一、GPRS簡介
GPRS—General Packet Radio Service，GPRS為通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，是歐洲電信協(xié)會GSM系統(tǒng)中有關(guān)分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。GPRS具有充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)、資源利用率高、始終在線、傳輸速率高、資費(fèi)合理等特點(diǎn)。
與GSM CSD業(yè)務(wù)不同的是，GPRS業(yè)務(wù)將以數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)，而GSM CSD業(yè)務(wù)則以時間計(jì)費(fèi)，GPRS這一計(jì)費(fèi)方式更適應(yīng)數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)。此外，GPRS業(yè)務(wù)的速度較GSM CSD業(yè)務(wù)也將有很大提高，GPRS可提供高達(dá)115kb／s的傳輸速率(最高值為171.2kb／s),下一代GPRS業(yè)務(wù)的速度可以達(dá)到384Kbit/s。
GPRS一個較大的優(yōu)勢是能夠充分利用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)，可以使運(yùn)營商在全國范圍內(nèi)推出此項(xiàng)業(yè)務(wù)。相信在數(shù)年內(nèi)，通過便攜式電腦，GPRS用戶能以與ISDN用戶一樣快的速度上網(wǎng)瀏覽，同時也使一些對傳輸速率敏感的移動多媒體應(yīng)用成為可能。
GPRS用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個用戶可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用率。同時，用戶只需按數(shù)據(jù)通信量付費(fèi)，而無需對整個鏈路占用期間付費(fèi)。實(shí)際上，GPRS用戶可能連接的時間長達(dá)數(shù)小時，卻只需支付相對低廉的連接費(fèi)用，可使用戶的使用費(fèi)用大大降低。
GPRS通信模塊就是為使用GPRS服務(wù)而開發(fā)的無線通信終端設(shè)備。可應(yīng)用到下列系統(tǒng)集成中：遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、自動售貨系統(tǒng)、無線定位系統(tǒng)、門禁保安系統(tǒng)、物質(zhì)管理系統(tǒng)等。
二、GPRS特點(diǎn)
GPRS，通用無線分組業(yè)務(wù)是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。GPRS充分利用共享無線信道，采用IP Over PPP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)終端的高速、遠(yuǎn)程接入。作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動通信演變的過渡技術(shù)（2.5G），GPRS在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢。
GPRS有下列特點(diǎn)：
1、可充分利用現(xiàn)有資源—中國移動全國范圍的電信網(wǎng)絡(luò)－－GSM，方便、快速、低建設(shè)成本地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠(yuǎn)程接入網(wǎng)絡(luò)的部署；
2、傳輸速率高，GPRS數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)到57.6Kbps，最高可達(dá)到115Kbps—170Kbps，完全可以滿足用戶應(yīng)用的需求，下一代GPRS業(yè)務(wù)的速度可以達(dá)到384Kbit/s；
3、接入時間短，GPRS接入等待時間短，可快速建立連接，平均為兩秒；
4、提供實(shí)時在線功能“alwaysonline”，用戶將始終處于連線和在線狀態(tài)，這將使訪問服務(wù)變得非常簡單、快速；
5、按流量計(jì)費(fèi)，GPRS用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，用戶可以一直在線，按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費(fèi)用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時，用戶即使掛在網(wǎng)上也是不收費(fèi)的。
GPRS業(yè)務(wù)，具有接入迅速、永遠(yuǎn)在線、流量計(jì)費(fèi)等特點(diǎn)，在遠(yuǎn)程突發(fā)性數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸中有不可比擬的優(yōu)勢，特別適合于頻發(fā)小數(shù)據(jù)量的實(shí)時傳輸,因而GPRS業(yè)務(wù)在某些行業(yè)上有特殊的應(yīng)用。
三、GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
GPRS網(wǎng)是在GSM電話網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加以下功能實(shí)體構(gòu)成的： SGSN（服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）、GGSN（網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）、PTMSC（點(diǎn)對多點(diǎn)服務(wù)中心）；共用GSM基站但基站要進(jìn)行軟件更新；采用新的GPRS移動臺；GPRS要增加新的移動性管理程序；通過路由器實(shí)現(xiàn)GPRS骨干網(wǎng)互聯(lián)；GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要進(jìn)行軟件更新和增加新的MAP信令和GPRS信令等。GPRS骨干網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 GPRS骨干網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)圖
GPRS網(wǎng)上增加了一些接口，主要包括：
Gb口：SGSN通過Gb口與基站BSS相聯(lián)，為移動臺MS服務(wù)。通過邏輯控制協(xié)議LLC，建立SGSN與MS之間的連接，提供移動性管理（位置跟蹤）和安全管理功能。SGSN完成MS和SGSN之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，即骨干網(wǎng)使用的IP協(xié)議轉(zhuǎn)換成SNDCP和LLC協(xié)議，并提供MS鑒權(quán)和登記功能。
Gn口：SGSN通過Gn口和GGSN相聯(lián)，通過GPRS隧道協(xié)議（GTP）建立SGSN和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)（X.25或IP）之間的通道，實(shí)現(xiàn)MS和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的互聯(lián)。
Gs口：用于SGSN向MSC/VLR發(fā)送地址信息，并從MSC/VLR接收尋呼請求，實(shí)現(xiàn)分組型業(yè)務(wù)和非分組型業(yè)務(wù)的關(guān)聯(lián)。
Gr口：HLR保存GPRS用戶數(shù)據(jù)和路由信息（IMSI、SGSN地址），每個IMSI還包含分組數(shù)據(jù)協(xié)議PDP信息，包括PDP類型（X.25或IP）、PDP地址及其QoS等級以及路由信息。
Gi口：GGSN通過Gi口實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDP）的互聯(lián)。GGSN實(shí)際上是兩個互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，GPRS本身屬于IP領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)，Gi口支持X.25和IP協(xié)議。從PDN網(wǎng)看GGSN，GGSN可看作是一個路由器連到PDN網(wǎng)。GGSN包含用于連接GPRS用戶的路由信息，為外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的PDU送到MS提供通道。通過GGSN與GPRS網(wǎng)互聯(lián)的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN，可以是PSPDN網(wǎng)，這時，GPRS支持ITU-T X.121和ITU-T E.164編號方案，提供X.25虛電路及對X.25快速選擇，還支持網(wǎng)間的X.75協(xié)議連接；也可以是Internet網(wǎng)，基于IP協(xié)議，在IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸方式中，GPRS支持TCP/IP頭的壓縮功能。
四、GPRS DTU及系統(tǒng)組網(wǎng)
DSLC GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以中國移動GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)為通信平臺，采用GPRS、SMS等承載方式，通過無線數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備(GPRS DTU)，提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道，滿足行業(yè)用戶數(shù)據(jù)傳輸需求。
系統(tǒng)組網(wǎng)單元
•數(shù)據(jù)終端設(shè)備 (DTU)
提供用于連接用戶設(shè)備的RS232/485 串行接口，適用于各種工業(yè)應(yīng)用。
• GPRS-1X網(wǎng)絡(luò)
中國移動公司的無線公用數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，為智能設(shè)備提供透明的數(shù)據(jù)傳輸通道。
•數(shù)據(jù)中心
命令接收/發(fā)起，接收并處理數(shù)據(jù)終端的數(shù)據(jù)。
組網(wǎng)方案介紹
• GPRS無線監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)比較簡單，GPRS DTU可直接與用戶設(shè)備通過RS-232或RS-485接口連接。
•數(shù)據(jù)終端(GPRS DTU)的接入：GPRS用戶可選擇CMNET和APN接入網(wǎng)絡(luò)，CMNET通常用于公眾用戶，APN針對行業(yè)用戶，通常在一個組內(nèi)，用戶需設(shè)定用戶名和密碼，安全性更好。此外，APN用戶可以申請綁定移動內(nèi)網(wǎng)的固定IP地址。
•數(shù)據(jù)中心的組網(wǎng)略微復(fù)雜一些。結(jié)合GPRS承載網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，根據(jù)GPRS應(yīng)用領(lǐng)域，我們提供數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)方案多種應(yīng)用形式供應(yīng)用開發(fā)商參考。組網(wǎng)形式的選擇主要由業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量、可靠性要求、數(shù)據(jù)保密性、網(wǎng)絡(luò)狀況決定。
圖1
方案1： GPRS MODEM接入方式 (監(jiān)控中心作為數(shù)據(jù)終端綁定固定IP地址)
此種方案適用于沒有接入Internet、而且對安全要求極高的企業(yè)；適合總數(shù)據(jù)帶寬需求不太大的應(yīng)用，例如使用Polling 傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；全部數(shù)據(jù)在GPRS 網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行；要求所有GPRS 終端之間可以直接通訊；數(shù)據(jù)中心的GPRS 數(shù)據(jù)終端接入點(diǎn)邦定固定IP 地址。(即至少提供一個邦定固定IP地址的SIM 卡)
方案2： Internet接入方式見圖2 (監(jiān)控中心經(jīng)由Internet接入無線網(wǎng))
企業(yè)已有穩(wěn)定的、永久的連接到Internet 的接入；企業(yè)端的路由器端口地址，監(jiān)控中心IP地址應(yīng)是公有的，且由為企業(yè)提供Internet 連接的ISP 提供，此種方案客戶須先向INTERNET運(yùn)營商申請公網(wǎng)固定IP。中心用公網(wǎng)固定IP，監(jiān)控點(diǎn)直接向中心發(fā)起連接?；蚩蛻艄居幸慌_連接Internet的服務(wù)器，并且具有公網(wǎng)固定IP，但是考慮到服務(wù)器的穩(wěn)定運(yùn)行問題，通常不讓在服務(wù)器上安裝其他應(yīng)用軟件，所以GPRS數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)也不能安裝在該服務(wù)器上，可以用NAT端口映射的方法來解決這個問題。
此種方案在實(shí)時性和穩(wěn)定性方面很好，但公網(wǎng)固定IP使用費(fèi)用比較高。
圖2
方案3：專線接入方式見圖1 (監(jiān)控中心經(jīng)DDN專線接入無線網(wǎng))
此種方案適于企業(yè)沒有接入Internet 或企業(yè)對安全方面考慮較高，適合金融、
證券、工業(yè)監(jiān)控等行業(yè)使用；企業(yè)通過專線接入中國移動的路由器，用戶端的接入路由器必須提供公有的IP 地址。
GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)DTU終端上網(wǎng)登錄監(jiān)控服務(wù)器的工作過程為：
1 GPRS DTU發(fā)出GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)出登錄請求
2 請求中包括由移動公司為GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)專門分配的專網(wǎng)APN
3 據(jù)請求中的APN，GGSN向DNS服務(wù)器發(fā)出查詢請求
4 找到與企業(yè)用戶的系統(tǒng)服務(wù)器平臺連接GGSN
5 并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN
6 GGSN將用戶認(rèn)證信息（包括手機(jī)號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至企業(yè)Radius進(jìn)行認(rèn)證；Radius認(rèn)證服務(wù)器看到手機(jī)號等認(rèn)證信息，確認(rèn)是合法用戶發(fā)來的請求
7 向DHCP服13 務(wù)器請求分配用戶地址
8 Radius認(rèn)證通過后，由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶地址的確認(rèn)信息
9 用戶得到IP地址后，就可以攜帶數(shù)據(jù)包，對GPRS 專網(wǎng)系統(tǒng)信息查詢和業(yè)務(wù)處理平臺進(jìn)行訪問
方案4: 動態(tài)IP的解決方案
對于沒有固定IP的應(yīng)用系統(tǒng)，組網(wǎng)方式同“固定IP接入”。解決問題的關(guān)鍵在數(shù)據(jù)中心端，目前有兩種解決方案：
1．短信發(fā)送IP
當(dāng)數(shù)據(jù)中心的IP地址發(fā)生改變，中心端可通過短信的方式通知終端設(shè)備當(dāng)前的最新IP地址并通知其連接。短信發(fā)送可以采用通過Internet或USB接口的GPRS modem。
2．動態(tài)域名解析
在使用動態(tài)DNS方式時，首先有幾件事項(xiàng)要先準(zhǔn)備。
第一是Domain Name，需要申請一組三級域名或二級域名。
第二是需要到網(wǎng)域管理中心來指定動態(tài)DNS服務(wù)。
當(dāng)準(zhǔn)備工作完成后，即會從網(wǎng)域管理中心得到一個Client軟件，用來維護(hù)動態(tài)IP與Domain Name，當(dāng)數(shù)據(jù)中心的計(jì)算機(jī)開機(jī)后，即可從ISP處取得動態(tài)IP，再透過Client軟件與DDNS 服務(wù)器聯(lián)機(jī)并刷新域名與IP對照，GPRS終端可通過DNS的方式來進(jìn)行Domain Name 的正反解譯，而后建立連接。
方案5: 中心采用專線接入見圖3，所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP
此種方案客戶的數(shù)據(jù)中心通過一條APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，并用防火墻進(jìn)行隔離，在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過濾。移動為客戶分配專用的APN，用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡開通該專用APN。得到專用APN后，給所有監(jiān)控點(diǎn)及中心分配APN專網(wǎng)內(nèi)部固定IP。見圖二。
圖3
此種方案在實(shí)時性、安全型和穩(wěn)定性方面都很好，適用于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。
方案6: 中心采用移動APN專網(wǎng)固定IP見圖4
此種方案客戶先與移動申請APN專網(wǎng)業(yè)務(wù)，移動為客戶分配專用的APN，客戶可以申請綁定移動內(nèi)網(wǎng)的固定IP地址。中心用無線MODEM撥號上網(wǎng)，得到其內(nèi)網(wǎng)固定IP；監(jiān)控點(diǎn)直接向中心發(fā)起連接。中心和監(jiān)控點(diǎn)都具有移動內(nèi)網(wǎng)固定IP，減少中間環(huán)節(jié)，穩(wěn)定性增強(qiáng)；且所有數(shù)據(jù)都在移動GPRS的APN內(nèi)網(wǎng)傳輸，無需經(jīng)過公網(wǎng)，安全性增強(qiáng)。見圖三。
圖4
此種方案無需負(fù)擔(dān)專線月租費(fèi)用，性價比合理，適合總數(shù)據(jù)帶寬需求不太大的應(yīng)用。推薦小型客戶使用。
五. GPRS DTU的應(yīng)用
GPRS DTU可提供以下幾類應(yīng)用：
•運(yùn)輸業(yè)：車輛及智能調(diào)度。
•金融、證券和商業(yè)：無線POS、無線ATM、自動售貨機(jī)、流動銀行等。
•實(shí)時發(fā)布股市動態(tài)、天氣預(yù)報(bào)、交通信息等。
•公共安全業(yè)：隨時隨地接入遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫。
•遙測、遙感、遙控：如氣象、水文系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，對災(zāi)害進(jìn)行遙測和告警，遠(yuǎn)程操作。
•提供VPN業(yè)務(wù)，使企業(yè)員工能夠隨時隨地與總部保持聯(lián)系，降低公司建設(shè)自己的廣域網(wǎng)的成本。
•提供以GPRS承載業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用業(yè)務(wù)和基于WAP的各種應(yīng)用。
•通過手提電話或電腦,可檢查自動售賣機(jī)內(nèi)的貨存和營業(yè)額。
•自動售賣機(jī)的手提電話付款。
•監(jiān)視器的錯誤狀況，液體水平，溫度...
•監(jiān)視冷庫溫度,濕度。內(nèi)置溫度探針(-25°/+100°)。
• GSM天文臺,廣泛應(yīng)用在飛翔和航海俱樂部。
•監(jiān)視老人及行動不便的人。它可以將警報(bào)通過語音或短訊同時發(fā)給8個不同的電話號碼。
•可以遙控商業(yè)及住宅的防盜警報(bào)。
•可以遙控暖氣和冷卻系統(tǒng)。
•可以應(yīng)用在汽車的防盜警報(bào)。
•機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)
銀行儲蓄點(diǎn)機(jī)房監(jiān)控
通信行業(yè)遠(yuǎn)端無人值守站機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)（如移動通信基站、微波站、光纖中繼站等）
其他無人值守點(diǎn)（如倉庫、辦公樓等）監(jiān)控
•移動車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)
公安、110、交警車輛監(jiān)控調(diào)度
銀行運(yùn)鈔車、郵政運(yùn)輸車監(jiān)控調(diào)度
出租車管理調(diào)度
公交車輛調(diào)度和指示
集團(tuán)車輛監(jiān)控調(diào)度
•移動性數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)
移動性證卷交易和信息查詢
公安移動性數(shù)據(jù)（身份證、犯罪檔案等）查詢
交警移動性數(shù)據(jù)（車輛、司機(jī)檔案等）查詢
通信維護(hù)人員線路資料查詢
其他外勤人員移動性數(shù)據(jù)查詢
•無線接入系統(tǒng)
無線固定電話接入（WLL）
無線IC卡
無線磁卡電話
火車、汽車、輪船等移動載體付費(fèi)電話
•城市公用事業(yè)實(shí)時監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)
煤氣調(diào)壓站實(shí)時數(shù)據(jù)采集和自動控制
自來水、污水管網(wǎng)實(shí)時監(jiān)控和維護(hù)
熱力系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控和維護(hù)
電力系統(tǒng)城市中壓電網(wǎng)實(shí)時監(jiān)控和自動補(bǔ)償
