GPRS原理及其在GSM-R网络中的应用

　　摘要：随着青藏线、胶济线、大秦线、京津城际铁路的相继开通，GSM-R通信技术在中国得到真正的应用和发展。在GSM-R网络中引进GPRS技术，无疑是中国铁路通信人的创举。随着中国高速铁路的不断发展，GSM-R通信技术必将得到更大的发展和完善。
　　关键字：GSM-R；GPRS；PDP激活；调度命令
　　
　　引言
　　随着青藏线、胶济线、大秦线、京津城际铁路的相继开通，GSM-R通信技术在中国得到真正的应用和发展。作为第一代GSM-R通信人之一，以下对GPRS技术并结合GPRS在GSM-R中的应用进行一下阐述，供同行参阅，不当之处还请各位同仁指正。
　　第一章GPRS相关简介
　　GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分组无线业务）是在现有的GSM移动通信系统基础之上发展起来的一种移动分组数据业务。GPRS通过GSM数字移动通信网络中引入分组交换功能实体，以支持采用分组方式进行的数据传输。G用户利用移动终端接入Internet或其它分组数据网络的需求。
　　GSM-GPRS通过在原有GSM网络基础上增加一系列功能实体来实现对分组数据的传输，新增功能实体和软件升级后的原GSM功能实体组成GSM-GPRS网络，作为独立的网络实体完成GPRS数据业务，原GSM网络则完成电路业务。GPRS网络与GSM原网络通过一系列的接口协议共同完成对移动台的移动性管理功能。
　　GPRS新增如下功能实体：服务GPRS支持节点（SGSN），网关GPRS支持节点（GGSN），点对多点数据服务中心等。
　　GPRS大规模地采用了数据通信技术，包括帧中继、TCP/IP、X.25、X.75，同时在GPRS网络中使用了路由器、接入网服务器、防火墙等产品
　　第二章在GSM-R网路中使用GPRS作为移动数据业务的原因
　　除了GPRS业务外，在GSM-R网络中还可以选择使用CSD(电路交换型数据)进行移动数据传输。
　　以下是对GSM-R电路交换型数据业务与GPRS分组交换型数据业务的技术特征所作的对比说明。
　　2.1、电路交换的通信方式
　　在电路交换的通信方式中，在发送数据之前，首先需要通过一系列的信令过程，为特定的信息传输过程（如通话）分配信道，并在信息的发送方、信息所经过的中间节点、信息的接收方之间建立连接，然后传送数据，数据传输过程结束以后再释放信道资源，断开连接。
　　2.2、分组交换的通信方式
　　在分组交换的通信方式中，数据被分成一定长度的包（分组），每个包的前面有一个分组头（其中的地址标识指明该分组发往何处）。数据传送之前并不需要预先分配信道，建立连接。
　　
　　第三章GPRS网络中的网络节点和接口
　　
　　3.1、GSM-R网络中GPRS的网络节点
　　（1）移动终端
　　在GSM网络中一般是MS（MobileStation，即手机）；在GSM-R网络中可以是CIR（车载台）或MS（手机）。
　　（2）PCU（PacketControlUnit，分组控制单元）
　　PCU是在BSS侧增加的一个处理单元，主要完成BSS侧的分组业务处理和分组无线信道资源的管理，目前PCU一般在BSC和SGSN之间实现；
　　（3）SGSN（ServiceGPRSSupportNode，服务GPRS支持节点）
　　SGSN是GPRS网络的一个基本组成网元，是为了提供GPRS业务而在GSM网络中引进的一个新的网元设备。
　　（4）GGSN（GatewayGPRSSupportNode，关口GPRS支持节点）
　　GGSN也是为了在GSM网络中提供GPRS业务功能而引入的一个新的网元功能实体，提供数据包在GPRS网和外部数据网之间的路由和封装。
　　（5）RADIUS服务器
　　在非透明接入的时候，需要对用户的身份进行认证，相关的认证、授权信息就存储在RADIUS服务器（Server，远程接入鉴权与认证服务器）上。（6）DNS（DomainNameSystem，域名服务器）
　　GPRS网络中存在两种域名服务器：一种是GGSN同外部网之间的DNS，主要功能是对外部网的域名进行解析，其作用完全等同于固定Internet网络上的普通DNS；另一种是GPRS骨干网上的DNS。
　　（7）GRIS/GROS
　　GRIS（GPRS接口服务器）负责将终端侧（移动终端或CTC）发送的信息进行查询转发；在以下GPRS应用中将会具体讲述。
　　
　　3.2、主要的网络接口
　　（1）Um接口
　　Um接口是GPRSMS与GPRS网络间的接口，通过MS完成与GPRS网络的通信，完成分组数据传送、移动性管理、会话管理、无线资源管理等多方面的功能。
　　（2）Gb接口
　　Gb接口是SGSN和BSS间接口，通过该接口SGSN完成同BSS系统、MS之间的通信，以完成分组数据传送、移动性管理、会话管理方面的功能。该接口是GPRS组网的必选接口。
　　（3）Gi接口
　　Gi接口是GPRS与外部分组数据网之间的接口。GPRS通过Gi接口和各种公众分组网如Internet或ISDN网实现互联，在Gi接口上需要进行协议的封装/解封装、地址转换（如私有网IP地址转换为公有网IP地址）、用户接入时的鉴权和认证等操作。
　　（4.）Gn接口
　　Gn接口是GRPS支持节点间接口，即同一个PLMN内部SGSN间、SGSN和GGSN间接口，该接口采用在TCP/UDP协议之上承载GTP（GPRS隧道协议）的方式进行通信。
　　
　　第四章GPRS在GSM-R网络中的应用
　　GPRS在GSM-R网络中的特点
　　由于铁路通信的特点，使用IP数据网作为GPRS网络的承载网
　　北京木樨地核心机房作为GSM-R网络的核心节点，有2台Cisco7609（路由器）、2台Cisco7606（路由器）、2台Cisco3560（三层交换机）负责与全国各地的数据网设备连通。
　　
　　结束语：高速铁路必将未来铁路发展的方向，如何保证高速铁路的正常运营，这对通信提出了更高的要求。在高速铁路的GSM-R通信中引入GPRS技术，对中国来说是一个创举（在欧洲的GSM-R网络中未使用GPRS），相信随着信息化的浪潮的到来和铁路通信人的努力，铁路通信必将迎来更美好的明天。
　　参考文献：
　　[1]张殿富.《移动通信基础》中国水利水电出版社2001
　　[2]吕捷．《GPRS技术》北京邮电学院出版社2001