GPRS核心網

GPRS核心網（GPRS Core Network）是GPRS（通用分組無線業務，General Packet Radio Service）的中心部件，它允許2G、3G以及WCDMA行動網路將IP數據包傳送至外部網絡，例如網際網路。GPRS系統是集成於GSM網路交換子系統的一部分。

## 一般支撐功能

GPRS核心網提供在GSM和WCDMA網路中的移動性管理、會話管理，以及IP數據包的傳輸業務。該核心網同時支持包括計費和合法監聽等其他附加功能。GPRS核心網曾一度被建議要在美國的D-AMPS TDMA系統中支持分組無線業務，但事實上，所有這些網路都已經被替換為GSM，因此該選項已經不重要了。

PRS模塊是一個開放標準驅動的系統。它的標準化主體是3GPP

## GPRS隧道協議（GTP）

GPRS隧道協議（GPRS Tunnelling Protocol，簡稱GTP）是GPRS核心網目前定義的基於IP的協議。大體上說，這個協議允許GSM或WCDMA網路的最終使用者可以隨處移動，而同時持續地連接到網際網路，如同只是從GGSN的同一個位置進行的。

它通過承載從當前正在為簽約使用者（subscriber）提供服務的SGSN到當前正在處理該簽約使用者的會話的GGSN的簽約使用者數據來實現。GPRS核心網使用三種形式的GTP。

GTP-U:用於在多個獨立的隧道中為每個PDP上下文（Packet Data Protocol context）傳輸使用者數據。

GTP-C:用於控制目的，包括：

- PDP上下文的建立和刪除
- GSN可及性（reachability）的驗證
- 更新；例如，當一個簽約使用者從一個SGSN移動到另一個的時候

GTP':用於從各個GSN向計費功能（charging function）傳輸計費數據。

GGSN和SGSN（合稱「GSNs」）在UDP埠2123上監聽GTP-C消息，而在埠2152上監聽GTP-U消息。這個通信直接在一個單獨的網路中進行，或者在漫遊的情況下，通過一個GRX（GPRS漫遊交換，英文：GPRS Roaming Exchange）進行。

計費網關功能（Charging Gateway Function）在TCP或UDP埠3386上監聽發送自各個GSN的GTP'消息。核心網向CGF發送的計費信息，通常包含PDP上下文激活次數和最終使用者所傳輸的數據的使用量和QoS等資訊。然而，GTP'通信僅發生在同一個運營商網路內部，可能不完全與標準相符，根據供應商和配置選項的不同，可能使用私有的編碼甚至完全私有的系統。

GTP版本0支持在同一個消息頭下面同時包含信令（signalling）和使用者數據（user data）。它可以在已註冊的3386埠上同時和UDP或TCP一起使用。GTP版本1僅在UDP上使用。控制平面協議（Control Plane Protocol）GTP-C（Control）使用已註冊的2123埠，而使用者平面協議（User Plane Protocol）GTP-U（User）使用已註冊的2152埠。

## GPRS支撐節點（GSN）

一個GSN是一個網路節點，它支持在GSM核心網中對GPRS的使用。所有的GSN都應當擁有一個Gn/Gp接口，並支持GPRS隧道協議。GSN有兩個關鍵的變種，即網關（gateway）和業務（service）GPRS支撐節點。

### 網關GPRS支撐節點（GGSN）

網關GPRS支撐節點（Gateway GPRS Support Node，簡稱GGSN）是GPRS網路的一個主要組件。GGSN負責GPRS網路和IP網路或X.25網路等外部包交換網路之間的互聯。

從外部網絡的角度來看，GGSN是一個到某個「子網」（sub-network）的路由器（router）。GGSN作為GPRS隧道的終點，對外部網絡「隱藏」了整個3GPP的核心網結構。當GGSN收到一個目的地址為某個特定使用者的數據（下行數據）後，它檢查該使用者是否仍處活躍狀態（active）。如果是的，則GGSN將該數據轉發到當前正在為該移動使用者提供服務的SGSN；如果該移動使用者不處於活躍狀態，則該數據被丟棄。而針對從使用者設備發出的上行數據，GGSN將其路由到正確的網路。

GGSN是一個錨點（anchor point），它使得在GPRS/UMTS網路中的使用者終端具有可移動性（mobility）。在GPRS中，它扮演與移動IP中的歸屬代理（home agent）相同的角色。它維持與當前正在為一個特定MS（移動台，英文：Mobile Station）提供服務的SGSN之間進行協議數據單元（Protocol Data Units，簡稱PDU）隧道連接所必須的路由。

GGSN將來自SGSN的GPRS數據包轉換成合適的包數據協議（Packet Data Protocol，簡稱PDP）格式（例如，IP或X.25），在相應的包數據網路中將它們發送出去。在另一個方向上，傳入的數據包的PDP地址被轉換為目標使用者的GSM地址。被更改地址後的數據包被發送給相應負責的SGSN。為了這個目的，GGSN會在它的本地寄存器中存儲使用者當前的SGSN地址以及他/她的使用者概要。GGSN要負責IP位址的分配，並且是已連接的使用者設備（User Equipment，簡稱：UE）的默認路由器。GGSN還履行鑒權（authentication）和計費（charging）的功能。

其它功能還包括簽約使用者屏蔽（Subscriber Screening）、IP池管理，以及地址映射、QoS和PDP上下文執行。

在LTE場景中，GGSN功能被移到SAE網關（而SGSN功能則工作在MME中）。

### 業務GPRS支撐節點（SGSN）

一個業務GPRS支撐節點（Serving GPRS Support Node，簡稱：SGSN）負責在它的地理位置服務區域內從移動台接收或向其發送數據包。它的任務包括數據包路由和傳輸、可移動性管理（mobility management，附著/分離和位置管理）、邏輯鏈路管理（logical link management）以及鑒權和計費功能。SGSN的位置寄存器存儲所有在它上面註冊的GPRS使用者的位置資訊（例如，當前蜂窩、當前VLR）和使用者概要（例如IMSI、包數據網路中所使用的地址）。

#### SGSN公共功能

- 將來自GGSN的GTP包（下行）去隧道化（detunnel）
- 將去往GGSN的網際協議包（上行）隧道化（tunnel）
- 當待機（Standby）模式的行動電話從一個路由區域移動到另一個路由區域時，實現可移動性管理（mobility management）
- 對使用者數據進行計費

#### SGSN在GSM/EDGE中的特有功能

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

- 每簽約使用者大約60 Kbps（對於EDGE來說約150 Kpbs）的最大數據速率
- 使用Gb協議棧，通過幀中繼或網際協議連接到數據包控制單元（Packet Control Unit）
- 接受上行數據來形成網際協議數據包
- 加密下行數據，解密上行數據
- 為處於已連接（connected）模式的行動電話，實現蜂窩級的可移動性管理

#### SGSN在WCDMA中的特有功能

- 承載最高約42 Mbps的下行流量和5.8Mbps的上行流量（HSPA+）
- 隧道化/去隧道化面向無線網絡控制器（RNC）的上行/下行數據包
- 為處於「已連接」模式的行動電話實現RNC級（level of an RNC）的可移動性管理

## 接入點

一個「接入點」是：

- 一個移動機可以連接到的一個IP網路
- 用於該連接的一系列設置
- 一個行動電話中的在一系列設置中的一個特定選項

當一個GPRS行動電話建立了一個PDP上下文，則接入點被選擇。此時，一個接入點名稱（Access Point Name，簡稱APN）被確定。

舉例：aricenttechnologies.mnc012.mcc345.gprs

舉例：Internet

舉例：mywap

舉例：hcl.cisco.ggsn

這個接入點隨後被在一個DNS查詢中使用，這個查詢是針對一個私有DNS網路的。這個處理過程（稱為APN解析）最終給出應當為該接入點提供服務的GGSN的IP位址。此時，可以激活一個PDP上下文。

## PDP上下文

包數據協議（Packet Data Protocol，簡稱PDP，例如：IP、X.25、幀中繼）上下文（context）是一個數據結構，在SGSN和GGSN上都會出現。當簽約使用者擁有一個活躍的會話時，它會包含該簽約使用者的會話訊息。當一個行動電話想要使用GPRS的時候，它必須首先附著（attach）並隨後激活一個PDP上下文。這會在簽約使用者當前正在拜訪的SGSN中，以及正在為該簽約使用者的接入點提供服務的GGSN中分配一個PDP上下文數據結構。該數據記錄包括：

- （使用者可見）簽約使用者的IP位址
- （使用者可見）簽約使用者的IMSI
- （僅在核心網可見）簽約使用者的
- 在GGSN上的隧道端點ID（TEID）
- 在SGSN上的隧道端點ID (TEID)

隧道端點ID是一個由GSN分配的號碼，它標識關聯到一個特定的PDP上下文的已隧道化的數據（tunnelled data）。

若干個PDP上下文可能使用相同的IP位址。次級PDP上下文激活（Secondary PDP Context Activation）過程可能被用於在重用來自一個已經激活但具有不同的QoS概要的PDP上下文的PDP地址或其它PDP上下文資訊時，激活一個PDP上下文。注意，該過程被稱為「次級」，不會導致與它們所重用的PDP地址沒有這種關係的PDP上下文產生。

總共有11個PDP上下文（以任何主次組合）可以共同存在。網路服務接入點標識符（Network Service Access Point Identifier，簡稱NSAPI）被用於區分不同的PDP上下文。

## 參考點和接口

在GPRS核心網標準中，存在一些接口和參考點（reference points，邏輯連接點，它們可能與其它的參考點共享一個公共的物理連接）。這些名字中的一些可以在本頁中的網路結構圖中看到。

### 在GPRS網路中的接口

Ga:該接口為CDRs（記帳記錄，即話單）提供服務，它在GSN被寫入，並發送給計費網關（Charging Gateway，簡稱：CG）。這個接口使用一個基於GTP的協議，做了一些修改來支持CDRs（被稱為「GTP'」）。

Gb: 基站子系統和SGSN之間的接口，傳輸協議可以是幀中繼（Frame Relay）或IP。

Iu:無線網絡控制器（Radio Network Controller）與SGSN之間的接口。該接口交換信令（signaling）和實載數據（payload）。

Gc: GGSN和HLR（歸屬位置寄存器，英文：Home Location Register）之間的接口，這樣GGSN就可以獲取一個移動台（mobile station）的位置明細。為了避免在GGSN上實現MAP/SS7，此接口為可選。當不出現時，GGSN將查詢通過SGSN路由到HLR。

Gd: SGSN與簡訊網關（SMS Gateway）之間的接口。可以使用MAP1、MAP2或MAP3。

Ge: SGSN與SCP（業務控制點，英文：Service Control Point）之間的接口，使用CAP協議。

Gf: SGSN與EIR（設備標識寄存器，英文：Equipment Identity Register）之間的接口，用於檢查行動電話的設備標識符（IMEI）是否存在被盜電話列表中。

Gi:基於IP的、GGSN和公共數據網絡（Public Data Network，簡稱PDN）之間的接口，要麼直接連到網際網路，要麼通過一個WAP網關。

Gmb: GGSN與廣播-多播業務中心（Broadcast-Multicast Service Center，簡稱：BM-SC）的接口，用於控制MBMS集合信道（bearers）。

Gn:基於IP的、SGSN與其它SGSN及（內部）GGSN之間的接口。DNS也共享這個接口。使用GTP協議。

Gp:基於IP的、內部SGSN與外部GGSN之間的接口。在SGSN與外部GGSN之間，存在一個邊界網關（border gateway，實際上是一個防火牆）。也使用GTP協議。

Gr: SGSN與HLR之間的接口。通過這個接口的消息使用MAP3協議。

Gs: SGSN和MSC（VLR）之間的接口。使用BSSAP+協議。當它進行數據傳輸時，這個接口允許尋呼（paging）和移動台可用性（station availability）。當一個移動台被附著到GPRS網路時，SGSN追蹤該移動台台被附著到哪個路由區域（routing area，簡稱RA）。一個RA是一個更大的LA（位置區域，英文：location area）中的一部分。當一個移動台被尋呼（paged）時，這個資訊被用於節省網路資源。當該移動台履行一個PDP上下文時，SGSN知道該移動台正在使用的準確BTS。

Gx: GGSN和計費規則功能（Charging Rules Function，簡稱：CRF）之間的在線策略接口。它被用於提供基於計費規則的業務數據流。使用Diameter協議。

Gy: GGSN與在線計費系統（Online Charging System，簡稱：OCS）之間的計費接口。使用Diameter協議及其上承載的DCCA（Diameter信用控制應用，英文：Diameter Credit-Control Application）應用。

Gz: GSN和CG之間的離線（基於CDR的）計費接口。使用GTP'。

Lg: SGSN與網關行動電話位置中心（Gateway Mobile Location Center，簡稱GMLC）之間的接口，用於基於位置的業務。

S6d: SGSN與歸屬簽約使用者伺服器（Home Subscriber Server，簡稱HSS）之間的接口。這是一個基於Diameter的接口，用於向HSS傳輸使用者簽約和鑒權數據，以對使用者的接入行為進行鑒權和授權。

## 外部連結

- 3GPP包含標準的3GPP網頁*
- GSM世界對GPRS的介紹
- GPRS附著（attache）和PDP上下文激活時序圖