张冰涛，现任广州金鹏集团工程技术中心技术支持部经理兼高级系统工程师。1998年4月毕业于东北大学连轧自动化国家重点实验室，并获工学硕士学位。同年加入金鹏集团有限公司，主要负责GSM、GPRS、CDMA的售前、售后技术支持工作和系统网络优化工作，曾先后负责江西联通GSM/CDMA网络的多期工程建设、网络优化和项目管理工作和金鹏CDMA1X山西太原试验局的设计、工程建设、系统测试和验收工作。目前就读于华中科技大学电子与通信专业工程硕士。 


一、移动数据业务的通用承载模型 

　　GPRS、WCDMA、CDMA2000都属于可漫游移动用户的承载网络，都是在移动用户和远端数据网之间提供数据连接。本文将对作为一种移动数据业务承载网并且基于GSM的GPRS技术从协议栈的角度进行深入剖析。 

二、GPRS 的网络结构和网元功能 

(1) GPRS的网络拓扑结构 

(2) GPRS各个网元的功能

　　PCU的功能：该功能实体可以和BSC合设，也可以作为一个单独的网元，其和SGSN之间的Gb接口为规范定义的标准接口，和BSC之间的接口为内部接口。负责处理无线信道的数据业务；无线数据信道的管理和分配，允许多个用户接入同一无线资源；用户数据的压缩、加密和转发；同时还具有功率控制、质量控制和选择信道编码方案的功能，其向GPRS数据核心网络屏蔽使用的无线技术。 

　　SGSN的功能：是GPRS骨干网的重要组成部份，是分组交换的核心部分，通过帧中继和PCU相连。功能类同于GSM系统的MSC/VLR功能，SGSN不仅处理分组交换中的信令传输，同时也进行数据包的处理和传送。面向MS执行移动性管理、安全管理、介入控制和路由选择功能。即记录当前活动在该SGSN区域内的移动数据用户的有关信息，如位置信息，可以对当前用户信息进行修改、删除等；负责数据用户的Attach和Detach、位置更新、寻呼、鉴权、加密等；负责MS和SGSN之间逻辑链路的建立、维护和释放；负责路由的选择和信息的存储转发；产生原始计费数据。 

　　GGSN的功能：GGSN内部维护GPRS骨干网， 外部可以连接多个数据网如Internet、企业网、X.25 网等，是GPRS骨干网和外部数据网的网关；在GPRS数据网中的地位很类同于传统GSM网中的GMSC的地位；负责产生数据业务的原始计费数据。 

三、GPRS各个接口协议栈的功能 

　　所谓协议栈就是对信息进行多次封装和解封的过程，以便能够在不同的实体间传送信息。 

　　MAC媒体访问控制：MAC定义和分配空中接口的逻辑信道，并控制移动台接入这些共享的逻辑信道；MAC定义的逻辑信道有公共控制信道PCCCH：控制信令；分组广播信道PBCCH：广播系统消息；分组业务信道PTCH：传输分组数据；分组专用控制信道：功率控制、定时等。 

　　RLC无线链路控制：RLC将上层LLC的数据分段和重组以便在逻辑信道上传送；RLC通过选择性重传，向上层提供一个可靠的链路；它根据无线链路的传输能力将1527个字节(LLC帧的最大长度)按CS(coding scheme)切成不同的小块，以便进行卷积、交织等信道编码。 

　　LLC逻辑链路控制：LLC是MS和SGSN之间的协议。基于HDLC无线链路协议，传输能力1520个字节，加上7个开销字节，总共1527个字节；LLC向上层提供一个或多个由SAPI区别的、高度可靠无差错的、加密的逻辑链路（GMM，SM，SNDCP等）；LLC与下层使用的无线接口协议无关，向下隔离无线网；下层GPRS无线接口协议的改变不会影响上层协议和网络子系统；对中断的帧可以进行错误检测和恢复；可以实现一对多点寻址(向多个MS发信息)；传送的信息可以有不同的优先级即顺序控制；流量控制等。LLC实现了下层不同协议的向上统一，是保证向3G平滑过渡的一个关键点。它和SNDCP协议一起类同于CDMA1X网络中MS和PDSN之间的PPP协议的功能。 

　　SNDCP子网聚合协议：将外网的各种协议(IPv4、Ipv6、X.25等)格式统一为一种协议格式；用NSAPI区分不同的应用；移动台和SGSN之间的IP数据包或X.25报文被分割成多个SNDC数据包单元以适应LLC的MTU的大小，数据包单元被放置到LLC帧内；完成数据的分段和重装；对数据进行压缩，以节约空中接口带宽；负责TCP/IP头的压缩；对数据进行加密等。 

　　NS网络服务协议：网络服务协议是基于帧中继网络的，包括网络层和链路层功能；在PCU和SGSN之间传送BSSGP协议的数据单元；PCU和SGSN可能经过多跳帧中继网；在BSS和SGSN之间要建立通过NSVC识别的逻辑帧中继链路，多个用户的LLC-PDU按负荷分担方式复用在这些虚电路上；该层还负责NS-VC的闭锁、解锁、复位、测试等NS-VC管理功能。在PCU和SGSN的数据库中需要定义NSVCI和GBL、DLCI的映射关系。 

　　BSSGP(BSS GPRS应用协议)：提供PCU和SGSN间的无连接链路；承载上层数据信息即LLC信息，在下行方向上向BSS提供RLC/MAC功能实用的无线相关的信息，在上行方向上向SGSN提供从RLC/MAC