从2G到3G演进的中介技术GPRS

摘　要：从GSM的网络设施出发，阐述了GPRS的网络构成以及相应的业务特性和服务质量，分析了从2 G到3G的演进中GPRS所处的地位及其发展前景。

1 引言

在全球所有的第二代移动通信中，GSM通信网络的使用人数最多，中国目前的大部分移动 通信网络就是GSM系统。由于最初的GSM标准主要是考虑支持语音业务和少量电路交换方式的 数据业务，因此GSM网络的语音通信是电路交换方式。20世纪90年代以后，随着互联网技术的迅猛发展，人们开始想到了移动互联网，希望能通过手机享受各种高速数据业务(包括收发Email、进行Internet浏览等)。正是在这样的社会需求下，欧洲电信标准化组织(ETSI)及时在GSM系统的基础上制定了一套移动数据通信技术标准，使GSM与Internet相结合，重组的新网络称为通用分组无线业务（General Packet Radio Service，GPRS）。显然该网络既有电路交换又有分组交换，后称2.5G系统。2000年以后，该技术的标准化工作被转移到3GPP。

由于GPRS只是在现有GSM网络的基础上叠加了一个新的网络，通过在新的网络上增加一些 硬件设备并同时对原有网络进行软件升级，形成了一个新的网络逻辑实体，以提供端到端、广域的无线IP连接。因此，笔者从人们熟知的GSM网络（如图1所示）入手，进而讨论GPRS网络（如图2所示）的形成，最后分析了GPRS网络技术在移动通信的演进过程中所处的地位及其发展前景。

2 GPRS网络的形成及特点
2.1 GSM的网络设施

图1给出了GSM系统的典型网络结构。
图1中网络构成的实体为：
(1)MS：移动台，用户的移动终端。
(2)BSS：基站子系统，包括一个基站控制器BSC和多个基站收发台BTS。其中BTS负责与移动台通过空中接口进行通信；BSC负责控制一个或多个BTS。
(3)MSC：移动交换中心，负责一个或多个BSS。完成对MS的移动性管理和业务以及与PSTN的交换。
(4)HLR，VLR：分别负责记录在本地注册的用户信息和漫游到本地的外地用户信息。MSC通过这2个数据库来实现对用户移动性的管理和对用户业务的正确交换。
(5)EIR，AUC：移动设备和用户认证中心，负责对用户权限的管理。

显而易见，GSM无线网络的核心为MSC，并由MSC，VLR和HLR完成语音通话的电路交换业务的移动台接入和移动性管理。

2.2 GSM的重组新网络GPRS网络系统

GPRS移动通信系统是针对GSM进行改进而来，而这种改进并不彻底，他们对空中接口并不 改动，只是通过一些新的定义对核心网进行了大的改动，使得第二代系统能够支持分组业务接入Internet。

2.2.1 GPRS的网络结构

为了实现"GSM+Internet"的方略，形成了图2所示的网络结构。

新增的功能模块主要包括：
（1）移动台(MS) 必须是GPRS或GPRS/GSM双模移动台。因为原有的GSM网络只作为语音通话来用；将GSM升级到GPRS网络后，由于GPRS网络内的MS具备传输语音的电路交换以及传输数据的分组交换两种方式，为此功能与用途更加多样化。

（2）将原有的GSM基站(BSS)子系统作了相应的软硬件扩展。由于基站收发台BTS仍只与基 站控制器BSC连接，没有增加新的硬件接口，仅在BTS上增加了软件单元(CCU)，显然GSM网络原有的BTS能同时用于GPRS网络。BSC仍然同时连接许多BTS，为增设数据分组的处理能力，B SC不仅需要软件升级，还要增加与SGSN连接的新的分组控制单元 (PCU) 硬件接口。

在GPRS网络中，MS发出的无线信号为数据或语音两种方式，此时由BTS负责识别信号的数据 形态：若仅为语音信息，则由BSC将数据传输到MSC(他扮演着语音交换机的角色)；若含有数据信息，则由BSC中的PCU新接口，从话音业务中分离出数据业务，并将数据传输到SGSN，以控制无线信道的分配。

（3）对于交换机(SS)子系统(如HLR，VLR，MSC等)，只需在原有的设备中加入支持GPRS网络的软件。

（4）在核心网络引入SGSN（Serving GPRS Support Node，GPRS业务支持节点）和GGSN（ Gataway GPRS Support Node，GPRS网关支持节点）两个新的网络设备节点，进而在以语音业务为主的基础上增加了数据业务。在GPRS网络中，通常由单一的SGSN负责某一区域网络的服务，电信运营商的PLMN中包括许多的SGSN，但只有很少数的GGSN，SGSN的数量远多于GGSN。GGSN对GPRS核心网的功能是根据分组IP地址找到MS的位置并为移动台分配一个合适的SGSN。

从图2中明显看出，无线网络的核心已经由MSC变成了SGSN，而MSC，VLR和HLR只是负责传统电路交换业务的移动台接入和移动性管理；而核心网络本身已经是在IP的基础上