1、GPRS概述
GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称，它是一种基于分组交换传输数据的高效率方式。GPRS将深刻地改变终端用户使用移动数据计算的体验。GPRS最显著的优点就是能够提供比现有GSM网9.6kbit／s更高的数据率，可达170kbit／s。巨大的吞吐量改变了单一的面向文本的无线应用，使得包括图片、话音和视频的多媒业务成为现实。移动用户再也不必通过拨号专门的ISP(Internet Service Provider)来收发E-mail和浏览web页，GPRS提供了无缝、直接的Internet网连接。GPRS支持X.25协议和对Internet具有深远影响的IP协议。对于GSM网现有电路交换数据业务(CSD)和短消息业务(SMS)来说，GPRS是一种补充而不是替代。GPRS根据用户需要灵活地动态分配无线资源，从而实现多用户共享，提高频率利用率。同时计费也将由传统的按时方式改为根据用户数据的传输量来计费。GPRS不仅被欧洲的第二代移动通信系统GSM支持，同时也被北美的IS－136支持。它的高数据率能够提供第三代中的部分多媒体业务且在时间进程上提前几年，并且当第三代真正到来的时候，对于那些没有第三代经营权的运营商来说，GPRS仍不失为一种竞争业务，因此GPRS被认为是第二代移动通信系统向第三代演进的重要一步，目前几大电信公司如Nokia、Motorola、Simens等都在积极参与GPRS的提供。
2、GPRS的逻辑结构
GPRS从逻辑上来说，可以在GSM网络结构中增添两个新的网络节点来实现。这两个节点是：
* GPRS业务支持节点(Serving GPRS support node，SGSN)；
* GPRS网关支持节点(Gateway GPRS support node，GGSN)。
GSM标准03.60对新增节点之间及新增节点与GSM网原有节点之间的接口进行了新的定义，如图1所示。
……信令接口 --信令和数据传输接口
图1GPRS的逻辑结构
支持节点GSN(GPRS Support Node)具有支持GPRS的全部功能。在一个PLMN中允许有多个GSN。
分组数据网络对PDP(Packet Data Protocol)的地址进行分析后从GGSN接入GPRS网。GGSN负责存储已经激活(attached)GPRS业务的用户的路由信息，并能根据该信息将PDUs(Protocol Data Units)通过隧道(tunnel)技术发送到MS的当前注册点，也就是SGSN。GGSN可以通过Gc接口(如果存在)从HLR查询该移动用户当前的位置信息。GGSN是PDN(Packed Data Network)与支持GPRS的GSM PLMN互联的第一个节点(即Gi参考点由GGSN支持)。
SGSN是当前正在为MS提供业务的节点(即Gb接口由SGSN支持)。在激活GPRS业务时，SGSN负责与MS建立移动性和安全保密性的有关信息。在PDP信息被激活时，SGSN负责与GGSN建立路由的PDP信息。
SGSN与GGSN的功能既可以由一个物理节点全部实现，也可以在不同的物理节点上分别实现。它们都应有IP路由功能，并能与IP路由器相连。当SGSN与GGSN位于不同的PLMN时，通过Gp接口互联。Gp接口具有Gn接口的全部功能以及PLMN之间相互通信所需的安全功能。通过Gs接口，SGSN可以向MSC／VLR传送MS的位置信息，并能收听来自MSC／VLR的寻呼请求。
3、GPRS中的移动性管理(MM，Mobility Management)功能
GPRS的MM功能包括激活、去活、安全保密、位置管理、用户管理等。对GPRS用户的移动性管理体现为MS在
图2移动性管理状态模型
三种MM状态之间的相互转换。这三种状态是：空闲(idle)、守候(standby)、准备(ready)。某一时刻的MS总是处于三种状态之一(状态转换关系见图2)。
空闲状态下，用户尚未激活GPRS的移动性管理。MS与SGSN中还没有存储用户的有效位置信息或路由信息，此时不执行与用户有关的任何移动性管理，MS不能接收除PTM－M(Point To Mu ltipoint－Multicast)以外的任何消息。当MS向SGSN发起激活请求并被接受后，MS就转入准备状态，此时MS可以收／发PDP(Packet Data Protocol)PDUs，可以接收PTM－M和PTM－G(Point To Multipoint－Group)消息。准备状态下，不管有没有为用户分配无线资源，即使没有数据发送，都应始终维持MM联系。有一个专门的定时器有用于监测准备状态下的活动，当定时满时，MS转入守侯状态。MS向SGSNA发出去活GPRS的请求并被接受后，MS转入空闲状态。
守侯状态下，MS与SGSN已经为用户的IMSI(International Mobile Station Identity)建立了MM联系(context)。此时MS可以接收PTM－M和PTM－G数据，也可以接收寻呼PTP或PTM－G的消息和信令以及由SGSN发送的寻呼CS(Circuit Switched)业务的消息。但是MS不能收／发PTP数据以及传送PTM－G数据。当MS对寻呼消息做出响应时，MS转入准备状态，而SGSN在收到MS返回的寻呼响应时转入准备状态。
MS中存储的MM信息有IMSI、MM状态(空闲、准备或守侯)、P－TMSI(Packet Temporary Mobile Subscriber Identity)、P－TMSI签名(用于身份验证、当前路由区(RA)、当前小区识别(CI)、当前使用的密钥Kc、密钥序列号CKSN、加密算法、PDP信息等。MSC／VLR中存储IMSI、SGSN编号。HLR存储IMSI、MSISDN、SGSN编号、SGSN地址、GGSN列表、PDP信息等。SGSN存储IMSI、MM状态、P－TMSI、P－TMSI签名、IMEI(International Mobile Equipment Identity)、MSISDN、RA、CI、Kc、CKSN、加密算法、PDP信息等。
移动管理的协议由三部分构成，它们是Um接口采用的LLC和RLC／MAC协议，SGSN和HLR(Gr)之间，SGSN和EIR(Gf)之间采用的MAP协议，SGSN和MSC／VLR(Gs)之间的BSSAP＋协议。
下面重点介绍一下MM中的激活过程和位置管理过程。
(1)激活过程
①MS向新SGSN发送激活请求消息，消息中包括P－TMSI＋旧的RAI(没有可用的P－TMSI时用IMSI)、CKSN、激活类型(只激活GPRS、IMSI已被激活的情况下激活GPRS、GPRS／IMSI联合激活三者之一)、DRX参数、旧P－TMSI签名。
②新SGSN向旧SGSN发送身份认证请求消息(P－TMSI、旧RAI、旧P－TMSI签名)，以获取MS的IMSI。旧SGSN回送认证响应消息(IMSI，鉴权三参数组)，如果旧SGSN不能认证MS，将回送相应的出错原因。
③如果新、旧SGSN都无法认证MS，那么新SGSN将向MS发送认证请求消息(认证类型=IMSI)，MS回送响应消息(IMSI)。
④MS、新SGSN、HLR之间进行保密鉴权。
⑤MS、新SGSN、EIR之间进行IMEI检查。
⑥如果是初次激活或者再次激活时SGSN编号已改变(比较上次而言)，SGSN要通知HLR。由新SGSN向HLR发送位置更新消息(SGSN编号、SGSN地址、IMSI)；HLR向旧SGSN发送位置消除消息(IMSI，消除类型)；旧SGSN应答(IMSI)；HLR向新SGSN发送插入用户数据消息(IMSI，GPRS用户数据)；新SGSN检查MS在新RA的合法性，如果MS是局部受限用户而不允许在新RA激活，则新SGSN向HLR返回应答(IMSI，SGSN区域受限)，拒绝激活请求。如果是其他原因不允许激活，则返回HLR的是应答(IMSI，原因)。如果MS经检查合法，则返回应答(IMSI)；HLR向新SGSN回送位置更新应答。
⑦如果第①点中的激活类型为后两者(IMSI已被激活的情况下激活GPRS、GPRS／IMSI联合激活)，当SGSN与MSC／VLR之间的Gs接口存在时，要更新VLR。VLR的编号从RA获取。新SGSN向新MSC／VLR发送位置更新请求消息(新LAI、IMSI、SGSN编号，位置更新类型)；新VLR向HLR请求位置更新(IMSI，新VLR)；HLR通知旧VLR消除位置信息(IMSI)；旧VLR对HLR应答(IMSI)；HLR向新MSC／VLR发送插入用户数据消息(IMSI，GSM用户数据)；新VLR应答HLR(IMSI)。这时新MSC／VLR向新SGSN发送位置更新接受的响应(VLRTMSI)。
⑧新SGSN向MS发送激活接受消息(P－TMSI，VLRTMSI，P－TMSI签名)。
⑨MS向新SGSN回送激活完成消息(P－TMSI，VLRTMSI)。
⑩新SGSN向新MSC／VLR发送TMSI再分配完成消息(VLRTMSI)。
(2)位置管理过程
MS将接收到的CI、RAI与其存储的CI、RAI进行比较，如发现不同，则要发起位置更新请求。当MS处于准备状态时，CI改变时要发起小区更新请求。当MS处于守侯状态时，它只能发起RA更新请求，而在同一RA内CI改变时，不能发起更新请求。RA更新分为SGSN内部RA更新与SGSN之间的RA更新两种。这里介绍较为复杂的SGSN之间的RA更新。
①MS向新SGSN请求RA更新(旧RAI，旧P－TMSI签名，更新类型)。
②新SGSN向旧SGSN发送获取MS的MM和PDP信息的请求(旧RAI，TLLI，旧P－TMSI签名，新SGSN地址)，旧SGSN响应。
③MS、新SGSN、HLR之间进行安全保密验证。
④新SGSN通知旧SGSN已经准备好接收被激活的PDP信息。
⑤旧SGSN将滞留的分组单元转发给新SGSN。
⑥新SGSN向GGSN发送PDP更新请求(新SGSN地址、TID(Tunnel Identifier)、协商的QoS)，GGSN响应(TID)。
⑦新SGSN向HLR请求位置更新(SGSN编号、SGSN地址、IMSI)。
⑧HLR通知旧SGSN取消位置(IMSI、取消类型)，旧SGSN响应(IMSI)。
⑨HLR向新SGSN发送插入用户数据消息(IMSI、GPRS用户数据)，新SGSN响应(IMSI)。
⑩HLR对新SGSN的位置更新请求进行应答(IMSI)。
新SGSN向MS发送RA更新接受消息(P－TMSI、P－TMSI签名、收到的N－PDU编号)。
MS向新SGSN发送RA更新完成消息(P－TMSI、收到的N－PDU编号)。
4、结论
GPRS是一种能够提供高速率数据的先进业务，它的运营实施将向提供多媒体业务的第三代移动通信迈进一大步。移动通信中MS的位置总是在频繁变化，继而影响到对用户的管理、无线资源的分配、通信连接的建立等，因此移动性管理(MM)是至关重要的问题，研究GPRS中的移动性管理意义深远。
