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GPRS开启移动多媒体通信大门

来源:互联网  宽屏版  评论
2008-05-31 18:32:33

动通信所赖依生存的无线电频率是一种宝贵的资源,频谱资源是有限的,随着移动通信的飞速发展,移动用户则急剧增加,有限的资源被“无限”的利用,矛盾越来越尖锐。解决这一对矛盾的过程就是移动通信技术的发展史,也就是说移动通信技术的发展过程就是不断采用频谱利用率更高、业务能力更强的技术的过程。

我们知道当今第二代移动通信主要以提供话音和低速数据业务为主;第三代移动通信则在改善话音业务的基础上,以提供中高速的数据业务及多媒体业务为主要特征,两者在业务能力上是互补的,而不是互相代替的,况且当今话音业务和低速率数据业务,仍是移动通信的主导业务;而移动IP业务的需求是逐渐增长的,预计我国2002年~2003年开始引入笫三代多媒体移动业务,发展的路还很长,第二代的巨大投资还不能一刀切的丢掉,这就决定了第二代、第三代长期共存,互补的发展原则。GPRS是完成上述过渡的最佳方案,是迈向移动多媒体通信时代的重要里程碑。

GPRS简介

目前在无线环境中,Internet网应用性能很差,是由于带宽使用效率低、连接设置时间较长和无线链路容量低等原因所致。因此,GPRS的标准化工作主要是改进上述这些缺点,其具体改进的是:减少连接建立时间、支持X.25和IP协议、提供资源的优化使用。

GPRS是一种基于分组交换传输数据的高效率方式,其数据速率是现有GSM的十倍以上,巨大的吞吐量改变了单一面向文本的无线应用,使得包括图片、话音和视频的多媒体业务得以实现。

要实现GPRS网络,需要在传统的GSM网络中引入新的网络接口和通信协议,在移动用户和远端的数据网络(如支持TCP/IP、X.25等)之间提供一种连接,从而给用户提供高速无线IP和无线X.25业务。目前GPRS网络是通过在GSM网络结构中引入两个新的网络节点,它们是GPRS网关支持节点GGSN(GatewayGPRSSupportingNode)和GPRS业务支持节点SGSN(ServingGPRSSupportNode),移动台则必须是GPRS移动台或GPRS/GSM双模移动台。

根据欧洲ETSI的GSM2+阶段的建议,GPRS分为两个阶段,即Phase1和Phase2。GPRS的Phase1阶段将能支持TCP/IP和X.25业务、GPRS附加业务、增强型的短信业务和全新GPRS空中接口加密技术。同时也诞生了崭新的“按流量计费"的合理收费政策,可以做到24小时在线,只有点击时才收费。GPRSPhase2阶段的规范尚在制定之中,它将提供更多的新功能和新业务。

GPRS是如何提高频谱利用率呢?首先是通过分组交换。GPRS网络是通过在GSM网络结构中增添两个新的网络节点(一个是GPRS业务支持节点SGSN,一个是GPRS网关支持节点GGSN)和一个软件,将现有的网络部分进行升级,将交换功能加到GSM网络,形成双模空中接口,把电路交换和分组交换结合在一起操作,其移动数据的格式与GSM技术兼容,由于能分组交换,就能高效的与分组交换网络连接,如与Internet网接入、移动信用卡认证和远程阅读煤气表、电表的数值等多种应用。

另一手段是提高频谱利用率,节省有限的无线资源。分组交换意味着大量的GPRS用户可以共享相同的带宽,而且由同一单元提供服务,不是把一个无线信道指定给一个移动数据用户,而是多个用户共用相同的带宽,这就节约了不少的网络资源,因此GPRS可以使网络运营商以一种动态的和灵活的方式最大可能地利用他们的网络资源。

GPRS网络数据包的的发送与接收见图1,其过程如下:

图中符号代表的意义如下:

PC—笔记本电脑

BTS—基站收发信机

BSC—基站控制器

MSC—移动交换中心

VLR—访问位置寄存器

HLR—本地位置寄存器

SGSN—GPRS业务支持节点

GGSN—GPRS网关支持节点

图1GSM系统中的GPRS网络结构

笔记本电脑通过串行或无线方式接到GPRS蜂窝电话或Modem上;GPRS蜂窝电话或Modem与GSM基站通信,但与电路交换式数据呼叫不同,GPRS分组是从基站发送到SGSN节点,而不是通过移动交换中心MSC连接到语音网络上。SGSN与网关支持节点GGSN进行通信;GGSN对分组数据进行相应的处理,再发送到目的网络,如Internet或X.25网络。来自Internet、标识有移动台地址的IP包,由GGSN接收,再转发到SGSN,继而传送到移动台上。

SGSN通过帧中继与BTS连接,是GSM网络结构与移动台之间的接口,实现与移动台之间数据的发送与接收,提供分组路由,跟踪移动台在服务区的位置,并实现安全和访问控制功能。

GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网连接到SGSN,是连接GSM网络结构与外部分组交换网(如Internet和LAN)的网关。GGSN也可以在这种网络之间建立多个连接,即通过一个GGSN,一个GSM网络可以连接到多个外部网上。

制约GPRS发展的因素

现在有些因素制约着GPRS的应用,限制了其发展速度。

比如,在实际应用中速率比理论值要低得多。要达到GPRS传输速率的理论值最大可达172.2Kbps是有条件的,那就是要求只有一个用户占用所有8个时隙并且没有防错保护。一个网络运营商把所有8个时隙全给一个用户使用是不太可能的,因此用户使用带宽也将受到严重限制。所以,在理论上GPRS的最大速率将会受到网络和终端现实条件的制约。

转接时延——GPRS分组通过不同方向发送数据,最终达到相同的目的地。这样数据在通过无线链路传输过程可能发生一个或几个分组丢失或发生错误。有关标准组织熟悉到了无线分组技术这一固有特性,引入了数据完整性和重发策略,由此也产生了潜在的转接时延。

在实际应用中,不同业务会互相干扰。对于不同用途而言只有有限的无线资源可供使用。例如,话音和GPRS呼叫都使用相同的网络资源,这势必会造成一些相互干扰。

GPRS是一种次优化调制:GPRS基于一种GMSK(高斯沪波最小频移键控)调制技术,相比之下EDGE基于一种新机制,该机制能答应更高的比特率通过空中接口调制。

为此人们做了相应的技术改进。

EDGE和UMTS:EDEG是GSM演进的增强性数据速率,采用全新的调制机制,答应更高的比特率通过空中接口调制,是现有GSM网络的最后一个高速数据技术,其可用速率将是GPRS的三倍,并将用于IS-136TDMA网络,在未来两年内可以开放业务;UMTS和EDEG将弥补GPRS的不足,使单个用户获得较高的数据速率。

HSCSD:即将开放业务的HSCSD是一种高速电路交换数据业务,简单的电路交换数据呼叫,传输时延很小,可以与GPRS联合使用,以减少转接时延。

国内外GPRS的发展动向及市场分析

猜测GPRS发展将分五步:1999年,进行网络测试并签署有关基础设施的商业合同;2000年,GPRS基础设施并入到GSM网络中;2001年,GPRS进入商业应用并且将大力推广,新的GPRS非凡应用、高性能的方案得到解决,GPRS的应用范围得到不断扩大;2002年,GPRS/EDGE投入实际应用,应用率达到相当规模;2002年~2003年,新一代移动通信系统UMTS实现商用。

移动电话市场逐渐向移动数据市场转变,给GPRS发展带来无限的机遇。GSM协会猜测,今后一年内全球GSM网上传送的移动数据量将实现40%~50%的增长率。目前全球有移动电话用户4.5亿,而GSM网上用户占40%,而GPRS又在GSM网上升级,故GPRS在未来的移动数据市场中占有天然的优势。GPRS收费按数据流量收费,使用户费用大大降低,可大量吸引用户。

第三代移动通信系统IMT-2000标准化工作已接近尾声,但从标准出台到全面商业化还需较长时间。其原因是采用第三代(3G)移动通信系统改造网络价格昂贵,各运营商不愿马上采用。但又不甘心坐等3G的到来,所以目前国际上各大通信公司都在忙于开发所谓“2.5G”的无线数据技术,作为向3G标准过渡的中间方案,而GPRS就属于GSM向3G过渡的中间方案。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。它的高数据率足以满足大多数3G多媒体宽带业务,而在时间上还较3G提前几年。并且当3G真正到来时,对于那些没有3G经营权的运营商来说,GPRS仍不失为有竞争力的业务。

在中国,移动数据业务的前景不很明朗。但中国移动通信集团和中国联通等仍相继开展移动数据业务的实验工作,各运营商也出于对现实市场和未来市场竞争的需要,对迅速提高移动数据业务能力的要求十分迫切,自然对GPRS技术也很重视。不少专家人士认为,GPRS在中国市场能否成功,除技术因素外,很大程度上还取决于能否开发出适合中国市场的应用业务。

  动通信所赖依生存的无线电频率是一种宝贵的资源,频谱资源是有限的,随着移动通信的飞速发展,移动用户则急剧增加,有限的资源被“无限”的利用,矛盾越来越尖锐。解决这一对矛盾的过程就是移动通信技术的发展史,也就是说移动通信技术的发展过程就是不断采用频谱利用率更高、业务能力更强的技术的过程。 我们知道当今第二代移动通信主要以提供话音和低速数据业务为主;第三代移动通信则在改善话音业务的基础上,以提供中高速的数据业务及多媒体业务为主要特征,两者在业务能力上是互补的,而不是互相代替的,况且当今话音业务和低速率数据业务,仍是移动通信的主导业务;而移动IP业务的需求是逐渐增长的,预计我国2002年~2003年开始引入笫三代多媒体移动业务,发展的路还很长,第二代的巨大投资还不能一刀切的丢掉,这就决定了第二代、第三代长期共存,互补的发展原则。GPRS是完成上述过渡的最佳方案,是迈向移动多媒体通信时代的重要里程碑。 GPRS简介 目前在无线环境中,Internet网应用性能很差,是由于带宽使用效率低、连接设置时间较长和无线链路容量低等原因所致。因此,GPRS的标准化工作主要是改进上述这些缺点,其具体改进的是:减少连接建立时间、支持X.25和IP协议、提供资源的优化使用。 GPRS是一种基于分组交换传输数据的高效率方式,其数据速率是现有GSM的十倍以上,巨大的吞吐量改变了单一面向文本的无线应用,使得包括图片、话音和视频的多媒体业务得以实现。 要实现GPRS网络,需要在传统的GSM网络中引入新的网络接口和通信协议,在移动用户和远端的数据网络(如支持TCP/IP、X.25等)之间提供一种连接,从而给用户提供高速无线IP和无线X.25业务。目前GPRS网络是通过在GSM网络结构中引入两个新的网络节点,它们是GPRS网关支持节点GGSN(GatewayGPRSSupportingNode)和GPRS业务支持节点SGSN(ServingGPRSSupportNode),移动台则必须是GPRS移动台或GPRS/GSM双模移动台。 根据欧洲ETSI的GSM2+阶段的建议,GPRS分为两个阶段,即Phase1和Phase2。GPRS的Phase1阶段将能支持TCP/IP和X.25业务、GPRS附加业务、增强型的短信业务和全新GPRS空中接口加密技术。同时也诞生了崭新的“按流量计费"的合理收费政策,可以做到24小时在线,只有点击时才收费。GPRSPhase2阶段的规范尚在制定之中,它将提供更多的新功能和新业务。 GPRS是如何提高频谱利用率呢?首先是通过分组交换。GPRS网络是通过在GSM网络结构中增添两个新的网络节点(一个是GPRS业务支持节点SGSN,一个是GPRS网关支持节点GGSN)和一个软件,将现有的网络部分进行升级,将交换功能加到GSM网络,形成双模空中接口,把电路交换和分组交换结合在一起操作,其移动数据的格式与GSM技术兼容,由于能分组交换,就能高效的与分组交换网络连接,如与Internet网接入、移动信用卡认证和远程阅读煤气表、电表的数值等多种应用。 另一手段是提高频谱利用率,节省有限的无线资源。分组交换意味着大量的GPRS用户可以共享相同的带宽,而且由同一单元提供服务,不是把一个无线信道指定给一个移动数据用户,而是多个用户共用相同的带宽,这就节约了不少的网络资源,因此GPRS可以使网络运营商以一种动态的和灵活的方式最大可能地利用他们的网络资源。 GPRS网络数据包的的发送与接收见图1,其过程如下: 图中符号代表的意义如下: PC—笔记本电脑 BTS—基站收发信机 BSC—基站控制器 MSC—移动交换中心 VLR—访问位置寄存器 HLR—本地位置寄存器 SGSN—GPRS业务支持节点 GGSN—GPRS网关支持节点 图1GSM系统中的GPRS网络结构 笔记本电脑通过串行或无线方式接到GPRS蜂窝电话或Modem上;GPRS蜂窝电话或Modem与GSM基站通信,但与电路交换式数据呼叫不同,GPRS分组是从基站发送到SGSN节点,而不是通过移动交换中心MSC连接到语音网络上。SGSN与网关支持节点GGSN进行通信;GGSN对分组数据进行相应的处理,再发送到目的网络,如Internet或X.25网络。来自Internet、标识有移动台地址的IP包,由GGSN接收,再转发到SGSN,继而传送到移动台上。 SGSN通过帧中继与BTS连接,是GSM网络结构与移动台之间的接口,实现与移动台之间数据的发送与接收,提供分组路由,跟踪移动台在服务区的位置,并实现安全和访问控制功能。 GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网连接到SGSN,是连接GSM网络结构与外部分组交换网(如Internet和LAN)的网关。GGSN也可以在这种网络之间建立多个连接,即通过一个GGSN,一个GSM网络可以连接到多个外部网上。 制约GPRS发展的因素 现在有些因素制约着GPRS的应用,限制了其发展速度。 比如,在实际应用中速率比理论值要低得多。要达到GPRS传输速率的理论值最大可达172.2Kbps是有条件的,那就是要求只有一个用户占用所有8个时隙并且没有防错保护。一个网络运营商把所有8个时隙全给一个用户使用是不太可能的,因此用户使用带宽也将受到严重限制。所以,在理论上GPRS的最大速率将会受到网络和终端现实条件的制约。 转接时延——GPRS分组通过不同方向发送数据,最终达到相同的目的地。这样数据在通过无线链路传输过程可能发生一个或几个分组丢失或发生错误。有关标准组织熟悉到了无线分组技术这一固有特性,引入了数据完整性和重发策略,由此也产生了潜在的转接时延。 在实际应用中,不同业务会互相干扰。对于不同用途而言只有有限的无线资源可供使用。例如,话音和GPRS呼叫都使用相同的网络资源,这势必会造成一些相互干扰。 GPRS是一种次优化调制:GPRS基于一种GMSK(高斯沪波最小频移键控)调制技术,相比之下EDGE基于一种新机制,该机制能答应更高的比特率通过空中接口调制。 为此人们做了相应的技术改进。 EDGE和UMTS:EDEG是GSM演进的增强性数据速率,采用全新的调制机制,答应更高的比特率通过空中接口调制,是现有GSM网络的最后一个高速数据技术,其可用速率将是GPRS的三倍,并将用于IS-136TDMA网络,在未来两年内可以开放业务;UMTS和EDEG将弥补GPRS的不足,使单个用户获得较高的数据速率。 HSCSD:即将开放业务的HSCSD是一种高速电路交换数据业务,简单的电路交换数据呼叫,传输时延很小,可以与GPRS联合使用,以减少转接时延。 国内外GPRS的发展动向及市场分析 猜测GPRS发展将分五步:1999年,进行网络测试并签署有关基础设施的商业合同;2000年,GPRS基础设施并入到GSM网络中;2001年,GPRS进入商业应用并且将大力推广,新的GPRS非凡应用、高性能的方案得到解决,GPRS的应用范围得到不断扩大;2002年,GPRS/EDGE投入实际应用,应用率达到相当规模;2002年~2003年,新一代移动通信系统UMTS实现商用。 移动电话市场逐渐向移动数据市场转变,给GPRS发展带来无限的机遇。GSM协会猜测,今后一年内全球GSM网上传送的移动数据量将实现40%~50%的增长率。目前全球有移动电话用户4.5亿,而GSM网上用户占40%,而GPRS又在GSM网上升级,故GPRS在未来的移动数据市场中占有天然的优势。GPRS收费按数据流量收费,使用户费用大大降低,可大量吸引用户。 第三代移动通信系统IMT-2000标准化工作已接近尾声,但从标准出台到全面商业化还需较长时间。其原因是采用第三代(3G)移动通信系统改造网络价格昂贵,各运营商不愿马上采用。但又不甘心坐等3G的到来,所以目前国际上各大通信公司都在忙于开发所谓“2.5G”的无线数据技术,作为向3G标准过渡的中间方案,而GPRS就属于GSM向3G过渡的中间方案。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。它的高数据率足以满足大多数3G多媒体宽带业务,而在时间上还较3G提前几年。并且当3G真正到来时,对于那些没有3G经营权的运营商来说,GPRS仍不失为有竞争力的业务。 在中国,移动数据业务的前景不很明朗。但中国移动通信集团和中国联通等仍相继开展移动数据业务的实验工作,各运营商也出于对现实市场和未来市场竞争的需要,对迅速提高移动数据业务能力的要求十分迫切,自然对GPRS技术也很重视。不少专家人士认为,GPRS在中国市场能否成功,除技术因素外,很大程度上还取决于能否开发出适合中国市场的应用业务。
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