基于GPRS無(wú)線通信數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用-浙江大學(xué)

XXXXXXXX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第53頁(yè)（共53頁(yè)）XXXXXXXX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第1頁(yè)共52頁(yè)xxxxxx學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目基于GPRS無(wú)限通訊數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用姓名xxx學(xué)號(hào)xxx專業(yè)班級(jí)xxx分院xxx指導(dǎo)教師xxxxxxx年xxx月xxx日基于GPRS無(wú)限通訊數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用摘要:隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，許多傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)均不同程度上融合了傳輸數(shù)據(jù)的功能，目前以GSM,CDMA為主的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信也不例外。在繼續(xù)發(fā)展語(yǔ)音業(yè)務(wù)的同時(shí)，對(duì)IP和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持已經(jīng)成為第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)的方向，而且也已經(jīng)成為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)特征。GPRS(通用分組無(wú)線業(yè)務(wù))是第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)向第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)平滑過(guò)渡的主要方案?；贕PRS方式的GPS定位信息傳輸系統(tǒng)，是高速移動(dòng)數(shù)據(jù)通信成為移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)的體現(xiàn)，具有實(shí)時(shí)在線、成本低廉、信息容量大、傳輸速率高、提供IP服務(wù)等優(yōu)點(diǎn)。論文首先介紹了GSM的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及GPRS在GSM結(jié)構(gòu)體系上的升級(jí)設(shè)備，然后論述了GPRS的移動(dòng)性管理、會(huì)話管理、傳輸協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸。關(guān)于GPRS的網(wǎng)絡(luò)性能，前人在建立模型仿真時(shí)，只是考慮了單時(shí)情況。本文建立了二維連續(xù)時(shí)間的馬爾可夫模型，此模型不僅考慮了多時(shí)隙操作和單時(shí)隙被多用戶復(fù)用的情況，還考慮了用戶切換帶來(lái)的影響。論文在運(yùn)用排隊(duì)論知識(shí)得出公式解后，在信道動(dòng)態(tài)分配情況下，研究了GPRS網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音呼叫與數(shù)據(jù)呼叫的阻塞率、分組延遲、分組到達(dá)率等性能指標(biāo)，仿真結(jié)果驗(yàn)證了馬爾可夫模型的正確性和有效性，理論證明該模型對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化具有較好的輔助作用。最后介紹了基于GPRS的GPS數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。此應(yīng)用系統(tǒng)由移動(dòng)終端、GPRS網(wǎng)絡(luò)、信息管理中心服務(wù)器三部分組成。移動(dòng)終端由嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，軟件采用NClinux操作系統(tǒng)。信息管理中心服務(wù)器的軟件由VC編程實(shí)現(xiàn)。在分析了該應(yīng)用系統(tǒng)的歸一化時(shí)延后，探討了它的應(yīng)用前景。GPRS無(wú)線通信數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用目錄摘要………………11緒論………………………41.1GPRS的概念…………………41.2GPRS的產(chǎn)生背景……………51.3GPRS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)…………51.4GPRS課題研究的發(fā)展………………………51.4.1GPRS的業(yè)務(wù)模型研究……………………51.4.2信道資源的動(dòng)態(tài)分配………………………71.4.3與話音業(yè)務(wù)的結(jié)合…………71.5本論文的主要工作……………72GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)傳輸………………72.1GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)………………72.1.1GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)……………72.1.2GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)…………112.2GPRS的移動(dòng)性管理…………132.2.1GSM的移動(dòng)性管理………………………132.2.2GPRS的移動(dòng)性管理………………………152.3GPRS的會(huì)話管理……………162.4GPRS的傳輸協(xié)議……………172.5GPRS編碼方式………………192.6GPRS的數(shù)據(jù)傳輸……………212.6.1從N-PDU到SN-PDU……………………212.6.2從SN-PDU到LL-PDU…………………212.6.3GPRS的媒質(zhì)接入方式與RLCARQ協(xié)議………………213GPRS的信道分配與性能分析…………253.1GPRS的信道…………………253.1.1GPRS的物理資源…………253.1.2GPRS的突發(fā)序列…………253.1.3GPRS的無(wú)線塊結(jié)構(gòu)………………………253.1.4GPRS的復(fù)幀結(jié)構(gòu)………………………253.1.5GPRS的邏輯信道…………253.2用二維馬爾可夫模型分析GPRS的網(wǎng)絡(luò)性能………………263.2.1構(gòu)建排隊(duì)模型的原則………………………283.2.2馬爾可夫模型………………294基于GPRS方式傳輸GPS數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)及性能分析………………354.1GPS簡(jiǎn)介……………………354.1.1GPS的定位原理…………354.1.2GPS的結(jié)構(gòu)組成…………364.1.3Jupiteroem板介紹…………364.1.4GPS定位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式………………364.2GPRS方式傳輸GPS數(shù)據(jù)系統(tǒng)介紹………364.2.1系統(tǒng)總體介紹………………374.2.2系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)……………374.2.3系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)……………384.3應(yīng)用系統(tǒng)性能分析……………384.3.1移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)流量………………………384.3.2調(diào)度中心的信息流量………………………414.4基于GPRS的地理信息系統(tǒng)的優(yōu)越性簡(jiǎn)析…………………475GPRS向3G過(guò)渡………………………455.1GPRS的局限性………………455.23G系統(tǒng)………………………485.2.1第三代移動(dòng)通信的基本要求……………485.2.2GSM向第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn).……………………49全文總結(jié)…………………………51致謝………………51參考文獻(xiàn)……………521.緒論1.1GPRS的概念GPRS(GeneralPacketRadioService，通用分組無(wú)線業(yè)務(wù))是在現(xiàn)有的GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。是GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動(dòng)通信演進(jìn)的第一步，這一步有兩點(diǎn)重要意義，一是在GSM網(wǎng)絡(luò)中引入分組交換能力，二是將速率提高到100kbit/s以上。通過(guò)在GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)中引入分組交換的實(shí)體組成GSM--GPRS網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)以分組方式進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)，盡量減少對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)的改動(dòng)。GPRS可以看作是原有的GSM電路交換系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的業(yè)務(wù)擴(kuò)充:由新增的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體對(duì)GSM數(shù)據(jù)進(jìn)行旁路，支持移動(dòng)用戶利用分組數(shù)據(jù)移動(dòng)終端接入工nternet或其他分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，原GSM網(wǎng)絡(luò)完成語(yǔ)音功能。1.2GPRS的產(chǎn)生背景1.IP技術(shù)己成為未來(lái)發(fā)展的方向電路交換、報(bào)文交換和分組交換是目前通信網(wǎng)上的三大交換技術(shù)。電路交換技術(shù)最基本的特點(diǎn)是:通話前必須為通話雙方分配一條固定帶寬的通信電路，通話期間，這部分帶寬由通話雙方獨(dú)享，不能再為別的用戶使用，這對(duì)頻率資源是一種極大的浪費(fèi)。報(bào)文交換源于電報(bào)通信，其最大的貢獻(xiàn)在于提出了存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的概念。報(bào)文交換的傳輸單元為整個(gè)報(bào)文，由于報(bào)文長(zhǎng)度差異很大，轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中用于臨時(shí)存儲(chǔ)報(bào)文的緩沖區(qū)的分配比較困難，而且長(zhǎng)報(bào)文可能導(dǎo)致很大的時(shí)延。而分組交換。在此基礎(chǔ)上，采用了長(zhǎng)度較為固定的分組進(jìn)行傳輸，采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。分組交換方式在通信之前不需要為通信雙方分配一條獨(dú)占的鏈路，可根據(jù)用戶需要以及網(wǎng)絡(luò)能夠提供的帶寬，為用戶動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源，從而極大地提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率，因此，分組交換方式是數(shù)據(jù)通信的理想選擇。以TCP/工尸為核心的Internet是世界上最大的分組交換網(wǎng)絡(luò)，第三代移動(dòng)通信的核心網(wǎng)也將采用分組交換方式。2.移動(dòng)數(shù)據(jù)市場(chǎng)的形成，蜂窩移動(dòng)通信自20世紀(jì)80年代大規(guī)模投入使用以來(lái)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已呈現(xiàn)出日趨繁榮的局面。移動(dòng)通信業(yè)務(wù)至今為止仍是傳統(tǒng)的語(yǔ)音通信占主導(dǎo)地位。但隨著用戶量和業(yè)務(wù)量的激增，運(yùn)營(yíng)商之間競(jìng)爭(zhēng)將加劇，單一的語(yǔ)音業(yè)務(wù)的收益增長(zhǎng)空間己經(jīng)越來(lái)越有限，發(fā)展移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)就成了移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的戰(zhàn)略發(fā)展方向。隨著Internet的發(fā)展，人們看到了數(shù)據(jù)通信的巨大潛力，移動(dòng)與數(shù)據(jù)的結(jié)合已經(jīng)成為移動(dòng)通信發(fā)展的趨勢(shì)。GM)技術(shù)的出現(xiàn)，加快了移動(dòng)通信承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面的發(fā)展。據(jù)預(yù)測(cè)，到2005年移動(dòng)通信業(yè)務(wù)量中語(yǔ)音所占的比例約為30%，其余70%將是移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。移動(dòng)數(shù)據(jù)通信開(kāi)始進(jìn)入快速發(fā)展階段。3.向第三代移動(dòng)通信邁進(jìn)?，F(xiàn)在，第二代移動(dòng)通信(GSM)仍在迅猛發(fā)展之中，但人們已經(jīng)開(kāi)始有了對(duì)第三代移動(dòng)通信業(yè)務(wù)—主要是對(duì)高速移動(dòng)數(shù)據(jù)的需求。人們希望在移動(dòng)狀態(tài)下，通過(guò)便攜式計(jì)算機(jī)或移動(dòng)手機(jī)也能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和接入因特網(wǎng)，這就形成了當(dāng)前移動(dòng)通信網(wǎng)發(fā)展的新趨勢(shì)。具有寬帶數(shù)據(jù)通信和多媒體通信能力是第三代移動(dòng)通信的主要特征，這就要求網(wǎng)絡(luò)必須能夠提供快速分組交換能力。除此之外，人們最關(guān)注的問(wèn)題當(dāng)然是第二代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)如何接近到第三代。在第二代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，90%以上的業(yè)務(wù)都是語(yǔ)音及其增值業(yè)務(wù)，而第三代技術(shù)則為綜合媒體通信而設(shè)計(jì)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)為其子業(yè)務(wù)。如此巨大的反差應(yīng)考慮兩代網(wǎng)絡(luò)之間如何平滑過(guò)渡，權(quán)衡再三的結(jié)論是:通過(guò)技術(shù)的平滑過(guò)渡，而不是用第三代技術(shù)直接另起爐灶?；贕SM系統(tǒng)提出的GPRS方案，是迎合平滑過(guò)渡策略的最主要的方案。1.3GPRS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)1.資源利用率高。GPRS首先在GSM網(wǎng)絡(luò)中引入了分組交換傳輸模式，使原來(lái)采用電路交換模式的GSM傳輸數(shù)據(jù)方式發(fā)生了根本性的變化。對(duì)于電路交換模式，在整個(gè)連接期間，用戶無(wú)論是否傳送數(shù)據(jù)都將獨(dú)自占有無(wú)線信道，在會(huì)話期間，許多應(yīng)用往往有不少空閑時(shí)段，如上工nternet瀏覽，收發(fā)E-mail等。對(duì)于分組交換模式，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(gè)用戶可高效率地共享同一無(wú)線信道，從而提高了資源的利用率。GPRS用戶的計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，GPRS用戶可能連接的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)，卻只需支付相對(duì)低廉的連接費(fèi)用。2.傳輸速率高。通過(guò)同時(shí)使用8個(gè)時(shí)隙,GPRS理論上可獲得的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為171.2kbit/s,這是當(dāng)前固定電信網(wǎng)絡(luò)速度(56.2kbit/s)的3倍，GSM網(wǎng)絡(luò)中電路數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)速度(CSD,9.6kbit/s)的10倍。這意味著在數(shù)年內(nèi)，通過(guò)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(shí)也使一些對(duì)速率敏感的移動(dòng)多媒體應(yīng)用成為可能。3.接入時(shí)間短。分組交換接入時(shí)間縮短，少于1秒。在首次建立連接后，可以在其有效覆蓋范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)即時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，一旦有需求就可以立即發(fā)送或接收信息，不需要再撥號(hào)建立連接，可大幅度提高一些事務(wù)(如信用卡核對(duì)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等)的效率，并可使已有的Internet應(yīng)用(如E-mail、網(wǎng)頁(yè)瀏覽等)操作更加便捷、流暢。4.支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議，推動(dòng)移動(dòng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的融合。GPRS支持工nternet上應(yīng)用最廣泛的IP協(xié)議和X.25協(xié)議。越來(lái)越多的公司將Internet作為職員訪問(wèn)公司工ntranet的媒介，因此支持IP協(xié)議顯得尤為重要。由于存在大量的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)，支持X.25協(xié)議可使己存在的X.25應(yīng)用能在GSM網(wǎng)絡(luò)上繼續(xù)使用。由于GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，所以它能提供工nternet和其它分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無(wú)線接人。GPRS加強(qiáng)了移動(dòng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的融合。1.4GPRS課題研究的發(fā)展1.4.1GPRS的業(yè)務(wù)模型研究GPRS是一種分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它非常適合承載突發(fā)性強(qiáng)、對(duì)時(shí)延不太敏感的中、小量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，對(duì)于大量數(shù)據(jù)的傳送，則宜采用ETSI建議的另一種高速電路交換數(shù)據(jù)方式—HSCSD.GPRS的主要應(yīng)用方式包括:Internet瀏覽、文件傳送、電子郵件、遠(yuǎn)端監(jiān)控儀表、鐵路系統(tǒng)、交通運(yùn)輸系統(tǒng)(傳送交通路況信息、車隊(duì)調(diào)度管理等)、在線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信、交易過(guò)程(數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、信用卡鑒別、信息查詢)等不同的應(yīng)用情況，分組大小和到達(dá)速率不盡相同。有些是短分組的頻繁傳送，如車輛調(diào)度指令;有些是中等大小分組的中速到達(dá)服務(wù)，如鐵路業(yè)務(wù)模型;有些則是較大分組的偶而發(fā)送。ETSI為了評(píng)價(jià)GPRS的性能，建議了3種典型的業(yè)務(wù)模型。FUNET模型:該模型是根據(jù)賓西法尼亞大學(xué)科研網(wǎng)上email的使用統(tǒng)計(jì)情況建立起來(lái)的。分組大小的概率分布近似為柯西分布Cauchy(0.8,1)，分組大小限定在(0,10kbyte)。(1.1)"Mobitex模型:該模型是根據(jù)瑞典分組無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)Mobitex上的車隊(duì)管理應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)建立的。上行和下行的分組長(zhǎng)度都近似為均勻分布。上行:30+uniform(-15,15)bytes下行:115+uniform(-57,57)bytes(1.2)Railway模型:該模型是根據(jù)鐵路業(yè)務(wù)的應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)得到的，概率分布近似為指數(shù)分布，平均分組長(zhǎng)度為170bytes，最大分組長(zhǎng)度為1000byteso文獻(xiàn)〔11]用c編寫(xiě)的軟件進(jìn)行仿真。作者研究了不同業(yè)務(wù)模型對(duì)上行呼叫連接三研究得出的結(jié)論為，GPRS承載短分組時(shí)，吞吐量較低，信道大量浪費(fèi)在比特開(kāi)銷和信令交換上。在產(chǎn)生相同輸入負(fù)載的前提下，顯然短分組的用戶請(qǐng)求要多于長(zhǎng)分組，在接入信道數(shù)量相同的情況下，短分組的接入請(qǐng)求更容易發(fā)生碰撞，隨機(jī)接入階段成為短數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i。短分組本身用在數(shù)據(jù)傳輸上的時(shí)間并不多，大量的時(shí)間浪費(fèi)在隨機(jī)接入上。相反，在相同前提下，長(zhǎng)分組的接入請(qǐng)求不多，容易接入，但是在資源的預(yù)留階段，由于長(zhǎng)分組要占用的資源較多，當(dāng)負(fù)載較大，資源較少時(shí)，由于沒(méi)有足夠可用的信道，長(zhǎng)分組業(yè)務(wù)將滯留在等待資源分配階段，最后被阻塞掉。長(zhǎng)分組業(yè)務(wù)和短分組業(yè)務(wù)的信道安排應(yīng)該是不同的，要靈活適應(yīng)于高層的業(yè)務(wù)特性，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)。1.4.2信道資源的動(dòng)態(tài)分配GSM屬于窄帶通信，它現(xiàn)在提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)只有9.6kbit/s，屬于電路交換方式。GPRS是在此基礎(chǔ)上提出來(lái)的分組數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)。它的獨(dú)到之處是允許將多個(gè)時(shí)隙(1-8個(gè))分配給一個(gè)用戶使用，從而提高了數(shù)據(jù)率;資源是動(dòng)態(tài)分配的，有數(shù)據(jù)要發(fā)送的用戶首先在系統(tǒng)安排的隨機(jī)接入信道上發(fā)出接入請(qǐng)求，系統(tǒng)接受用戶的請(qǐng)求后，將根據(jù)情況分配用戶請(qǐng)求的資源數(shù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后系統(tǒng)又將資源收回，再給別的用戶使用。文獻(xiàn)〔7〕利用OPNET仿真平臺(tái)，比較了多時(shí)隙與單時(shí)隙方式下，GPRS吞吐量、時(shí)延、阻塞率的性能。最后得出結(jié)論:與分配8個(gè)時(shí)隙相比，單時(shí)隙方式下，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)信道既要攜帶用戶數(shù)據(jù)又要攜帶控制信息，所以單位時(shí)間內(nèi)傳送的用戶數(shù)據(jù)要少，數(shù)據(jù)需要等待更長(zhǎng)的時(shí)間才能獲得服務(wù)。單時(shí)隙情況下服務(wù)率更低，時(shí)延更長(zhǎng)，阻塞率更大，吞吐量更低。GPRS的信道分為Master-Slave兩種，master上安排有PRACH,PPCH,PAGCH等邏輯信道，既承載信令又承載用戶數(shù)據(jù);Slave只承載用戶數(shù)據(jù)。用戶在多時(shí)隙方式下工作時(shí)，能夠獲得較大的數(shù)據(jù)率，減少幀傳送延遲。接入信道與用戶數(shù)據(jù)信道的安排要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷和業(yè)務(wù)特性統(tǒng)籌考慮，使隨機(jī)接入階段和資源預(yù)留階段的信道資源都得到充分利用，避免在某個(gè)階段出現(xiàn)資源空閑，而另一個(gè)階段出現(xiàn)嚴(yán)重阻塞。另一個(gè)方面，一味單純?cè)黾覵PDCH的數(shù)目，當(dāng)增加到一定數(shù)量時(shí)，MPDCH會(huì)成為接入瓶頸，每個(gè)用戶獲得的吞吐量并不大，因此不必為用戶再多分配SPDCH1.4.3與話音業(yè)務(wù)的結(jié)合GPRS的頻率資源、多址接入方式與GSM一樣。在實(shí)際應(yīng)用中，運(yùn)營(yíng)商既可以拿出單獨(dú)的頻率資源來(lái)提供GPRS業(yè)務(wù)，也可以是共享GSM的資源，即在每個(gè)200KHz載波的8個(gè)時(shí)隙信道中，固定留出一部分供GSM話音使用，一部分專用于GPRS業(yè)務(wù)，還有一部分供話音和數(shù)據(jù)共用，但話音業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)高于數(shù)據(jù)，有話音業(yè)務(wù)請(qǐng)求時(shí)，先滿足話音業(yè)務(wù)。實(shí)際上，幾乎沒(méi)有專門(mén)拿出頻率來(lái)完全用在GPRS上的做法，一般的做法都是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與語(yǔ)音業(yè)務(wù)相結(jié)合。文獻(xiàn)〔8〕從理論上推導(dǎo)了GPRS業(yè)務(wù)與GSM話音業(yè)務(wù)共享系統(tǒng)資源情況下，單時(shí)隙服務(wù)方式下系統(tǒng)的平均阻塞率、吞吐量和平均排隊(duì)時(shí)間。建立的系統(tǒng)分析模型為:有m個(gè)物理信道的系統(tǒng)，其中m，個(gè)由話音與GPRS共享，and個(gè)專用于GPRS業(yè)務(wù)。話音業(yè)務(wù)具有強(qiáng)占GPRS業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)，也就是當(dāng)話音業(yè)務(wù)需要使用正在被GPRS使用的共享信道時(shí)，GPRS馬上終止傳輸，直到再出現(xiàn)可用信道。被中斷的數(shù)據(jù)用戶在等待分配資源的隊(duì)列中優(yōu)先級(jí)最高。文章將數(shù)值分析的結(jié)果與仿真結(jié)果比較后，得出結(jié)論:這種分析方法的適用原則是，數(shù)據(jù)分組的服務(wù)時(shí)間遠(yuǎn)小于話音分組的服務(wù)時(shí)間。例如：1.5本論文的主要工作本論文主要目的在于研究GPRS的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，分析基于GPRS方式下傳送GPS數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性能。主要作了以下幾方面工作:1.本文介紹了GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，和GPRS的系統(tǒng)功能，在分析GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，深入研究了GPRS的會(huì)話管理及移動(dòng)性管理的改善與提高。重點(diǎn)闡述GPRS網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的基本傳輸過(guò)程。分析了在移動(dòng)管理上下文和PDP上下文建立之后，移動(dòng)臺(tái)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的傳輸數(shù)據(jù)。2.前人的研究成果，多采用單時(shí)隙模型，或在分析多時(shí)隙傳輸時(shí)，沒(méi)有考慮一個(gè)時(shí)隙被多個(gè)用戶同時(shí)使用的情況。本文采用二維馬爾可夫模型，對(duì)仿真模型作如下改進(jìn):①每個(gè)呼叫申請(qǐng)的信道數(shù)為，包含多時(shí)隙和單時(shí)隙兩種可能。②考慮越區(qū)切換情況，語(yǔ)音呼叫的到達(dá)率設(shè)為兄，，從相鄰的小區(qū)切換過(guò)來(lái)的語(yǔ)音呼叫到達(dá)率設(shè)為凡，。③考慮了多用戶使用一個(gè)時(shí)隙的可能，每一信道復(fù)用的GPRS分組呼叫數(shù)最大為d，研究d不同的取值下的仿真結(jié)果。3.在上文的仿真條件下，探討了GPRS數(shù)據(jù)的阻塞率、傳輸速率、信道利用率、分組延遲與專用信道、與分組呼叫到達(dá)率的關(guān)系。得出的結(jié)論與前人的研究成果是一致的:專用GPRS信道的增加使GPRS數(shù)據(jù)傳輸阻塞率減小;單時(shí)隙的阻塞率大于多時(shí)隙情況;一個(gè)時(shí)隙被多用戶復(fù)用時(shí)，用戶越多，系統(tǒng)的阻塞率越小。仿真結(jié)果表明，采用本文的二維馬爾可夫模型，來(lái)分析GPRS網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)是可靠而且有效的。此模型在PC機(jī)上用matlab即可仿真實(shí)現(xiàn)，對(duì)比在某些價(jià)格昂貴的專用仿真軟件上搭建的仿真器，本文的模型建立及求解相對(duì)簡(jiǎn)單，仿真時(shí)間短。本文的仿真結(jié)果對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的選取、優(yōu)化也將具有借鑒意義。4.應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)?；贕PRS業(yè)務(wù)的GPS數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)用系統(tǒng)由移動(dòng)管理中心服務(wù)器、移動(dòng)終端和GPRS網(wǎng)絡(luò)組成。移動(dòng)終端由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，CPU采用高性能芯片S3C4510B，軟件采用PClinux操作系統(tǒng)。NClinux的內(nèi)核小，并且提供TCP/IP協(xié)議的支持，輕松實(shí)現(xiàn)了GPRS移動(dòng)終端的網(wǎng)絡(luò)功能。5.完成了信息管理中心的控制平臺(tái)設(shè)計(jì)。信息管理中心軟件部分主要由WINDOWS下的VC++6.0的編程實(shí)現(xiàn)。由兩部分組成:(DGPS數(shù)據(jù)的接收處理平臺(tái)，提取出需要的地理信息②GPRS網(wǎng)絡(luò)的的用戶通信程序，將GPS的數(shù)據(jù)或者控制信息通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到移動(dòng)終端。2GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)傳輸2.1GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2.1.1GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GSM公共陸地移動(dòng)網(wǎng)(PLMN)如圖2.1所示。移動(dòng)臺(tái)用MS表示，一個(gè)基站收發(fā)信臺(tái)(BTS)覆蓋的無(wú)線區(qū)域稱為一個(gè)小區(qū)。一個(gè)基站控制器(BSC)控制多個(gè)BTS,所有這些BTS和控制它們的BSC一起稱為基站子系統(tǒng)(BSS)。位于各自小區(qū)的移動(dòng)臺(tái)之間的業(yè)務(wù)通過(guò)移動(dòng)交換中心(MSC)交換信息，而與固定網(wǎng)絡(luò)(如ISDN)的連接是通過(guò)移動(dòng)交換中心網(wǎng)關(guān)(GMSC)控制的。GSM網(wǎng)絡(luò)是按層次結(jié)構(gòu)組織起來(lái)的，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)至少包含一個(gè)管理域，此功能一般與MSc集成在一起。每一個(gè)MSc至少管理一至多個(gè)位置區(qū)域(LA)，而LA是由幾個(gè)小區(qū)組構(gòu)成的。BTSBTS基站收發(fā)器MS移動(dòng)臺(tái)BSC基站控制器EIR設(shè)備標(biāo)示器BSS基站子系統(tǒng)HLR歸屬位置寄存器MSC移動(dòng)交換中心VLR訪問(wèn)位置寄存器GMSC網(wǎng)關(guān)MSCAUC鑒權(quán)中心圖2.1GSM的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呼叫控制和網(wǎng)絡(luò)管理需要下列幾個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù):歸屬位置寄存器(HLR)，訪問(wèn)位置寄存器(VLR)，驗(yàn)證中心(AUC)及設(shè)備識(shí)別器(EIR)oMSC/VLR的主要功能是完成呼叫交換，并控制移動(dòng)臺(tái)的位置更新和越區(qū)切換過(guò)程。其中，MY,主要負(fù)責(zé)呼叫的建立(包括鑒權(quán)程序)，呼叫控制和計(jì)費(fèi)等功能;而VLR主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和更新用戶數(shù)據(jù)，這些移動(dòng)用戶即是漫游到該VLR所管轄的地區(qū)中的移動(dòng)用戶。為了找到漫游中的移動(dòng)用戶，通常需要向HLR查詢?cè)撘苿?dòng)用戶的所有信息、，因此必須在移動(dòng)通信網(wǎng)的入口處(即與固定網(wǎng)相連點(diǎn))使用一個(gè)關(guān)口移動(dòng)交換中心(GMSC)來(lái)提供所有入網(wǎng)呼叫的查詢和轉(zhuǎn)接能力。GMSC應(yīng)該有從HLR(移動(dòng)用戶所屬的)中查詢?cè)撘苿?dòng)用戶當(dāng)前位置信息的功能，并能根據(jù)該信息重選呼叫該移動(dòng)用戶路由以轉(zhuǎn)接該呼叫的能力。在GSM系統(tǒng)中，允許每個(gè)用戶可以在整個(gè)GSM網(wǎng)內(nèi)漫游，但是移動(dòng)用戶需要向其中一個(gè)國(guó)家的一個(gè)運(yùn)營(yíng)者登記，簽約及付費(fèi)。這個(gè)運(yùn)營(yíng)者就是該移動(dòng)用戶的歸屬局，歸屬局存放所有用戶簽約信息的寄存器就稱為歸屬位置寄存器(HLR)aHLR除了存放全部歸屬用戶的信息，還存儲(chǔ)每個(gè)歸屬用戶的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息，如用戶目前所在的MSC/VLR地址和分配給用戶的補(bǔ)充業(yè)務(wù)。鑒權(quán)中心(AUC)是為了防止非法用戶接入GSM系統(tǒng)而設(shè)置的安全措施。AUC可以不斷的向每一個(gè)用戶提供一組參數(shù)，該參數(shù)組可視為每個(gè)用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)。在每次呼叫過(guò)程中，通過(guò)檢查系統(tǒng)提供的和用戶響應(yīng)的該組參數(shù)是否一致，來(lái)鑒別用戶身份的合法性。2.1.2GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在GSM體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)GPRS，必須對(duì)BTS,BSC,HLR進(jìn)行升級(jí)，并在現(xiàn)存的GSM體系結(jié)構(gòu)布署新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)GGSN(網(wǎng)關(guān)GPRS支持點(diǎn))和SGSN(GPRS服務(wù)支持點(diǎn))。這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間相互通信，以及其它網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的通信，是通過(guò)新增接口來(lái)完成，實(shí)現(xiàn)GPRS的新功能，如圖2.2所示。GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中引入得新的網(wǎng)絡(luò)接口如下：Gb接口:PCU與SGSN之間的接口。Gn/GP接口:SGSV與GGSN之間的接口，當(dāng)SGSN與GGSN位于不同的PLMN時(shí)為JP，否則為GnoGi接口:GGSN與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的接口。Gd接口:SGSN與SMS-GMSC(短消息業(yè)務(wù)的網(wǎng)關(guān)MSC)/SMS-IVYMSC(短消息業(yè)務(wù)的網(wǎng)間MSC)之間的接口。Gr接口:SGSN與HLR之間的接口。Gs接口:SGSN與MSC(移動(dòng)交換中心)/VLR(訪問(wèn)位置寄存器)Gc接口:GGSN與HLR之間的接口。Ga接口:GGSN/SOSN與CGF(計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān))之間的接口。Gf接口:SGSN與EIR(設(shè)備標(biāo)識(shí)寄存器)之間的接口。圖2.2GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在GSM分組無(wú)線服務(wù)中，SGSN主要負(fù)責(zé)為在其服務(wù)區(qū)域的移動(dòng)臺(tái)收發(fā)數(shù)據(jù)包，此外還負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)包選路、移動(dòng)管理、邏輯鏈路管理、驗(yàn)證和收費(fèi)。SGSN中的本地寄存器存儲(chǔ)所有已注冊(cè)的GPRS用戶的位置信息(如當(dāng)前小區(qū)標(biāo)志，當(dāng)前YLR地址)和用戶注冊(cè)信息(如IMSI，用于分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的地址)。GGSN主要功能是在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)和GPRSPLMN之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。它將從SGSN收到的GPRS數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)化成適合的分組數(shù)據(jù)協(xié)議(PDP)格式，并把它們發(fā)送到相應(yīng)的公共數(shù)據(jù)網(wǎng)。當(dāng)相反方向通信時(shí)，將接收到的公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的數(shù)據(jù)包的PDP地址轉(zhuǎn)化成目前用戶的UM)地址格式，再將它們轉(zhuǎn)發(fā)到正在為此移動(dòng)臺(tái)服務(wù)的SGSN中，最后由SGSN發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)。因此GGSN中保存了正在為用戶提供服務(wù)的SGSN地址和用戶注冊(cè)信息。除了選路和數(shù)據(jù)傳輸功能外，GGSN和SGSN還收集收費(fèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，同時(shí)為了能為任何位置的移動(dòng)臺(tái)提供路由功能，它們還具有處理信令的功能。一般來(lái)說(shuō)，一臺(tái)GGSN可作為多臺(tái)SGSN訪問(wèn)外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的接口，為了把分組傳送到不同的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)，一臺(tái)SGSN可將這些分組選路到不同的GGSN。圖2.2顯示了新網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)與GSM各網(wǎng)絡(luò)間的接口。由圖可以看出SGSN通過(guò)Gb接口與BSC相連。用戶數(shù)據(jù)和信令通過(guò)Gn和Gp接口在GSN之間傳送。如果SGSN和GGSN位于同一個(gè)PLMN中，它們通過(guò)Gn接口互連;如果二者位于不同的PLMN，則通過(guò)Gp接口互連。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)SGSN服務(wù)區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)SGSN服務(wù)區(qū)時(shí)，兩個(gè)SGSN通過(guò)Gn和Gp接口交換用戶注冊(cè)信息(當(dāng)前移動(dòng)臺(tái)首次向網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)時(shí)，SGSN可能通過(guò)Gf接口查詢移動(dòng)臺(tái)的IMEI，以確定移動(dòng)臺(tái)的合法性)。而GGSN結(jié)點(diǎn)通過(guò)Gi接口與X.25網(wǎng)和Internet相連。HLR中除了保存用戶注冊(cè)信息外，還保存每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)當(dāng)前正在使用的SGSN地址及PLMN中每一個(gè)GPRS用戶的PDP地址。當(dāng)SGSN需要這些信息時(shí)，通過(guò)Gr接口與HLR交換這些信息。例如SGSN向HLR報(bào)告移動(dòng)臺(tái)的當(dāng)前位置，及當(dāng)移動(dòng)臺(tái)向新SGSN注冊(cè)，HLR向新SGSN發(fā)送用戶注冊(cè)信息等就是通過(guò)Gr接口進(jìn)行的。此外，為了使得GPRS分組交換業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)的電路交換業(yè)務(wù)有效地融合在一起，將MSC/VLR的功能擴(kuò)展，與SGSN之間通過(guò)Gs接口交換信息。如綜合GPRS路由區(qū)域(RA)更新和GSM位置(LA)更新及GPRS業(yè)務(wù)和GSM業(yè)務(wù)的同時(shí)激活，還有當(dāng)利用電路交換執(zhí)行傳統(tǒng)的GSM業(yè)務(wù)時(shí)，通過(guò)SGSN傳送尋呼請(qǐng)求，將大大節(jié)省空中資源。為了通過(guò)GPRS系統(tǒng)交換短信息業(yè)務(wù)(SMS),SGSN通過(guò)Gd接口短信息網(wǎng)關(guān)移動(dòng)交換中心(SMS-GMSC)互連。2.2GPRS的移動(dòng)性管理圖2.3GSM的呼叫建立在GSM系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)通過(guò)GMSC與固定電話網(wǎng)絡(luò)交換信息。GMSC除了記錄收費(fèi)信息外，還根據(jù)MSISDN獲取移動(dòng)臺(tái)的HLR位置，并從HLR中獲取用戶漫游信息。呼叫建立過(guò)程如上圖2.3所示。根據(jù)用戶撥叫號(hào)碼，PSTN將地址信息傳送到位于移動(dòng)臺(tái)HPLMN中的GMSC中。為了能把呼叫信息傳送到移動(dòng)臺(tái)，GMSC必須知道移動(dòng)臺(tái)的漫游號(hào)碼。因此GMSC根據(jù)撥叫號(hào)碼計(jì)算出相應(yīng)的HLR位置，并向HLR發(fā)出請(qǐng)求。HLR寄存器中保存正在為移動(dòng)臺(tái)提供服務(wù)的VLR的地址信息。HLR通過(guò)查詢VLR，便可知移動(dòng)臺(tái)的漫游號(hào)碼。HLr將獲得的漫游號(hào)碼發(fā)送到GMSC，隨后GMSC將呼叫信息傳送到拜訪MSc。拜訪MSc根據(jù)查詢HLR所得到的信息與移動(dòng)臺(tái)建立端到端連接。在整個(gè)呼叫建立過(guò)程中，信令是通過(guò)七號(hào)信令系統(tǒng)傳輸?shù)?。在通話過(guò)程中，移動(dòng)臺(tái)可能從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)，此時(shí)在移動(dòng)臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)之間發(fā)生越區(qū)切換過(guò)程。越區(qū)切換過(guò)程是網(wǎng)絡(luò)根據(jù)移動(dòng)臺(tái)周期性發(fā)送的測(cè)量報(bào)告而出發(fā)的。2.2.2GPRS的移動(dòng)性管理移動(dòng)性管理(GMM)是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的重要環(huán)節(jié)，它的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)終端的位置管理，能夠?qū)S的當(dāng)前位置報(bào)告給網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)性管理是GPRS會(huì)話管理(SM)的基礎(chǔ)。要執(zhí)行會(huì)話管理，首先需要執(zhí)行移動(dòng)性管理。GPRS移動(dòng)管理和現(xiàn)有GSM系統(tǒng)移動(dòng)管理非常相似，都是用于跟蹤一個(gè)移動(dòng)臺(tái)在PLMN網(wǎng)內(nèi)的當(dāng)前位置。不同的是，GPRS引用了一個(gè)新的和位置有關(guān)的概念:路由區(qū)域(RA)。路由區(qū)域由一個(gè)或多個(gè)小區(qū)(cell)組成，路由區(qū)域的范圍不能比定位區(qū)域(LA)大，也就是說(shuō)，路由區(qū)域包含在定位區(qū)域，最大可以和其所在的定位區(qū)域一樣大。路由區(qū)域可以被認(rèn)為是一個(gè)IP子網(wǎng)。下面將分析移動(dòng)臺(tái)如何向GPRS網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)及外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)如何知道移動(dòng)臺(tái)的存在，接著分析數(shù)據(jù)分組如何在移動(dòng)臺(tái)與外部網(wǎng)之間選路及網(wǎng)絡(luò)如何跟蹤移動(dòng)用戶。2.2.2.1移動(dòng)管理狀態(tài)GPRS定義了三種移動(dòng)管理狀態(tài):IDLE,STANDBY,READY。某個(gè)時(shí)刻，MS總處于其中一種狀態(tài)下。如下圖2.4示:圖2.4移動(dòng)管理狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型當(dāng)移動(dòng)臺(tái)還未開(kāi)機(jī)或者沒(méi)有進(jìn)行GPRS連接(attch)時(shí)，處于工DLE狀態(tài);當(dāng)移動(dòng)臺(tái)正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，處于READY狀態(tài);移動(dòng)臺(tái)己完成GPRS連接，但是沒(méi)有傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，處于STANDBY狀態(tài)。三種移動(dòng)管理狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)移依賴于事件激活或者超時(shí)，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于STANDBY狀態(tài)時(shí)，SGSN知道移動(dòng)臺(tái)所在的路由區(qū)域;當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于READY狀態(tài)時(shí)，SGSN知道移動(dòng)臺(tái)所在的小區(qū)(cell)o1.IDLE狀態(tài)當(dāng)用戶的手機(jī)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)時(shí)，它處于工DLE狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)臺(tái)此時(shí)所在的位置一無(wú)所知。用戶開(kāi)機(jī)以后，移動(dòng)臺(tái)所做的第一件事是執(zhí)行attch連接，完成以后，移動(dòng)臺(tái)處于READY狀態(tài)。此時(shí)，移動(dòng)臺(tái)可以收發(fā)端消息:如果網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)了VLR和SGSN之間的接口，用戶還可以通過(guò)SGSN接收電路交換業(yè)務(wù)的尋呼消息;但是這時(shí)用戶還不可以上網(wǎng)瀏覽，也不能從外部網(wǎng)絡(luò)收發(fā)數(shù)據(jù)包，因?yàn)榇藭r(shí)用戶和外部網(wǎng)絡(luò)之間還沒(méi)有可用的PDP上下文，移動(dòng)臺(tái)尚未建立與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連接。2.READY狀態(tài)GPRSattch過(guò)程己經(jīng)執(zhí)行過(guò)了，移動(dòng)臺(tái)和SGSN之間的移動(dòng)管理上下文也己經(jīng)建立，網(wǎng)絡(luò)知道此時(shí)移動(dòng)臺(tái)在哪個(gè)小區(qū)中(定位精確到小區(qū))。移動(dòng)臺(tái)可以接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，如果移動(dòng)臺(tái)要向外部IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，還需要激活一個(gè)PDP上下文。SGSN無(wú)需進(jìn)行尋呼就可以隨時(shí)向移動(dòng)臺(tái)傳送數(shù)據(jù)，移動(dòng)臺(tái)也可以隨時(shí)向SGSN發(fā)送數(shù)據(jù)。移動(dòng)臺(tái)可以“激活”或者“去激活”rut,上下文。在READY狀態(tài)下，移動(dòng)臺(tái)只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)才占用無(wú)線資源，移動(dòng)臺(tái)采用非連續(xù)的傳輸方式。用戶進(jìn)入READY狀態(tài)之后，啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，當(dāng)該定時(shí)器超時(shí)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)從READY轉(zhuǎn)移到STANDBY狀態(tài)。3.STANDBY狀態(tài)移動(dòng)管理上下文已經(jīng)建立(即己經(jīng)執(zhí)行了GPRS連接過(guò)程)，網(wǎng)絡(luò)知道此時(shí)在哪個(gè)路由區(qū)域(定位精確到路由區(qū)域)。一旦移動(dòng)臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)，移動(dòng)管理狀態(tài)就轉(zhuǎn)移到READY狀態(tài)。移動(dòng)臺(tái)可以通過(guò)SGSN接收電路交換服務(wù)的尋呼信息。此時(shí)還不能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸(一旦進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，就不是STANDBY狀態(tài)，而是READY狀態(tài)了)。STANDY狀態(tài)中有一個(gè)移動(dòng)臺(tái)可達(dá)定時(shí)器，從移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入STANDY狀態(tài)起，該定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，如果定時(shí)器超時(shí)，網(wǎng)絡(luò)就可以執(zhí)行“去連接”過(guò)程，移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入工DLE狀態(tài)，移動(dòng)管理上下文被刪除。Attach過(guò)程任何用戶要獲取GPRS網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)，首先就必須讓網(wǎng)絡(luò)端知道這個(gè)用戶的存在，也就是用戶必須向網(wǎng)絡(luò)中的SGSN注冊(cè)。網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證用戶是否被授權(quán)，將HLR中的用戶注冊(cè)信息拷貝到SGSN中，并為用戶分配一個(gè)分組臨時(shí)移動(dòng)用戶標(biāo)識(shí)(P-TMSI),該過(guò)程叫做GPRSAttach過(guò)程。如果用戶同時(shí)使用電路交換業(yè)務(wù)和分組交換業(yè)務(wù)，可執(zhí)行組合GPRS/IMSIAttach過(guò)程。圖2.5顯示了Attach過(guò)程。Attach過(guò)程因移動(dòng)臺(tái)的狀態(tài)的不同可分為幾種情況:1.移動(dòng)臺(tái)首次激活attach。移動(dòng)臺(tái)首先向SGSN提出attach請(qǐng)求，SGSN從歸屬位置寄存器取得所需的驗(yàn)證和加密參數(shù)，對(duì)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證并對(duì)數(shù)據(jù)的加密方式進(jìn)行初始化，同時(shí)還進(jìn)行設(shè)備校驗(yàn)。然后SGSN向HLR發(fā)送“updatelocation”消息，消息中包含SGSN地址及IMSI。接著HLR向SGSN發(fā)送包含用戶注冊(cè)信息的“InsertSubscriberData”消息，通知SGSN為此移動(dòng)臺(tái)建立MMContext.SGSN驗(yàn)證該RA是否允許移動(dòng)臺(tái)Attach，如果允許，則為移動(dòng)臺(tái)建立MMContext(如IMSI,P-MSI,路由區(qū)(RA),SGSN地址等)，并向HLR發(fā)送應(yīng)答消息“InsertSubscriberDataAck”。否則發(fā)回“拒絕”消息。HLR收到應(yīng)答消息后，為移動(dòng)臺(tái)建立MMContext(如IMSI,MSISDN,SGSN地址等)，隨后向SGSN發(fā)送“UpdateLocationAck”消息。上述一系列過(guò)程稱為路由區(qū)域(RA)更新過(guò)程(RA:RouteArea由區(qū)域操作員定義的一組小區(qū)，包含于LA內(nèi))。2.移動(dòng)臺(tái)去激活GPRS，為移動(dòng)臺(tái)提供服務(wù)的SGSN發(fā)生改變。在這種情況下，SUNNI收到請(qǐng)求后，可能會(huì)忽略安全和設(shè)備校驗(yàn)。路由更新過(guò)程中，除了建立移動(dòng)管理環(huán)境，HLR還通知原來(lái)的SGSN刪除關(guān)于移動(dòng)臺(tái)的路由信息。3.移動(dòng)臺(tái)同時(shí)激活GPRS服務(wù)和GSM服務(wù)。在類似上面情況的過(guò)程之后，還要執(zhí)行位置區(qū)域(LA)更新過(guò)程。圖2.5GPRS"ATTCH”建立過(guò)程經(jīng)過(guò)這一過(guò)程，移動(dòng)臺(tái)和SGSN之間就建立了邏輯鏈路控制環(huán)境，其中包括臨時(shí)邏輯鏈路標(biāo)識(shí)(T比工)。這時(shí)，移動(dòng)臺(tái)就可以與SGSN協(xié)商數(shù)據(jù)分組的路由環(huán)境(PDPContext)。2.2.2.3去連接Detach過(guò)程如果GPRS用戶希望結(jié)束一個(gè)連接，則啟動(dòng)GPRS“去連接”過(guò)程，GPRS“去連接”過(guò)程將移動(dòng)管理狀態(tài)置為工DLE，同時(shí)刪除SGSN和移動(dòng)臺(tái)中的移動(dòng)管理上下文。當(dāng)ATANDBY狀態(tài)的定時(shí)器超時(shí)時(shí)，也會(huì)隱式執(zhí)行GPRS“去連接”過(guò)程。2.3GPRS的會(huì)話管理GPRS會(huì)話管理是指GPRS移動(dòng)臺(tái)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的連接控制管理。PDP上下文有兩種狀態(tài):ACTIVE和INAVTIVE，它們之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2.6所示:圖2.6PDP上下文狀態(tài)激活成功注冊(cè)到GPRS網(wǎng)絡(luò)后，為了與外部網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)分組，移動(dòng)臺(tái)需要申請(qǐng)一個(gè)或多個(gè)PDN地址(如果PDN為IP網(wǎng)絡(luò)，則為工P地址)，該地址成為PDP地址，每一次會(huì)話都要建立PDPContext，用來(lái)描述會(huì)話特性。PDPContext中包括PDP類型(例如IPV4)，分配給移動(dòng)臺(tái)的PDP地址(例如2)，請(qǐng)求的QOS，及其為訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)網(wǎng)提供接口的GGSN的地址等。PDPContext分別保存在移動(dòng)臺(tái)、SGSN及GGSN中。當(dāng)PDPContext處于激活狀態(tài)，移動(dòng)臺(tái)對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)來(lái)講是可見(jiàn)的，此時(shí)移動(dòng)臺(tái)能接收和發(fā)送數(shù)據(jù)分組。GGSN將PDP和IMSI兩種地址作映射，從而使GGSN可在移動(dòng)臺(tái)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。PDP地址有靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配兩種方法。靜態(tài)地址是由用戶本地PLMN網(wǎng)絡(luò)管理員分配，而動(dòng)態(tài)地址是在激活PDPContext時(shí)，由用戶本地PLMN網(wǎng)絡(luò)管理員或訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)管理員負(fù)責(zé)分配。動(dòng)態(tài)地址的分配，PDPContext激活及去激活均由GGSN負(fù)責(zé)。本地網(wǎng)絡(luò)管理員決定移動(dòng)臺(tái)最終使用哪一種地址。PDPContext的建立過(guò)程如圖2.7所示.圖2.7PDP上下文激活過(guò)程移動(dòng)臺(tái)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送“ACTIVATEPDPContextRequest”消息，通知SGSN移動(dòng)臺(tái)要建立PDPContext。如果要求分配動(dòng)態(tài)PDP地址，則將消息中的PDP地址域保留為空。隨后執(zhí)行通常的安全驗(yàn)證功能。如果允許移動(dòng)臺(tái)接入，SGSN則向相應(yīng)的GGSN發(fā)送“CreatePDPContextRequest”消息，收到消息后，GGSN在其內(nèi)部創(chuàng)建PDPContext,GGSN就是利用此中的信息為外部網(wǎng)絡(luò)和SGSN之間的數(shù)據(jù)分組傳輸提供路由功能。隨后GGSN向SGSN發(fā)送“CreatePDPContextResponse”應(yīng)答消息。如果用戶要求分配動(dòng)態(tài)PDP地址，則在此消息中包含新分配的PDP地址。GGSN更新其內(nèi)部的PDPContext并向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送應(yīng)答消息。2.4GPRS的傳輸協(xié)議GPRS是在GSM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但二者具有不同的傳輸方式，即分組交換方式和電路交換方式。這是通過(guò)二者不同的協(xié)議結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。GPRS系統(tǒng)象大多數(shù)系統(tǒng)一樣，傳輸平面由分層的協(xié)議結(jié)構(gòu)組成，提供用戶信息傳遞，采用信息傳遞控制過(guò)程，例如，流量控制、差錯(cuò)檢測(cè)、差錯(cuò)糾正和錯(cuò)誤恢復(fù)等。傳輸平面獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)平臺(tái)。在GPRS中使用如圖2.8所示的傳輸平面〔201.傳輸平面具體包括:"GPRS隧道協(xié)議(GTP):該協(xié)議在GPRS骨干網(wǎng)內(nèi)部的GPRS支持節(jié)點(diǎn)采用隧道方式傳輸用戶數(shù)據(jù)和信令，GTP對(duì)信令消息和用戶數(shù)據(jù)N-PDU添加GTP協(xié)議頭，封裝成G-PDU之后，在SGSN和GGSN之間傳送。傳輸可靠數(shù)據(jù)鏈路的協(xié)議和傳輸不可靠數(shù)據(jù)鏈路的協(xié)議。TCP提供流量控制、對(duì)損失和被破壞的GTP分組數(shù)據(jù)單元的保護(hù)。UDP提供對(duì)被破壞的GTP分組數(shù)據(jù)單元的保護(hù)。圖2.8GPRS的傳輸協(xié)議IP:GPRS骨干網(wǎng)協(xié)議，用于用戶數(shù)據(jù)和控制信令的路由選擇。子網(wǎng)匯聚協(xié)議(SNDCP>:它能實(shí)現(xiàn)對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)單元的透明傳輸。SNDCP還有一個(gè)數(shù)據(jù)壓縮功能以提高信道效率。SNDCP有acknowledged和unacknowledged兩種數(shù)據(jù)傳遞方式。在unacknowledged方式下，發(fā)端N-PDU在被傳遞給LLC層之后立即刪除;收端SNDCP實(shí)體負(fù)責(zé)檢出丟失的SN-PDU，如有可能，還負(fù)責(zé)丟棄重復(fù)的SN-PDU，將SN_PDU進(jìn)行重組、解壓縮，重新構(gòu)成N_PDU后遞交給SNDCP的用戶。在acknowledged方式下，SN-PDU實(shí)體將緩存N-PDU，直到組成該N-PDU的所有SN-PDU被正確接收。邏輯鏈路控制(LLC):該層負(fù)責(zé)提供加密的高可靠性邏輯鏈路。中繼(relay):在基站子系統(tǒng)，該功能在U，和G。接口中繼LLC分組數(shù)據(jù)單元。在SGSN中該功能在G。和G。接口之間中繼符合PDP分組數(shù)據(jù)單元。基站子系統(tǒng)GPRS協(xié)議(BSSGP):這一層在BSS和SGSN之間傳遞與路由、QOS有關(guān)的信息。BSSGP并不執(zhí)行差錯(cuò)糾正。網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)(NS):這一層傳輸BSSGP協(xié)議數(shù)據(jù)單元，它建立在BSS和SGSN之間幀中繼連接的基礎(chǔ)之上，可以穿越幀中繼交換節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。RLC/MAC:這一層包含兩個(gè)功能，一是無(wú)線鏈路控制功能，RLC負(fù)責(zé)LL-PDU的拆裝和重組，并提供的可靠的無(wú)線鏈路;二是媒質(zhì)接入控制功能，MAC控制無(wú)線信道的接入信令過(guò)程(請(qǐng)求和允許以及將LLC幀映射成GSM物理信道。GSMRF:空中無(wú)線接口。在發(fā)送方，它對(duì)上層的RLC/MACblock進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼、交織、經(jīng)波形調(diào)制后以突發(fā)〔Burst)的結(jié)構(gòu)發(fā)送出去;接收方則進(jìn)行相反的過(guò)程，即波形解調(diào)、解交織、實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)檢測(cè)和校正的解碼。編碼過(guò)程如圖所示：:圖2.9GPRS編碼過(guò)程經(jīng)編碼、碼收縮后得到的Block為456bit，在連續(xù)4個(gè)TDMA幀的突發(fā)中發(fā)送出去。網(wǎng)絡(luò)層的用戶應(yīng)用數(shù)據(jù)在GPRS傳輸平臺(tái)上的數(shù)據(jù)封裝流程如圖2.10所示。N-PDU裝載了用戶數(shù)據(jù)的X.25網(wǎng)數(shù)據(jù)包或If'包，N-PDU封裝在一個(gè)或多個(gè)LLC幀中，一個(gè)LLC幀最大可以容納1520字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)。LL-PDU再分割成多個(gè)RLC/MACBlock,最后形成的基本數(shù)據(jù)單元在連續(xù)4個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)中發(fā)送出去。編碼、收縮后的數(shù)據(jù)block456bit.。圖2.10用戶數(shù)據(jù)封裝過(guò)程2.5GPRS編碼方式GPRS定義了四種編碼方式，根據(jù)位分組中的有效數(shù)據(jù)載荷提供不同等級(jí)的保護(hù)，提供了4種不同的數(shù)據(jù)速率(見(jiàn)表1)。分組數(shù)據(jù)在空中接口傳輸?shù)膬?yōu)先權(quán)和完整性受編碼方式選擇的控制。完整性校驗(yàn)越強(qiáng)，每塊分組傳送的數(shù)據(jù)就越少。例如，方式1(CSI)保護(hù)最強(qiáng)、有效載荷最少;方式4保護(hù)最差、有效載荷最多。無(wú)線環(huán)境越好，就能夠使用越高的編碼方式，從而獲得更高的數(shù)據(jù)速率。方式的選擇由分組控制單元(PCU)來(lái)決定，該網(wǎng)絡(luò)實(shí)體負(fù)責(zé)決定基站用何種編碼方式向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)。圖2.11編碼方式比較GPRS的每一種編碼方式都有自己的最佳適用范圍，應(yīng)根據(jù)無(wú)線條件動(dòng)態(tài)地選擇，在下行方向由網(wǎng)絡(luò)控制，而上行方向則由移動(dòng)臺(tái)控制。采用哪一種編碼方式取決于信道上的干擾和噪聲，干擾直接與頻率復(fù)用系數(shù)和多普勒頻移有關(guān)。如果能在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)鏈路的動(dòng)態(tài)適配，由系統(tǒng)命令移動(dòng)臺(tái)根據(jù)C/工的變化調(diào)整CS方式，將獲得最佳吞吐量。在系統(tǒng)允許的情況下，得到較好的頻率效率。2.6GPRS的數(shù)據(jù)傳輸在移動(dòng)管理上下文和PDP上下文建立之后，就可以在移動(dòng)臺(tái)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)了。移動(dòng)臺(tái)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為PDP協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU),PDP，PDU在移動(dòng)臺(tái)和GGSN之間傳輸時(shí)，是以N-PDU的形式傳輸?shù)?，每個(gè)N-PDU最大為1500字節(jié)。如果比1500字節(jié)小，可以正常傳輸，如果比1500字節(jié)長(zhǎng)，則傳輸時(shí)必須將其分段，如果不支持分段功能，就只能將其丟棄。GGSN和SGSN之間，PDPPDU經(jīng)過(guò)封裝后，利用隧道協(xié)議傳輸，GTPPDU頭中有GSN的地址，便于尋址。GTPPDU的頭部還包括隧道標(biāo)示，用于唯一地標(biāo)示一個(gè)PDP上下文。SGSN之間，PDPPDU利用SDNCP協(xié)議傳輸，在這里PDP上下文通過(guò)臨時(shí)邏輯鏈路標(biāo)示(TLLI)和網(wǎng)絡(luò)層接入點(diǎn)標(biāo)示(NASPI)來(lái)唯一標(biāo)示。如圖2.12所示:圖2.12用戶數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程GPRS支持外部網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)臺(tái)之間的透明傳輸，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，在移動(dòng)臺(tái)、SGSN,GGSN中把數(shù)據(jù)包封裝起來(lái)，根據(jù)移動(dòng)臺(tái)、SGSN,GGSN中的PDPContext選擇路由傳輸數(shù)據(jù)包。GPRS骨干網(wǎng)內(nèi)GSN之間的封裝協(xié)議與SGSN與移動(dòng)臺(tái)之間的封裝協(xié)議完全不同。GM)骨干網(wǎng)內(nèi)USN利用GPRS隧道協(xié)議對(duì)IP或X.25分組進(jìn)行封裝，然后將GTP協(xié)議數(shù)據(jù)單元插入TCPPDU或OrPDU中，而TCPPDU或OrPDU又是封裝在IPPDU中進(jìn)行傳輸。在IP和GTPPDU頭部分別包含USN地址的隧道端點(diǎn)標(biāo)識(shí)符(TID)，用它們來(lái)唯一地確定GSN地址和PDPContext，從而正確地將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)侥康牡?。也就是說(shuō)，GGSN和SGSN之間通過(guò)工P地址選路，利用GTP協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)封裝。在GSN內(nèi)部，根據(jù)TID區(qū)分不同的數(shù)據(jù)流。在SGSN和移動(dòng)臺(tái)之間傳輸數(shù)據(jù)包，PDP，PDU被封裝在SNDCP協(xié)議數(shù)據(jù)單元中傳輸，利用臨時(shí)邏輯鏈路標(biāo)識(shí)(TLLI)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符(NSAPI)唯一確定PDPContext。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，GGSN和SGSN保存接收到的PDU直至這些PDU被發(fā)送到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)或者超時(shí)丟棄。此外，GGSN和SGSN還分別把從SNDCP和Gi接口收到的PDPPDU加上相應(yīng)的序列號(hào)。在把PDPPDU傳送到SNDCP之前SGSN還可能對(duì)PDPPDU重新排序，GGSN則可能把PDPPDU傳送到Gi接口之前對(duì)PDPPDU重新排序。為了支持GPRS用戶漫游，SGSN并不關(guān)心隧道中傳輸?shù)腜DP類型，可以傳輸SGSN并不支持的PDP類型的數(shù)據(jù)包。PH:分組頭FCS:幀校驗(yàn)序列BCS:塊校驗(yàn)序列FH:幀頭BH:數(shù)據(jù)塊頭圖2.13數(shù)據(jù)封裝流程網(wǎng)絡(luò)層的用戶應(yīng)用數(shù)據(jù)在GPRS傳輸平臺(tái)上的數(shù)據(jù)封裝流程如上圖2.13:接下來(lái)詳細(xì)描述一下VDU數(shù)據(jù)在U，接口的傳輸過(guò)程。2.6.1從N-PDU到SN-PDU外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元N-PDU在GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的透明傳輸?shù)墓δ苁怯蒘NDCP完成的，具有不同到達(dá)地址(PDP地址)的某種類型的多個(gè)N-PDU，既可以按地址動(dòng)態(tài)分配不同的NSAPIS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接入點(diǎn))，也可以按PDP類型都被分配使用同一個(gè)NSAP工，每個(gè)NSAPI的N-PDU發(fā)送序列號(hào)獨(dú)立編制，一個(gè)N-PDU可能會(huì)被拆裝成幾個(gè)SNPDU，利用LLC層的服務(wù)傳送出去。2.6.2從SN-PDU到LL-PDULLC層通過(guò)不同的服務(wù)訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)(SAM)為L(zhǎng)ayer3提供服務(wù)。這里為用戶數(shù)據(jù)(SN-PDU)提供服務(wù)的SAPI有四種，分別具有不同的LLC控制參數(shù)，可以滿足不同QOS的數(shù)據(jù)應(yīng)用。LLC將來(lái)自不同的SAPI(服務(wù)接入點(diǎn))的高層數(shù)據(jù)單元封裝成LL-PDU，以Acknowledgedmode或Unacknowledgedmode方式發(fā)送出去。數(shù)據(jù)邏輯鏈路建立后，發(fā)送端就可以開(kāi)始發(fā)送LL-PDU了。發(fā)端在送出一個(gè)LL-PDU的同時(shí)開(kāi)啟一個(gè)LLCtimerT200,T200計(jì)時(shí)滿，如果發(fā)端還未收到接收方法來(lái)的肯定確認(rèn)，則表明該次LL-PDU傳送失敗;發(fā)端將在此重發(fā)該LL-PDU，重傳次數(shù)不能超過(guò)預(yù)先設(shè)定的最大重傳次數(shù)N200。經(jīng)過(guò)N200次發(fā)送后，如果該LL-PDU仍未發(fā)送成功，則表示鏈路失敗。2.6.3在發(fā)送端，RLC負(fù)責(zé)將LL-PDU分段為RLCblocks;接收端，RLC將RLCblocks重傳為L(zhǎng)L-PDU.RLC有兩種數(shù)據(jù)傳送方式:Acknowledgedmode和Unacknowledgedmode。前者，RLC采取了選擇重傳ARQ。在發(fā)送窗口內(nèi)連續(xù)傳送blocks，接收方在發(fā)送方要求發(fā)送PacketUplinkAck/hack或PacketDownlinkAck/Hack消息。發(fā)送方根據(jù)接收方返回的確認(rèn)消息，只重發(fā)那些沒(méi)有得到肯定確認(rèn)的blocks。接收方的RLC/MA層直到正確收到一個(gè)LL-VDU的所有RLCblocks，才向上傳送給LLC層。而在Unacknowledgedmode下，不進(jìn)行重傳，接收方將出錯(cuò)的block剔除，用Dummy比特代替，保證LL-PDU的長(zhǎng)度不變，才傳送給LLC層。GM)的空中接口由獨(dú)立、非對(duì)稱的上下行信道構(gòu)成。下行信道由網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)統(tǒng)一安派多個(gè)用戶數(shù)據(jù)的排隊(duì)，不存在爭(zhēng)用和碰撞;上行方向，多個(gè)用戶隨機(jī)接入共享信道，極有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)的碰撞，因此需要有沖突檢測(cè)和差錯(cuò)恢復(fù)的控制協(xié)議，這些功能由MAC完成。2.6.3.1GPRS支持的三種媒質(zhì)接入方式1.動(dòng)態(tài)分配方式。網(wǎng)絡(luò)在為MS分配資源時(shí)，沒(méi)有固定的預(yù)留分配，而是通過(guò)每個(gè)下行blockMAC首部中包含的USF來(lái)動(dòng)態(tài)分配資源。USF由3比特表示，因此有8個(gè)取值。在PCCCH上，有一個(gè)USF的值用于表示PRACH(例如USF=FREE表示在上行方向的下一個(gè)block安排為PRACH，所有守候在該信道上的MS都可以發(fā)起隨機(jī)接入請(qǐng)求)，其余7個(gè)分配給不同的MS使用。在非PCCCH上，全部8個(gè)USF的信道都分配給MS使用。MS的隨機(jī)接入請(qǐng)求得到網(wǎng)絡(luò)允許后，如果網(wǎng)絡(luò)采用動(dòng)態(tài)分配資源的方式，則MS偵聽(tīng)下行block中指明的USF是否與網(wǎng)絡(luò)分配給自己的一樣，如果一樣，則表示上行方向下一個(gè)block的資源是預(yù)留給該MS的。2.擴(kuò)展動(dòng)態(tài)分配方式。它的動(dòng)態(tài)分配方式一樣，網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)USF來(lái)為MS指定上行信道。區(qū)別在于，如果MS檢測(cè)到當(dāng)前下行block中指明的USF與自己的一樣，則表示上行方向隨后連續(xù)4個(gè)block都預(yù)留給該ms使用。3.固定分配方式。MS在信道接入請(qǐng)求中指明總共需要占用的資源數(shù)目，網(wǎng)絡(luò)收到后，如果有足夠的資源分配給MS，則接收MS的信道接入請(qǐng)求，向MS發(fā)送信道分配消息;如果網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前沒(méi)有足夠MS使用的資源，則發(fā)送拒絕MS接入請(qǐng)求的消息移動(dòng)臺(tái)發(fā)起的分組傳送過(guò)程(MO)為了發(fā)送LL-PDU,MS首先要進(jìn)行隨機(jī)接入，接入方式有一步接入和兩步接入兩種移動(dòng)臺(tái)圖2.14一步或兩步接入MS在PRACH上發(fā)出PacketChannelRequest消息，網(wǎng)絡(luò)在正確收到該消息后，以PacketUplinkAssignment消息響應(yīng)，如果是一步接入，則在該消息中為MS分配器請(qǐng)求的資源數(shù);如果是兩步接入，則在該消息中為MS預(yù)留進(jìn)一步發(fā)送PacketResourceRequest消息的信道資源，網(wǎng)絡(luò)在收到PacketResourceRequest消息后在以PacketUplinkAssignment消息響應(yīng)，為MS預(yù)留要使用的信道資源。采用動(dòng)態(tài)資源分配的上行鏈路傳送過(guò)程如圖2.14示。經(jīng)過(guò)上圖所示的接入請(qǐng)求與分配后，MS在支配的信道上發(fā)送數(shù)據(jù)，直到進(jìn)行到發(fā)送數(shù)據(jù)窗口中的最后一個(gè)為止，此時(shí)需要等待網(wǎng)絡(luò)的確認(rèn)消息，是發(fā)送窗口向前滑動(dòng)后才能繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)PACKETUPL工NKASSIGNMENT消息進(jìn)行資源再分配，MS收到該分配消息后，以PACKETCONTROLACKNOWEDGEMENT消息響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，然后再重新分配的資源上繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，直到發(fā)送最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊。網(wǎng)絡(luò)在收到最后一個(gè)數(shù)塊后，將在PACKETUPLINKACK中標(biāo)記是最后一次確認(rèn)。圖2.15上行鏈路數(shù)據(jù)傳輸動(dòng)態(tài)分配向移動(dòng)臺(tái)傳送分組的過(guò)程(MT)圖2.16尋呼、下行鏈路分組傳輸?shù)膶ず粝⑿蛄芯W(wǎng)絡(luò)在PPCH上對(duì)MS發(fā)送分組尋呼請(qǐng)求消息，MS如接受該請(qǐng)求則發(fā)起相應(yīng)的尋呼響應(yīng)過(guò)程。網(wǎng)絡(luò)收到MS的尋呼響應(yīng)消息，開(kāi)始下行分組傳輸。圖2.17下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸MS在收到網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)時(shí)，向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送ACK/NACK，網(wǎng)絡(luò)將MS沒(méi)有正確接收到的分組再次重傳。如果在分組傳送過(guò)程中，MS再次收到分組下行鏈路分配消息，然后以分組控制確認(rèn)消息應(yīng)答，然后再重新分配的資源上繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)接收完畢。3GPRS的信道分配與性能分析3.1GPRS的信道3.1.1GPRS的物理資源GSM在無(wú)線接口上綜合了頻分多址(FDMA)和時(shí)分多址(TDMA)兩種技術(shù)。兩個(gè)頻寬為45MHZ的資源為GSM保留:890-915MHZ用于上行鏈路傳輸，935-960MHZ用于下行鏈路傳輸。每一個(gè)頻段的25MHZ頻寬被分成124個(gè)單載波信道，每個(gè)信道的中心帶寬為200KHZ。一個(gè)小區(qū)包括多個(gè)頻譜信道，由BTS管理。通過(guò)把200KHZ寬的頻率信道分割成8個(gè)時(shí)隙，從而使每個(gè)這種頻率信道載有8個(gè)TDMA信道，TDMA信道上的8個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)TDMA幀。一個(gè)物理信道定義為一個(gè)TDMA幀、或跳頻序列。時(shí)隙編號(hào)為0-7，時(shí)隙以15/26ms(576.9ps)的時(shí)間重復(fù)，因而每幀占用4.613ms，信息傳輸?shù)恼{(diào)制速率約為270.833Kbit/s則在一個(gè)時(shí)隙的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，包括保護(hù)時(shí)間，傳輸156.25bitoGSM系統(tǒng)中移動(dòng)臺(tái)的上下行信道使用相同時(shí)隙。3.1.2GPRS的突發(fā)序列時(shí)隙的物理內(nèi)容稱為突發(fā)(burst)。系統(tǒng)中存在四種突發(fā):常規(guī)突發(fā)(NB)，用于攜帶業(yè)務(wù)和控制信道上的信息，但RACH除外。頻率校正突發(fā)(FB)，用于移動(dòng)臺(tái)的頻率同步。同步突發(fā)(SB)，用于移動(dòng)臺(tái)的時(shí)間同步。接入突發(fā)(AB)，用于隨機(jī)接入。3.1.3GPRS的無(wú)線塊結(jié)構(gòu)GPRS系統(tǒng)在GSM時(shí)隙基礎(chǔ)上構(gòu)造了無(wú)線塊結(jié)構(gòu)(RadioBlockStructre)，每一塊由4個(gè)連續(xù)的TDMA幀組成。GPRS無(wú)線塊是在空中接口傳輸用戶數(shù)據(jù)和信令的物理信道基本單位。多個(gè)用戶邏輯信道數(shù)據(jù)可以復(fù)用在一個(gè)GPRS物理信道，即分組數(shù)據(jù)信道(PDCH)中，所以無(wú)線塊內(nèi)必須存在用來(lái)指示塊內(nèi)包含的邏輯信道類型，同時(shí)用來(lái)判斷傳輸用戶數(shù)據(jù)的所有者的方法。GPRS無(wú)線塊由MAC頭、信息單元、塊校驗(yàn)序列三部分組成。每個(gè)RLC數(shù)據(jù)塊可能利用不同的編碼方式，從而使得每個(gè)RLC數(shù)據(jù)塊的大小不同。利用不同的編碼機(jī)制，可得到不同的比特速率。3.1.4GPRS的復(fù)幀結(jié)構(gòu)分組數(shù)據(jù)信道(PDCH)組織結(jié)構(gòu)采用52復(fù)幀，即每一個(gè)復(fù)幀包含52個(gè)..TDMA幀。一個(gè)無(wú)線塊由連續(xù)TDMA幀中的突發(fā)(Burst)序列組成。BO塊對(duì)應(yīng)0-3TDMA幀，塊的順序列表定義為BO-B11,52TDMA幀由下圖組成。圖3.1PDCH的復(fù)幀結(jié)構(gòu)3.1.5GPRS的邏輯信道GPRS系統(tǒng)邏輯信道映射到物理信道之后成為分組數(shù)據(jù)信道(PDCH)。也可以解釋為從邏輯上來(lái)說(shuō)分為Master和Slave兩種信道。Master除攜帶用戶數(shù)據(jù)外，還攜帶系統(tǒng)消息和公共控制信令:Slave只攜帶用戶數(shù)據(jù)。在信道安排上，必須至少有一個(gè)信道用作Master，剩余信道用作Slave.Master上根據(jù)其傳輸?shù)男畔⒎譃?如下圖3.2所示:信道分配上，GPRS不同于GSM系統(tǒng)。GPRS允許單個(gè)移動(dòng)臺(tái)在同一個(gè)TDMA幀的多個(gè)時(shí)隙上傳輸。因此網(wǎng)絡(luò)能靈活分配信道:一個(gè)移動(dòng)臺(tái)能占用一個(gè)TDMA幀中的一個(gè)至八個(gè)時(shí)隙。而且，上下信道獨(dú)立分配，這有利于不對(duì)稱數(shù)據(jù)傳輸，如瀏覽WEB頁(yè)面。在傳統(tǒng)的GSM系統(tǒng)中，整個(gè)呼叫期間，無(wú)論有無(wú)數(shù)據(jù)傳輸，信道永久地分配給一特定用戶使用。而GPRS系統(tǒng)空中接口的一個(gè)基本特點(diǎn)就是多用戶共享空中資源。當(dāng)GPRS移動(dòng)臺(tái)想發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)為其分配一個(gè)臨時(shí)的物理連接，即TBF.TBF是臨時(shí)存在的，只有當(dāng)接收數(shù)據(jù)分組時(shí)或發(fā)送數(shù)據(jù)分組時(shí)，才將信道分配給用戶，一旦傳送完畢，立即釋放信道。對(duì)于突發(fā)性業(yè)務(wù)而言，可大大提高無(wú)線資源的利用率。利用這種機(jī)制，多個(gè)用戶可以共享一個(gè)物理信道。3.2用二維馬爾可夫模型分析GPRS的網(wǎng)絡(luò)性能3.2.1構(gòu)建排隊(duì)模型的原則GPRS在原有GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上引入，與語(yǔ)音業(yè)務(wù)共享有限的信道資源，未被語(yǔ)音業(yè)務(wù)占用的信道可根據(jù)需求動(dòng)態(tài)地分配給GPRS，該動(dòng)態(tài)過(guò)程可以用一個(gè)馬爾可夫過(guò)程來(lái)描述。但在文獻(xiàn)〔8」中提到的模型只考慮了GPRS用戶單時(shí)隙操作的情況，而且每個(gè)時(shí)隙不能被多個(gè)用戶共享。這里建立的二維連續(xù)時(shí)間的馬爾可夫鏈模型考慮到了在動(dòng)態(tài)信道分配方案下，GPRS用戶的多時(shí)隙操作和單時(shí)隙被多用戶復(fù)用的情況，并且也考慮了數(shù)據(jù)傳輸中用戶從相鄰小區(qū)切換帶來(lái)的影響。采用分解技術(shù)可求得二維馬爾可夫鏈的近似解，從而便于對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能進(jìn)行數(shù)值分析。假設(shè)某一個(gè)小區(qū)的業(yè)務(wù)信道數(shù)為N，其中m，個(gè)為GPRS專用，剩下的and(即N-m,)個(gè)信道由數(shù)據(jù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)共用，并且語(yǔ)音業(yè)務(wù)具有較高的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)語(yǔ)音呼叫到來(lái)時(shí)，可以中斷傳輸中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但是有信道空出提供給數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，中斷的數(shù)據(jù)傳輸有最高的優(yōu)先級(jí)。當(dāng)一個(gè)GPRS呼叫到來(lái)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)它請(qǐng)求的信道數(shù)進(jìn)行分配，如果系統(tǒng)資源不足(即無(wú)法滿足它申請(qǐng)的時(shí)隙數(shù))，則可以采取兩種策略:1.讓該呼叫在排隊(duì)隊(duì)列中等待，直到系統(tǒng)有充足的資源分配給它。2.降低該呼叫所申請(qǐng)的時(shí)隙數(shù)，將現(xiàn)有的信道分配給它，本文所建的模型采用此種策略。在具體分配信道(時(shí)隙)的時(shí)候，采用如下的分配方案:首先盡可能的給UM)用戶分配空閑信道;這樣分配后，用戶的請(qǐng)求仍未得到滿足，則采用復(fù)用技術(shù)，讓該用戶與其它用戶共享某些信道(每一信道上可共享的最大用戶數(shù)由參數(shù)d設(shè)定)。如果沒(méi)有分配到任何信道，則新用戶進(jìn)入等待隊(duì)列或被阻塞(Blocked).當(dāng)一個(gè)語(yǔ)音呼叫到來(lái)時(shí)，如果分配給語(yǔ)音業(yè)務(wù)的信道數(shù)沒(méi)有超過(guò)最大值m，，則盡可能給它分配信道，還可以強(qiáng)占已被數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用的公用信道。如果被語(yǔ)音占用的GPRS用戶只占一個(gè)信道，那么可以進(jìn)行區(qū)內(nèi)切換，重新給它分配信道;如果這樣分配失敗，該GPRS數(shù)據(jù)傳輸被中斷，進(jìn)入等待隊(duì)列。如果分配給語(yǔ)音業(yè)務(wù)的已達(dá)到最大值，則新來(lái)的語(yǔ)音呼叫將被阻塞。3.2.2馬爾可夫模型模型建立假設(shè)語(yǔ)音呼叫和GPRS呼叫的到達(dá)為相互獨(dú)立的Poisson過(guò)程。Poisson過(guò)程的定義為呼叫到達(dá)的間隔時(shí)間獨(dú)立且同為相同的復(fù)指數(shù)分布，表達(dá)式為：二維連續(xù)時(shí)間時(shí)間馬爾可夫鏈的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下圖3.3示:、圖3.3二維馬爾可夫鏈的狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型模型求解及網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)上節(jié)描述的馬爾可夫鏈具有有限狀態(tài)集，遍歷且不可約，所以具有穩(wěn)態(tài)解。設(shè)：可得出解。但是狀態(tài)太多時(shí)，一般時(shí)采用分解技術(shù)求出其近似解。分解技術(shù)應(yīng)用的前提是從，目的是使GPRS分組呼叫的狀態(tài)轉(zhuǎn)移在每個(gè)語(yǔ)音叫狀態(tài)時(shí)盡快達(dá)到穩(wěn)定由于每個(gè)分組呼叫所要傳輸?shù)姆纸M大小較小，服務(wù)時(shí)間遠(yuǎn)小于語(yǔ)音業(yè)務(wù)，所以上述馬爾可夫模型符合這一前提。對(duì)于語(yǔ)音業(yè)務(wù)，由于具有較高優(yōu)先級(jí)，可以中斷數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，所以基本不受數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的影響，可以用M/M/c/c隊(duì)列來(lái)表示，其中c=my。于是系統(tǒng)中有n個(gè)語(yǔ)音呼叫的概率為:未被語(yǔ)音業(yè)務(wù)占用的信道可以被GPRS業(yè)務(wù)使用，所以有n個(gè)信道被語(yǔ)音業(yè)務(wù)占用的概率和有my-n+md個(gè)信道可供GPRS業(yè)務(wù)使用的概率是相等的。下面先考慮可供GPRS使用的信道數(shù)為C的情況，此時(shí)系統(tǒng)中可接人的UM)呼叫數(shù)最多為Gmax=GPRS(my+md一C)。以系統(tǒng)中接人的GPRS呼叫數(shù)為狀態(tài)變量，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖3.4所示。其中k*二〔C/h]，這K‘個(gè)呼叫各自分配到h個(gè)空閑信道，后來(lái)的呼叫只能與已有呼叫復(fù)用信道。圖3.4固定信道C下GPRS呼叫的狀態(tài)轉(zhuǎn)移于是可推出在GPRS可利用的信道(PDCH)為C的前提下，系統(tǒng)中有N個(gè)GPRS分組呼叫的概率為：仿真條件假定小區(qū)中業(yè)務(wù)信道的總數(shù)為16,GPRS專用信道數(shù)md為2,p,=150s,,uhv=loos，對(duì)于GPRS,h=2,LP=13.4X8kbit,Lw=8。在參數(shù)d(允許復(fù)用在同一時(shí)隙的最大用戶數(shù))分別取1和3的情況下，改變GPRS呼叫產(chǎn)生速率，根據(jù)公式(3.10)一(3.14)，可計(jì)算出系統(tǒng)的呼叫阻塞率，信道利用率和分組的傳輸速率以及系統(tǒng)延遲時(shí)間。結(jié)果分析1.阻塞率當(dāng)時(shí)，GPRS的呼叫到達(dá)率，改變分配給GPRS專用信道m(xù)d的個(gè)數(shù)，觀察阻塞率的變化。圖中and由0變化到8個(gè)，VBR表示語(yǔ)音呼叫的阻塞率，PBR表示GPRS數(shù)據(jù)呼叫的阻塞率，TBR表示系統(tǒng)總的阻塞率。圖3.5,3.6給出d=1和d=3時(shí)仿真結(jié)果。圖3.6d=3時(shí)的阻塞率改變GPRS分組呼叫的到達(dá)率和語(yǔ)音呼叫的到達(dá)率，觀察UM)分組呼叫的阻塞率。如下圖3.7示:圖3.7語(yǔ)音呼叫為0.06時(shí)的分組阻塞率圖3.6語(yǔ)音呼叫為0.08時(shí)的分組阻塞率小結(jié):①當(dāng)GPRS專用信道個(gè)數(shù)增加時(shí)，GPRS分組呼叫的阻塞率逐漸減小，而語(yǔ)音呼叫的阻塞率逐漸增大，這是因?yàn)楫?dāng)UM)專用信道個(gè)數(shù)較大時(shí)，分組數(shù)據(jù)會(huì)有更大的選擇信道用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，因而阻塞率呈下降趨勢(shì)。但是語(yǔ)音呼叫因?yàn)楣灿眯诺赖臏p少增加了被阻塞的可能。②d為每一時(shí)隙上復(fù)用GPRS分組呼叫的最大個(gè)數(shù)。當(dāng)d=1與d=3相比，語(yǔ)音呼叫的阻塞率是不變的。但是d=1比d=3時(shí)的GPRS分組呼叫的阻塞率大，這是由于分組呼叫復(fù)用的關(guān)系，可以更大可能的傳輸數(shù)據(jù)，減少阻塞。③語(yǔ)音呼叫取值0.08時(shí)和取值0.06時(shí)比較，顯然分組呼叫在語(yǔ)音呼叫個(gè)數(shù)少時(shí)阻塞率小，因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)中語(yǔ)音呼叫不繁忙時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸更容易。④當(dāng)分組呼叫逐漸變大時(shí)，如圖3.7和圖3.8，顯然分組呼叫的阻塞率由于業(yè)務(wù)量增多而增大。2.信道利用率。分組呼叫逐漸增大，語(yǔ)音呼叫固定為0.06個(gè)/s?？疾煨诺赖睦寐是闆r。如圖圖3.9信道利用率曲線小結(jié):①隨著分組呼叫的逐漸增大，那么信道的利用率逐漸變大，當(dāng)d=3，呼叫到達(dá)為1.5個(gè)/s時(shí)，利用率高達(dá)95%0②由于d=3時(shí)，一個(gè)信道能被更多的用戶共享，所以d=3時(shí)，利用率高于d=1時(shí)的信道利用率。3.平均傳輸速率仿真條件為分組呼叫逐漸增大，不同d的情況。此時(shí)語(yǔ)音呼叫為0.06個(gè)/so不同下分組平均傳輸這率于分組呼叫到達(dá)率的關(guān)系圖3.10分組平均傳輸率曲線小結(jié):d取1時(shí)比d取4時(shí)的平均傳輸速率相對(duì)較高，這是因?yàn)閐取值較小時(shí)表明同一時(shí)隙上的用戶數(shù)較少，每一用戶獲得調(diào)度的機(jī)會(huì)增加，傳輸速率也隨之增加。但是由于分組呼叫增加，阻塞率增加，所以分組的平均傳輸率的總趨勢(shì)是減小的。4.吞吐量考察GPRS專用信道吞吐量的關(guān)系(語(yǔ)音呼叫為0.06個(gè)/s)。如圖3.11圖3.11吞吐量曲線小結(jié):吞吐量隨著GPRS專用信道個(gè)數(shù)增大而增大。由于同一時(shí)隙上復(fù)用更多的用戶，GPRS數(shù)據(jù)被成功傳輸?shù)母怕试龃螅枞式档?，因此有更大的吞吐量?.延遲同樣考察d=3與d=1，當(dāng)分組呼叫逐漸增大，語(yǔ)音呼叫為0.06個(gè)/s時(shí)，分組的排隊(duì)時(shí)間(延遲)。延遲時(shí)間單位:秒。圖3.12分組延遲曲線小結(jié):分組呼叫逐漸增大，排隊(duì)等待服務(wù)時(shí)間由于阻塞率增大而增加。由于d=1，信道復(fù)用的用戶少，數(shù)據(jù)傳送不及時(shí)，延遲時(shí)間必然增加。總結(jié):這里建立的馬爾可夫模型，考慮了信道的動(dòng)態(tài)分配，使GPRS業(yè)務(wù)和語(yǔ)音可以共享有限的信道資源。在此模型之上，我們分析了系統(tǒng)的阻塞率、分組傳輸率等參數(shù)，得出的結(jié)論與前人的研究成果是一致的。仿真結(jié)果表明，本文建立的馬爾可夫模型用來(lái)估計(jì)GPRS網(wǎng)絡(luò)性能是可靠的。在有些專用的仿真軟件上，有研究者建立起復(fù)雜的仿真器，同樣也能得出網(wǎng)絡(luò)的性能分析結(jié)果，但是模型復(fù)雜而且仿真時(shí)間長(zhǎng)。應(yīng)用本文的模型，在PC機(jī)上用MATLAB語(yǔ)言即可以達(dá)到目的，仿真時(shí)間也相對(duì)較短，因此，二維馬爾可夫模型可以作為一個(gè)有效的工具來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能分析。本文仿真的參數(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的優(yōu)化也有借鑒意義。4基于GPRS方式傳輸GPS數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)及性能分析4.1GPS簡(jiǎn)介全球定位系統(tǒng)GPS(GlobaPositioningSystem)是美國(guó)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成。該系統(tǒng)利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)試和測(cè)距，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三位導(dǎo)航與定位能力。GPS是繼阿波羅登月計(jì)劃、航天飛機(jī)后的美國(guó)第三大航天工程。4.1.1GPS的定位原理GPS系統(tǒng)采用高軌測(cè)距體制，以觀測(cè)站至GPS衛(wèi)星之間的距離作為基本觀測(cè)量。為了獲得距離觀測(cè)量，主要采用兩種方法:一是測(cè)量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)用戶接收機(jī)的傳播時(shí)間，即偽距測(cè)量;一是測(cè)量具有載波多普勒頻移的GPS衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號(hào)之間的相位差，即載波相位測(cè)量。采用偽距觀測(cè)量定位速度最快，而采用載波相位觀測(cè)量定位精度最高。通過(guò)對(duì)4顆或4顆以上的衛(wèi)星同時(shí)進(jìn)行偽距或相位的測(cè)量即可推算出接收機(jī)的三維位置。圖4.1GPS測(cè)地衛(wèi)星在地球上方的分布圖4.2GPS地面接收與空中衛(wèi)星的示意圖GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為己知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。如圖4.2所示，假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測(cè)定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間△t，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個(gè)方程式:[(X1一X)2+(Y1一Y)2+(Z1一Z)2]+C(△T1一△T0)=d1(4.1)[(X2一X)2+(Y2一Y)2+(Z2一Z)2]+C(△T2一△T0)=d2(4.2)[(X3一X)2+(Y3一Y)2+(Z3一Z)2]+C(△T3一△T0)=d3(4.3)[(X4一X)2+(Y4,一Y)2+(Z4一Z)2]+C(△T4一△T0)=d4(4.4)上述四個(gè)方程式中待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)X,Y,Z和Vto為未知參數(shù)，其中di(i=1,2,3,4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4到接收機(jī)之間的距離?！鱐i(i=1,2,3,4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。c為GPS信號(hào)的傳播速度(即光速)。四個(gè)方程式中各個(gè)參數(shù)意義如下:X,Y,Z為待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。Xi、Yi、Yi(i=1,2,3,4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4在t時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。VtTi(i=1,2,3,4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。VTo為接收機(jī)的鐘差。由以上四個(gè)方程即可解算出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)X,Y,Z和接收機(jī)的鐘差VTo。4.1.2UPS的結(jié)構(gòu)組成G