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GPRS開啓移動多媒體通信大門

來源:互聯網  2008-05-31 18:32:33  評論

動通信所賴依生存的無線電頻率是一種寶貴的資源,頻譜資源是有限的,隨著移動通信的飛速發展,移動用戶則急劇增加,有限的資源被「無限」的利用,矛盾越來越尖銳。解決這一對矛盾的過程就是移動通信技術的發展史,也就是說移動通信技術的發展過程就是不斷采用頻譜利用率更高、業務能力更強的技術的過程。

我們知道當今第二代移動通信主要以提供話音和低速數據業務爲主;第三代移動通信則在改善話音業務的基礎上,以提供中高速的數據業務及多媒體業務爲主要特征,兩者在業務能力上是互補的,而不是互相代替的,況且當今話音業務和低速率數據業務,仍是移動通信的主導業務;而移動IP業務的需求是逐漸增長的,預計我國2002年~2003年開始引入笫三代多媒體移動業務,發展的路還很長,第二代的巨大投資還不能一刀切的丟掉,這就決定了第二代、第三代長期共存,互補的發展原則。GPRS是完成上述過渡的最佳方案,是邁向移動多媒體通信時代的重要裏程碑。

GPRS簡介

目前在無線環境中,Internet網應用性能很差,是由于帶寬使用效率低、連接設置時間較長和無線鏈路容量低等原因所致。因此,GPRS的標准化工作主要是改進上述這些缺點,其具體改進的是:減少連接建立時間、支持X.25和IP協議、提供資源的優化使用。

GPRS是一種基于分組交換傳輸數據的高效率方式,其數據速率是現有GSM的十倍以上,巨大的吞吐量改變了單一面向文本的無線應用,使得包括圖片、話音和視頻的多媒體業務得以實現。

要實現GPRS網絡,需要在傳統的GSM網絡中引入新的網絡接口和通信協議,在移動用戶和遠端的數據網絡(如支持TCP/IP、X.25等)之間提供一種連接,從而給用戶提供高速無線IP和無線X.25業務。目前GPRS網絡是通過在GSM網絡結構中引入兩個新的網絡節點,它們是GPRS網關支持節點GGSN(GatewayGPRSSupportingNode)和GPRS業務支持節點SGSN(ServingGPRSSupportNode),移動台則必須是GPRS移動台或GPRS/GSM雙模移動台。

根據歐洲ETSI的GSM2+階段的建議,GPRS分爲兩個階段,即Phase1和Phase2。GPRS的Phase1階段將能支持TCP/IP和X.25業務、GPRS附加業務、增強型的短信業務和全新GPRS空中接口加密技術。同時也誕生了嶄新的「按流量計費"的合理收費政策,可以做到24小時在線,只有點擊時才收費。GPRSPhase2階段的規範尚在制定之中,它將提供更多的新功能和新業務。

GPRS是如何提高頻譜利用率呢?首先是通過分組交換。GPRS網絡是通過在GSM網絡結構中增添兩個新的網絡節點(一個是GPRS業務支持節點SGSN,一個是GPRS網關支持節點GGSN)和一個軟件,將現有的網絡部分進行升級,將交換功能加到GSM網絡,形成雙模空中接口,把電路交換和分組交換結合在一起操作,其移動數據的格式與GSM技術兼容,由于能分組交換,就能高效的與分組交換網絡連接,如與Internet網接入、移動信用卡認證和遠程閱讀煤氣表、電表的數值等多種應用。

另一手段是提高頻譜利用率,節省有限的無線資源。分組交換意味著大量的GPRS用戶可以共享相同的帶寬,而且由同一單元提供服務,不是把一個無線信道指定給一個移動數據用戶,而是多個用戶共用相同的帶寬,這就節約了不少的網絡資源,因此GPRS可以使網絡運營商以一種動態的和靈活的方式最大可能地利用他們的網絡資源。

GPRS網絡數據包的的發送與接收見圖1,其過程如下:

圖中符號代表的意義如下:

PC—筆記本電腦

BTS—基站收發信機

BSC—基站控制器

MSC—移動交換中心

VLR—訪問位置寄存器

HLR—本地位置寄存器

SGSN—GPRS業務支持節點

GGSN—GPRS網關支持節點

圖1GSM系統中的GPRS網絡結構

筆記本電腦通過串行或無線方式接到GPRS蜂窩電話或Modem上;GPRS蜂窩電話或Modem與GSM基站通信,但與電路交換式數據呼叫不同,GPRS分組是從基站發送到SGSN節點,而不是通過移動交換中心MSC連接到語音網絡上。SGSN與網關支持節點GGSN進行通信;GGSN對分組數據進行相應的處理,再發送到目的網絡,如Internet或X.25網絡。來自Internet、標識有移動台地址的IP包,由GGSN接收,再轉發到SGSN,繼而傳送到移動台上。

SGSN通過幀中繼與BTS連接,是GSM網絡結構與移動台之間的接口,實現與移動台之間數據的發送與接收,提供分組路由,跟蹤移動台在服務區的位置,並實現安全和訪問控制功能。

GGSN通過基于IP協議的GPRS骨幹網連接到SGSN,是連接GSM網絡結構與外部分組交換網(如Internet和LAN)的網關。GGSN也可以在這種網絡之間建立多個連接,即通過一個GGSN,一個GSM網絡可以連接到多個外部網上。

制約GPRS發展的因素

現在有些因素制約著GPRS的應用,限制了其發展速度。

比如,在實際應用中速率比理論值要低得多。要達到GPRS傳輸速率的理論值最大可達172.2Kbps是有條件的,那就是要求只有一個用戶占用所有8個時隙並且沒有防錯保護。一個網絡運營商把所有8個時隙全給一個用戶使用是不太可能的,因此用戶使用帶寬也將受到嚴重限制。所以,在理論上GPRS的最大速率將會受到網絡和終端現實條件的制約。

轉接時延——GPRS分組通過不同方向發送數據,最終達到相同的目的地。這樣數據在通過無線鏈路傳輸過程可能發生一個或幾個分組丟失或發生錯誤。有關標准組織熟悉到了無線分組技術這一固有特性,引入了數據完整性和重發策略,由此也産生了潛在的轉接時延。

在實際應用中,不同業務會互相幹擾。對于不同用途而言只有有限的無線資源可供使用。例如,話音和GPRS呼叫都使用相同的網絡資源,這勢必會造成一些相互幹擾。

GPRS是一種次優化調制:GPRS基于一種GMSK(高斯滬波最小頻移鍵控)調制技術,相比之下EDGE基于一種新機制,該機制能答應更高的比特率通過空中接口調制。

爲此人們做了相應的技術改進。

EDGE和UMTS:EDEG是GSM演進的增強性數據速率,采用全新的調制機制,答應更高的比特率通過空中接口調制,是現有GSM網絡的最後一個高速數據技術,其可用速率將是GPRS的三倍,並將用于IS-136TDMA網絡,在未來兩年內可以開放業務;UMTS和EDEG將彌補GPRS的不足,使單個用戶獲得較高的數據速率。

HSCSD:即將開放業務的HSCSD是一種高速電路交換數據業務,簡單的電路交換數據呼叫,傳輸時延很小,可以與GPRS聯合使用,以減少轉接時延。

國內外GPRS的發展動向及市場分析

猜測GPRS發展將分五步:1999年,進行網絡測試並簽署有關基礎設施的商業合同;2000年,GPRS基礎設施並入到GSM網絡中;2001年,GPRS進入商業應用並且將大力推廣,新的GPRS非凡應用、高性能的方案得到解決,GPRS的應用範圍得到不斷擴大;2002年,GPRS/EDGE投入實際應用,應用率達到相當規模;2002年~2003年,新一代移動通信系統UMTS實現商用。

移動電話市場逐漸向移動數據市場轉變,給GPRS發展帶來無限的機遇。GSM協會猜測,今後一年內全球GSM網上傳送的移動數據量將實現40%~50%的增長率。目前全球有移動電話用戶4.5億,而GSM網上用戶占40%,而GPRS又在GSM網上升級,故GPRS在未來的移動數據市場中占有天然的優勢。GPRS收費按數據流量收費,使用戶費用大大降低,可大量吸引用戶。

第三代移動通信系統IMT-2000標准化工作已接近尾聲,但從標准出台到全面商業化還需較長時間。其原因是采用第三代(3G)移動通信系統改造網絡價格昂貴,各運營商不願馬上采用。但又不甘心坐等3G的到來,所以目前國際上各大通信公司都在忙于開發所謂「2.5G」的無線數據技術,作爲向3G標准過渡的中間方案,而GPRS就屬于GSM向3G過渡的中間方案。GPRS不僅被歐洲的第二代移動通信系統GSM支持,同時也被北美的IS-136支持。它的高數據率足以滿足大多數3G多媒體寬帶業務,而在時間上還較3G提前幾年。並且當3G真正到來時,對于那些沒有3G經營權的運營商來說,GPRS仍不失爲有競爭力的業務。

在中國,移動數據業務的前景不很明朗。但中國移動通信集團和中國聯通等仍相繼開展移動數據業務的實驗工作,各運營商也出于對現實市場和未來市場競爭的需要,對迅速提高移動數據業務能力的要求十分迫切,自然對GPRS技術也很重視。不少專家人士認爲,GPRS在中國市場能否成功,除技術因素外,很大程度上還取決于能否開發出適合中國市場的應用業務。

  動通信所賴依生存的無線電頻率是一種寶貴的資源,頻譜資源是有限的,隨著移動通信的飛速發展,移動用戶則急劇增加,有限的資源被「無限」的利用,矛盾越來越尖銳。解決這一對矛盾的過程就是移動通信技術的發展史,也就是說移動通信技術的發展過程就是不斷采用頻譜利用率更高、業務能力更強的技術的過程。 我們知道當今第二代移動通信主要以提供話音和低速數據業務爲主;第三代移動通信則在改善話音業務的基礎上,以提供中高速的數據業務及多媒體業務爲主要特征,兩者在業務能力上是互補的,而不是互相代替的,況且當今話音業務和低速率數據業務,仍是移動通信的主導業務;而移動IP業務的需求是逐漸增長的,預計我國2002年~2003年開始引入笫三代多媒體移動業務,發展的路還很長,第二代的巨大投資還不能一刀切的丟掉,這就決定了第二代、第三代長期共存,互補的發展原則。GPRS是完成上述過渡的最佳方案,是邁向移動多媒體通信時代的重要裏程碑。 GPRS簡介 目前在無線環境中,Internet網應用性能很差,是由于帶寬使用效率低、連接設置時間較長和無線鏈路容量低等原因所致。因此,GPRS的標准化工作主要是改進上述這些缺點,其具體改進的是:減少連接建立時間、支持X.25和IP協議、提供資源的優化使用。 GPRS是一種基于分組交換傳輸數據的高效率方式,其數據速率是現有GSM的十倍以上,巨大的吞吐量改變了單一面向文本的無線應用,使得包括圖片、話音和視頻的多媒體業務得以實現。 要實現GPRS網絡,需要在傳統的GSM網絡中引入新的網絡接口和通信協議,在移動用戶和遠端的數據網絡(如支持TCP/IP、X.25等)之間提供一種連接,從而給用戶提供高速無線IP和無線X.25業務。目前GPRS網絡是通過在GSM網絡結構中引入兩個新的網絡節點,它們是GPRS網關支持節點GGSN(GatewayGPRSSupportingNode)和GPRS業務支持節點SGSN(ServingGPRSSupportNode),移動台則必須是GPRS移動台或GPRS/GSM雙模移動台。 根據歐洲ETSI的GSM2+階段的建議,GPRS分爲兩個階段,即Phase1和Phase2。GPRS的Phase1階段將能支持TCP/IP和X.25業務、GPRS附加業務、增強型的短信業務和全新GPRS空中接口加密技術。同時也誕生了嶄新的「按流量計費"的合理收費政策,可以做到24小時在線,只有點擊時才收費。GPRSPhase2階段的規範尚在制定之中,它將提供更多的新功能和新業務。 GPRS是如何提高頻譜利用率呢?首先是通過分組交換。GPRS網絡是通過在GSM網絡結構中增添兩個新的網絡節點(一個是GPRS業務支持節點SGSN,一個是GPRS網關支持節點GGSN)和一個軟件,將現有的網絡部分進行升級,將交換功能加到GSM網絡,形成雙模空中接口,把電路交換和分組交換結合在一起操作,其移動數據的格式與GSM技術兼容,由于能分組交換,就能高效的與分組交換網絡連接,如與Internet網接入、移動信用卡認證和遠程閱讀煤氣表、電表的數值等多種應用。 另一手段是提高頻譜利用率,節省有限的無線資源。分組交換意味著大量的GPRS用戶可以共享相同的帶寬,而且由同一單元提供服務,不是把一個無線信道指定給一個移動數據用戶,而是多個用戶共用相同的帶寬,這就節約了不少的網絡資源,因此GPRS可以使網絡運營商以一種動態的和靈活的方式最大可能地利用他們的網絡資源。 GPRS網絡數據包的的發送與接收見圖1,其過程如下: 圖中符號代表的意義如下: PC—筆記本電腦 BTS—基站收發信機 BSC—基站控制器 MSC—移動交換中心 VLR—訪問位置寄存器 HLR—本地位置寄存器 SGSN—GPRS業務支持節點 GGSN—GPRS網關支持節點 圖1GSM系統中的GPRS網絡結構 筆記本電腦通過串行或無線方式接到GPRS蜂窩電話或Modem上;GPRS蜂窩電話或Modem與GSM基站通信,但與電路交換式數據呼叫不同,GPRS分組是從基站發送到SGSN節點,而不是通過移動交換中心MSC連接到語音網絡上。SGSN與網關支持節點GGSN進行通信;GGSN對分組數據進行相應的處理,再發送到目的網絡,如Internet或X.25網絡。來自Internet、標識有移動台地址的IP包,由GGSN接收,再轉發到SGSN,繼而傳送到移動台上。 SGSN通過幀中繼與BTS連接,是GSM網絡結構與移動台之間的接口,實現與移動台之間數據的發送與接收,提供分組路由,跟蹤移動台在服務區的位置,並實現安全和訪問控制功能。 GGSN通過基于IP協議的GPRS骨幹網連接到SGSN,是連接GSM網絡結構與外部分組交換網(如Internet和LAN)的網關。GGSN也可以在這種網絡之間建立多個連接,即通過一個GGSN,一個GSM網絡可以連接到多個外部網上。 制約GPRS發展的因素 現在有些因素制約著GPRS的應用,限制了其發展速度。 比如,在實際應用中速率比理論值要低得多。要達到GPRS傳輸速率的理論值最大可達172.2Kbps是有條件的,那就是要求只有一個用戶占用所有8個時隙並且沒有防錯保護。一個網絡運營商把所有8個時隙全給一個用戶使用是不太可能的,因此用戶使用帶寬也將受到嚴重限制。所以,在理論上GPRS的最大速率將會受到網絡和終端現實條件的制約。 轉接時延——GPRS分組通過不同方向發送數據,最終達到相同的目的地。這樣數據在通過無線鏈路傳輸過程可能發生一個或幾個分組丟失或發生錯誤。有關標准組織熟悉到了無線分組技術這一固有特性,引入了數據完整性和重發策略,由此也産生了潛在的轉接時延。 在實際應用中,不同業務會互相幹擾。對于不同用途而言只有有限的無線資源可供使用。例如,話音和GPRS呼叫都使用相同的網絡資源,這勢必會造成一些相互幹擾。 GPRS是一種次優化調制:GPRS基于一種GMSK(高斯滬波最小頻移鍵控)調制技術,相比之下EDGE基于一種新機制,該機制能答應更高的比特率通過空中接口調制。 爲此人們做了相應的技術改進。 EDGE和UMTS:EDEG是GSM演進的增強性數據速率,采用全新的調制機制,答應更高的比特率通過空中接口調制,是現有GSM網絡的最後一個高速數據技術,其可用速率將是GPRS的三倍,並將用于IS-136TDMA網絡,在未來兩年內可以開放業務;UMTS和EDEG將彌補GPRS的不足,使單個用戶獲得較高的數據速率。 HSCSD:即將開放業務的HSCSD是一種高速電路交換數據業務,簡單的電路交換數據呼叫,傳輸時延很小,可以與GPRS聯合使用,以減少轉接時延。 國內外GPRS的發展動向及市場分析 猜測GPRS發展將分五步:1999年,進行網絡測試並簽署有關基礎設施的商業合同;2000年,GPRS基礎設施並入到GSM網絡中;2001年,GPRS進入商業應用並且將大力推廣,新的GPRS非凡應用、高性能的方案得到解決,GPRS的應用範圍得到不斷擴大;2002年,GPRS/EDGE投入實際應用,應用率達到相當規模;2002年~2003年,新一代移動通信系統UMTS實現商用。 移動電話市場逐漸向移動數據市場轉變,給GPRS發展帶來無限的機遇。GSM協會猜測,今後一年內全球GSM網上傳送的移動數據量將實現40%~50%的增長率。目前全球有移動電話用戶4.5億,而GSM網上用戶占40%,而GPRS又在GSM網上升級,故GPRS在未來的移動數據市場中占有天然的優勢。GPRS收費按數據流量收費,使用戶費用大大降低,可大量吸引用戶。 第三代移動通信系統IMT-2000標准化工作已接近尾聲,但從標准出台到全面商業化還需較長時間。其原因是采用第三代(3G)移動通信系統改造網絡價格昂貴,各運營商不願馬上采用。但又不甘心坐等3G的到來,所以目前國際上各大通信公司都在忙于開發所謂「2.5G」的無線數據技術,作爲向3G標准過渡的中間方案,而GPRS就屬于GSM向3G過渡的中間方案。GPRS不僅被歐洲的第二代移動通信系統GSM支持,同時也被北美的IS-136支持。它的高數據率足以滿足大多數3G多媒體寬帶業務,而在時間上還較3G提前幾年。並且當3G真正到來時,對于那些沒有3G經營權的運營商來說,GPRS仍不失爲有競爭力的業務。 在中國,移動數據業務的前景不很明朗。但中國移動通信集團和中國聯通等仍相繼開展移動數據業務的實驗工作,各運營商也出于對現實市場和未來市場競爭的需要,對迅速提高移動數據業務能力的要求十分迫切,自然對GPRS技術也很重視。不少專家人士認爲,GPRS在中國市場能否成功,除技術因素外,很大程度上還取決于能否開發出適合中國市場的應用業務。
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