GPRS_Core_Network

**GPRS 核心網**（英語：GPRS Core Network）是 GPRS（通用分組無線業務，英語：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 網絡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 網絡中的移動性管理、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，所有這些網絡都已經被替換為 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 網絡的最終用戶可以隨處移動，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用戶（subscriber）提供服務的 SGSN 到當前正在處理該簽約用戶的會話的 GGSN 的簽約用戶數據來實現。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）傳輸用戶數據。

**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，當一個簽約用戶從一個 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絡中進行，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用戶所傳輸的數據的使用量和 QoS 等信息。然而，GTP' 通信僅發生在同一個運營商網絡內部，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）和用戶數據（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，而用戶平面協議（User Plane Protocol）GTP-U（User）使用已註冊的 2152 埠。

## GPRS 支撐節點（GSN）

一個 GSN 是一個網絡節點，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 網絡的一個主要組件。GGSN 負責 GPRS 網絡和 IP 網絡或 X.25 網絡等外部包交換網絡之間的互聯。

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用戶的數據（下行數據）後，它檢查該用戶是否仍處活躍狀態（active）。如果是的，則 GGSN 將該數據轉發到當前正在為該移動用戶提供服務的 SGSN；如果該移動用戶不處於活躍狀態，則該數據被丟棄。而針對從用戶設備發出的上行數據，GGSN 將其路由到正確的網絡。

GGSN 是一個錨點（anchor point），它使得在 GPRS/UMTS 網絡中的用戶終端具有可移動性（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的包數據協議（Packet Data Protocol，簡稱 PDP）格式（例如，IP 或 X.25），在相應的的包數據網絡中將它們發送出去。在另一個方向上，傳入的數據包的 PDP 地址被轉換為目標用戶的 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 會在它的的本地暫存器中存儲用戶當前的 SGSN 地址以及他 / 她的用戶概要。GGSN 要負責 IP 位址的分配，並且是已連接的用戶設備（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用戶屏蔽（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 的位置暫存器存儲所有在它上面註冊的 GPRS 用戶的位置信息（例如，當前蜂窩、當前 VLR）和用戶概要（例如 IMSI、包數據網絡中所使用的地址）。

#### 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）
* 對用戶數據進行計費

#### 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：

* 每簽約用戶大約 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 網絡
* 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 網絡的。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）是一個資料結構，在 SGSN 和 GGSN 上都會出現。當簽約用戶擁有一個活躍的會話時，它會包含該簽約用戶的會話訊息。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。這會在簽約用戶當前正在拜訪的 SGSN 中，以及正在為該簽約用戶的接入點提供服務的 GGSN 中分配一個 PDP 上下文資料結構。該數據記錄包括：

* （用戶可見）簽約用戶的 IP 位址
* （用戶可見）簽約用戶的 IMSI
* （僅在核心網可見）簽約用戶的
  * 在 GGSN 上的隧道端點 ID（TEID）
  * 在 SGSN 上的隧道端點 ID (TEID)

隧道端點 IP 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 上下文信息時，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。網絡服務接入點標識符（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絡結構圖中看到。

### 在 GPRS 網絡中的接口

**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（歸屬位置暫存器，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（設備標識暫存器，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 網絡時，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，這個信息被用於節省網絡資源。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 與歸屬簽約用戶伺服器（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 傳輸用戶簽約和鑒權數據，以對用戶的接入行為進行鑒權和授權。

## 參見

* 基站子系統
  * 數據包控制單元
* 網絡交換子系統

## 參考文檔

## 外部連結

* 3GPP 包含標準的 3GPP 網頁 \*（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* GSM 世界對 GPRS 的介紹
* GPRS 附著（attache）和 PDP 上下文激活時序圖（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）