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GPRS DTU通訊模塊的工作原理

 

本文由廈門才茂通信科技有限公司提供

 

GPRS的英文全稱是：“General Packet Radio Service”（譯作“通用分組無線服務”），它是利用“包交換”（Packet－Switched）的概念發展起來的一套無線傳輸方式。所謂“包交換”就是將Data封裝成許多獨立的封包，再將這些封包一一傳送出去，形式上有點類似郵局中的寄包裹。其作用在于只有當有資料需要傳送時才會占用頻寬，而且可以以傳輸的資料量計價，這對廣大用戶來說是較合理的計費方式，因為像Internet這類的數據傳輸大多數的時間頻寬是閑置的。

    GPRS網絡是基于現有的GSM網絡來實現的。在現有的GSM網絡中需增加一些節點，如GGSN（Gateway GPRS Supporting Node，GPRS網關支持節點）和SGSN（ Serving GSN，GPRS服務支持節點），GSN是GPRS網絡中最重要的網絡節點。GSN具有移動路由管理功能，它可以連接各種類型的數據網絡，并可以連到GPRS寄存器。GSN可以完成移動終端和各種數據網絡之間的數據傳送和格式轉換。GSN可以是一種類似于路由器的獨立設備，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據的發送和接收。GGSN主要是起網關作用，它可以和多種不同的數據網絡連接，如ISDN、PSPDN和LAN等。國外有些資料甚至將GGSN稱為GPRS路由器。GGSN可以把GSM網中的GPRS 分組數據包進行協議轉換，從而可以把這些分組數據包傳送到遠端的TCP／IP或X.25網絡。

    GPRS工作時，通過路由管理來進行尋址和建立數據連接，而GPRS的路由管理表現在以下三方面：移動終端發送數據的路由建立；移動終端接收數據的路由建立；以及移動終端處于漫游時數據路由的建立。

    對于第一種情況，當移動終端產生了一個PDU分組數據單元)，這個PDU經過SNDC層處理，稱為SNDC數據單元。然后經過LLC層處理為LLC幀通過空中接口送到GSM網絡中移動終端所處的SGSN。SGSN把數據送到GGSN。GGSN把收到的消息進行解裝處理，轉換為可在公用數據網中傳送的格式（如PSPDN的PDU），最終送給公用數據網的用戶。為了提高傳輸效率，并保證數據傳輸的安全，可以對空中接口上的數據做壓縮和加密處理。

    在第二種情況中，一個公用數據網用戶傳送數據到移動終端時，首先通過數據網的標準協議建立數據網和GGSN之間的路由。數據網用戶發出的數據單元（如 PSPDN中的PDU），通過建立好的路由把數據單元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數據單元，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據網用戶傳送數據給一個正在漫游的移動用戶。這種情況下的數據傳送必須要經過歸屬地的GGSN，然后送到用戶A端。

   GPRS的主要特點

    相對原來GSM的電路交換數據傳送方式，GPRS采用分組交換技術。由于使用“分組”技術，用戶上網可以免受掉線的麻煩。此外，使用GPRS上網的方法與WAP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則較優越，下載資料和通話可以同時進行。

    從技術上來說，聲音的傳送（即通話）繼續使用GSM，而數據的傳送則使用GPRS，就把移動電話的應用提升到一個更高層次，而且不需重新組網，十分經濟。GPRS的用途十分廣泛，包括通過手機發送及接收電子郵件、在Internet上瀏覽等。使用GPRS，數據可實現分組發送和接受，這意味著用戶總是在線且按流量計費，降低了服務成本。

    GPRS的最大優勢在于數據傳輸速度不是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，GPRS手機在今年初推出時已達到56Kbps的傳輸速度，到現在更是達到了115Kbps（此速度是常用56k modem理想速率的兩倍）。除了速度上的優勢，GPRS還有“永遠在線”的特點，即用戶隨時與網絡保持聯系。舉個例子，用戶訪問Internet時，點擊一個超級鏈接，手機就在無線信道上發送和接受數據，主頁下載到本地后，沒有數據傳送，手機就進入一種“準休眠”狀態，手機釋放所用的無線頻道給其它用戶使用，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據，而不像普通撥號上網那樣斷線后還得重新撥號才能上網。

    GPRS的協議模型

    Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信協議有5層，自下而上依次為物理層、MAC（Media Access Control)層、LLG（Logical Link Control）層、SNDC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數據，則原始數據速率可達200Kbps。考慮前向糾錯碼的開銷，則最終的數據速率可達164kbps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；LLG層為邏輯鏈路控制層。它是一種基于高速數據鏈路規程HDLG的無線鏈路協議；SNDC被稱為子網依賴結合層。它的主要作用是完成傳送數據的分組、打包，確定TCP／IP地址和加密方式；網絡層的協議目前主要是Phasel階段提供的 TCP／IP和L25協議。TCP／IP和X.25協議對于傳統的GSM網絡設備（如：BSS、NSS等設備）是透明的。

   GPRS的應用范圍

GPRS是在現有GSM網絡上開通的一種新型的分組數據傳輸業務，在有GPRS承載業務支持的標準化網絡協議的基礎上，GPRS可以提供系列交互式業務服務：

    1、點對點面向連接的數據業務。為兩個用戶或者多個用戶之間發送多分組的業務，該業務要求有建立連接、數據傳送以及連接釋放等工作程序。

    2、單點對多點業務。根據某個業務請求者的要求，把單一信息傳送給多個用戶。該業務又可以分為點對多點多信道廣播業務、點對多點群呼業務和IP多點傳播業務。

    3、點對點無連接型網絡業務。各個數據分組彼此互相獨立，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協議支持的業務。

    GPRS除了提供點對點、點對多點的數據業務外，還能支持用戶終端業務、補充業務、 GSM短消息業務和各種GPRS電信業務。