据传送，GPRS网络采

用透明传送方式。在这种方式中，在PDP激活时MS不用送身份验证请求，GGSN

也不进行用户身份验证和用户授权。用户身份验证和用户数据加密是由

CHINANET完成的，能保证安全。MS的地址是由GPRS运营者提供的，使用

一段公共的IP地址空间，可以是静态地址（协商确定）或动态地址（PDP激活

时分配的）分配用户。这个地址用于GGSN和CHINANET之间的数据传送和在

GGSN内部使用。如果GPRS运营者又是ISP运营者时，由ISP分配MS合法

IP地址，用于访问因特网。

b.非透明方式接入CHINANET或ISP

- 58 -

GPRS技术介绍

在非透明接入CHINANET或ISP方式中，在PDP激活时，要求MS送身

份验证请求到GGSN，GGSN送请求到属于CHINANET/ISP管理的RADIUS

服务器进行身份验证，再由DHCP服务器为MS分配动态IP地址；也可以由

GGSN设置的地址库分配，可以分配静态地址（协商确定）或在PDP激活时分

配用户动态地址（在用户漫游时，由访问网GGSN或归属网GGSN决定是由

DHCP服务器还是由GGSN本身分配用户动态地址）。分配给MS的地址是来自

CHINANET/ISP的地址空间（内部IP地址/合法IP地址）。这个地址用于在

CHINANET/ISP上的数据传送和用于GGSN内部数据传送。要求在GGSN和

RADIUS或DHCP服务器之间用专线连接。

5.2 路由接续

本节主要考虑与IP网互通的情况。有两种情况，一是GPRS网只作为一个

分组数据承载网，这时分配给用户的IP地址是由外部PDN的ISP或企业网经由

GGSN分配的；另一种情况是GPRS网本身也作为一个ISP，这时GPRS网本身

拥有IP地址池，用户的IP地址是由GGSN与DHCP等在GPRS网内进行分配

的。

在MS和SGSN之间，数据分组（PDP PDU）利用SNDCP/LLC协议来进行转

发，一个TLLI/NSAPI对用于唯一地标识特定用户的PDP PDU。

在SGSN和GGSN之间，PDP PDU利用GTP和TCP/IP（或UDP/IP）协议来

进行寻路和转发，GTP字头中的TID和TCP/IP（或UDP/IP）中的GSN地址组合

起来可唯一地标识用于传输特定用户PDP PDU的隧道。

5.2.1 MS-PDN的路由接续方式

- 59 -

GPRS技术介绍

PDP PDU

MS BSS SGSN

内部

骨干网

GGSN

PDN

TLLI+NSAPI

拜访网络

MS

路由1

TLLI+NSAPI

TID

a) 归属网络中

SGSN

SGSN

PDP 地

址

BSS

内部

骨干网

TID

GGSN

PDP 地址

路由2

TLLI+NSAPI

PLMN间

骨干网

TID

PDP 地址

内部

骨干网

PDN

归属网络

BSS GGSN

b) 拜访网络中

图5-4 分组数据的路由方式

当MS在归属网络中时，分组数据的路由方式如图5-4 a)所示。

当MS在拜访网络中时，根据其PDP地址是由归属网络分配还是由拜访网络

分配而有两种不同的路由方式，如图5-4 b)所示。

当PDP地址由拜访网络分配时，分组数据的路由如路由1所示，采用这种方

式往往能得到比较优化的路由。但要实现由拜访网络来分配PDP地址，两个网络

运营者以及相关的数据业务提供者之间需达成相关漫游协定并在SGSN和GGSN

中增加相应的支持功能，所以，这种方式在逻辑实现上会比较复杂。

当PDP地址由归属网络分配时，分组数据的路由如路由2所示，这种方式下，

分组数据的传送必须通过PLMN间骨干网送回归属网络的GGSN后再进入外部

- 60 -

GPRS技术介绍

PDN，因此，其路由往往不是最佳路由。但归属网络分配PDP地址的方法在逻

辑上实现起来比较简单，所以，目前多数厂家主要采取这种解决方案。

5.2.2 MS-MS的路由接续方式

MS-MS的分组数据传送有两种情况，一是两个MS属于同一GGSN；一是两

个MS属于不同的GGSN。

当两个MS属于同一GGSN时，其路由接续方式如图5-5 a)所示。从MS1发

出的PDP PDU按上节所述去往PDN方式一直送往GGSN1，GGSN1去除其封装

后，发现目的地址在其GPRS网络内，于是对它重新封装后发往相应SGSN2，再

由SGSN2发给MS2。

当两个MS属于不同的GGSN时，根据两个GGSN之间是否存在“路由捷径”

而有两种路由接续方式，如图5-5 b)所示。从MS1发出的PDP PDU按上节所述

去往PDN的方式一直送往GGSN1，GGSN1去除其封装后，如果发现自己与目

的地址所对应的GGSN2存在一条“路由捷径”，则将PDP PDU经由PLMN间骨

干网送往GGSN2，如路由1所示；如果GGSN1与GGSN2之间没有“路由捷径”，

那么PDP PDU将经由外部PDN发往GGSN2，进而再转发给MS2，如路由2所示。

a) 同一GGSN

- 61 -

PDP PDU

MS1

BSS1 SGSN1

内部

骨干网

GGSN

PDN

MS2 BSS2 SGSN2

GPRS技术介绍

MS1

MS2

BSS2

SGSN2

b) 不同的GGSN之间

图5-5 MS-MS之间的路由接续方式

路由2

路由1

BSS1

SGSN1

内部

骨干网

GGSN1

PLMN间

骨干网

内部

骨干网

PDN

5.3 网络建设

5.3.1 号码分配

每个移动用户可分配一个固定地址或分配一个动态地址，数据业务总是利

用网关GGSN（网关GPRS支持节点）指示这个地址。因此MS与外部数据网

互通时要通过网关，即使在GPRS网内MS与MS之间通信也要通过GGSN网

关。固定地址是永久分配给一个用户的，这个地址用于指明用户所在归属网的网

关。在用户漫游时，数据分组总是要先通过归属网的网关再访问其他网络；动态

地址是指每个GPRS网络有一个合法IP地址库，采用动态按需分配方式分配给

用户，是在连接期间临时分配给用户的地址，可以节省所需要的合法IP地址数

量，是运营者通常采用的合法地址分配方法。为了避免访问用户（漫游到其它拜

访网络）路由分组穿过归属网的网关，可以由拜访网网关分配给用户动态地址，

为访问用户提供直接访问其它网络漫游服务，不再经过归属网网关。也可以由归

- 62 -

GPRS技术介绍

属网网关分配给用户动态地址，在访问用户漫游时，数据分组总是要通过归属网

的网关再访问其他网络。

在GPRS网络内，MS使用的是内部IP地址（内部IP地址段10.0.0.0～

10.255.255.255）。MS访问因特网时要求使用合法的IP地址。合法IP地址获

取方法：如果GPRS网运营者同时是ISP（因特网业务提供者）提供者时，合法

IP地址可以由ISP来提供。如果GPRS网与CHINANET网互连，合法IP地址

也可以由CHINANET来提供。

5.3.2 骨干网的建设

（1）设备配置

如果GPRS只作为一个分组数据承载网，则它应配置以下设备：

 SGSN、GGSN；

 OMC、计费网关等；

 BG：用于与其它PLMN互连，可以单独设置，也可设置在GGSN内；

 DNS：用于SGSN、GGSN对APN进行解析；

如果GPRS本身也作为一个ISP，那么它除了需配置上述设备外，还应配备ISP

接入系统的相关设备，这些设备与目前在固定网中使用的基本相同。一个普通ISP

的接入系统可能包括以下几种设备：

• 接入服务器：支持多种用户接入方式，包括modem（包括56K）、DDN

专线、X.25、甚至ADSL、帧中继等；当用户登录时，负责接收用户名

和口令，并送至Radius服务器进行认证，若认证成功，则由DHCP服

务器（DHCP服务器是逻辑功能，它可以是一台单独的设备，也可以在

- 63 -

GPRS技术介绍

接入服务器上直接配置）动态分配给用户一个IP地址。DHCP服务器上

事先配置了该ISP可以分配给用户的IP地址（可以是保留地址或合法IP

地址）。

• Radius服务器：Radius协议是IP网的用户认证、计费协议。当用户认

证成功后，由Radius服务器负责开始计费。可以通过将Radius服务器

分级来实现用户的漫游认证。即一级Radius可以通过上级Radius服务

器找到漫游用户所属的Radius服务器进行认证。

• 域名服务器（DNS）：DNS服务器能够实现IP地址与域名之间的翻译。

当本地DNS找不到有关数据时，可以访问上一级DNS查询。

• 路由器：拥有内部LAN接口和外部高速数据接口，与外部Internet相

连，负责寻路和转发IP包。

• WWW服务器：提供WWW超文本浏览服务。

• Email服务器：提供Email服务。

• FTP服务器：提供FTP服务。

系统的逻辑示意图如下：

用户接入

图5－6 ISP接入系统示意图

接入服

务器

WWW/Email/

FTP服务器

Radius

服务器

DNS服

务器

路由

器

Internet

ISP接入系统局域网

（2）传输网的选择

- 64 -

GPRS技术介绍

GPRS骨干网可以基于ATM、以太网、帧中继、DDN、ISDN、PCM，组网

时应根据骨干网中数据信令传输的业务量并结合这些传输网的特点来进行选择。

（3）组网的考虑

我国GSM网覆盖范围大，因此，可以分几种层次考虑：

 以省或地区为单位组建省内网，其骨干网作为内部骨干网

 省或地区之间通过省际骨干网互连，省际骨干网的功能与PLMN间骨干网

基本相似，但由于同属一个运营者，在网络安全以及省际漫游协定上可以有

较充分的自由。



国内与国外GPRS网间是通过PLMN间骨干网互连的。PLMN1设置一个负

责国际出口的BG，全网内所有去往国外PLMN2的数据和信令都通过该BG

经由PLMN间骨干网送往PLMN2的相应GGSN，反之亦然。

第六章 引入GPRS业务对现有GSM网络的影响

6.1网络设备

6.1.1 对于MS和BSS部分

由于GPRS与电路型业务相比较，其基本的调制方式和无线信道的传输速率

- 65 -

GPRS技术介绍

和突发脉冲等方面都没有改变。无线接口的主要修改在于：

－无线接口的信令部分包括MAC/RLC, SNDCP等；

－逻辑信道与物理信道的映射、信道编码部分；

－物理层的无线链路部分包括功率控制、同步、时间提前等算法；

 MS

支持GPRS的移动台一般在软硬件上均需改动，由于各厂家移动台涉及的不

同，硬件的改动有大有小。以传送分组数据业务为目标的GPRS业务，一般其终

端都具有连接PC适配接口，以便与多种数据应用终端的连接。

 BTS

基站（除TRAU）不需要修改硬件设备，仅需进行软件的升级。当引入

CS-3,CS-4信道编码时，目前大部分厂家的TRAU单元需要硬件更新。这主要

是因为现有的TRAU单元只能完成16kb/s与64kb/s的码型变换，而由于

CS-3,CS-4的信道速率较高，在TRAU需要完成32kb/s与64kb/s的码型变换。

（目前仅华为公司一家直接开发32 kb/s与64kb/s的转换）。

 BSC

为了支持GPRS，需要在BSC增加分组控制单元（PCU）。PCU需要支持

BSC至SGSN的Gb接口，由于该接口采用帧中继方式，原有电路型的交换设

备无法使用，必须增加新的硬件设施完成与SGSN的连接。同时，PCU还完成

信道指配和无线信道管理等工作，包括广播控制信道和功率控制等。

6.1.2 对于网络部分

 需要新增网络交换设施SGSN和GGSN

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GPRS技术介绍

－SGSN：与BSS接口，主要完成GPRS的移动性管理、加密和计费等功能；

－GGSN：与分组数据网络接口；

 对于原有网络设施需要进行软件升级并配备一些网络接口连接：

－HLR：需要增加GPRS的相关数据，包括用户签约的GPRS业务种类和移

动用户所在的SGSN的号码，以及SMS是通过MSC来传送还是GPRS网络来

传送；HLR需增加与SGSN、GGSN（可选）等网络实体间的Phase2+的MAP

信令接口；

－MSC/VLR：当采用MSC与SGSN之间的Gs接口时，需要对于MSC/VLR

进行软件升级并配备相应接口，以支持联合位置更新和寻呼；

－短消息业务中心：需增加与SGSN的接口，采用现有MAP信令也可实现

短消息业务在GPRS中的传送；

－计费系统：应能够根据SGSN和GGSN采集的计费信息，建立适合于分

组数据业务的计费处理系统；

－操作维护中心：OMC-R需要增加无线资源管理的相关数据，OMC-S部

分增加了SGSN和GGSN两个网络单元，应增加其相应的管理数据和程序。

6.2 传输网络

传输网络的投资在整体网络建设中占用相当大的比重。由于目前蜂窝网络的业务主要为

电路型业务因此主要采用PCM 2Mb的线路，随着GPRS骨干网络的不断发展，有选择地采

用帧中继、ATM等传输方式以提高传输有效性，适应业务和网络的发展。

6.3 网络规划

6.3.1 无线网络的规划

GPRS信道引入干扰的方式与电路型有所不同，这主要是由于该信道是动态

方式，时开时关，并且其功率控制机制与电路型不同。对于话音的干扰将会是电

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GPRS技术介绍

路业务和分组业务的叠加，在分组数据业务量较小时，由于采用跳频，以及电路

与分组之间的动态信道分配，对于网络中话音质量的影响不大。

由于数据业务目前在各国的业务量都不大，很难获得数据用户的业务模型，

从而无法进行较准确的无线网络规划。数据业务的无线网络规划这一难题，仍然

需要运营者和厂家在实践中逐步摸索。

6.3.2 核心网络的规划

由于核心网络需采用以路由器为主要网络实施的IP网络，其网络的设计要

考虑业务吞吐量，峰值业务量等参数与原有的电路型网络规划有一定差异。

第七章 GPRS网络与业务的实施及其演进方式的考虑

7.1 GPRS网络与业务实施

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GPRS技术介绍

 业务

初期阶段GPRS主要提供点对点GPRS业务，实现与TCP/IP的用户互通，

并传送短消息业务。随着GPRS Phase2标准的逐步完善，提供点对多点的业务，

匿名接入等业务类型，并完成与CAMEL业务等很好地结合。

 无线信道的配置和无线网络规划

无线信道可共用原有的电路型公共控制信道（如BCCH等），以及专用控制

信道CCCH信道等。该种配置不会影响网络的容量，但由于缺少PCCCH会使得

GPRS的响应速度较慢。初期一个小区一般考虑分配一个频道（载波）即8个信

道（时隙）用于分组数据业务。当数据业务量增加后，可独立设置分组公共控制

信道和专用控制信道（PCCCH）。分组业务信道也可以扩展到多个载频。

采用CS-1和CS-2信道编码方案时，数据速率仅为9.05 Kbit/s和13.4Kbit/s

（包括RLC块字头），数据速率不高。但能够保证实现小区的100%和90%覆盖

时，能满足同频道干扰C/I9dB要求，能满足现有电路型网络规划要求。

虽然CS-3和CS-4编码方案数据速率较高为15.6Kbit/s和21.4Kbit/s（包

括RLC块字头），它是通过减少和取消纠错比特换取数据速率的提高。因此CS-3

和CS-4编码方案要求较高的C/I值。仅能满足小区覆盖中部分特殊区域，因此

随着数据业务的扩大，可考虑单独取出一部分频率用于分组数据使用，C/I 的设

计值可根据每信道需要的分组业务量来确定(5-25dB)，以增强每信道数据速率。

 网络设施

建网初期可在一定区域内建立少量（1－2个）SGSN，并共用1个GGSN，

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GPRS技术介绍

在容量很小的情况下可设置组合的SGSN/GGSN。此时SGSN与网络中存在的

MSC之间的比例为1：n(10)。随着业务量的提高，SGSN与MSC的设置比例

将会逐渐接近1：1，甚至2：1等。根据业务的需要可将GGSN的数目提高到

2-3个。

 传输网络

在建网初期业务量较小，SGSN和GGSN的数量有限，原有PCM线路一般

仍有一定余量。于是，在Gb接口可利用原有的A接口PCM链路的余量传输。

在条件成熟的时候可积极选用帧中继方式以提高传输利用率。

对于骨干网的传输，在建网初期由于SGSN和GGSN往往在一个机房内或

较为集中，一般都采用LAN网连接。但从长远来看，在业务量足够大时选用ATM

传输不失为一个极佳的选择。

 接口的设置

Gs和Gc接口是两个可选接口。由于电路型和分组型业务的移动性管理相

对独立，为了减少信令负荷，特别是保证类型B的移动台能够在进行GPRS连

接过程中得到电路的寻呼信息，Gs接口的设置是十分必要的。Gc接口也可以使

得GGSN直接从HLR获得位置信息。

7.2 GPRS的标准化进程

欧洲最早是在1993年就提出了在GSM网上开通GPRS业务，当时GSM

网络在欧洲也不过刚刚开通一年，用户对移动网上的数据业务也没有很多需求，

随着用户的迅速增加，GSM网络也取得了世人瞩目的发展。随着Phase1,

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GPRS技术介绍

Phase2, Phase2+的不断引入，GSM向用户不断推出各种新业务，以满足市场

的需求。GPRS的标准化工作于1997年取得重大进展，10月份ETSI发布了

GSM02.60 GPRS阶段1业务描述。目前 ETSI已完成了GPRS的Phase1阶段

的标准化工作，当99年底应基本完成GPRS Phase2的工作。

GPRS的标准分为3类或称3个阶段，这3个阶段将分别制定18个新标准

并对几十个现有标准进行修订，以实现GPRS。其中新制定的标准有：

阶段1

02.60 业务描述

阶段2

03.60 系统描述和网络结构

03.64 无线接口描述

03.61 点对多点－广播业务

03.62 点对多点－群呼

04.64 LLC

04.65 SNDCP

04.61 PTM－M业务

04.62 PTM－G业务

07.60 用户互通

09.61 外部网络互通

09.60 Gn&Gp接口

08.18 BSSGP，Gb接口

08.16 Gb网络业务

08.14 Gb层1

09.18 Gs层3

09.16 Gs层2

修改标准包括：

阶段3

04.60 RLC/MAC协议

05系列 无线接口物理层

04.08 MAC、RLC和层3移动性管理

09.02 MAP增加Gr和Gd接口协议

08.58&08.60 Abis接口和TRAU帧结构改变

04.04－07 GPRS，系统和时间安排信息

03.20等等 安全方面

03.22 空闲模式程序

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GPRS技术介绍

11.10 TBR-19 MS测试

11.2X BSS测试

11.11 SIM

O&M

01.61 加密要求

SAGE 算法

合法插入

按照ETSI的设想，GPRS应首先实现：

－PTP业务；

－PTP TCP/IP的用户互通；

－从MS至GGSN的X.28协议，GGSN至外部PDN的X.25；

－Gn, Gb, Gr, Gp, Gs, Gi接口；

－对PTP和漫游的安全保障；

而对于GPRS Phase2标准主要应集中在以下几个方面：

－点对多点多信道广播业务（PTM-M）;

－计费；

－运营者决定的呼叫闭锁和呼叫终止，运营者呼叫过滤;

－为PTM无线接口作准备工作；

－匿名接入；

－通过GPRS支持SMS-MO和-MT(不包括SMS-CB)。

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GPRS技术介绍

－点对多点群呼业务（PTM-G）；

－补充业务；

－与其他网络的互通（如ISDN等）。

同时在标准中仍有一些问题有待解决，这主要包括：

－Gb接口升级为ATM方式；

－NPDU采用固定分组长度，在Phse2应增加分组上单独协商，以更加

灵

活的传数据。

7.3 GPRS与第三代UMTS的关系

当UMTS刚刚出现时往往是在一些城市地区岛式覆盖，因此首先采用增强

的第二代网络（GPRS），延续一段时间。第三代的无线接入网通过适配功能单元

（IWU）接入到增强的第二代核心网。

在较晚的时间再采用第三代的核心网络。第三代核心网络与第二代网络间采

用互通功能单元进行互通，而逐步淘汰第二代核心网。

我们也应该看到，第三代移动通信的标准正在制定当中，对于第三移动通信

第二阶段所采用的技术还在进程中（基于IP，ATM还是混合方式），无线分组数

据的模型和规化方面仍缺少经验，这一切的不定因素都决定了在建设大规模建设

GPRS网络时，我们应十分谨慎，以避免在技术方向上出现错误。

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