GPRS信令流程讲义

GPRS信令流程

第2页 GPRS系统结构

GPRS网络是叠加在GSM网上的另一张网。GSM网络是GPRS的承载网络。GPRS和GSM公用相同基站、同一的频谱资源，这就决定了GPRS网络与GSM网络优化的相互关联，又相互制约。

从网络侧看，GPRS是在GSM网络的基础上增加了PCU、SGSN、GGSN三种网络实体。 PCU（packet control unit 分组控制单元）集中在BSS系统中（一般为在BSC中），用于处理分组数据及无线分组信道管理，还有新的移动性管理软件。

SGSN（服务GPRS支持节点）是为MS提供移动性管理、路由选择等服务的节点。 GGSN（网关GPRS支持节点）是用于接入外部数据网络和业务的节点。 SGSN和GGSN统称为GSN。 TE：设备终端 MT：移动终端 CGF：计费网关

具体的口和协议后文有详解

第3页 传输平面

GPRS数据传输协议平台能够提供用户信息的传递，它主要由GTP、IP、LLC协议和RLC协议分别构成GPRS网络各段的传输模式。MT首先通过UM接口接入GPRS网络，通过BSS经Gb接口与SGSN连接，之后SGSN通过Gn接口接入同一PLMN的GGSN，最后从GGSN接入外部数据网。 具体后面有介绍

第4页 信令平面

这里主要介绍上四种情况 MS-SGSN

1. GSMRF（射频部分）：采用与GSM相同的传输模式。GSM空口的载频带宽为200kHz，一

个载频分为8个物理信道。

2. MAC/RLC协议：该层提供无线链路控制功能和媒体接入控制功能。RLC层可支持MS与

BSS之间的有确认和无确认两种模式的数据传输，可提供一条独立于无线解决方案的可靠链路；MAC层是定义和分配空口的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。

3. LLC（逻辑链路控制）协议：LLC是一个基于HDLC（高速数据链路规程）的无线链路协

议，能够在MS与SGSN之间提供一条高度可靠的加密的逻辑链路用于数据传输。 4. GMM/SM协议用来实现移动性管理以及网络接入的相关控制。 5. L1：传输物理层 6. NS（网络业务）：该层基于BSS和SGSN之间的帧中继连接之上，用于传送上层的BSSGP

PDU。

7. BSSGP协议：在传输平台上，该协议 用于再BSS和SGSN之间提供一条无连接的链路进

行无确认的数据传送。

GSN-GSN

1. L1/L2：底层传输网络相关的协议，底层传输网络可以使ATM网、以太网、DDN、ISDN、

帧中继网等。

2. IP：GPRS骨干网络协议，用于骨干网内用户数据和控制信令的路由选择。

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3. UDP/TCP：UDP提供差错保护，用于承载不要求可靠传输的GTP PDU；TCP提供流量控制

以及丢失和差错保护，用于承载要求可靠传输的GTP PDU。

4. GTP：用于GPRS骨干网中GSN之间数据和信令的隧道传输。所有点对点的PDP协议数

据单元（PDU）将由GTP进行封装。

SGSN-HLR/EIR/SMS

MAP协议：利用SS7进行传送，实现鉴权、登记、移动性管理以及短消息传送等功能

SGSN-MSC/VLR

采用BSSAP+协议实现联合的移动性管理、寻呼等功能，也是利用SS7进行传送

第5页 GPRS信道52复帧结构

52TDMA帧，4个TDMA帧组成一个block，所以52复帧包含12个无线块、2个空闲帧和2个用于PTCCH的帧，其中空闲帧的作用是用来解码邻小区的BSIC和为功控测量干扰，PTCCH帧的作用是用来进行TA更新。

第6页 分组逻辑信道

PBCCH（分组广播控制信道）

下行链路的PBCCH用来广播分组数据的特定系统消息。

PCCCH（分组公共控制信道）

用于分组数据公共控制信令的逻辑信道，其中包括： PRACH（分组随机接入信道）、PPCH（分组寻呼信道）、PAGCH（分组接入准许信道）和 PNCH（分组通知信道，用于通知移动台PTM-M的呼叫）

PTCH（分组业务信道）

用于分组交换模式下承载用户数据，包括： PDTCH（分组数据业务信道）：为单向信道，分上下行 PACCH（分组随路控制信道）：用于传送包括功控信息、测量和证实等信息，为双向信道。

第八页 GMM中MS的状态 空闲、待命、就绪

第九页 GMM三状态转换

分为MS和SGSN的状态转换，差不多

第十页 attach信令流程

1. MS向新的SGSN发出附着请求（attach request）附着类型有三种，只附着GPRS，IMSI

已被附着的情况下附着GPRS，GPRS/IMSI联合附着

2. 当新的SGSN收到“附着请求”消息后，将根据该消息中的P-TMSI和旧的RAI来导出原

SGSN的地址，并向原SGSN发出一条“身份认证请求”（identification request）；旧的SGSN收到该消息后，若能够识别该MS，则向心的SGSN发送一条“身份认证响应”（identification response），该消息中含有该MS对应的IMSI及其鉴权三元组（通过识别IMSI可以得到该MS所在的HLR）。若无法识别，则返回一条相应的错误指示。

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3. 若新的SGSN无法识别MS，那么它向该MS发起识别程序，当从识别程序中获得IMSI

后，开始执行鉴权加密程序。

4. 鉴权加密过程，发生在MS、新的SGSN和HLR三者之间。 5. 设备号检查，发生在MS、新的SGSN和EIR三者之间。

6. a）鉴权加密程序成功后，新的SGSN向HLR发送一条“位置更新”（update location）消

息，通知HLR该MS的位置已经发生了变化。

b）HLR收到“位置更新”消息后，存储当前新的SGSN的消息，并向旧的SGSN发出一条“位置删除”（cancel location）消息。

c）旧SGSN收到“位置删除”消息后将删除该MS的所有信息，并向HLR发回“位置删除证实”（cancel location ack）消息。

D）当HLR收到“位置删除证实”消息后，将向新的SGSN发起“插入用户数据”（insert sbuscriber data）消息，以提供SGSN所需的用户信息。 F）新的SGSN收到用户信息后，向HLR发回证实消息 7. 若网络采用Gs接口（SGSN和MSC/VLR），且附着类型为“IMSI已被附着的情况下附着

GPRS”或“GPRS/IMSI的联合附着”时，SGSN还应执行MSC/VLR的位置更行7a）~7h） 8. 新的SGSN接收MS的GPRS附着请求，那么它向MS发送“附着接收”（attach accept）

消息。若为联合的GPRS附着，那么该消息中还含有新的TMSI和LAI 9. MS向新的SGSN发回“附着完成”（attach complete）消息。

10. 若为联合的GPRS附着，新SGSN再向新MSC/VLR发送TMSI分配完成消息。

第11页 detach 手机发起

若存在PDP上下文和逻辑电路，则删除

若存在Gs接口，且分离原因为“GPRS/IMSI的联合分离”，则分别进行IMSI分离和GPRS分离

SGSN发起 同手机发起

HLR发起

HLR希望从SGSN中删除一个用户，所以还要进行位置删除程序

第13页 路由区更新信令 这是跨SGSN的路由区更新 1. MS发起路由更新请求

2. 新的SGSN向旧的SGSN发起“SGSN上下文请求”，获取MS的MM上下文和PDP上下

文

3. 鉴权加密程序

4. 成功鉴权加密后，新SGSN返回给旧SGSN“SGSN上下文证实”，表示已准备好接收被激

活的PDP信息

5. 旧的SGSN收到证实消息后，通过“前转分组单元”（forward packets）消息将在一定时

间内滞留的N-PDU转发给新的SGSN、 6. “更新PDP上下文请求”，SGSN通过该消息来更新在GGSN中与该用户相关的PDP上下

文内容

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7-10 位置更新过程

11．Gs口存在，位置区更新过程 12-13 路由更新接受和完成

第14页

会话管理程序只与GPRS核心网和MS有关，与BSS无直接关系

第15页

补充：每个PDP地址对应有一个PDP上下文

第16页

NSAPI：网络服务接入点标识符 （Network Service Access Point Identifier）是 PDP（分组数据协议）上下文的一个索引

第17页

PDP状态有激活和未激活两种，在激活状态下可以进行数据传输

第18页 PDP上下文激活

所谓PDP上下文激活是指MS要求网络给它分配以个IP地址，使它成为IP网络的一部分 1. MS完成GPRS附着，需要和外部数据网络进行数据传输，向SGSN上发“激活PDP上下

文请求”

2. SGSN判断是否执行鉴权加密及P-TMSI再分配程序（匿名接入不需要） 3. 创建PDP上下文过程，SGSN请求GGSN分配PDP地址、协商QoS质量等 4. “激活PDP上下文接受”

第19页 PDP上下文去激活 MS发起

“PDP上下文去激活请求”消息中包含需要去激活的PDP上下文的时间标识符，以及原因代码。

第21页 TBF（临时块流）

一个TBF可以使用一个或多个PDCH，所以说TBF是由一个或多个LLC帧组成

第23页 一阶段接入

MS向PCU上发“分组信道请求”，若为一阶段接入，该消息中包含建立信道所需要的所有信息，如所请求的无线块数、无线接入优先级、MS的多时隙能力等，来期待网络直接进行业务资源分配。

PCU通过“分组立即指配”向MS提供所需的专用资源

一阶段接入方式下，MS将在所指配的PDTCH信道上发送数据，为引入竞争解决方案，MS在前三个RLC数据块中加入TLLI识别。

当网络收到第一个RLC数据块时，它将向MS发送“分组上行证实/未证实”消息，该消息中含有该MS的TLLI。

当MS收到该消息后，如发现该TLLI与自己存储的TLLI一致，则继续使用该PDTCH信道，若不一致，则释放掉该资源。

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第24页 二阶段接入

在“分组信道请求”中只对请求的业务做十分简单的描述，包含该MS的随机接入比特也接入原因。

在“立即指配命令”指配的PACCH信道上向PCU发送“分组资源请求”，包含上行链路传输所需资源的完整描述。

PCU通过“分组资源指配”将PDTCH资源指配给MS

第26页 固定模式

Allocation bitmap 分配位图

第27页 动态模式

分为时段分配和时隙分配

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两种方式的优缺点： 动态模式：网络在给移动台分配的每一个PDCH的下行块中都有可能发送针对该MS的USF，这就需要MS得所分配PDCH上去解码所有的下行块，增加了MS的耗电量，减少了MS的自由度。

固定模式：MS事先知道要发送的数据块的个数及传送数据所要占用的资源，因此减轻了MS的负担，节约了MS的耗电量，但MS使用完所分配的资源后，再一次去向网络请求新的资源，增加了网咯的信令负荷。

第29页 GPRS上行数据传输（证实模式下） 在接入和分配过程后，进行数据传输

在接收到最后一个窗口的数据块后，PCU下发“分组上行链路证实/未证实”消息 当网络检测到TBF结束时，如果还未收到所有的RLC数据块，PCU还将通过“分组上行指配”消息给移动台分配足够的上行链路资源重传所要求的RLC数据块 全部传送完毕后，进行释放

第30页 GPRS寻呼

MS处于待命状态，有寻呼阶段。

第32页 TA

分组交换不连续，TA获得困难，GPRS采用初始定时提前控制和连续定时提前控制获得有效的TA。

初始TA估计的算法类似于电路交换

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vdd6.html