淺談GPRS的網絡工作原理及其優勢

夏忠球

（健雄職業技術學院，江蘇太倉215400）

1.GPRS網絡結構

GPRS是在現有的GSM網絡基礎上疊加形成的一種新網絡模式，它是在GSM上增加GGSN和SGSN來實現的，GGSN和SGSN分別表示GPRS網關支持節點和GPRS服務支持節點。從結構來講，GPRS網絡分為無線接入和核心網絡兩個部分。無線接入部分是在移動臺(MS)與基站子系統(BSS)之間傳輸數據，核心網絡在BSS與標準數據通信網邊界網關之間中繼傳輸數據。

2.GPRS網絡原理

GPRS是利用"包交換"概念所發展出的一套無線數據傳輸方式。它采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、無線調制標準、突發結構、TDMA幀結構以及相同的跳頻規則，能兼容GSM網絡并可以更加有效地傳輸高速數據和信令。

GPRS網絡在現有GSM網絡中增加GGSN和SGSN來實現無線網絡通訊的，使用戶能夠在端到端分組方式下發送和接收數據，并且不需要使用電路交換模式下的任何網絡資源，從而可以實現自主運營。GPRS用戶如何接入GPRS網絡以及如何利用GPRS網絡訪問Internet等外部數據網是實現遠程監控系統通信的一個重要環節。

GPRS網絡的工作原理體現在它的分組數據路由傳輸和傳輸協議模式上。在圖1所示結構中，用戶通訊數據通過串行或無線方式連接到GPRS終端上，然后GPRS終端與GSM基站通信，這種方式與電路交換式數據呼叫不同，GPRS分組是從基站發送到GPRS服務支持節點(SGSN)，而不是通過移動交換中心(MSC)連接到語音網絡上。因此，SGSN與GPRS網關支持節點(GGSN)進行通信，GGSN對分組數據進行相應的處理后，再發送到目的網絡，如Internet或X.25網絡。

圖1 GPRS的結構原理圖

如圖1所示，其具體的數據傳輸流程分為四步：第一步用戶設備通過串行接口向GPRS終端傳輸數據；第二步經過處理后的GPRS分組數據發送到GSM基站；第三步分組數據經GSM基站的SGSN封裝后，然后發送到GPRS骨干網；第四步在GPRS網關支持節點GGSN對SGSN分組數據進行相應的處理后，再發送到目的網絡。

移動臺(MS)和GPRS之間的分層傳輸協議模型主要由GTP、LLC和RLC協議構成。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層、LLC層、SNDC層和網絡層。RLC/MAC為無線鏈路控制/媒質接入控制層，LLC層為邏輯鏈路控制層。GTP是將用戶數據及信令用隧道技術在GPRS網絡GSN節點之間傳送。

3.GPRS網絡傳輸協議

在GPRS網絡傳輸中，常用的有兩種傳輸協議，即TCP和用戶數據報協議UDP。它們都是使用IP作為網絡層協議，每組數據都通過端系統和每個中間路由器中的IP層在互聯網中進行傳輸。

TCP主要負責把應用程序交給它的數據分成合適的小塊然后再交給下面的網絡層、確認接收到的分組、設置發送最后確認分組的超時時鐘等，是為兩臺主機提供高可靠性的數據通信。

UDP協議與TCP協議最大的不同表現在數據傳輸的可靠性上，UDP協議是一種不可靠的或最盡力的協議，它本身不提供可靠的數據傳輸，但并不意味著在UDP協議之上就不能有可靠的數據傳輸。在網絡傳輸中使用UDP協議的應用程序要負責實施重傳、過濾多余信息等等。如果一個UDP包在傳輸過程中丟失或者損壞，需要引起發送數據的應用程序注意才行。

TCP協議和UDP協議各有優勢，工業監控系統中究竟是采用TCP協議還是UDP協議，可以根據實際條件和技術水平來綜合考慮。

4.GPRS網絡的優勢

4.1 永遠在線性

GPRS在不傳輸數據時會把信道讓出來，但并不與網絡斷開，如需繼續傳輸數據，僅需幾秒鐘的接入時間，就可重新快速及時地連接。因此，分組用戶只在傳遞數據時才使用信道資源，這種分配方式使網絡資源的利用率得到提高，而且可以讓用戶長時間的保持與外網的連接，不需進行斷開操作，使用戶做到了永遠在線。在實際監控系統中，監控點不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時的費用。

4.2 支持IP協議和X.25協議

IP協議和X.25協議為Internet上應用最為廣泛的通訊協議，同時這兩種協議也均可在GPRS中應用，這樣使通信和數據網絡的融合更為快捷。目前在GPRS上可以開展的業務有移動互聯網業務、Web瀏覽、電子商務、電子銀行、移動辦公、信息點播、家庭監視與工程技術控制等。它實現了與多種網絡交互，比如E-mail、FTP和多媒體聊天、娛樂游戲等等。

4.3 支持多種數據應用

GPRS對數據傳輸設置有不同的服務質量參數，包括優先級、可靠性、時延、數據速率等。其中，對于數據速率，GPRS支持多時隙（最多8個時隙）合并傳輸和4種編碼方式，使數據傳輸速率最高可達171kbps。同時GPRS可根據網絡應用類型和網絡資源質量，靈活選擇服務質量參數為用戶提供服務，它不僅適用于頻繁的數據業務類型，而且支持頻率較低、突發型數據業務。

4.4 資源利用率高

GPRS改變了原來采用電路交換模式的GSM傳輸數據模式，引入分組交換的傳輸方式。按傳統電路交換模式來說，在整個連接期內，用戶無論是否傳送數據都將獨自占有無線信道，這對系統資源造成很大的浪費。而對于分組交換模式，用戶只有在發送或接收數據期間才占用無線信道資源，這意味著多個用戶可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用率。

4.5 移動和分布的靈活性

由于GPRS網絡的高可靠性，用戶無須擔心線路的維護或有線在移動時導致通訊中斷，因此可以隨意移動和分布自己的網絡點。

目前用于遠程監控系統中的通訊方式有GSM數據撥號方式、CDMA網絡和GPRS網絡三種方式。GSM撥號方式是基于電路交換的通訊形式，在整個連接期內，用戶無論是否傳送數據都將獨自占有無線信道。因此為了滿足系統的實時性，監控終端與數據中心要一直保持電路上的鏈接，它產生的運行費用相當高。另外，在使用GSM撥號方式時，管理中心只能對系統中的一個監控終端保持鏈接，如需跟其它的監控點進行信息交換和通信，就必須掛斷當前的鏈接。

CDMA網絡和GPRS網絡兩者相比，CDMA無論在數據傳輸速度、技術先進性和實際使用資費上，CDMA都比GPRS更有優勢，但是作為工控產品的遠程監控應用，考慮更多的是產品的應用范圍和信道傳輸的穩定性。CDMA作為一個全新的網絡系統，目前開通的地方有限，信號覆蓋范圍遠遠沒有GPRS廣泛，而當應用系統中某些設備需要分布在比較偏遠的地區，選擇GPRS網絡更合適。同時，從技術角度來分析，CDMA和GPRS的網絡鏈接都是基于點對點的PPP撥號鏈路協議，相關的應用軟件可以兼容使用。GPRS的應用程序可以移植到CDMA網絡上，如果CDMA網絡相對于GPRS網絡更完善時，就可以通過升級無線Modem模塊來平滑地過渡到CDMA網絡模式。而且，GPRS應用較早，相應的技術服務比較到位，移動公司可以為企業構建企業級VPN，有利于提高網絡的通信質量和數據交換的安全性。

根據我們對GPRS網絡結構、GPRS網絡工作原理、GPRS網絡協議、GPRS網絡優勢的討論，我們不難看出它的應用給人們的生產和生活帶來了巨大變革，尤其在工控遠程監控中，它發揮了關鍵而重要的作用。

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