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文:奥科企通科技 发表时间:2005-12-1 13:22:32
1、基本概况
1.1、项目背景
长江航道管理局（以下简称长航局）是交通部直属的长江流域航道管理行政部门，负责保障长江流域航道畅通和运行安全，在改革开放的今天，他们本着“把世界引进长江、把长江引向世界”的战略决策。在促进有中国特色社会主义经济发展方面特别是在促进湖北地方经济发展方面作出了卓越的贡献。
长江、汉江航道贯穿湖北全境，水利资源丰富、河道畅通。随着科技现代化以及社会信息化进程的不断推进，航道管理信息化建设的步伐和力度也在不断加大。因此，湖北移动非常重视本次为长航局提供通信服务的机会，将用优质的网络传输质量以及优势的通信服务为长航局建设全省的江河航道综合管理系统作出自己最大的贡献。
1.2、项目需求
长航局江河航道综合管理系统建议分为2期进行建设，其中长江三峡区域航标灯远程监控子系统工程为一期项目，全省江河航道综合管理系统建设为二期项目。
一期长江三峡区域航标灯远程监控子系统工程主要由湖北移动来建设承担，它需要利用湖北移动通信公司的GSM/GPRS网络以及SDH传输网络实现长航局（武汉）监控中心对长江三峡区域300余台航标灯的远程监控。实现长航局对峡江地区航道业务的综合运行管理。
二期全省江河航道综合管理系统建设由湖北移动提供网络资源和技术支持，并建议第三方即网络集成商（内容提供商ICP）与长航局进行合作开发，完成全省江河航道综合管理系统的建设。
1.3、项目目标
该网络建成后，将实现长航局系统内部信息传递便捷、管理方便及时等多种管理功能，提升系统内综合运管效率。可以将原有相互独立的航道运管子系统组建成全省甚至全国的长航局综合运管网络。实现统一管理、分层控制、高性能，易扩充，可靠安全、具备完备的长航信息服务系统的综合服务平台。
1.4、方案范围
本次方案只描述一期长江三峡区域航标灯远程监控子系统工程。二期网络建设方案还需要根据长航局的需求与集成商进行深入的分析研究和开发。
2、接入方案描述
2.1、湖北移动GPRS 网络及业务介绍
GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service）的简称。它是在目前GSM协议架构的基础上，增加支持分组交换的协议而实现的基于分组的无线通信服务。GPRS是为移动数据通信专门设计的，其系统结构基于2代的GSM网络，实现的业务能力介于2代和未来的3代移动网络之间，因此也称为2.5代移动网络。
1、 GPRS的网络结构
GPRS网络是在原有GSM网络基础上增加一部分网元而实现的，它使用GSM网络现有的无线资源，包括频率、基站以及无线信道。只是在无线网中增加分组处理单元(PCU)实现无线接口上的分组交换和动态分配信道，以适应突发性数据通信的特点；在核心网中增加分组交换设备，包括服务GPRS支持节点(SGSN)和网关GPRS支持节点(GGSN), 实现对用户的移动性管理和到分组网络的包转发。其结构如下图所示，其中深蓝色部分为GSM网络原有的，包括基站(BTS)、基站控制器(BSC)、交换机(MSC)以及归属位置寄存器(HLR), 浅蓝色部分为GPRS新增的部分。这种结构充分利用了GSM已有的巨大投资，极大的降低了基于分组的移动网的成本。
2、GPRS的业务能力
（1） 无线接口上基于分组的信道分配和统计复用
GPRS关键的特点是在无线接口上实现了基于分组的动态信道资源分配。GPRS无线信道是共享使用的, 网络只在用户有数据分组要传递时才为用户分配无线信道，这特别适合于数据应用的突发性。例如在用户1个小时的因特网Web浏览过程中，可能只有10分钟会有数据传递，其它时间都是用户阅读网页的时间。这样动态资源分配只在这10分钟内为用户分配信道，其它时间无线信道可以用来为其它用户服务，这样大大节省了无线资源。在公众移动网络中，最为昂贵的设备投资用于无线信道和无线覆盖，整个网络的覆盖是建立在遍布城乡的成千上万的无线收发信设备的基础上。因此无线资源的动态分配降低了用户的成本，因此GPRS包服务的费用将比电路交换服务所花的费用要少。
（2） 基于流量计费
在无线口动态信道分配的基础上，由于用户只在传输数据的时候才占用信道资源，对信道资源的消费是和数据传输量成正比的，因此GPRS可以实现基于流量计费而不是基于时间计费。这样用户在上网时就不用担心时间过得太快了。
（3） 永远在线
GPRS网络中，即使用户不传递数据，只要用户激活了数据连接，网络也可以随时跟踪用户位置，用户可以随意移动，其到网络的路由是一直保持的。这种移动性管理的功能和GSM网络中的移动性管理类似，可以让用户随时“挂”在网上，免去了每次使用都要重复的拨号过程。
（4） 数据传输速率
GPRS使用TDMA的帧结构，每个时隙最高可以实现21.4kbps的数据传输速率。用户可以获得的时隙数取决于网络目前有多少可以分配，最多每用户可以达到8个时隙，实现171.2kbps的数据速率。目前GPRS终端最大时隙数一般为4, 无线编码一般采用每时隙13.4kbps的数据速率，因此可以实现50kbps左右的传输速率，和电话线拨号上网类似。随着网络的扩容和升级，还可以获得更高的速率。数据传输速率直接决定了可用的业务类型。下图概括了目前GPRS上可以使用的业务。按照目前的GPRS速率，不仅可以实现WAP、彩信等小数据流量业务，人们所常用的E-Mail、Web冲浪、网络游戏、以及远程接入企业网办公，都可以轻松实现。
（5） GPRS支持的业务类型
根据使用GPRS的终端不同，可以将GPRS上的业务类型划分为：
① 基于手机的业务：
目前已经可用的业务包括：
WAP浏览、MMS彩信、K-Java游戏
随着手机功能的逐渐增强，在手机上的GPRS应用还会更加丰富，提供例如基于位置的服务（定位、道路信息、周边环境指南等）、交易类服务（如在线股票查询和交易、银行类业务）等各种丰富多彩的业务。
② 基于笔记本电脑/PDA的业务：
目前可用的业务主要包括：
· Internet业务（Web浏览、Email、FTP、Telnet等）
· VPN（虚拟专用网）业务/移动办公室（与企业内部Intranet互通，使用户能无线接入内部局域网）
③ 基于专用终端的业务：
这种业务主要是一些行业应用，例如：
· 远程信息采集
· 远程监控
· 移动POS收银机
· 车队调度等等
专用终端业务也可以是面向个人的，例如：
· 专用的E-Mail终端，专门用于随时随地收发E-Mail
· 车辆定位终端，用于私人车辆的防盗和导航等
总之，GPRS构建了移动数据信息传输平台，只要是数据速率要求不太高的移动数据业务都可以在GPRS上开发。
3、GPRS到3G的平滑演进
3G网整个无线网络和核心交换网络与现在的GSM网络都完全不一样。因此3G网络相对于GSM来说，相当于重新建设了一个新网。而GPRS在协议设计上充分考虑了到3G的平滑过渡。GPRS协议与3G中的WCDMA协议是兼容的，其网络架构与WCDMA也一样。GPRS核心网中的SGSN和GGSN只要经过简单的协议升级就可以与3G网络互通实现GPRS和3G之间的切换，有些厂家的SGSN和GGSN甚至可以直接支持3G的无线网，构成2G/3G混合网络。
由于3G的巨大投资，运营商一般会选择先在部分热点地区先行实现3G覆盖，各个3G “孤岛”之间依靠GPRS的全覆盖进行过渡，保证用户在任何地方都可以享受移动数据业务的便利和快捷。因此GPRS在3G服务开始之前和3G实现全覆盖的过程中，都将扮演重要角色，引领人们走向移动数据新时代。
2.2、长航局峡江地区航标灯远程监控的实现方式
长航局峡江地区航标灯远程监控系统利用中国（湖北）移动GSM/GPRS核心网络以及SDH传输网进行组网。首先利用移动SDH传输网实现长航局监控中心局域网与湖北移动GPRS核心网络接入平台的专线链接，并在专线中使用标准的Internet隧道协议如IPsec、L2TP、GRE网络协议直接与长航局网络的VPN Gateway连接，以保证传输上的安全性。专线带宽暂时为2M（随着业务提升，将来可以进行扩容）。在GPRS核心网络上为用户配置专有的APN接入号。在远程终端的通信模块上配置移动SIM卡（SIM卡只开启数据传输功能），采用动态或者是静态IP地址分配方式。远程终端在配置和获取专有APN号码以及IP地址后，激活GPRS VPN链接，从而实现对监控中心的数据传递，达到远程监控的效果。长航局峡江地区航标灯远程监控系统拓扑如下图所示：
其中组网环节描述如下：
（1）APN（Access Point Name）
移动公司为长航局此项业务分配专用的APN，远程通信终端激活PDP上下文之后可与长航局监控中心机房互相传送数据。
（2）号码
为各远程通信终端分配一个唯一的MSISDN号码和一个IMSI号码。
（3）远程通信终端与长航局监控中心机房之间的连接保持
GGSN应能够针对不同的APN，设定不同的PDP上下文去激活时长，即远程通信终端与长航局中心机房长时间不传送数据时，GPRS网仍保持此远程通信终端与长航局中心机房永远在线。在GGSN不支持此功能时，要求远程通信终端在被GPRS网络去激活后，立即发起PDP上下文激活请求。
（4）IP地址分配与鉴权方案
监控系统可以设置认证服务器，也采用SIM卡认证，可采用GGSN对移动办公终端动态（或者静态）分配IP地址的方案。
①.由中心机房的防火墙对IP地址进行IP地址过滤。
②.在远程通信终端发起PDP上下文激活请求时，GPRS 核心网的GGSN可根据HLR中MSISN/IMSI、APN号，对远程通信终端进行鉴权，以防止非法用户的入侵。
（5）移动GPRS核心网关对长航局中心机房的连接方案
GPRS 核心网络网关GGSN与长航局中心机房的连接方案，建议GGSN（或CMNet路由器）与长航局中心机房之间采用专线方式连接，采用这种组网方式不需要对现有的GPRS网络设备做调整或配置，主要是利用现有的GPRS网络分配给用户的动态（或静态）IP地址加上标准的Internet隧道协议如IPsec、L2TP、GRE网络协议直接与企业网络的VPN Gateway连接，以保证传输上的安全性。
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