GPRS核心网

GPRS核心网（GPRS Core Network）是GPRS（通用分组无线业务，General Packet Radio Service）的中心部件，它允许2G、3G以及WCDMA移动网络将IP数据包传送至外部网络，例如因特网。GPRS系统是集成于GSM网络交换子系统的一部分。

## 一般支撑功能

GPRS核心网提供在GSM和WCDMA网络中的移动性管理、会话管理，以及IP数据包的传输业务。该核心网同时支持包括计费和合法监听等其他附加功能。GPRS核心网曾一度被建议要在美国的D-AMPS TDMA系统中支持分组无线业务，但事实上，所有这些网络都已经被替换为GSM，因此该选项已经不重要了。

PRS模块是一个开放标准驱动的系统。它的标准化主体是3GPP

## GPRS隧道协议（GTP）

GPRS隧道协议（GPRS Tunnelling Protocol，简称GTP）是GPRS核心网目前定义的基于IP的协议。大体上说，这个协议允许GSM或WCDMA网络的最终用户可以随处移动，而同时持续地连接到因特网，如同只是从GGSN的同一个位置进行的。

它通过承载从当前正在为签约用户（subscriber）提供服务的SGSN到当前正在处理该签约用户的会话的GGSN的签约用户数据来实现。GPRS核心网使用三种形式的GTP。

GTP-U:用于在多个独立的隧道中为每个PDP上下文（Packet Data Protocol context）传输用户数据。

GTP-C:用于控制目的，包括：

- PDP上下文的建立和删除
- GSN可及性（reachability）的验证
- 更新；例如，当一个签约用户从一个SGSN移动到另一个的时候

GTP':用于从各个GSN向计费功能（charging function）传输计费数据。

GGSN和SGSN（合称“GSNs”）在UDP端口2123上监听GTP-C消息，而在端口2152上监听GTP-U消息。这个通信直接在一个单独的网络中进行，或者在漫游的情况下，通过一个GRX（GPRS漫游交换，英文：GPRS Roaming Exchange）进行。

计费网关功能（Charging Gateway Function）在TCP或UDP端口3386上监听发送自各个GSN的GTP'消息。核心网向CGF发送的计费信息，通常包含PDP上下文激活次数和最终用户所传输的数据的使用量和QoS等信息。然而，GTP'通信仅发生在同一个运营商网络内部，可能不完全与标准相符，根据供应商和配置选项的不同，可能使用私有的编码甚至完全私有的系统。

GTP版本0支持在同一个消息头下面同时包含信令（signalling）和用户数据（user data）。它可以在已注册的3386端口上同时和UDP或TCP一起使用。GTP版本1仅在UDP上使用。控制平面协议（Control Plane Protocol）GTP-C（Control）使用已注册的2123端口，而用户平面协议（User Plane Protocol）GTP-U（User）使用已注册的2152端口。

## GPRS支撑节点（GSN）

一个GSN是一个网络节点，它支持在GSM核心网中对GPRS的使用。所有的GSN都应当拥有一个Gn/Gp接口，并支持GPRS隧道协议。GSN有两个关键的变种，即网关（gateway）和业务（service）GPRS支撑节点。

### 网关GPRS支撑节点（GGSN）

网关GPRS支撑节点（Gateway GPRS Support Node，简称GGSN）是GPRS网络的一个主要组件。GGSN负责GPRS网络和IP网络或X.25网络等外部包交换网络之间的互联。

从外部网络的角度来看，GGSN是一个到某个“子网”（sub-network）的路由器（router）。GGSN作为GPRS隧道的终点，对外部网络“隐藏”了整个3GPP的核心网结构。当GGSN收到一个目的地址为某个特定用户的数据（下行数据）后，它检查该用户是否仍处活跃状态（active）。如果是的，则GGSN将该数据转发到当前正在为该移动用户提供服务的SGSN；如果该移动用户不处于活跃状态，则该数据被丢弃。而针对从用户设备发出的上行数据，GGSN将其路由到正确的网络。

GGSN是一个锚点（anchor point），它使得在GPRS/UMTS网络中的用户终端具有可移动性（mobility）。在GPRS中，它扮演与移动IP中的归属代理（home agent）相同的角色。它维持与当前正在为一个特定MS（移动台，英文：Mobile Station）提供服务的SGSN之间进行协议数据单元（Protocol Data Units，简称PDU）隧道连接所必须的路由。

GGSN将来自SGSN的GPRS数据包转换成合适的包数据协议（Packet Data Protocol，简称PDP）格式（例如，IP或X.25），在相应的包数据网络中将它们发送出去。在另一个方向上，传入的数据包的PDP地址被转换为目标用户的GSM地址。被更改地址后的数据包被发送给相应负责的SGSN。为了这个目的，GGSN会在它的本地寄存器中存储用户当前的SGSN地址以及他/她的用户概要。GGSN要负责IP地址的分配，并且是已连接的用户设备（User Equipment，简称：UE）的默认路由器。GGSN还履行鉴权（authentication）和计费（charging）的功能。

其它功能还包括签约用户屏蔽（Subscriber Screening）、IP池管理，以及地址映射、QoS和PDP上下文执行。

在LTE场景中，GGSN功能被移到SAE网关（而SGSN功能则工作在MME中）。

### 业务GPRS支撑节点（SGSN）

一个业务GPRS支撑节点（Serving GPRS Support Node，简称：SGSN）负责在它的地理位置服务区域内从移动台接收或向其发送数据包。它的任务包括数据包路由和传输、可移动性管理（mobility management，附着/分离和位置管理）、逻辑链路管理（logical link management）以及鉴权和计费功能。SGSN的位置寄存器存储所有在它上面注册的GPRS用户的位置信息（例如，当前蜂窝、当前VLR）和用户概要（例如IMSI、包数据网络中所使用的地址）。

#### SGSN公共功能

- 将来自GGSN的GTP包（下行）去隧道化（detunnel）
- 将去往GGSN的网际协议包（上行）隧道化（tunnel）
- 当待机（Standby）模式的移动电话从一个路由区域移动到另一个路由区域时，实现可移动性管理（mobility management）
- 对用户数据进行计费

#### SGSN在GSM/EDGE中的特有功能

EDGE（Enhanced Data Rates for GSM Evolution）所指定的SGSN功能和特征包括：

- 每签约用户大约60 Kbps（对于EDGE来说约150 Kpbs）的最大数据速率
- 使用Gb协议栈，通过帧中继或网际协议连接到数据包控制单元（Packet Control Unit）
- 接受上行数据来形成网际协议数据包
- 加密下行数据，解密上行数据
- 为处于已连接（connected）模式的移动电话，实现蜂窝级的可移动性管理

#### SGSN在WCDMA中的特有功能

- 承载最高约42 Mbps的下行流量和5.8Mbps的上行流量（HSPA+）
- 隧道化/去隧道化面向无线网络控制器（RNC）的上行/下行数据包
- 为处于“已连接”模式的移动电话实现RNC级（level of an RNC）的可移动性管理

## 接入点

一个“接入点”是：

- 一个移动机可以连接到的一个IP网络
- 用于该连接的一系列设置
- 一个移动电话中的在一系列设置中的一个特定选项

当一个GPRS移动电话建立了一个PDP上下文，则接入点被选择。此时，一个接入点名称（Access Point Name，简称APN）被确定。

举例：aricenttechnologies.mnc012.mcc345.gprs

举例：Internet

举例：mywap

举例：hcl.cisco.ggsn

这个接入点随后被在一个DNS查询中使用，这个查询是针对一个私有DNS网络的。这个处理过程（称为APN解析）最终给出应当为该接入点提供服务的GGSN的IP地址。此时，可以激活一个PDP上下文。

## PDP上下文

包数据协议（Packet Data Protocol，简称PDP，例如：IP、X.25、帧中继）上下文（context）是一个数据结构，在SGSN和GGSN上都会出现。当签约用户拥有一个活跃的会话时，它会包含该签约用户的会话讯息。当一个移动电话想要使用GPRS的时候，它必须首先附着（attach）并随后激活一个PDP上下文。这会在签约用户当前正在拜访的SGSN中，以及正在为该签约用户的接入点提供服务的GGSN中分配一个PDP上下文数据结构。该数据记录包括：

- （用户可见）签约用户的IP地址
- （用户可见）签约用户的IMSI
- （仅在核心网可见）签约用户的
- 在GGSN上的隧道端点ID（TEID）
- 在SGSN上的隧道端点ID (TEID)

隧道端点ID是一个由GSN分配的号码，它标识关联到一个特定的PDP上下文的已隧道化的数据（tunnelled data）。

若干个PDP上下文可能使用相同的IP地址。次级PDP上下文激活（Secondary PDP Context Activation）过程可能被用于在重用来自一个已经激活但具有不同的QoS概要的PDP上下文的PDP地址或其它PDP上下文信息时，激活一个PDP上下文。注意，该过程被称为“次级”，不会导致与它们所重用的PDP地址没有这种关系的PDP上下文产生。

总共有11个PDP上下文（以任何主次组合）可以共同存在。网络服务接入点标识符（Network Service Access Point Identifier，简称NSAPI）被用于区分不同的PDP上下文。

## 参考点和接口

在GPRS核心网标准中，存在一些接口和参考点（reference points，逻辑连接点，它们可能与其它的参考点共享一个公共的物理连接）。这些名字中的一些可以在本页中的网络结构图中看到。

### 在GPRS网络中的接口

Ga:该接口为CDRs（记账记录，即话单）提供服务，它在GSN被写入，并发送给计费网关（Charging Gateway，简称：CG）。这个接口使用一个基于GTP的协议，做了一些修改来支持CDRs（被称为“GTP'”）。

Gb: 基站子系统和SGSN之间的接口，传输协议可以是帧中继（Frame Relay）或IP。

Iu:无线网络控制器（Radio Network Controller）与SGSN之间的接口。该接口交换信令（signaling）和实载数据（payload）。

Gc: GGSN和HLR（归属位置寄存器，英文：Home Location Register）之间的接口，这样GGSN就可以获取一个移动台（mobile station）的位置明细。为了避免在GGSN上实现MAP/SS7，此接口为可选。当不出现时，GGSN将查询通过SGSN路由到HLR。

Gd: SGSN与短信网关（SMS Gateway）之间的接口。可以使用MAP1、MAP2或MAP3。

Ge: SGSN与SCP（业务控制点，英文：Service Control Point）之间的接口，使用CAP协议。

Gf: SGSN与EIR（设备标识寄存器，英文：Equipment Identity Register）之间的接口，用于检查移动电话的设备标识符（IMEI）是否存在被盗电话列表中。

Gi:基于IP的、GGSN和公共数据网络（Public Data Network，简称PDN）之间的接口，要么直接连到因特网，要么通过一个WAP网关。

Gmb: GGSN与广播-多播业务中心（Broadcast-Multicast Service Center，简称：BM-SC）的接口，用于控制MBMS集合信道（bearers）。

Gn:基于IP的、SGSN与其它SGSN及（内部）GGSN之间的接口。DNS也共享这个接口。使用GTP协议。

Gp:基于IP的、内部SGSN与外部GGSN之间的接口。在SGSN与外部GGSN之间，存在一个边界网关（border gateway，实际上是一个防火墙）。也使用GTP协议。

Gr: SGSN与HLR之间的接口。通过这个接口的消息使用MAP3协议。

Gs: SGSN和MSC（VLR）之间的接口。使用BSSAP+协议。当它进行数据传输时，这个接口允许寻呼（paging）和移动台可用性（station availability）。当一个移动台被附着到GPRS网络时，SGSN追踪该移动台台被附着到哪个路由区域（routing area，简称RA）。一个RA是一个更大的LA（位置区域，英文：location area）中的一部分。当一个移动台被寻呼（paged）时，这个信息被用于节省网络资源。当该移动台履行一个PDP上下文时，SGSN知道该移动台正在使用的准确BTS。

Gx: GGSN和计费规则功能（Charging Rules Function，简称：CRF）之间的在线策略接口。它被用于提供基于计费规则的业务数据流。使用Diameter协议。

Gy: GGSN与在线计费系统（Online Charging System，简称：OCS）之间的计费接口。使用Diameter协议及其上承载的DCCA（Diameter信用控制应用，英文：Diameter Credit-Control Application）应用。

Gz: GSN和CG之间的离线（基于CDR的）计费接口。使用GTP'。

Lg: SGSN与网关移动电话位置中心（Gateway Mobile Location Center，简称GMLC）之间的接口，用于基于位置的业务。

S6d: SGSN与归属签约用户服务器（Home Subscriber Server，简称HSS）之间的接口。这是一个基于Diameter的接口，用于向HSS传输用户签约和鉴权数据，以对用户的接入行为进行鉴权和授权。

## 外部链接

- 3GPP包含标准的3GPP网页*
- GSM世界对GPRS的介绍
- GPRS附着（attache）和PDP上下文激活时序图