無線寬帶的先驅:GPRS技術全接觸

隨著通信技術的不斷成熟以及用戶對通信質量的要求越來越高，現有的GSM網絡將不可避免地向W-CDMA（寬帶碼分多址）演變，這種演進的過程據估計大約需要2-3年，主要的無線網絡設備供應商最早也要到 2002年之后才能提供可供商用的W-CDMA系統。但這并不意味著移動運營商們只能等待，通過采用GPRS（通用分組無線業務）技術，可使現有GSM網絡輕易地實現與高速數據分組的簡便接入，從而使運營商能夠對移動市場需求作出快速反應并獲得競爭優勢。GPRS將是通向3G的一個重要里程碑那么到底什么是GPRS呢？它有什么優點？它的發展前景又將是怎樣的呢？為此，筆者的下述淺見，將對這些內容進行詳細地介紹。
　　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線服務，它是利用“包交換”（Packet-Switched）的概念所發展出的一套無線傳輸方式。所謂的包交換就是將 Date封裝成許多獨立的封包，再將這些封包一個一個傳送出去，形式上有點類似寄包裹，采用包交換的好處是只有在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，這對用戶來說是比較合理的計費方式，因為象Internet這類的數據傳輸大多數的時間頻寬是間置的。此外，在 GSM phase 2+ 的標準里，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誤保護（Error Protection）能力。利用四種不同的編碼方式每個時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的保護最為嚴密，CS-4則是完全未加以任何保護。每個用戶最多可同時使用八個時槽，所以 GPRS號稱最高傳輸速率為171.2K。
　　其實在GSM Phase 2+的標準中不只定義了GPRS，它還定義了HSCSD（High-Speed Circuit - Switched Data Service，高速電路交換數據服務），而 HSCSD最高的傳輸速率也可達57.6K（已經比 56K快一點了），為什么就沒有業者考慮使用HSCSD呢！因為HSCSD是使用“電路交換”的技術，所以用戶在使用時就像打電話一樣，不管你是否有開口說話，系統都會在上下行的頻段中保留一個時槽給用戶，所以費率是以使用時槽的數目與使用時間的長短來計算的，對用戶來說實在不劃算，再者它的傳輸速率遠比不上 GPRS，所以許多電信業者大多跳過 HSCSD 直接進入 GPRS。不過不管電信業者決定使用HSCSD服務或是GPRS服務，用戶本身所持的手機都必須能夠支援多個時槽同時收發的功能及 GPRS標準，目前我們所使用的手機大多無法享受到GPRS 的高速，所以若想要在手機上享受速上網的樂趣，就得添購新型的手機，當然這也要你所使用的電話業務提供商已經架設完成GPRS 的系統且開始提供服務才行。
GPRS是一種新的GSM數據業務，它在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP和X.25分組數據接入服務。GPRS采用分組交換技術，它可以讓多個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個時隙都用來傳送數據，那么數據速率最高可達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數據業務占用。當然在信道充足的條件下，可以把一些信道定義為GPRS專用信道。
　　2、GPRS有什么優勢
　　相對原來GSM的撥號方式的電路交換數據傳送方式，GPRS是分組交換技術。由于使用了“分組”的技術，用戶上網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上網的方法與WAP并不同，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就較為優越，下載資料和通話是可以同時進行的。從技術上來說，聲音的傳送(即通話)繼續使用GSM，而數據的傳送便可使用GPRS，這樣的話，就把移動電話的應用提升到一個更高的層次。而且發展GPRS技術也十分“經濟”，因為只須沿用現有的GSM網絡來發展即可。GPRS的用途十分廣泛，包括通過手機發送及接收電子郵件，在互聯網上瀏覽等。
　　現在手機上網的口號就是“alwaysonline”、“IPinhand”，使用了GPRS后，數據實現分組發送和接受，這同時意味著用戶總是在線且按流量計費，迅速降低了服務成本。對于繼續處在難產狀態的中國移動／聯通WAP資費政策，如果將CSD(電路交換數據，即通常說的撥號數據，歐亞WAP業務所采用的承載方式)承載改為在GPRS上實現，則意味著由數十人共同來承擔原來一人的成本。
　　而GPRS的最大優勢在于：它的數據傳輸速度不是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56Kmodem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，用戶訪問互聯網時，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他用戶使用，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沖浪。
　　3、GPRS網絡是怎樣構成的
GPRS網絡是基于現有的GSM網絡來實現的。在現有的GSM網絡中需要增加一些節點，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又備，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。有的文獻中，把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。
　　4、GPRS有幾種協議模型
　　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、LLC（Logical Link Control）層、SNDC（Subnetwork Dependant Convergence）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200kb／s?？紤]前向糾錯碼的開銷，則最終的數據速率可達164kb/s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。GPRS的邏輯信道共有3類，分別是公共控制信道、分組業務信道和GPRS廣播信道。公共控制信道用來傳送數據通信的控制信令，具體又分為尋呼和應答等信道。分組業務信道用來傳送分組數據。廣播信道則是用來給移動終端發送網絡信息。
　　LLC層為邏輯鏈路控制層。它是一種基于高速數據鏈路規程HDLC的無線鏈路協議。LLC層負責在高層SNDC層的SNDC數據單元上形成LLC地址、幀字段，從而生成完整的LLC幀。另外，LLC可以實現一點對多點的尋址和數據幀的重發控制。
　　BSS中的LLR層是邏輯鏈路傳遞層。這一層負責轉送MS和SGSN之間的LLC幀。LLR層對于SNDC數據單元來說是透明的，即不負責處理SNDC數據。
　　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。在SNDC層，移動終端和SGSN之間傳送的數據被分割為一個或多個SNDC數據包單元。SNDC數據包單元生成后被放置到LLC幀內。
網絡層的協議目前主要是Phase l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和NSS等設備）是透明的。
　　5、GPRS的工作原理是什么
　　GPRS工作時，是通過路由管理來進行尋址和建立數據連接的，而GPRS的路由管理表現在以下3個方面：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鄭通過空中接口送到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，然后送到移動用戶A。
　　6、GPRS有哪些方面的應用
　　GPRS的全稱是"通用分組無線業務"，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可以提供一系列交互式業務：
　　點對點面向連接的數據業務-該業務是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。
　　單點對多點業務-該業務可以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。
　　點對點無連接型網絡業務-該業務中的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。
　　7、GPRS會不會取代WAP?
　　WAP是無線Internet的標準，由多家大廠商合作開發，它定義了一個分層的、可擴展的體系結構，為無線Internet提供了全面的解決方案。WAP協議開發的原則之一是要獨立于空中接口，所謂獨立于空中接口是指WAP應用能夠運行于各種無線承載網絡之上，如TDMA、CDMA、GSM、GPRS、SMS等等。

　　GPRS對應于GSM中的9.6kbps的數據業務，與之不同的是GPRS是通過分組交換來實現高速率的數據傳輸，換句話說，GPRS是對GSM數據業務的改進,是在GSM中實現高速數據傳輸的手段。
　　可見，WAP是高層應用，而GPRS是底層傳輸。可以引用著名的郵遞信件的例子來說明WAP與GPRS的關系：如果說WAP是平信或賀卡或明信片，那么GPRS和GSM的CSD（9.6kbps電路交換的數據業務）就是運送信件的交通工具，只不過后者是汽車，前者則是飛機罷了。
　　我們相信，GPRS技術作為一種迎合GSM移動通信市場和全球因特網迅猛發展和日益融合而興起的技術，將引導人們進入高速信息時代。