GPRS信令流程讲义

第2页GPRS系统结构GPRS网络是叠加在GSM网上的另一张网。GSM网络是GPRS的承载网络。GPRS和GSM公 用相同基站、同一的频谱资源，这就决定了 GPRS网络与GSM网络优化的相互关联，又相 互制约。从网络侧看，GPRS是在GSM网络的基础上增加了 PCU、SGSN、GGSN三种网络实体。PCU （packet control unit分组控制单元）集中在BSS系统中（一般为在BSC中）,用于处理 分组数据及无线分组信道管理，还有新的移动性管理软件。SGSN （服务GPRS支持节点）是为MS提供移动性管理、路由选择等服务的节点。GGSN （网关GPRS支持节点）是用于接入外部数据网络和业务的节点。SGSN和GGSN统称为GSN。TE：设备终端MT:移动终端CGF：计费网关具体的I I和协议后文有详解第3页传输平面GPRS数据传输协议平台能够提供用户信息的传递，它主要由GTP、IP、LLC协议和RLC协议 分别构成GPRS网络各段的传输模式。MT首先通过UM接I I接入GPRS网络，通过BSS经 Gb接I I与SGSN连接，之后SGSN通过Gn接I I接入同一 PLMN的GGSN,最后从GGSN接入 外部数据网。具体后面有介绍第4页信令平面这里主要介绍上四种情况MS-SGSN1. GSMRF （射频部分）：采用与GSM相同的传输模式。GSM空I I的载频带宽为200kHz,- 个载频分为8个物理信道。2. MAC/RLC协议：该层提供无线链路控制功能和媒体接入控制功能。RLC层可支持MS与 BSS之间的有确认和无确认两种模式的数据传输，可提供一条独立于无线解决方案的可 靠链路；MAC层是定义和分配空II的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台 共享。3. LLC （逻辑链路控制）协议：LLC是一个基于HDLC （高速数据链路规程）的无线链路协 议，能够在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。4. GMM/SM协议用来实现移动性管理以及网络接入的相关控制。5. L1：传输物理层6. NS （网络业务）：该层基于BSS和SGSN之间的帧中继连接之上，用于传送上层的BSSGP PDUo7. BSSGP协议：在传输平台上，该协议用于再BSS和SGSN之间提供一条无连接的链路进 行无确认的数据传送。GSN-GSN1. L1/L2：底层传输网络相关的协议，底层传输网络可以使ATM网、以太网、DDN、ISDN、 帧中继网等。2. IP： GPRS骨干网络协议，用于骨干网内用户数据和控制信令的路由选择。3. UDP/TCP： UDP提供差错保护，用于承载不要求可靠传输的GTPPDU： 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 PDUo4. GTP：用于GPRS骨干网中GSN之间数据和信令的隧道传输。所有点对点的PDP协议数 据单元（PDU）将由GTP进行封装。SGSN-HLR/EIR/SMSMAP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-MSC/VLR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进行传送第5页GPRS信道52复帧结构52TDMA帧，4个TDMA帧组成一个block,所以52复帧包含12个无线块、2个空闲帧和2 个用于PTCCH的帧，其中空闲帧的作用是用来解码邻小区的BSIC和为功控测量干扰，PTCCH 帧的作用是用来进行TA更新。第6页分组逻辑信道PBCCH （分组广播控制信道）下行链路的PBCCH用来广播分组数据的特定系统消息。PCCCH （分组公共控制信道）用于分组数据公共控制信令的逻辑信道，其中包拾：PRACH （分组随机接入信道）、PPCH （分组寻呼信道）、PAGCH （分组接入准许信道）和 PNCH （分组通知信道，用于通知移动台PTM-M的呼叫）PTCH （分组业务信道）用于分组交换模式下承载用户数据，包括：PDTCH （分组数据业务信道）：为单向信道，分上下行PACCH （分组随路控制信道）：用于传送包括功控信息、测量和证实等信息，为双向信道。第八页GMM中MS的状态空闲、待命、就绪第九页GMM三状态转换分为MS和SGSN的状态转换，差不多第十页attach信令流程1. MS向新的SGSN发出附着请求（attach request）附着类型有三种，只附着GPRS, IMSI 已被附着的情况下附着GPRS, GPRS/IMSI联合附着2. 当新的SGSN收到“附着请求”消息后，将根据该消息中的P-TMSI和旧的RAI来导出原 SGSN的地址，并向原SGSN发出一条“身份认证请求M（identification request）； IH的SGSN 收到该消息后，若能够识别该MS,则向心的SGSN发送一条“身份认证响应”（identification response）,该消息中含有该MS对应的IMSI及其鉴权三元组（通过识别IMSI可以得到 该MS所在的HLR）。若无法识别，则返回一条相应的错误指示。3. 若新的SGSN无法识别MS,那么它向该MS发起识别程序，当从识别程序中获得IMSI 后，开始执行鉴权加密程序。4. 鉴权加密过程，发生在MS、新的SGSN和HLR三者之间。5. 设备号检查，发生在MS、新的SGSN和EIR三者之间。6. a)鉴权加密程序成功后，新的SGSN向HLR发送一条“位置更新” (update location)消 息，通知HLR该MS的位置已经发生了变化。b) HLR收到“位置更新”消息后，存储当前新的SGSN的消息，并向旧的SGSN发出一 条位置删除” (cancel location)消息。c) 旧SGSN收到“位置删除”消息后将删除该MS的所有信息，并向HLR发回“位置删 除证实(cancel location ack)消息。D)当HLR收到“位置删除证实”消息后，将向新的SGSN发起插入用户数据” (insert sbuscriber data)消息，以提供SGSN所需的用户信息。F)新的SGSN收到用户信息后，向HLR发回证实消息7. 若网络采用Gs接I I (SGSN和MSC/VLR),且附着类型为“IMSI已被附着的情况下附着 GPRS”或“GPRS/IMSI的联合附着”时,SGSN还应执行MSC/VLR的位置更行7a) 7h)8. 新的SGSN接收MS的GPRS附着请求，那么它向MS发送“附着接收” (attach accept) 消息。若为联合的GPRS附着，那么该消息中还含有新的TMSI和LAI9. MS向新的SGSN发回“附着完成(attach complete)消息。10. 若为联合的GPRS附着，新SGSN再向新MSC/VLR发送TMSI分配完成消息。第 11 页 detach手机发起若存在PDP上下文和逻辑电路，则删除若存在Gs接口,且分离原因为GPRS/IMSI的联合分离”，则分别进行IMSI分离和GPRS分 离SGSN发起同手机发起HLR发起HLR希望从SGSN中删除一个用户，所以还要进行位置删除程序第13页路由区更新信令这是跨SGSN的路由区更新1. MS发起路由更新请求2. 新的SGSN向旧的SGSN发起“SGSN上卞文请求”，获取MS的MM上下文和PDP上下 文3. 鉴权加密程序4. 成功鉴权加密后，新SGSN返回给旧SGSN “SGSN上卞文证实”，表示已准备好接收被激 活的PDP信息5. 旧的SGSN收到证实消息后，通过“前转分组单元” (forward packets)消息将在一定时 间内滞留的N-PDU转发给新的SGSN、6. “更新PDP上下文请求”，SGSN通过该消息来更新在GGSN中与该用户相关的PDP上卞 文内容7-10位置更新过程11. Gs I】存在，位置区更新过程12-13路由更新接受和完成第14页会话管理程序只与GPRS核心网和MS有关，与BSS无直接关系第15页补充：每个PDP地址对应有一个PDP下文第16页NSAPI：网络服务接入点标识符（Network Service Access Point Identifier）是 PDP （分组数据 协议）上下文的一个索引第17页PDP状态有激活和未激活两种，在激活状态卜可以进行数据传输第18页PDP下文激活所谓PDP上下文激活是指MS要求网络给它分配以个IP地址，使它成为IP网络的一部分1. MS完成GPRS附着，需要和外部数据网络进行数据传输，向SGSN上发“激活PDP上卞 文请求”2. SGSN判断是否执行鉴权加密及P-TMSI再分配程序（匿名接入不需要）3. 创建PDP上下文过程，SGSN请求GGSN分配PDP地址、协商QoS质量等4. “激活PDP下文接受”第19页PDP下文去激活MS发起“PDP上下文去激活请求”消息中包含需要去激活的PDP上下文的时间标识符，以及原因代 码。第21页TBF （临时块流）一个TBF可以使用一个或多个PDCH,所以说TBF是由一个或多个LLC帧组成第23页一阶段接入MS向PCU上发“分组信道请求”，若为一阶段接入，该消息中包含建立信道所需要的所有 信息，如所请求的无线块数、无线接入优先级、MS的多时隙能力等，来期待网络直接进行 业务资源分配。PCU通过“分组立即指配”向MS提供所需的专用资源一阶段接入方式下，MS将在所指配的PDTCH信道上发送数据，为引入竞争解决方案，MS 在前三个RLC数据块中加入TLLI识别。当网络收到第一个RLC数据块时，它将向MS发送“分组上行证实/未证实”消息，该消息 中含有该MS的TLLI。当MS收到该消息后，如发现该TLLI与自己存储的TLLI 一致，则继续使用该PDTCH信道， 若不一致，则释放掉该资源。第24页二阶段接入在“分组信道请求”中只对请求的业务做十分简单的描述，包含该MS的随机接入比特也接 入原因。在“立即指配命令”指配的PACCH信道上向PCU发送“分组资源请求”，包含上行链路传输 所需资源的完整描述。PCU通过“分组资源指配”将PDTCH资源指配给MS第26页固定模式Allocation bitmap 分配位图第27页动态模式分为时段分配和时隙分配第28页两种方式的优缺点：动态模式：网络在给移动台分配的每一个PDCH的下行块中都有可能发送针对该MS的USF, 这就需要MS得所分配PDCH上去解码所有的下行块，增加了 MS的耗电量，减少了 MS的 自由度。固定模式：MS事先知道要发送的数据块的个数及传送数据所要占用的资源，因此减轻了 MS的负担，节约了 MS的耗电量，但MS使用完所分配的资源后，再一次去向网络请求新 的资源，增加了网咯的信令负荷。第29页GPRS上行数据传输（证实模式下）在接入和分配过程后，进行数据传输在接收到最后一个窗门的数据块后，PCU下发“分组上行链路证实/未证实”消息当网络检测到TBF结束时，如果还未收到所有的RLC数据块，PCU还将通过“分组上行指配” 消息给移动台分配足够的上行链路资源重传所要求的RLC数据块全部传送完毕后，进行释放第30页GPRS寻呼MS处于待命状态，有寻呼阶段。第32页TA分组交换不连续，TA获得困难，GPRS采用初始定时提前控制和连续定时提前控制获得有效 的TA。初始TA估计的算法类似于电路交换