SIM卡与GPRS通信

1、SIM卡

　　SIM卡即Subscriber Identification Module ，也称为用户身份识别卡、智能卡，GSM数字移动电话机必须装上此卡方能使用。在电脑芯片上存储了数字移动电话客户的信息，加密的密钥以及用户的电话簿等内容，可供GSM网络客户身份进行鉴别，并对客户通话时的语音信息进行加密。

　　SIM卡主要用于GSM网络、W-CDMA网络和TD-SCDMA网络，但是兼容的模块也可以用于IDEN电话。有人把CDMA2000和cdmaOne的RUIM卡和UIM卡，也称作SIM卡，虽然两者作用类似，并遵守了一样的所有机械、电气标准和部分软件标准，但是上层应用并不一定兼容。

　　2018年，联通正式在上海、天津、广州、深圳、郑州、长沙6座城市率先启动“eSIM一号双终端”业务的办理。“eSIM一号多终端”意味着可穿戴设备可以和用户手机共享号码，无需实体SIM卡。

　　SIM卡在GSM系统中的应用，使卡和手机分离，SIM卡唯一标识一个客户。一张SIM卡可以插入任何一部GSM手机中使用，而使用手机所产生的通信费则自己记录在该SIM卡所唯一标识的客户帐上。

2、GPRS

　　2.1．概述

　　GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线服务技术的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，属于第二代和第三代之间的移动通信中的数据传输技术，通常称为2.5G。GPRS可说是GSM的延续。

　　GPRS是介于2G和3G之间的技术，也被称为2.5G。它后面还有个弟弟EDGE，被称为2.75G。它们为实现从GSM向3G的平滑过渡奠定了基础。

　　GPRS是GSM Phase2.1规范实现的内容之一，能提供比现有GSM网9.6kbit/s更高的数据率。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。

　　GPRS无线传输系统的应用范围非常广泛，几乎可以涵盖所有的中低业务和低速率的数据传输，尤其适合突发的小流量数据传输业务。

　　有了GPRS，用户的呼叫建立时间大大缩短，几乎可以做到“永远在线”。此外， GPRS是以营运商传输的数据量而不是连接时间为基准来计费，从而令每个用户的服务成本更低。

　　构成GPRS系统的方法是：

　　（1） 在GSM系统中引入3个主要组件

　　　　GPRS服务支持结点（SGSN， Serving GPRS Supporting Node）、GPRS网关支持结点（GGSN， Gateway GPRS Support Node）、分组控制单元（PCU）

　　（2） 对GSM的相关部件进行软件升级

　　　　ETSI指定了GSM900、1800和1900三个工作频段用于GSM，其中GSM900频段还有G1（E-GSM）频段和P频段。相应地，GPRS也工作于这三个频段，包括GSM900的G1频段和P频段，当然，GPRS可以限制每个小区只工作于P频段。如表1.1所示了GSM和GPRS的工作频段。

　　　　900MHz频段 G1频段上行频率（原E－GSM） 880 --- 890MHz P频段上行频率 890 --- 915MHz G1频段下行频率（原E－GSM） 925 --- 935MHz P频段下行频率 935 --- 960MHz 双工间隔 45MHz 载频间隔 200kHz 1800MHz频段 上行频率 1710 ---1785MHz 下行频率 1805 ---1880MHz 双工间隔 95MHz 载频间隔 200kHz 1900MHz频段 上行频率 1850 ---1910MHz 下行频率 1930 ---1990MHz 双工间隔 80MHz 载频间隔 200kHz

　　　　现有的GSM移动台（MS），不能直接在GPRS中使用，需要按GPRS标准进行改造（包括硬件和软件）才可以用于GPRS系统。GPRS定义了3类MS：

　　　　　　A类可同时工作于GPRS和GSM；

　　　　　　B类可在GPRS和GSM之间自动切换工作；

　　　　　　C类可在GPRS和GSM之间人工切换工作。

　　GPRS被认为是2G向3G演进的重要一步，不仅被GSM支持，同时也被北美的IS-136支持。

　　2.2、 基本工作原理

　　GPRS是在原有的基于电路交换（CSD）方式的GSM网络上引入两个新的网络节点： GPRS服务支持节点(SGSN)和网关支持节点（GGSN）。SGSN和MSC在同一等级水平，并跟踪单个MS的存储单元实现安全功能和接入控制，并通过帧中继连接到基站系统。GGSN支持与外部分组交换网的互通，并经由基于IP的GPRS骨干网和SGSN连通。

　　GPRS终端通过接口从客户系统取得数据，处理后的GPRS分组数据发送到GSM基站。分组数据经SGSN封装后，SGSN通过GPRS骨干网与网关支持接点GGSN进行通信。GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络。

　　若分组数据是发送到另一个GPRS终端，则数据由GPRS骨干网发送到SGSN，再经BSS发送到GPRS终端。

　　2.3 、GPRS的主要特点

　　GPRS采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，优化了对网络资源和无线资源的利用。

　　定义了新的GPRS无线信道，且分配方式十分灵活：每个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上链路和向下链路的分配是独立的。

　　支持中、高速率数据传输，可提供9.05 ---171.2kbit/s的数据传输速率（每用户）。GPRS采用了与GSM不同的信道编码方案，定义了CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四种编码方案。

　　GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。

　　GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以和IP网、X.25网互联互通。支持特定的点到点和点到多点服务，以实现一些特殊应用如远程信息处理。GPRS也允许短消息业务（SMS）经GPRS无线信道传输。 （录入编辑：电路图电路网www.dltdl.com）

　　GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。它支持四种不同的QoS级别。GPRS能在0.5 ---1秒之内恢复数据的重新传输。GPRS的计费一般以数据传输量为依据。

　　在GSM PLMN中，GPRS引入两个新的网络节点：一个是GPRS服务支持节点（SGSN），它和MSC在同一等级水平，并跟踪单个MS的存储单元，实现安全功能和接入控制。节点SGSN通过帧中继连接到基站系统。另一个是GPRS网关支持节点GGSN，GGSN支持与外部分组交换网的互通，并经由基于IP的GPRS骨干网和SGSN连通。

　　GPRS的安全功能同现有的GSM安全功能一样。身份认证和加密功能由SGSN来执行。其中的密码设置程序的算法、密钥和标准与目前GSM中的一样，不过GPRS使用的密码算法是专为分组数据传输所优化过的。GPRS移动设备（ME）可通过SIM访问GPRS业务，不管这个SIM是否具备GPRS功能。

　　蜂窝选择可由一个MS自动进行，或者基站系统指示MS选择某一特定的蜂窝。MS在重选择另一个蜂窝或蜂窝组（即一个路由区）时会通知网络。

　　为了访问GPRS业务，MS会首先执行GPRS接入过程，以将它的存在告知网络。在MS和SGSN之间建立一个逻辑链路，使得MS可进行如下操作：接收基于GPRS的的SMS服务、经由SGSN的寻呼、GPRS数据到来通知。

　　为了收发GPRS数据，MS会激活它所想用的分组数据地址。这个操作使MS可被相应的GGGSN所识别，从而能开始与外部数据网络的互通。

　　用户数据在MS和外部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术：数据包用特定的GPRS协议信息打包并在MS和GGSN之间传输。这种透明的传输方法缩减了GPRS PLMN对外部数据协议解释的需求，而且易于在将来引入新的互通协议。用户数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据传输高效且可靠。

G　　PRS可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级（QoS）的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。

　　GPRS的核心网络层采用IP技术，底层款可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的IP网无缝连接。

　　2.4、GPRS的分类

　　GPRS网络中存在两种DNS。一种是GGSN同外部网络之间的DNS，主要功能是对外部网络的域名进行解析，作用等同于因特网上的普通DNS。另一种是GPRS骨干网上的DNS，主要功能是在PDP上下文激活过程中根据确定的APN(Access Point Name，接入点名称)解析出GGSN的IP地址，并且在SGSN间的路由区更新过程中，根据原路由区号码，解析出原SGSN的IP地址。

　　常见的GPRS模块分为3种：

　　（1）GPRS DTU(GPRS数传单元，常称为GPRS透传模块)

　　　　GPRS DTU内部封装了完善的TCP/IP等协议栈，可为无线传输提供透明的TCP/IP通道。在软件设计上，它封装了协议栈内容并且具有嵌入式操作系统，硬件上可看作是嵌入式PC加无线接入部分的结合，用窗口进行数据通信。主要应用于工业领域，而GPRS modem通常要完成类似的功能必须借助于PC机的软件进行预数据处理。这种形式的应用通常需要一个PC接一个GPRS Modem来连接到外部的数据网。GPRS DTU的四个核心功能：

　　　　1）、内部集成TCP/IP协议栈

　　　　2）、提供串口数据双向转换功能

　　　　3）、支持自动心跳，保持终端设备永久在线(DTU包含上电自动拨号，采用心跳包保持永久在线-当长时间没有数据通信时，移动网关将断开DTU与中心的连接，心跳包就是DTU与数据中心在连接被断开之前发送一个小数据包，以保持连接不被断开。支持断线自动重连、自动重拨号等功能)。

　　　　4）、支持参数配置，永久保存。将数据中心的IP地址及端口号，串口的波特率等保存在FLASH或EEPROM中。一旦上电，就自动按照设置好的参数进行工作。

　　　　较为高级的GPRS DTU还提供一些扩展功能，主要包括：支持数据中心域名解析、支持远程参数配置/远程固件升级、支持远程短信/电话唤醒、支持本地串口固件升级、提供短信通道、提供DTU在线/离线电平指示等。

　　（2）GPRS/GSM Modem(纯的GPRS/GSM调制解调器，常称为GPRS猫)

　　GPRS Modem是接入GPRS分组网的一个物理通道，它本身不具有操作系统，必须依附于计算机(在功能上类似于有线Modem)，在计算机操作系统之上才能进行PPP拨号连接，通常是与PC结合使用，实现拨号上网。在工作方式上，GPRS DTU与GPRS Modem最大的区别就是GPRS DTU内部CPU在主动进行控制拨号和处理TCP/IP协议包，而GPRS Modem则是被动的，需要外部设备来进行拨号和进行TCP/IP协议包处理。

　　（3）带TCP/IP协议栈的GPRS Modem(将GPRS/GSM modem和TCP/IP协议栈封装在一起，内部有CPU，FLASH，RAM，控制单元等硬件，和DTU功能类似)

　　　　如果是要求数据长期可靠传输，那么应当采用GPRS DTU，通过GPRS网络平台实现与监控中心端的数据通信。如果使用GPRS Modem则只能采用普通拨号方式上网，由于这种拨号方式是针对普通用户的上网业务设计的，而不是针对数据可靠收发应用来设计的，因此不适合于可靠的数据传输;而且通常断线后并不进行自动重拨。因此，在需要数据长期可靠传输的领域，都应选择使用GPRS DTU。如果只是用于无线上网，则可以选择GPRS Modem。

　　　　带TCP/IP协议栈的GPRS Modem与GPRS DTU的差别在于，它在操作上和普通的GPRS Modem很相似，即：所有对模块的操作只能用AT命令，尤其是发送和接收数据都要通过专用的AT命令。如果嵌入式系统采用的CPU是资源有限的单片机，建议使用GPRS DTU或自带协议栈的GPRS Modem，否则要实现自己的TCP/IP协议，非常麻烦。如果是使用带有操作系统WinCE或嵌入式Linux的嵌入式系统，可以采用GPRS/GSM Modem，这样成本会比较低。

　　2.5、 GPRS的业务

　　GPRS是一组新的GSM承载业务，是以分组模式在PLMN和与外部网络互通的内部网上传输。在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS网络管理可以提供（或支持）一系列的交互式电信业务。

　　（1）承载业务

　　支持在用户与网络接入点之间的数据传输的性能。提供点对点业务、点对多点业务两种承载业务。

　　　　a. 点对点业务（PTP）

　　　　点对点业务在两个用户之间提供一个或多个分组的传输。由业务请求者启动，被接收者接收。包括两种点到点业务：

　　　　b. 点对多点业务（PTM）

　　　　点对多点业务是将单一信息传送到多个用户。GPRS PTM业务能够提供一个用户将数据发送给具有单一业务需求的多个用户的能力。包括有三种PTM业务：

　　　　点对多点广播（PTM-M）业务---是将信息发送给当前位于某一地区的所有用户的业务。

　　　　点对多点群呼（PTM-G）业务---是将信息发送给当前位于某一区域的特定用户子群的业务。

　　　　IP多点传播（IP-M）业务---是定义为IP协议序列一部分的业务。

　　（2）用户终端业务

　　　　GPRS支持电信业务，提供完全的通信业务能力，包括终端设备能力。用户终端业务可以分为基于PTP的用户终端业务和基于PTM的用户终端业务。

　　　　基于PTP的用户终端业务 会话 报文传送 检索 遥信 基于PTM的用户终端业务 分配 调度 会议 预定发送 地区选路

　　（3） 附加业务

　　　　GSM第2阶段附加业务支持所有的GPRS基本业务PTP-CONS、PTP-CLNS、IP-M和PTM-G的CFU（无条件呼叫转送）。GSM第2阶段附加业务不适用于PTM-M。如表1-2所示。

　　　　简称 名称 CLIP 主叫线路识别表示 CLIR 主叫线路识别限制 CoLP 连接线路识别表示 CoLR 连接线路识别限制 CFU 无条件呼叫转移 CFB 移动用户遇忙呼叫转移 CFNRy 无应答呼叫转移 CFNRc 无法到达的移动用户呼叫转移 CW 呼叫等待 HOLD 呼叫保持 MPTY 多用户业务 CUG 封闭式的用户群 AoCI 资费信息通知 BAOC 禁止所有呼叫 BOIC 禁止国际呼出 BAIC 禁止所有呼入 （录入编辑：电路图电路网www.dltdl.com）

　　2.6、GPRS业务的具体应用

　　GPRS业务主要有以下应用：

　　（1） 信息业务

　　　　传送给移动电话用户的信息内容广泛，如股票价格、体育新闻、天气预报、航班信息、新闻标题、娱乐、交通信息等等。

　　（2） 交谈

　　　　人们更加喜欢直接进行交谈，而不是通过枯燥的数据进行交流。目前因特网聊天组是因特网上非常流行的应用。有共同兴趣和爱好的人们已经开始使用非话音移动业务进行交谈和讨论。由于GPRS与因特网的协同作用，GPRS将允许移动用户完全参与到现有的因特网聊天组中，而不需要建立属于移动用户自己的讨论组。因此，GPRS在这方面具有很大的优势。

　　（3） 网页浏览

　　　　移动用户使用电路交换数据进行网页浏览无法获得持久的应用。由于电路交换传输速率比较低，因此数据从因特网服务器到浏览器需要很长的一段时间。因此GPRS更适合于因特网浏览。

　　（4） 文件共享及协同性工作

　　　　移动数据使文件共享和远程协同性工作变得更加便利。这就可以使在不同地方工作的人们可以同时使用相同的文件工作。

　　（5） 分派工作

　　　　非话音移动业务能够用来给外出的员工分派新的任务并与他们保持联系。同时业务工程师或销售人员还可以利用它使总部及时了解用户需求的完成情况。

　　（6） 企业E-mail

　　　　在一些企业中，往往由于工作的缘故需要大量员工离开自己的办公桌，因此通过扩展员工办公室里的PC上的企业E-mail系统使员工与办公室保持联系就非常重要。GPRS能力的扩展，可使移动终端接转PC机上的E-mail，扩大企业E-mail应用范围。

　　（7） 因特网E-mail

　　　　因特网E-mail可以转变成为一种信息不能存储的网关业务，或能够存储信息的信箱业务。在网关管业务的情况下，无线mail平台将信息从SMTP转化成SMS，然后发送到SMS中心。

　　（8） 交通工具定位

　　　　该应用综合了无线定位系统，该系统告诉人们所处的位置，并且利用短消息业务转告其他人其所处的位置。任何一个具有GPS接收器的人都可以接收他们的卫星定位信息以确定他们的位置。且对被盗车辆进行跟踪等功能。

　　（9） 静态图像

　　　　例如照片、图片、明信片、贺卡和演讲稿等静态图像能在移动网络上发送和接收。使用GPRS可以将图像从与一个GPRS无线设备相连接的数字相机直接传送到因特网站点或其他接收设备，并且可以实时打印。