無(wú)線寬帶的先驅(qū):GPRS技術(shù)全接觸

隨著通信技術(shù)的不斷成熟以及用戶對(duì)通信質(zhì)量的要求越來(lái)越高，現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)將不可避免地向W-CDMA（寬帶碼分多址）演變，這種演進(jìn)的過(guò)程據(jù)估計(jì)大約需要2-3年，主要的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)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(dòng)運(yùn)營(yíng)商們只能等待，通過(guò)采用GPRS（通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)）技術(shù)，可使現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)輕易地實(shí)現(xiàn)與高速數(shù)據(jù)分組的簡(jiǎn)便接入，從而使運(yùn)營(yíng)商能夠?qū)σ苿?dòng)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)并獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。GPRS將是通向3G的一個(gè)重要里程碑那么到底什么是GPRS呢？它有什么優(yōu)點(diǎn)？它的發(fā)展前景又將是怎樣的呢？為此，筆者的下述淺見(jiàn)，將對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)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(wú)線服務(wù)，它是利用“包交換”（Packet-Switched）的概念所發(fā)展出的一套無(wú)線傳輸方式。所謂的包交換就是將 Date封裝成許多獨(dú)立的封包，再將這些封包一個(gè)一個(gè)傳送出去，形式上有點(diǎn)類(lèi)似寄包裹，采用包交換的好處是只有在有資料需要傳送時(shí)才會(huì)占用頻寬，而且可以以傳輸?shù)馁Y料量計(jì)價(jià)，這對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是比較合理的計(jì)費(fèi)方式，因?yàn)橄驣nternet這類(lèi)的數(shù)據(jù)傳輸大多數(shù)的時(shí)間頻寬是間置的。此外，在 GSM phase 2+ 的標(biāo)準(zhǔn)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(cuò)誤保護(hù)（Error Protection）能力。利用四種不同的編碼方式每個(gè)時(shí)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(hù)最為嚴(yán)密，CS-4則是完全未加以任何保護(hù)。每個(gè)用戶最多可同時(shí)使用八個(gè)時(shí)槽，所以 GPRS號(hào)稱最高傳輸速率為171.2K。
　　其實(shí)在GSM Phase 2+的標(biāo)準(zhǔn)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(wù)），而 HSCSD最高的傳輸速率也可達(dá)57.6K（已經(jīng)比 56K快一點(diǎn)了），為什么就沒(méi)有業(yè)者考慮使用HSCSD呢！因?yàn)镠SCSD是使用“電路交換”的技術(shù)，所以用戶在使用時(shí)就像打電話一樣，不管你是否有開(kāi)口說(shuō)話，系統(tǒng)都會(huì)在上下行的頻段中保留一個(gè)時(shí)槽給用戶，所以費(fèi)率是以使用時(shí)槽的數(shù)目與使用時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)計(jì)算的，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)實(shí)在不劃算，再者它的傳輸速率遠(yuǎn)比不上 GPRS，所以許多電信業(yè)者大多跳過(guò) HSCSD 直接進(jìn)入 GPRS。不過(guò)不管電信業(yè)者決定使用HSCSD服務(wù)或是GPRS服務(wù)，用戶本身所持的手機(jī)都必須能夠支援多個(gè)時(shí)槽同時(shí)收發(fā)的功能及 GPRS標(biāo)準(zhǔn)，目前我們所使用的手機(jī)大多無(wú)法享受到GPRS 的高速，所以若想要在手機(jī)上享受速上網(wǎng)的樂(lè)趣，就得添購(gòu)新型的手機(jī)，當(dāng)然這也要你所使用的電話業(yè)務(wù)提供商已經(jīng)架設(shè)完成GPRS 的系統(tǒng)且開(kāi)始提供服務(wù)才行。
GPRS是一種新的GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動(dòng)用戶提供高速無(wú)線IP和X.25分組數(shù)據(jù)接入服務(wù)。GPRS采用分組交換技術(shù)，它可以讓多個(gè)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(gè)時(shí)隙都用來(lái)傳送數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)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(wù)占用。當(dāng)然在信道充足的條件下，可以把一些信道定義為GPRS專(zhuān)用信道。
　　2、GPRS有什么優(yōu)勢(shì)
　　相對(duì)原來(lái)GSM的撥號(hào)方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，GPRS是分組交換技術(shù)。由于使用了“分組”的技術(shù)，用戶上網(wǎng)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(wǎng)的方法與WAP并不同，用WAP上網(wǎng)就如在家中上網(wǎng)，先“撥號(hào)連接”，而上網(wǎng)后便不能同時(shí)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(shí)進(jìn)行的。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，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(dòng)電話的應(yīng)用提升到一個(gè)更高的層次。而且發(fā)展GPRS技術(shù)也十分“經(jīng)濟(jì)”，因?yàn)橹豁氀赜矛F(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來(lái)發(fā)展即可。GPRS的用途十分廣泛，包括通過(guò)手機(jī)發(fā)送及接收電子郵件，在互聯(lián)網(wǎng)上瀏覽等。
　　現(xiàn)在手機(jī)上網(wǎng)的口號(hào)就是“alwaysonline”、“IPinhand”，使用了GPRS后，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分組發(fā)送和接受，這同時(shí)意味著用戶總是在線且按流量計(jì)費(fèi)，迅速降低了服務(wù)成本。對(duì)于繼續(xù)處在難產(chǎn)狀態(tài)的中國(guó)移動(dòng)／聯(lián)通WAP資費(fèi)政策，如果將CSD(電路交換數(shù)據(jù)，即通常說(shuō)的撥號(hào)數(shù)據(jù)，歐亞WAP業(yè)務(wù)所采用的承載方式)承載改為在GPRS上實(shí)現(xiàn)，則意味著由數(shù)十人共同來(lái)承擔(dān)原來(lái)一人的成本。
　　而GPRS的最大優(yōu)勢(shì)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(dòng)通信網(wǎng)的傳輸速度為每秒9.6K字節(jié)，GPRS手機(jī)在今年年初推出時(shí)已達(dá)到56Kbps的傳輸速度，到現(xiàn)在更是達(dá)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(shì)，GPRS還有"永遠(yuǎn)在線"的特點(diǎn)，即用戶隨時(shí)與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。舉個(gè)例子，用戶訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，點(diǎn)擊一個(gè)超級(jí)鏈接，手機(jī)就在無(wú)線信道上發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，主頁(yè)下載到本地后，沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送，手機(jī)就進(jìn)入一種"準(zhǔn)休眠"狀態(tài)，手機(jī)釋放所用的無(wú)線頻道給其他用戶使用，這時(shí)網(wǎng)絡(luò)與用戶之間還保持一種邏輯上的連接，當(dāng)用戶再次點(diǎn)擊，手機(jī)立即向網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求無(wú)線頻道用來(lái)傳送數(shù)據(jù)，而不像普通撥號(hào)上網(wǎng)那樣斷線后還得重新?lián)芴?hào)才能上網(wǎng)沖浪。
　　3、GPRS網(wǎng)絡(luò)是怎樣構(gòu)成的
GPRS網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中需要增加一些節(jié)點(diǎn)，如GGSN（Gateway GPRS Supporting Node，GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）和SGSN（Serving GSN，GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）。GSN是GPRS網(wǎng)絡(luò)中最重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。GSN具有移動(dòng)路由管理功能，它可以連接各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并可以連到GPRS寄存器。GSN可以完成移動(dòng)終端和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳送和格式轉(zhuǎn)換。GSN可以是一種類(lèi)似于路由器的獨(dú)立又備，也可以與GSM中的MSC集成在一起。GSN有兩種類(lèi)型：一種為SGSN（Serving GSN，服務(wù)GSN），另一種為GGSN（Gateway GSN，網(wǎng)關(guān)GSN），SGSN的主要作用是記錄移動(dòng)終端的當(dāng)前位置信息，并且在移動(dòng)終端和GGSN之間完成移動(dòng)分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。GGSN主要是起網(wǎng)關(guān)作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文獻(xiàn)中，把GGSN稱為GPRS路由器。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端的TCP／IP或X.25網(wǎng)絡(luò)。
　　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(wǎng)絡(luò)層。
　　Um接口的物理層為射頻接口部分，而物理鏈路層則負(fù)責(zé)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(gè)載頻分為8個(gè)物理信道。
　　如果8個(gè)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(dá)200kb／s。考慮前向糾錯(cuò)碼的開(kāi)銷(xiāo)，則最終的數(shù)據(jù)速率可達(dá)164kb/s左右。
　　MAC為媒質(zhì)訪問(wèn)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(dòng)終端共享。GPRS的邏輯信道共有3類(lèi)，分別是公共控制信道、分組業(yè)務(wù)信道和GPRS廣播信道。公共控制信道用來(lái)傳送數(shù)據(jù)通信的控制信令，具體又分為尋呼和應(yīng)答等信道。分組業(yè)務(wù)信道用來(lái)傳送分組數(shù)據(jù)。廣播信道則是用來(lái)給移動(dòng)終端發(fā)送網(wǎng)絡(luò)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(wú)線鏈路協(xié)議。LLC層負(fù)責(zé)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(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)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(fù)責(zé)轉(zhuǎn)送MS和SGSN之間的LLC幀。LLR層對(duì)于SNDC數(shù)據(jù)單元來(lái)說(shuō)是透明的，即不負(fù)責(zé)處理SNDC數(shù)據(jù)。
　　SNDC被稱為子網(wǎng)依賴結(jié)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(dòng)終端和SGSN之間傳送的數(shù)據(jù)被分割為一個(gè)或多個(gè)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(nèi)。
網(wǎng)絡(luò)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(duì)于傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如BSS和NSS等設(shè)備）是透明的。
　　5、GPRS的工作原理是什么
　　GPRS工作時(shí)，是通過(guò)路由管理來(lái)進(jìn)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(gè)方面：移動(dòng)終端發(fā)送數(shù)據(jù)的路由建立；移動(dòng)終端接收數(shù)據(jù)的路由建立；以及移動(dòng)終端處于漫游時(shí)數(shù)據(jù)路由的建立。對(duì)于第一種情況，當(dāng)移動(dòng)終端產(chǎn)生了一個(gè)PDU（分組數(shù)據(jù)單元），這個(gè)PDU經(jīng)過(guò)SNDC層處理，稱為SNDC數(shù)據(jù)單元。然后經(jīng)過(guò)LLC層處理為L(zhǎng)LC鄭通過(guò)空中接口送到GSM網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)終端所處的SGSN。SGSN把數(shù)據(jù)送到GGSN。GGSN把收到的消息進(jìn)行解裝處理，轉(zhuǎn)換為可在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送的格式（如PSPDN的PDU），最終送給公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的用戶。為了提高傳輸效率，并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩梢詫?duì)空中接口上的數(shù)據(jù)做壓縮和加密處理。在第二種情況中，一個(gè)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶傳送數(shù)據(jù)到移動(dòng)終端時(shí)，首先通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議建立數(shù)據(jù)網(wǎng)和GGSN之間的路由。數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶發(fā)出的數(shù)據(jù)單元（如PSPDN中的PDU），通過(guò)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(dòng)終端所在的SGSN上GSN把PDU封裝成SNDC數(shù)據(jù)單元，再經(jīng)過(guò)LLC層處理為L(zhǎng)LC幀單元，最終通過(guò)空中接口送給移動(dòng)終端。第三種情況是一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶傳送數(shù)據(jù)給一個(gè)正在漫游的移動(dòng)用戶。這種情況下的數(shù)據(jù)傳送必須要經(jīng)過(guò)歸屬地的GGSN，然后送到移動(dòng)用戶A。
　　6、GPRS有哪些方面的應(yīng)用
　　GPRS的全稱是"通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)"，是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上開(kāi)通的一種新型的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，在有GPRS承載業(yè)務(wù)支持的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上，GPRS可以提供一系列交互式業(yè)務(wù)：
　　點(diǎn)對(duì)點(diǎn)面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)-該業(yè)務(wù)是為兩個(gè)用戶或者多個(gè)用戶之間發(fā)送多分組的業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)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(diǎn)對(duì)多點(diǎn)業(yè)務(wù)-該業(yè)務(wù)可以根據(jù)某個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求者的要求，把單一信息傳送給多個(gè)用戶。該業(yè)務(wù)又可以分為點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)多信道廣播業(yè)務(wù)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)群呼業(yè)務(wù)和IP多點(diǎn)傳播業(yè)務(wù)。
　　點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)連接型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)-該業(yè)務(wù)中的各個(gè)數(shù)據(jù)分組彼此互相獨(dú)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(méi)有邏輯連接，分組的交付沒(méi)有確認(rèn)保護(hù)，是由IP協(xié)議支持的業(yè)務(wù)。
　　GPRS除了提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)外，還能支持用戶終端業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、GSM短消息業(yè)務(wù)和各種GPRS電信業(yè)務(wù)。
　　7、GPRS會(huì)不會(huì)取代WAP?
　　WAP是無(wú)線Internet的標(biāo)準(zhǔn)，由多家大廠商合作開(kāi)發(fā)，它定義了一個(gè)分層的、可擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)，為無(wú)線Internet提供了全面的解決方案。WAP協(xié)議開(kāi)發(fā)的原則之一是要獨(dú)立于空中接口，所謂獨(dú)立于空中接口是指WAP應(yīng)用能夠運(yùn)行于各種無(wú)線承載網(wǎng)絡(luò)之上，如TDMA、CDMA、GSM、GPRS、SMS等等。

　　GPRS對(duì)應(yīng)于GSM中的9.6kbps的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，與之不同的是GPRS是通過(guò)分組交換來(lái)實(shí)現(xiàn)高速率的數(shù)據(jù)傳輸，換句話說(shuō)，GPRS是對(duì)GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的改進(jìn),是在GSM中實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖侄巍?br>　　可見(jiàn)，WAP是高層應(yīng)用，而GPRS是底層傳輸。可以引用著名的郵遞信件的例子來(lái)說(shuō)明WAP與GPRS的關(guān)系：如果說(shuō)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(wù)）就是運(yùn)送信件的交通工具，只不過(guò)后者是汽車(chē)，前者則是飛機(jī)罷了。
　　我們相信，GPRS技術(shù)作為一種迎合GSM移動(dòng)通信市場(chǎng)和全球因特網(wǎng)迅猛發(fā)展和日益融合而興起的技術(shù)，將引導(dǎo)人們進(jìn)入高速信息時(shí)代。