一、 引言

在GPRS系統(tǒng)的GSN（GPRS Support Node，包括SGSN和GGSN）之間采用GTP（GPRS Tunnel Protocol）協(xié)議，GTP在整個GPRS協(xié)議棧中起著舉足輕重的作用，GTP協(xié)議承載在TCP或UDP協(xié)議之上，分為信令平面和傳輸平面，其信令平面定義了多種消息，涉及到GPRS許多重要方面，傳輸平面則提供了GSN之間數(shù)據(jù)包傳送的隧道。另外以GTP為基礎(chǔ)的GTP'協(xié)議用于GPRS計費(fèi)數(shù)據(jù)采集和傳輸，深入理解GTP協(xié)議是熟悉GPRS網(wǎng)絡(luò)所必須的。

二、 GTP包頭

GTP包頭的格式如圖1所示，Version表示協(xié)議版本；PT=1指示GTP協(xié)議，PT=0指示GTP'協(xié)議（GPRS計費(fèi)采集協(xié)議）；SNN指示包頭中是否包含SNDCP N-PDULLC Number；Message Type字段指示消息類型，GTP中涉及的消息及其對應(yīng)的消息類型在本文“信令平面”一節(jié)中介紹。Length字段指示包的長度（不含包頭）；Sequence Number對于信令消息而言是交互的標(biāo)識，對于T-PDU而言是順序號；SNDCP N-PDULLC Number用于越SGSN切換時協(xié)調(diào)MS與SGSN之間的數(shù)據(jù)傳送；Flow Lable唯一標(biāo)識一個GTP流；TID是隧道標(biāo)識，由IMSI和NSAPI兩部分組成，用于指明MM（Mobility Management）和PDP（Packet Data Protocol）上下文。

無論是信令平面還是傳輸平面都采用如圖1所示的GTP包頭，但是其中有些字段的含義和用法存在一定的區(qū)別。

三、 信令平面

承載GTP的協(xié)議（UDP或TCP）稱為路徑協(xié)議（Path Protocol），每個GSN對之間有多個路徑，每個路徑上可以存在多個隧道，GTP負(fù)責(zé)隧道的建立、使用、管理和釋放。信令平面主要包含路徑管理、隧道管理、位置管理、移動性管理四大類。

對于信令消息，GTP包頭中的字段設(shè)置如下：

· SNN置為0；

· SNDCP N-PDULLC Number不使用，發(fā)端將該字段置為255，收端忽略該字段；

· 對于一個路徑或一個隧道上的信令，其request類消息的Sequence Number是唯一的，相應(yīng)的response消息的Sequence Number從接收的request消息的該字段拷貝；

· 對于路徑管理消息、位置管理消息、移動性管理消息而言，TID置為0；對于隧道管理消息而言，TID用于指出目的端GSN的MM和PDP上下文；

· 對于路徑管理消息、位置管理消息而言，F(xiàn)low Lable不使用而置為0；對于移動性管理消息、隧道管理消息而言，F(xiàn)low Lable應(yīng)該指出其試圖操作的GTP流，例如在Create PDP Context Request消息中分配GTP流的Flow Lable，在對應(yīng)的Create PDP Context Response消息中應(yīng)該包含該字段。

GPRS信令消息格式與電信界其他信令定義方式類似，每條消息都包含若干個參數(shù)（Information Element），參數(shù)分為TV（Type，Value）和TLV（Type，Length，Value）兩種類型，TV參數(shù)的Type字節(jié)的最高位為0，TLV參數(shù)的Type字節(jié)的最高位為1。每個參數(shù)都具有唯一的Type標(biāo)識。

1 路徑管理消息

路徑管理是所有其它管理活動的基礎(chǔ)，只有確保消息傳送的通路處于可用狀態(tài)，消息才能被正確發(fā)送與接收。具體的路徑管理消息如下：

· Echo Request/Response(類型碼1／2)消息主要用于探測對端GSN是否仍然處于激活狀態(tài)，路徑是否暢通；

· Version Not supported(類型碼3)用于指示對端版本不符，同時指出本節(jié)點(diǎn)支持的版本。

2 隧道管理消息

隧道管理圍繞PDP上下文展開，是GPRS會話過程的核心，具體消息類型如下：

· Create PDP Context Request/Response(類型碼16／17)消息用于PDP上下文的建立請求和響應(yīng)，SGSN向GGSN發(fā)請求消息，GGSN向SGSN發(fā)響應(yīng)消息；

· Update PDP Context Request/Response(類型碼18／19)消息用于PDP上下文的更新請求和響應(yīng)，當(dāng)PDP上下文的有關(guān)參數(shù)如QoS輪廓需要重新協(xié)商時，或者手機(jī)發(fā)生越SGSN切換時，SGSN需要向GGSN發(fā)送請求消息，GGSN向SGSN發(fā)響應(yīng) 消息；

· Delete PDP Context Request/Response(類型碼20／21)消息用于PDP上下文的刪除請求和響應(yīng)，SGSN或GGSN向?qū)Χ税l(fā)請求消息，對端發(fā)響應(yīng)消息；

· Create AA PDP Context Request/Response(類型碼22／23)用于匿名接入情況下建立PDP上下文的請求和響應(yīng)；

· Delete AA PDP Context Request/Response(類型碼24／25)消息用于匿名接入情況下PDP上下文的刪除請求和響應(yīng)；

· Error Indication(類型碼26)用于錯誤指示，當(dāng)SGSN收到G-PDU而相應(yīng)的PDP上下文不存在或未激活時，當(dāng)GGSN收到G-PDU而相應(yīng)的MM上下文不存在或未激活時，SGSN或GGSN向?qū)Χ税l(fā)送Error Indication消息；

· PDU Notification Request/Response(類型碼27／28)用于當(dāng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起PDP上下文激活過程時，由GGSN向SGSN發(fā)請求消息，SGSN向GGSN發(fā)響應(yīng)消息；

· PDU Notification Reject Request/Response(類型碼29／30)當(dāng)PDU Notification Request/Response消息交互完成后，但無法激活PDP上下文（如手機(jī)拒絕），SGSN向GGSN發(fā)PDU Notification Reject Request消息，GGSN發(fā)響應(yīng)消息。

3 位置管理消息

SGSN與HLR之間存在Gr接口，采用MAP信令，不涉及GTP協(xié)議。在GGSN與HLR之間定義了Gc接口，Gc接口采用MAP信令。然而GGSN涉及的位置管理與SGSN不同，并非所有GGSN均需要實(shí)現(xiàn)MAP協(xié)議，另一種方法是設(shè)置GTP協(xié)議與MAP協(xié)議轉(zhuǎn)換的GSN（可以認(rèn)為是一種信令網(wǎng)關(guān)），這樣GGSN就沒有必要支持MAP信令。但是GGSN仍然需要定義相應(yīng)的GTP域的位置管理消息。

· Send Routeing Information for GPRS Request/Response(類型碼32／33)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起PDP上下文激活過程時，GGSN需要MS對應(yīng)的SGSN地址。GGSN向信令網(wǎng)關(guān)GSN發(fā)Send Routeing Information for GPRS Request，信令網(wǎng)關(guān)GSN會將該消息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的MAP信令與HLR通信，得到查詢結(jié)果后發(fā)Send Routeing Information for GPRS Response消息給GGSN。

· Failure Report Request/Response(類型碼34／35)GGSN向信令網(wǎng)關(guān)GSN發(fā)請求消息，用于將MNRG（Mobile station Not Reachable for GPRS flag）置位，信令網(wǎng)關(guān)發(fā)響應(yīng)消息。

· Note MS GPRS Present Request/Response(類型碼36／37)GGSN向信令網(wǎng)關(guān)GSN發(fā)請求消息，通知MS又可以參加通信，信令網(wǎng)關(guān)發(fā)響應(yīng)消息。

4 移動性管理消息

有一部分移動性管理在SGSN之間發(fā)生，這些管理消息用GTP協(xié)議在承載，這些移動性管理消息如下：

· Identification Request/Response(類型碼48／49)當(dāng)手機(jī)從附著狀態(tài)轉(zhuǎn)為分離狀態(tài)，隨后移動到新的SGSN區(qū)域，而后又轉(zhuǎn)入附著狀態(tài)，這時新SGSN會向老的SGSN發(fā)送Identification Request消息以索取IMSI，老的SGSN發(fā)響應(yīng)消息。

· SGSN Context Request/Response/Acknowledge(類型碼50／51／52)當(dāng)手機(jī)發(fā)生越SGSN切換時，新的SGSN會向老的SGSN索取PDP上下文信息。新老SGSN之間會按照該3-way的消息過程進(jìn)行。

四、 傳輸平面

傳輸平面用于傳輸T-PDU（Tunneled PDU），其路徑協(xié)議可以采用TCP或UDP，當(dāng)GTP承載面向連接可靠性要求高的用戶協(xié)議（如X.25）時，路徑可選用TCP；當(dāng)GTP承載無連接可靠性要求不高的用戶協(xié)議（如IP）時，路徑可選用UDP。

傳輸平面中GTP包頭有關(guān)字段的說明：

· 如果SNN置為1，那么GTP報頭中將包含SNDCP N-PDU Number字段；

· T-PDU的消息類型是255（十進(jìn)制）；

· SNDCP N-PDU Number：當(dāng)發(fā)生SGSN之間切換時，老的SGSN用該字段通知新SGSN關(guān)于該T-PDU的N-PDU的序號。如果SNDCP沒有分配N-PDU序號，或者采用非確認(rèn)LLC工作模式，則SNN=0，而N-PDU序號置為255。

對于傳輸平面，GTP協(xié)議最常用于SGSN與GGSN之間。考慮到SGSN之間會發(fā)生切換，老的SGSN可能會殘存一部分?jǐn)?shù)據(jù)尚未發(fā)送給手機(jī)；而此時手機(jī)已經(jīng)完成了位置更新，那么這部分殘存數(shù)據(jù)會通過新的SGSN發(fā)送到手機(jī)，因此SGSN之間也存在GTP傳輸平面。對于GGSN之間則不存在傳輸平面，它們之間的數(shù)據(jù)傳送需經(jīng)過Gi接口，但是這并不意味著GGSN之間必須通過外部數(shù)據(jù)網(wǎng)作溝通。GGSN之間可以采取直連或通過骨干網(wǎng)相連，只不過數(shù)據(jù)傳送不在GTP協(xié)議之上進(jìn)行而已。

五、 結(jié)束語

從理論上說GPRS是一種通用分組接入方式，其上可以承載各種用戶協(xié)議，這種通用性是通過隧道封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。GPRS中涉及兩種封裝形式，一是位于MS與SGSN之間的SNDCP，另一個是位于GSN之間的GTP，可以說GTP協(xié)議是GPRS網(wǎng)絡(luò)部分的核心協(xié)議。本文旨在闡述GTP協(xié)議的作用和含義，至于具體的消息與參數(shù)格式可參見ETSI的GSM 09.60協(xié)議。