摘要：作者通过自己的理解道出了GPRS传统核心网的各种问题，融合计算机网络的POOL技术，在GPRS核心网中引入新的SGSNPOOL技术，将传统的SGSN组合成SGSNPOOL，以此来改善和提高GPRS核心网的整体性能。
关键词：GPRS；SGSN；GGSN；SGSNPOOL；NRI
1GPRS概述
作为第二代移动通信系统的GSM（GlobalSystemofMobileCommunication，全球移动通讯系统）是目前使用最为广泛的移动通信系统，而被称为2.5代的GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分组无线业务）系统是现有GSM网络的基础上，增加SGSN（ServiceGPRSSupportNode，GPRS业务支持节点）和GGSN（GatewayGPRSSupportNode，GPRS网关支持节点）2个网元，使得用户通过分组交换网络实现数据的收发，图1显示了GPRS网络的系统架构：
在GSM网络中，手机终端通过BTS(BaseTranceiveStation,基站收发信台)接入BSC(BaseStationController,基站控制器)，BSC通过Gb接口将数据转发到SGSN，SGSN通过与HLR(HomeLocationRegister,用户归属寄存器)之间的Gr接口对手机终端进行鉴权，鉴权通过后则就允许用户接入GPRS核心网。当用户需要与Internet或其他外部网络进行数据传输时，SGSN负责将用户的数据包通过Gn接口发送给GGSN，这时GGSN就成为GPRS核心网与外部网络的网关。同样，在3G网络中，手机终端是通过NodeB(NodeB,节点B)和RNS(RadioNerworkController,无线网络控制器)接入GPRS核心网。
GPRS网络引入了2个主要网元：
SGSN
SGSN是GPRS服务支持节点，是GPRS核心网的关键网元。通过与HLR的Gr接口，完成该SGSN服务区内MS的鉴权接入；通过与MSC的Gs接口，完成MS移动性管理；通过与GGSN的Gn接口，完成MS会话管理。SGSN还负责MS与外部网络之间IP数据包的转发。
GGSN
GGSN是GPRS网关支持节点，主要提供GPRS核心网与外部不同网络之间的连接。GGSN提供在GSM网络和外部网络之间的协议转换，从而建立MS与不同外部网络的数据收发。通过增加SGSN和GGSN，GPRS网络可以提供大于9.6Kbit/s的数据传输速率，为移动运营商提供开展数据增值业务的平台，成为向第三代移动通信系统发展必不可少的环节。GPRS网络部署的好坏，将直接影响到数据业务市场的发展，运营商的收入，用户的忠诚度。
传统GPRS核心网的缺点：
1）每个SGSN负责特定区域的服务，容易造成单点故障。
2）对运营商来说，对SGSN设备进行维护、升级时，需要停止业务，降低整个GPRS系统的平均无故障时间（MTBF）。
3）没有充分利用核心网SGSN的容量，容易造成部分区域业务量不均衡的情况。
4）MS的移动性造成核心网信令交互频繁，增加整个移动通信网的负荷。
2SGSNPOOL概述
SGSNPOOL是指一组SGSN的集合，由若干台独立的SGSN组成。图2显示了由4台SGSN组成的SGSNPOOL结构图。
为了在GPRS核心网中部署SGSNPOOL，需要重新定义以下概念：
1）SGSNPOOL成员每个组成SGSNPOOL的单独的SGSN是这个POOL的成员。如图2中的SGSN1-4。
2）SGSNPOOL服务区在GSM和WCDMA中，由BSC和RNC所覆盖的路由区（RoutingArea）组成的服务区。如图2中的ServiceArea1和ServiceArea2。
3）DefaultSGSN在一个SGSNPOOL中，缺省SGSN用于表示在一个路由区（RoutingArea）内的唯一的一个SGSN，用于信令在不同路由区间的信令交互。
4）NRI网络资源标示（NetworkResourceIdentifier）用来标示同一个SGSNPOOL中唯一的SGSNPOOL成员。
5）IPBackboneIPBackbon就是基于IP协议的网络，用于BSC和RNC与SGSNPOOL之间的消息传递。
3SGSNPOOL的优势
当在GPRS核心网内部署SGSNPOOL后，将会有下列优势：
1）提高业务可用性
在常规的GPRS核心网内，SGSN经常通过内部的冗余模块进行容灾。但如果SGSN由于供电或人为操作不当引起宕机或重启，该SGSN所服务区下的MS就不能继续使用业务，直到该SGSN恢复工作。在引入SGSNPOOL技术后，当一个POOL中的某台SGSN设备宕机或重启后，系统就会通过自动监测将原本处于该SGSN服务下的MS重新引导到该POOL中的其它SGSN下，对用户来说就好比是短暂的切换，引导成功后该用户能够继续使用GPRS业务。因此大大提高了业务可用性。
2）提高系统容量
当一个SGSNPOOL服务区内的GPRS业务量达到瓶颈时，只需为该POOL中添加新的SGSNPOOL成员，就能解决该服务区系统容量的问题。
3）提高网络效率
SGSNPOOL技术可以提高网络效率。在独立SGSN的情况下，假设SGSN-1和BSC-1组成ServiceArea1，SGSN-2和BSC-2组成ServiceArea2。当MS从一个BSC-1移动到BSC-2，MS就由原先提供服务的ServiceArea1转换到ServiceArea2，这时MS就需要进行路由区间的更新，即SGSN-1需要通过信令交互将该用户的MM，SM数据传递到SGSN-2。如果SGSN-1和SGSN-2组成一个SGSNPOOL，共同服务于一个ServiceArea时，同样当用户从BSC-1移动到BSC-2时，由于仍然处于相同的ServiceArea，就不需要进行路由区间的更新，而只需要进行路由区内部的更新，减少了SGSN之间的信令交互，大大提高了网络效率。
4）提高网络可扩展性
当需要对整个GPRS核心网进行扩容时，只需为POOL中添加新的SGSNPOOL成员，这样做既没有改变原先的核心网总体结构，又达到了网络扩容要求。因此SGSNPOOL技术大大提高了网络可扩展性。
4SGSNPOOL的移动性管理
移动性管理又称MM管理。由于MS具有移动性，为了保持与MS之间的连接，SGSN需要一直跟踪MS的位置。在GSM系统中，MS的移动性状态包括如下四种：
1）IDLE
处于IDLE状态的MS没有附着到网络，这时，SGSN即不能定位，也不能寻呼到MS，SGSN中没有该MS的数据。当MS成功附着到网络后，MS就从IDLE变为READY。
2）READY
处于READY状态的MS已经附着到网络，并在MS和SGSN之间存在数据包的收发。SGSN中有该MS的MM数据和PDP上下文，SGSN的MM数据精确到该MS所处的小区信息，当SGSN需要与MS建立连接时，不需要对该MS进行寻呼。
3）STANDBY_REACHABLE
处于STANDBY_REACHABLE状态的MS已经附着到网络，SGSN的MM数据精确到该MS所处的路由区信息，当SGSN需要与MS建立连接时，需要对该MS进行寻呼。
4）STANDBY_NOT_REACHABLE
处于STANDBY_NOT_REACHABLE状态的MS已经附着到网络，SGSN的MM数据精确到该MS所处的最后一次路由区信息，当MS发起到SGSN的数据包后，MS就从STANDBY_NOT_REACHABLE变换到READY状态。假设SGSN-2属于SGSNPOOL1，SGSN-3是SGSNPOOL2，MS从ServiceArea1移动到ServiceArea2时，如图4所示：
1）在ServiceArea1中，MS附着在SGSN-2上，SGSN-2上保存该MS的基本信息；
2）MS从ServiceArea1移动到ServiceArea2，MS需要重新附着到SGSN-3；
3）SGSN-3没有该MS的基本信息，这时SGSN-3向DNSServer发送NRIRequest，Request消息中包括MS的原始RAI；
4）DNSServer通过RAI值，找出对应的DefaultSGSN，这里是SGSN-2，并将DefaultSGSN的NRI值通过NRIResponse返回给SGSN-3；
5）SGSN-3得到MS在ServiceArea1中的DefaultSGSN后，发送Request消息向SGSN-2获取MS的基本信息；
6）SGSN-2返回MS的基本信息，MS完成从SGSNPOOL1到SGSNPOOL2的位置更新。
5SGSNPOOL的具体实现
当一个SGSNPOOL的容量达到瓶颈时，可以通过向这个SGSNPOOL中添加新的SGSN，以此达到扩容的目的。图5显示了将SGSN-1和SGSN-2组合成一个SGSNPOOL前的示意图。
具体实现步骤：
1）将IPBackobne1和IPBackobne2组合成一个新的IPBackobne，使得SGSN-1和SGSN-2可以共享BSC-1和BSC-2；
2）为SGSN1-和SGSN-2分配NRI，用以在POOL中的唯一标示；
3）在DNSServer中建立NRITable；
4）指定组合后SGSNPOOL中的DefaultSGSN。图6是形成后的SGSNPOOL示意图。
6总结
随着移动通信系统进入3G时代，计算机技术和IP网络技术将广泛运用于移动通信网络。通过将POOL技术运用于GPRS核心网，将充分利用IP技术和设备资源，不仅为移动运营商节省了大量资源，设备功能得到最大化的发挥，也奠定了数据业务在3G承载网的基石。
参考文献
[1]里吉斯,朱洪波.通用分组无线业务(GPRS)技术与应用[M].北京:人民邮电出版社,2004.
[2]吕捷.GPRS技术[M].北京:北京邮电学院出版社,2001.
[3]李伟章.移动数据通信技术与业务[M].北京:人民邮电出版社,2006.
[4]田辉.3GPP核心网技术[M].北京:人民邮电出版社,2007.
[5]赵晓秋.3G/B3G网络核心技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2008.
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