ＧＰＲＳ的業務解決方案

張建國　劉建業

1GPRS技術及業務應用簡介

到目前為止，移動通信的發展還是圍繞話音業務在進行的，對非話音通信的需求仍處于初期階段，但正穩步上升。根據預測今后每年全球GSM網上傳送的移動數據量將實現40％～50％的增長，到2005年，移動用戶的數據業務量將占總的移動業務量的20％～30％。Internet網上業務的大量出現，如天氣預報、新聞、股票交易、電子商務等，尤其是WAP(無線應用協議)業務的推出，使人們感覺到現在的GSM方式支持的數據速率已成為手機上網的“瓶頸”，這給GPRS(通用分組無線業務)的發展帶來了良好的市場機遇。

GSM網未來的發展方向將是在GSM以話音為基礎的運營模式上，以終端客戶為核心，把具有增值意義的業務和應用加到GSM上來。在應用方面，將主要包括6種重要的應用：簡單的信息、遠程數據查詢、信息接入、高質量的多媒體、廣播業務及縱向的應用等，其中80％～90％都可以在現在的GSM網和GPRS上實現。

GSM對話音業務提供了很好的支持，但不適合數據應用的開展，而把包交換引入GSM所形成的GPRS則可以適應移動數據業務的發展，其突出的特點是多個用戶可以共享一個信道，可以充分利用網絡資源。另外，GPRS可以按照用戶的需要來提供帶寬，大幅度提高了數據傳輸速率。

1.1GPRS業務分類

GPRS網為移動數據用戶主要提供突發性數據業務，能快速建立連接，無建鏈時延。GPRS特別適用于頻繁傳送小數據量的應用和非頻繁傳送大量數據。GPRS除能提供PTP(點對點)和PTM(點對多點)數據業務外，還能支持補充業務和短信息業務。GPRS網提供的承載業務主要有點對點無連接網絡業務、點對點面向連接的數據業務、點對多點數據業務等。

(1)點對點無連接網絡業務(PTP－CLNS)

PTP－CLNS屬于數據報類型業務，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。PTP－CLNS主要支持突發非交互式應用業務，是由IP協議支持的業務。

(2)點對點面向連接的數據業務(PTP－CONS)

PTP－CONS屬于虛電路型業務，它為兩個用戶或多個用戶之間傳送多路數據分組建立邏輯虛電路。PTP－CONS業務要求有建立連接、數據傳送和連接釋放工作程序。PTP－CONS支持突發事件處理和交互式應用業務，是面向連接網絡協議(如X.25協議)支持的業務。PTP－CONS在無線接口處利用確認方式提高可靠性。

(3)點對多點(PTM)數據業務

GPRS提供的點對多點業務可根據某個業務請求者的要求，把信息傳送給多個用戶，PTM又分為點對多點多信道廣播業務(PTM－M)、點對多點群呼業務(PTM－G)和IP廣播業務(IP－M)。

(4)其它業務

GPRS網提供的承載業務還包括GPRS補充業務、GSM短消息業務、匿名的接入業務和各種GPRS電信業務。

1.2GPRS應用

GPRS應用主要分為面向個人用戶的橫向應用和面向集團用戶的縱向應用兩種。對于橫向應用，GPRS可提供網上沖浪、Email、文件傳輸、數據庫查詢、增強型短消息等業務。

對于縱向應用，GPRS可提供以下幾類應用：

用于運輸業中的車輛管理以及智能調度；

用于金融、證券和商業中的MPOS(移動電子收款機系統)、無線ATM(自動柜員機)、自動售貨機和流動銀行等；

股市動態、天氣預報、交通信息傳播中用于實時PTM業務發布；

公共安全業中用于隨時隨地接入遠程數據庫；

氣象、水文系統中用于收集數據，對災害進行遙測和告警以及進行遠程遙控操作；

用于提供VPN(虛擬專用網)業務，使企業員工能夠隨時隨地與總部保持聯系，降低公司建設自己的廣域網的成本；

用于種類繁多、功能強大的以GPRS承載業務為基礎的網絡應用業務。

2GPRS業務解決方案介紹

GPRS作為GSM分組數據業務，很大程度上拓展了GSM無線數據業務空間，以下將從橫向和縱向應用兩個方面對Internet接入、WAP、專網接入、終端安裝業務、專線接入、GPRS短消息等主要應用的解決方案分別進行闡述。

2.1GPRS橫向(面向個人)應用業務解決方案

對于橫向應用，GPRS可提供網上沖浪、Email、文件傳輸、數據庫查詢、增強型短消息等公共業務解決方案。

2.1.1Internet接入業務

這是GPRS最普遍的一種應用，即，手機＋筆記本接入Internet。手機＋筆記本接入Internet業務的用戶地址可以分配公有地址或私有地址，從節約公有地址角度出發，應建議采用私有地址。實現方式是手機接入經RADIUS(遠程撥號用戶認證)授權后，由GGSN(網關GPRS支持節點)分配私有地址，該私有地址通過NAT(網絡地址轉換)轉換后接入IP網絡。在Internet接入方式上GGSN接入Internet有透明和非透明兩種方式，如果移動運營商作為GPRS運營商的同時，直接作為ISP(Internet服務提供商)提供Internet接入服務，建議采用透明方式，用戶接入因特網無須進行認證，由移動用戶鑒權替代，這樣可加快用戶接入速度，減少RADIUS服務器的投資；采用非透明方式接入，GGSN接入Internet要通過RADIUS進行用戶認證。

2.1.2GPRS承載WAP業務

GPRS是承載WAP的最佳選擇。在GSM系統中，WAP承載主要有3種方式：短消息、電路型數據、GPRS。與GPRS相比，前兩種方式有一定的局限性。短消息承載長度有極大的局限性，只有160個字節，不能適應WAP業務數據量逐步增加需求，短消息對于QoS(服務質量)方面缺乏保證，接續時間過長；電路型數據承載方式為9.6kbit/s電路方式，帶寬有局限性，數據單用戶開展業務對系統資源的占用比較多，接入時間過長；GPRS承載WAP有很多優勢，如GPRS本身基于分組方式，系統資源占用少，接續速度快，時時在線，而且單用戶帶寬有保證。

在用戶IP地址分配上，WAP業務的用戶地址經RADIUS授權后由GGSN分配使用私有地址。

在與WAP網關連接方案上，由于WAP網關建設一般采用私有IP地址段，而GGSN設備地址采用合法IP地址，所以GGSN和WAP網關之間必須建立隧道，才能進行連接，目前可采用GRE(通用路由封裝)隧道方式。GGSN需能夠根據特別的APN(接入點名)配置GRE隧道，并進行相應處理。WAP網關需具有GRE功能，并且能夠根據用戶的私有IP地址判斷GGSN地址，進行相應隧道封裝處理。

2.1.3基于PDA數據業務

基于PDA(個人數字助理)的數據業務的解決方案以及對網絡和設備的影響等同于PC＋手機上線方式，即普通Internet接入方式。

2.1.4基于手機終端安裝數據業務

這是一種在GPRS終端內置的特定的Internet應用，通過手機內置的應用軟件實現，無須外接PC。應用包括POP3(郵局協議3)Email和IM(及時消息)等，從長遠看基于終端的應用會進一步增加。WAP也可以看作是一種基于終端的業務。

基于終端安裝的業務類型有：(1)Email應用。手機內置Email收發軟件，可像普通PCEmail軟件一樣設置POP3地址、用戶名及密碼。激活PDP(分組數據協議)后，直接點擊對應功能鍵，即可隨時隨地進行郵件收發操作，它是GPRS吸收用戶的一種重要應用，但對終端有特別要求，且需建設POP3服務器。(2)IM應用，類似于Internet上的ICQ(網上尋呼機)應用。IM用戶向服務提供商登記注冊后，可以進行實時交流，而由于GPRS可以基于流量計費的特性，用戶只需支付較少的費用就可以隨時隨地進行交流，是一種非常理想的實時聊天工具。

基于終端安裝的業務對GPRS網絡設備不會產生特別的影響，只需能夠接入Internet網絡，由終端和應用服務器完成對應功能。計費等同于Internet接入計費方式。

2.1.5GPRS短消息業務

圖1所示為GSM系統中與短消息有關的實體網絡圖。MS(移動臺)和SC(消息中心)之間可以通過MSC(移動交換機)，A接口，也可以通過SGSN(服務GPRS支持節點)，Gb接口，發送短消息。兩者相比較，通過Gb口傳送短消息占用的空中資源相對較少因而對用戶更具吸引力。A接口與Gb接口、D接口與Gd接口消息流類似。MS選擇通過MSC或SGSN發送短消息，發往MS的短消息由HLR(歸屬位置寄存器)根據網絡和MS的特性決定選擇SGSN或MSC傳送。短消息中心通過IW/GMSC與SGSN連接，接口為Gd口。

圖中：1表示SMS－GMSC/SMS－IWMSC與SC之間的接口，無標準協議；2表示C接口；3表示E接口(MSC與SMS－IWMSC/SMS－GMSC之間)或Gd接口(SGSN與SMS－IWMSC/SMS－GMSC之間)；4表示B接口，SGSN與VLR之間在短消息功能中不需要此接口；5表示A接口(MSC與MS之間)或Gb接口(SGSN與MS之間)。

MS發出的短消息由MSC或SGSN接收，再通過MAP信令送給MS指定的IWMSC(短消息中心短消息接收網關)，最后由IWMSC通過內部協議轉發到SC。SC對MS發來的消息進行具體處理，如果是發給某個MS的短消息，則把此條消息存儲到消息庫中。SC要把消息庫中的消息傳遞給某個MS時，首先把短消息傳給相連的GMSC(短消息路由網關)，由GMSC到HLR中查找路由后，將短消息發送給HLR指定的MSC或SGSN，最后通過MSC或SGSN將短消息發送給MS。與SGSN有關的接口包括Gb接口和Gd接口。

SMSoverGPRS與原有SMS主要區別為原有SMS是在無線口上通過MM(移動性管理)子層，使用SACCH(隨機接入信道)或SDCCH(專用控制信道)進行傳遞，SMSoverGPRS使用PDTCH(分組業務信道)進行收發。原有SMS在A接口通過SCCP進行承載，SMSoverGPRS使用Gb口進行承載，減少了SCCP鏈路需求。

2.2GPRS縱向(面向集團)應用業務解決方案

對于縱向應用，GPRS可提供專網接入、專線接入等面向集團用戶的專用業務解決方案。

2.2.1專網接入業務

(1)專網VPN業務實現方式

采用VPDN(虛擬專用撥號網)技術實現專網接入業務方案時，MS采用PPP(點對點協議)方式接入VPN虛擬網，使用L2TP(第二層隧道協議)。移動用戶接入提供VPN功能的GGSN，GGSN通過輸入的公司名或主、被叫號碼從RADIUS服務器獲取建立隧道的相關信息，然后啟動到企業網關的L2TP隧道進行協商，建立起GGSN和企業網關之間的隧道連接。此時用戶的PPP包可以直達企業網關，由企業網關通過公司的RADIUS服務器完成用戶級的認證，通過后，就建立起GRPS手機到達企業網關的PPP鏈路，從而真正實現移動辦公業務。

(2)實現VPN功能時各實體功能

GGSN功能為：GGSN作為L2TP接入集中器，為企業網關提供代理認證，與企業網關之間建立L2TP隧道，與企業網關之間建立L2TP會話。

企業網關功能為：與GGSN之間建立L2TP隧道，與GGSN之間建立L2TP會話。

運營商RADIUS服務器的功能有：對移動用戶提供的公司名認證，為GGSN提供企業網關的IP地址，為GGSN提供隧道類型(L2TP、PPTP、L2F)，提供其它與隧道有關的信息(如對應于該隧道GGSN名和企業網關名等)。

企業RADIUS服務器的功能為：對移動用戶身份進行認證、授權。

(3)用戶認證實現方式

企業網關認證：用戶認證信息以PPP數據包的形式透明穿過GGSN到達企業網關。企業網關從企業RADIUS服務器查找用戶的合法信息，對用戶進行認證和授權。

GGSN代理認證：當GGSN與企業網關之間存在某種信任關系時，GGSN可對企業用戶進行代理認證。此時，GGSN讀取用戶認證PPP數據包，通過運營商的RADIUS服務器對用戶認證請求進行確認，給用戶分配權限，此時企業網關無需設立RADIUS服務器。

(4)專網接入業務對網絡和設備的影響

專網接入業務需要手機采用PPP方式接入PDN網。GGSN的Gi接口上必須具有L2TP功能。由于進行隧道和會話處理，對GGSN設備的處理能力會產生一定的影響。

2.2.2專線接入業務

(1)專線接入業務方案描述

專線接入GGSN時(無須參與認證，采用透明接入方式)，GPRS網絡僅僅作為承載通道，將數據包透明發往業務處理中心，用戶接入業務中心權限的認證由MS與業務中心進行。該業務需用特定的APN(接入點名)進行區分，以決定連接方式及是否認證。

專線接入業務主要應用于集團用戶，如MPOS、高速公路流量統計、環境監測等。

(2)GGSN與業務處理中心連接方案

GGSN與業務處理中心連接方案有：

通過專用線路(DDN專線等)不經過ISP(Internet服務提供商)直接接入業務中心；

通過ISP直接連接業務中心，不采用VPN方式；

通過ISP連接，采用VPN方式接入業務中心。

對于1、3兩種方式，可以采用靜態私有IP地址，無需NAT進行地址轉換，方便用戶使用，節省合法IP地址空間。對于方式2，地址分配方式同接入Internet業務。

3總結

固定互聯網中的業務在GPRS中幾乎全部可以開展，但由于移動用戶具有移動性及位置信息，GPRS應用遠比固定互聯網豐富多彩。以上所列幾種業務解決方案，僅是GPRS近期可以開展的應用中的一部分，隨著GPRS網絡在中國商用化進程的開展，相信將會開發出更多豐富多彩、引人入勝的業務，把更多的用戶吸引到移動互聯網的大潮中來。□

參考文獻

1 3G. TS 23.920 (V1.0.0). 2001. Evolution of the GSM platform towards UMTS

2 3G. TS 23.922 (V1.0.0). 2001. Architecture for an all IP network

(收稿日期：2001－09－25)

作者簡介

張建國，重慶大學畢業。深圳市中興通訊股份有限公司移動事業部移動網絡產品部系統部高級工程師。從事GSM系統相關技術的研究工作。

劉建業，南京航天航空大學碩士畢業。深圳市中興通訊股份有限公司移動事業部移動網絡產品部總工程師。從事GSM系統相關技術的研究和開發工作。