深入探討全球主流GPRS路由關鍵技術
對用戶而言，由于數據傳輸速度慢、連接建立時間長，數據業(yè)務的服務費用對多數用戶來講仍然太貴。從技術的角度來分析，現有的無線數據業(yè)務是基于電路交換的方式進行的。在GSM系統(tǒng)中，為了提高頻譜資源利用率，只在用戶需要時才分配一條業(yè)務信道(TCH)，用畢后即釋放。這給一些突發(fā)性、大數據量業(yè)務的傳輸帶來很大的困難。如果能在無線信道上對突發(fā)性的數據傳輸按需分配TCH，實現多時隙的捆綁，就能明顯提高信道利用率和傳輸速度。對移動運營商而言，現有的計費方法是針對話音業(yè)務的，以通話時間長度為計量單位，這種方法是不適應數據業(yè)務的開展的。
針對GSM網中存在的不足，國際電信聯(lián)盟(ITU)提出發(fā)展第三代移動通信IMT-2000，實現寬帶數據業(yè)務以達到全球無縫覆蓋，從根本上解決GSM在數據應用領域中存在的問題。目前對第二代移動通信的研究盡管有了很大進展，但最終的應用標準仍沒有統(tǒng)一。而GPRS作為GSM一種新承載服務，極大地提高和簡化了無線網進入分組數據網絡的途徑，它在無線信道上采用新的編碼和多時隙捆綁技術，同時在骨干網中采用分組技術，較好地克服了GSM網絡中所存在的上述問題。用戶采用GPRS路由的好處在于可以縮短入網時間，獲得更高的數據傳送速度。
在GSM上，建立連接的時間通常比較長，數據傳送速度不會超過9．6Kb/s。而GPRS路由所需建立連接的時間比GSM要短，采用CS1和CS2編碼所獲得的實際數據傳送速度能達到幾十Kbit/s。而且，使用GPRS，其費用只同網上所傳送的數據量有關，同上網時間無關，該特點可以保證用戶長時間附著在網上，只有當數據傳送時，才進行計費，因而更能保障用戶的利益。總之，GPRS路由能有效地提高無線和網絡資源的利用率，達到更高的數據傳送速度，以更簡捷的方法實現從無線數據網進入分組數據網，并且提供了基于流量的計費系統(tǒng)。
GPRS移動性管理
在GPRS中，移動性管理處理類似GSM網絡，每個GPRS位置區(qū)(LA)可包括若干個路由區(qū)(RA)，每個路由區(qū)是由一個或幾個小區(qū)組成的。MS(移動臺)在GPRS網中，通常處于空閑(IDLE)、待命(STANDBY)或準備就緒(READY)三種狀態(tài)之一，MS這三種狀態(tài)的轉換過程。當MS處于STANDBY和READY兩種狀態(tài)時，均有內部定時器對這2種狀態(tài)進行監(jiān)視，若無數據包的傳送，MS可由READY態(tài)經STANDBY態(tài)，進入IDLE態(tài)。而在IDLE態(tài)和READY態(tài)之間，用戶可通過發(fā)起GPRS attach或GPRS 的對MS移動性管理主要涉及兩類位置更新，一是小區(qū)(Cell)級的移動性管理，涉及MS在同一路由區(qū)中不同小區(qū)間位置更新的處理；二是路由區(qū)(RA)級的移動性更新，涉及MS在不同路由區(qū)位置更新的處理。系統(tǒng)能否對這兩種情況進行有效管理同MS當前所處的狀態(tài)密切相關。MS處于IDLE(空閑)狀態(tài)時，表明其不在GPRS網絡覆蓋區(qū)，SGSN(服務GSN)不存在MS的有效位置及路由信息，因此和用戶相關的移動性管理不能執(zhí)行。若用戶想從MS空網狀態(tài)進入準備就緒態(tài)，必須執(zhí)行GFRS attach操作，若該操作成功，表明MS進入準備就緒態(tài)。
MS處于READY(準備就緒)狀態(tài)時，MS可以進行小區(qū)級的移動性管理。每當MS進行小區(qū)路由更新時，將主動通知SGSN。MS進入新的路由區(qū)時，將發(fā)一個路由更新請求給相應的SGSN，該消息中包含舊的RAI，BSS將新的小區(qū)標識(CI)發(fā)繪SGSN，SGSN據此產生一個新的RAI給SGSN。若MS處于STANDBY(待命)狀態(tài)時，表明其已成功附著在GPRS網中，MS只進行RAI路由區(qū)的移動性管理。當MS進行路由區(qū)更新時，應通知SGSN。而在同一路由區(qū)內的小區(qū)更新，只有通過SGSN發(fā)尋呼消息使MS進入READY態(tài)，才能得到MS新的小區(qū)消息。
無論MS處于準備就緒態(tài)還是待命態(tài)，MS進入新的路由區(qū)時，將發(fā)一個路由更新請求給相應的SGSN，該消息中包含舊的RAI，BSS將新的小區(qū)標識(CI)發(fā)給SGSN，SGSN據此產生一個新的RAI給SGSN。總之GPRS路由區(qū)更新包括2種情況:一是新舊路由區(qū)在同一個SGSN的管轄范圍內，這時由于新舊RAI在同一個SGSN中，SGSN已經保存了必要的用戶文檔，不必通知其它網元設備如SGSN(關口GPRS支持節(jié)點)和HLR(歸屬位置寄存器)，只需分配一個新的P-TMSI給用戶。二是新舊路由區(qū)的管轄屬于不同的SGSN，新的SGSN實現MS的改變，并要求舊的SGSN發(fā)一個PDP上下文給MS，然后舊的SGSN通知GGSN有關新的路由，此外在該過程中路由信息的變化情況也應通知HLR和MSC/VLR。綜上所述，GPRS移動性管理涉及到兩個層次的管理，宏觀上是HLR和MSC／VLR及對MS關聯(lián)的SGSN跟蹤，微觀上是對MS所附著的小區(qū)和路由區(qū)的跟蹤。
GPRS無線資源管理
在物理層上，GSM采用FDMA/TDMA的接入方式，上、下行采用不同的頻帶，間隔為45MHz。890-915MHz用于上行數據傳送，935-960MHz用于BTS的下行數據傳送，上、下行頻帶各占25MHz帶寬，分成124個載頻，載頻間隔為200kHz。一個物理信道可由幀號、時隙號和跳頻序列來定義。基本的無線資源為一個時隙，長度為576.9μs，調制速率為270．833kbit／s，因此每時隙包含156．25bit。GPRS路由在信道上分配不同于GSM，一個TDWA中可分配l到8個時隙給一個MS，而且上下行信道是分開的，也就是說GPRS允許一個手機占用多個時隙進行數據傳送，這是一種非常靈活的信道分配方法，有利于非對稱數據業(yè)務的傳送。
傳統(tǒng)GSM在一個通話過程中MS要占用一個固定的信道。而GPRS路由只在數據傳送時申請分配信道，傳送完成后就將信道釋放。這對突發(fā)性數據業(yè)務來講能更好地分配無線信道資源。根據這特點，多個用戶可共享同一個時隙。一個小區(qū)若支持GPRS，就可以為GPRS業(yè)務分配多個物理信道，該物理信道稱為分組數據信道(PDCH)。PDCH可以從一個小區(qū)的所有信道中進行分配，并且GPRS可以根據當前業(yè)務負荷和優(yōu)先級進行動態(tài)調整，而且這些小區(qū)中可同時支持GPRS和非GPRS的承載業(yè)務。
GPRS的邏輯信道
在邏輯上可對物理信道定義一系列的邏輯信道來實現功能，例如信令信道、廣播信道、尋呼信道等等。PDTCH用于數據業(yè)務的傳送，每個手機可同時使用多個PDTCH。PDTCH是BSS到MS單向的、點對多點信令通道。BSS通過該信道將特定的信息傳送給小區(qū)內的GPRS手機。除GBPS信息外，PBCCH也可以廣播重要的電路交換服務信息，因此GPRS/GSM手機可以不必接受BCCH信道消息。PCCCH是雙向的、點到多點信令通道，用于對MS入網信令的傳遞，如對無線資源的分配和尋呼等消息，它由PRACH、PAGCH、PPCH和PNCH4個子信令組成。PRACH用于給MS請求一個或多個PDTCH，以及對尋呼消息的響應；PAGCH用于給MS分配一個或多個PDTCH；PPCH用于給MS發(fā)尋呼消息，該消息優(yōu)先級高于下行數據業(yè)務的傳送；PNCH用于通知MS將有PIM消息的傳送。
獨立控制信道是雙向的、點對點信令通道，包括PACCH和PTCCH，其中PACCH總是和一個或多個PDTCH一起同時分配給一個MS，并且將信令消息，如確認或功率控制信息，傳給一個特定的MS。PTCCH用于自適應定時同步。電路交換和分組交換邏輯信道的協(xié)調是十分重要的。在一個小區(qū)中，當小區(qū)中PCCCH無效時，MS可利用GSM的CCCH信道來發(fā)起分組數據包的傳送；當無PBCCH時，MS可通過GSM網中BCCH信道來得到無線網絡信息。
邏輯信道和物理信道的映射
邏輯信道和物理信道的映射涉及到兩個方面，一是頻率映射，另一個是時間映射。頻率映射是基于TDMA幀號的，頻率是預先分配給BTS的。時間映射是基于TDMA幀基礎上定義一個復幀結構。一個PDCH由52個TDMA幀組成，4個連續(xù)TDMA幀形成了一個區(qū)塊，共有12個區(qū)塊，編號為B0-Bll，其中2個TDMA保留給PTCCH，剩余2個TDMA為空閑幀。邏輯信道如何映射到B0-Bll是由PBCCH中廣播信道中的參數決定的。在GPRS路由中除了由52個TDMA幀所組成的復幀外，還有由51個TDMA幀組成的復幀，如PDCH攜帶的PCCCH和PBCCH。
GPRS計費策略
GPRS使GSM可以同局域網一樣和外部的專用或Internet相連。GPRS路由用戶可以長期在網上附著，但在某一給定時間內可占用或不占用網絡資源。若采用傳統(tǒng)的基于時長計費的原則，就會使用戶在發(fā)送完數據后盡快退網，限制了人們的使用。GPRS采用基于流量的新的計費原則。為了更好地滿足用戶的需要，GPRS計費應在該原則的基礎上，有必要對以下幾個方面做進一步研究。上、下行數據量采用不同的計費原則。GPRS能很清楚地知道數據是從用戶到網絡，還是從網絡到用戶，這給我們提供了新的計費策略，如只對下行數據進行收費，而對用戶上行接入可考慮不收費。根據服務質量QoS的計費原則。用戶可根據系統(tǒng)所提供的不同服務質量，獲得不同的折扣。網絡的服務質量主要以可靠性、優(yōu)先級、吞吐量和延遲時間等指標進行評估。對大多數用戶來說，根據MS所獲得的服務質量來決定折扣率是非常困難的，他們往往只是關心能否正常入網使用，而不太關心服務質量(QoS)。但一些大的通訊公司會對網絡的運行質量提出一些要求，一旦這些要求達不到就會要求運營公司給予相應的折扣。
能否根據傳送內容計費。目前，GPRS路由網絡只能識別用戶接入點名(APN)，如一個Internet端口，而從該端口所傳輸的內容通常是無法知道的。理論上，雖可以采用一種粗略的對APN劃分來達到這一目的，但實際上是十分困難的，更好的方法是通過基于TCP/IP的應用軟件對內容做進一步分析來獲得。根據MS位置信息計費。在傳統(tǒng)GSM計費方式中，根據位置信息收費是一個很重要的標準。而GPRS路由用戶由于長時間附著在網上，路由區(qū)的變化也比較多。若要根據位置信息計費，對系統(tǒng)的實時性會提出更高的要求。按時段收費。對不同的時段采用不同的收費政策，可以避免數據業(yè)務和話音業(yè)務在同一時間出現忙時，減緩對無線信道的壓力，減輕對話音業(yè)務的影響有一定的幫助。GPRS計費應綜合以上各個因素形成一個合理的計費辦法。相比GSM話單，ETSI所定義的GPRS呼叫詳細話單種類要多，進一步的問題是能否將現有的GSM出賬系統(tǒng)和GPRS計費系統(tǒng)整合以適應新的服務，這需要我們做深入地研究。
