無線寬帶的先驅:GPRS技術全接觸

隨著通信技術的不斷成熟以及用戶對通信質量的要求越來越高，現(xiàn)有的GSM網絡將不可避免地向W-CDMA（寬帶碼分多址）演變，這種演進的過程據(jù)估計大約需要2-3年，主要的無線網絡設備供應商最早也要到 2002年之后才能提供可供商用的W-CDMA系統(tǒng)。但這并不意味著移動運營商們只能等待，通過采用GPRS（通用分組無線業(yè)務）技術，可使現(xiàn)有GSM網絡輕易地實現(xiàn)與高速數(shù)據(jù)分組的簡便接入，從而使運營商能夠對移動市場需求作出快速反應并獲得競爭優(yōu)勢。GPRS將是通向3G的一個重要里程碑那么到底什么是GPRS呢？它有什么優(yōu)點？它的發(fā)展前景又將是怎樣的呢？為此，筆者的下述淺見，將對這些內容進行詳細地介紹。
　　1、GPRS是什么？
　　GPRS的英文全稱為 General Packet Radio Service，中文含義為通用分組無線服務，它是利用“包交換”（Packet-Switched）的概念所發(fā)展出的一套無線傳輸方式。所謂的包交換就是將 Date封裝成許多獨立的封包，再將這些封包一個一個傳送出去，形式上有點類似寄包裹，采用包交換的好處是只有在有資料需要傳送時才會占用頻寬，而且可以以傳輸?shù)馁Y料量計價，這對用戶來說是比較合理的計費方式，因為象Internet這類的數(shù)據(jù)傳輸大多數(shù)的時間頻寬是間置的。此外，在 GSM phase 2+ 的標準里，GPRS 可以提供四種不同的編碼方式，這些編碼方式也分別提供不同的錯誤保護（Error Protection）能力。利用四種不同的編碼方式每個時槽可提供的傳輸速率為 CS-1（9.05K）、CS-2（13.4K）、CS-3（15.6K）及CS-4（21.4K），其中 CS-1的保護最為嚴密，CS-4則是完全未加以任何保護。每個用戶最多可同時使用八個時槽，所以 GPRS號稱最高傳輸速率為171.2K。
　　其實在GSM Phase 2+的標準中不只定義了GPRS，它還定義了HSCSD（High-Speed Circuit - Switched Data Service，高速電路交換數(shù)據(jù)服務），而 HSCSD最高的傳輸速率也可達57.6K（已經比 56K快一點了），為什么就沒有業(yè)者考慮使用HSCSD呢！因為HSCSD是使用“電路交換”的技術，所以用戶在使用時就像打電話一樣，不管你是否有開口說話，系統(tǒng)都會在上下行的頻段中保留一個時槽給用戶，所以費率是以使用時槽的數(shù)目與使用時間的長短來計算的，對用戶來說實在不劃算，再者它的傳輸速率遠比不上 GPRS，所以許多電信業(yè)者大多跳過 HSCSD 直接進入 GPRS。不過不管電信業(yè)者決定使用HSCSD服務或是GPRS服務，用戶本身所持的手機都必須能夠支援多個時槽同時收發(fā)的功能及 GPRS標準，目前我們所使用的手機大多無法享受到GPRS 的高速，所以若想要在手機上享受速上網的樂趣，就得添購新型的手機，當然這也要你所使用的電話業(yè)務提供商已經架設完成GPRS 的系統(tǒng)且開始提供服務才行。
GPRS是一種新的GSM數(shù)據(jù)業(yè)務，它在移動用戶和數(shù)據(jù)網絡之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP和X.25分組數(shù)據(jù)接入服務。GPRS采用分組交換技術，它可以讓多個用戶共享某些固定的信道資源。如果把空中接口上的TDMA幀中的8個時隙都用來傳送數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)速率最高可達164kb／8。GSM空中接口的信道資源既可以被話音占用，也可以被GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務占用。當然在信道充足的條件下，可以把一些信道定義為GPRS專用信道。
　　2、GPRS有什么優(yōu)勢
　　相對原來GSM的撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，GPRS是分組交換技術。由于使用了“分組”的技術，用戶上網可以免受斷線的痛苦(情形大概就跟使用了下載軟件NetAnts差不多)。此外，使用GPRS上網的方法與WAP并不同，用WAP上網就如在家中上網，先“撥號連接”，而上網后便不能同時使用該電話線，但GPRS就較為優(yōu)越，下載資料和通話是可以同時進行的。從技術上來說，聲音的傳送(即通話)繼續(xù)使用GSM，而數(shù)據(jù)的傳送便可使用GPRS，這樣的話，就把移動電話的應用提升到一個更高的層次。而且發(fā)展GPRS技術也十分“經濟”，因為只須沿用現(xiàn)有的GSM網絡來發(fā)展即可。GPRS的用途十分廣泛，包括通過手機發(fā)送及接收電子郵件，在互聯(lián)網上瀏覽等。
　　現(xiàn)在手機上網的口號就是“alwaysonline”、“IPinhand”，使用了GPRS后，數(shù)據(jù)實現(xiàn)分組發(fā)送和接受，這同時意味著用戶總是在線且按流量計費，迅速降低了服務成本。對于繼續(xù)處在難產狀態(tài)的中國移動／聯(lián)通WAP資費政策，如果將CSD(電路交換數(shù)據(jù)，即通常說的撥號數(shù)據(jù)，歐亞WAP業(yè)務所采用的承載方式)承載改為在GPRS上實現(xiàn)，則意味著由數(shù)十人共同來承擔原來一人的成本。
　　而GPRS的最大優(yōu)勢在于：它的數(shù)據(jù)傳輸速度不是WAP所能比擬的。目前的GSM移動通信網的傳輸速度為每秒9.6K字節(jié)，GPRS手機在今年年初推出時已達到56Kbps的傳輸速度，到現(xiàn)在更是達到了115Kbps(此速度是常用56Kmodem理想速率的兩倍)。除了速度上的優(yōu)勢，GPRS還有"永遠在線"的特點，即用戶隨時與網絡保持聯(lián)系。舉個例子，用戶訪問互聯(lián)網時，點擊一個超級鏈接，手機就在無線信道上發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，主頁下載到本地后，沒有數(shù)據(jù)傳送，手機就進入一種"準休眠"狀態(tài)，手機釋放所用的無線頻道給其他用戶使用，這時網絡與用戶之間還保持一種邏輯上的連接，當用戶再次點擊，手機立即向網絡請求無線頻道用來傳送數(shù)據(jù)，而不像普通撥號上網那樣斷線后還得重新?lián)芴柌拍苌暇W沖浪。
　　3、GPRS網絡是怎樣構成的
GPRS網絡是基于現(xiàn)有的GSM網絡來實現(xiàn)的。在現(xiàn)有的GSM網絡中需要增加一些節(jié)點，如GGSN（Gateway GPRS Supporting Node，GPRS網關支持節(jié)點）和SGSN（Serving GSN，GPRS服務支持節(jié)點）。GSN是GPRS網絡中最重要的網絡節(jié)點。GSN具有移動路由管理功能，它可以連接各種類型的數(shù)據(jù)網絡，并可以連到GPRS寄存器。GSN可以完成移動終端和各種數(shù)據(jù)網絡之間的數(shù)據(jù)傳送和格式轉換。GSN可以是一種類似于路由器的獨立又備，也可以與GSM中的MSC集成在一起。GSN有兩種類型：一種為SGSN（Serving GSN，服務GSN），另一種為GGSN（Gateway GSN，網關GSN），SGSN的主要作用是記錄移動終端的當前位置信息，并且在移動終端和GGSN之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。GGSN主要是起網關作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網絡連接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文獻中，把GGSN稱為GPRS路由器。GGSN可以把GSM網中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進行協(xié)議轉換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠端的TCP／IP或X.25網絡。
　　4、GPRS有幾種協(xié)議模型
　　Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信協(xié)
議有5層，自下而上依次為物理層、MAC （Media Access Control）層、LLC（Logical Link Control）層、SNDC（Subnetwork Dependant Convergence）層和網絡層。
　　Um接口的物理層為射頻接口部分，而物理鏈路層則負責提供空中接口的各種邏輯信道。GSM空中接口的載頻帶寬為200kHz，一個載頻分為8個物理信道。
　　如果8個物理信道都分配為傳送GPRS數(shù)據(jù)，則原始數(shù)據(jù)速率可達200kb／s?？紤]前向糾錯碼的開銷，則最終的數(shù)據(jù)速率可達164kb/s左右。
　　MAC為媒質訪問控制層。MAC的主要作用是定義和分配空中接口的GPRS邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動終端共享。GPRS的邏輯信道共有3類，分別是公共控制信道、分組業(yè)務信道和GPRS廣播信道。公共控制信道用來傳送數(shù)據(jù)通信的控制信令，具體又分為尋呼和應答等信道。分組業(yè)務信道用來傳送分組數(shù)據(jù)。廣播信道則是用來給移動終端發(fā)送網絡信息。
　　LLC層為邏輯鏈路控制層。它是一種基于高速數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程HDLC的無線鏈路協(xié)議。LLC層負責在高層SNDC層的SNDC數(shù)據(jù)單元上形成LLC地址、幀字段，從而生成完整的LLC幀。另外，LLC可以實現(xiàn)一點對多點的尋址和數(shù)據(jù)幀的重發(fā)控制。
　　BSS中的LLR層是邏輯鏈路傳遞層。這一層負責轉送MS和SGSN之間的LLC幀。LLR層對于SNDC數(shù)據(jù)單元來說是透明的，即不負責處理SNDC數(shù)據(jù)。
　　SNDC被稱為子網依賴結合層。它的主要作用是完成傳送數(shù)據(jù)的分組、打包，確定TCP／IP地址和加密方式。在SNDC層，移動終端和SGSN之間傳送的數(shù)據(jù)被分割為一個或多個SNDC數(shù)據(jù)包單元。SNDC數(shù)據(jù)包單元生成后被放置到LLC幀內。
網絡層的協(xié)議目前主要是Phase l階段提供的TCP／IP和L25協(xié)議。TCP／IP和X.25協(xié)議對于傳統(tǒng)的GSM網絡設備（如BSS和NSS等設備）是透明的。
　　5、GPRS的工作原理是什么
　　GPRS工作時，是通過路由管理來進行尋址和建立數(shù)據(jù)連接的，而GPRS的路由管理表現(xiàn)在以下3個方面：移動終端發(fā)送數(shù)據(jù)的路由建立；移動終端接收數(shù)據(jù)的路由建立；以及移動終端處于漫游時數(shù)據(jù)路由的建立。對于第一種情況，當移動終端產生了一個PDU（分組數(shù)據(jù)單元），這個PDU經過SNDC層處理，稱為SNDC數(shù)據(jù)單元。然后經過LLC層處理為LLC鄭通過空中接口送到GSM網絡中移動終端所處的SGSN。SGSN把數(shù)據(jù)送到GGSN。GGSN把收到的消息進行解裝處理，轉換為可在公用數(shù)據(jù)網中傳送的格式（如PSPDN的PDU），最終送給公用數(shù)據(jù)網的用戶。為了提高傳輸效率，并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，可以對空中接口上的?shù)據(jù)做壓縮和加密處理。在第二種情況中，一個公用數(shù)據(jù)網用戶傳送數(shù)據(jù)到移動終端時，首先通過數(shù)據(jù)網的標準協(xié)議建立數(shù)據(jù)網和GGSN之間的路由。數(shù)據(jù)網用戶發(fā)出的數(shù)據(jù)單元（如PSPDN中的PDU），通過建立好的路由把數(shù)據(jù)單元PDU送給GGSN。而GGSN再把PDU送給移動終端所在的SGSN上GSN把PDU封裝成SNDC數(shù)據(jù)單元，再經過LLC層處理為LLC幀單元，最終通過空中接口送給移動終端。第三種情況是一個數(shù)據(jù)網用戶傳送數(shù)據(jù)給一個正在漫游的移動用戶。這種情況下的數(shù)據(jù)傳送必須要經過歸屬地的GGSN，然后送到移動用戶A。
　　6、GPRS有哪些方面的應用
　　GPRS的全稱是"通用分組無線業(yè)務"，是在現(xiàn)有GSM網絡上開通的一種新型的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，在有GPRS承載業(yè)務支持的標準化網絡協(xié)議的基礎上，GPRS可以提供一系列交互式業(yè)務：
　　點對點面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務-該業(yè)務是為兩個用戶或者多個用戶之間發(fā)送多分組的業(yè)務，該業(yè)務要求有建立連接、數(shù)據(jù)傳送以及連接釋放等工作程序。
　　單點對多點業(yè)務-該業(yè)務可以根據(jù)某個業(yè)務請求者的要求，把單一信息傳送給多個用戶。該業(yè)務又可以分為點對多點多信道廣播業(yè)務、點對多點群呼業(yè)務和IP多點傳播業(yè)務。
　　點對點無連接型網絡業(yè)務-該業(yè)務中的各個數(shù)據(jù)分組彼此互相獨立，用戶之間的信息傳輸不需要端到端的呼叫建立程序，分組的傳送沒有邏輯連接，分組的交付沒有確認保護，是由IP協(xié)議支持的業(yè)務。
　　GPRS除了提供點對點、點對多點的數(shù)據(jù)業(yè)務外，還能支持用戶終端業(yè)務、補充業(yè)務、GSM短消息業(yè)務和各種GPRS電信業(yè)務。
　　7、GPRS會不會取代WAP?
　　WAP是無線Internet的標準，由多家大廠商合作開發(fā)，它定義了一個分層的、可擴展的體系結構，為無線Internet提供了全面的解決方案。WAP協(xié)議開發(fā)的原則之一是要獨立于空中接口，所謂獨立于空中接口是指WAP應用能夠運行于各種無線承載網絡之上，如TDMA、CDMA、GSM、GPRS、SMS等等。

　　GPRS對應于GSM中的9.6kbps的數(shù)據(jù)業(yè)務，與之不同的是GPRS是通過分組交換來實現(xiàn)高速率的數(shù)據(jù)傳輸，換句話說，GPRS是對GSM數(shù)據(jù)業(yè)務的改進,是在GSM中實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖侄巍?BR>　　可見，WAP是高層應用，而GPRS是底層傳輸?？梢砸弥泥]遞信件的例子來說明WAP與GPRS的關系：如果說WAP是平信或賀卡或明信片，那么GPRS和GSM的CSD（9.6kbps電路交換的數(shù)據(jù)業(yè)務）就是運送信件的交通工具，只不過后者是汽車，前者則是飛機罷了。
　　我們相信，GPRS技術作為一種迎合GSM移動通信市場和全球因特網迅猛發(fā)展和日益融合而興起的技術，將引導人們進入高速信息時代。