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文檔簡(jiǎn)介

1、.,GPRS原理,2010年4月15日,.,學(xué)習(xí)目標(biāo),能夠描述GPRS的組網(wǎng)結(jié)構(gòu) 能夠描述GPRS的移動(dòng)性管理流程 能夠描述GPRS的會(huì)話管理流程,.,目 錄,GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 移動(dòng)性管理 會(huì)話管理,.,GPRS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),什么是 GPRS? General Packet Radio Service 為什么用 GPRS? 為了能夠在固網(wǎng)范圍之外提供高速的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) GPRS 網(wǎng)絡(luò)分類 GSM GPRS UMTS GPRS GPRS 網(wǎng)絡(luò)背景 GSM GPRS 網(wǎng)絡(luò)重新利用已經(jīng)存在的GSM 網(wǎng)絡(luò)network UMTS GPRS 網(wǎng)絡(luò)只改變了無(wú)線側(cè),由BSS變?yōu)镽NS,.,GPRS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),

2、FR,EIR,HLR,SMS-GMSC SMS-IWMSC,MSC/VLR,BSS,UTRAN,SGSN,SGSN,GGSN,BG,CG,TE,PDN,SS7,ATM DDN ISDN Ethernet.etc,GPRS Backbone,Gs,Gd,Gr,Gf,Gc,Gb,Iu,Um,Uu,Gp,Gi,Gn,Gn,ATM,Ga,SCP,GMLC,Ge,Lg,Ga,.,GPRS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),一些縮寫 BSS Base Station Subsystem 基站子系統(tǒng) UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng) SGSN Servi

3、ce GPRS Support Node 服務(wù) GPRS 支持節(jié)點(diǎn) GGSN Gateway GPRS Support Node 網(wǎng)關(guān) GPRS 支持節(jié)點(diǎn) CG Charging Gateway 計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān) BG Bordering Gateway 邊緣網(wǎng)關(guān) PDN Packet Data Network 分組數(shù)據(jù)網(wǎng),.,GPRS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),一些縮寫 MSC/VLR Mobile Switch Center/Visitor Location Register 移動(dòng)交換中心/拜訪位置寄存器 SMS-GMSC Gateway MSC For Short Message Service 短消息關(guān)口 M

4、SC SMS-IWMSC Short Message Service Interworking MSC 短消息互通的移動(dòng)交換中心 SCP Service Control Point 業(yè)務(wù)控制點(diǎn) GMLC Gateway Mobile Location Center 網(wǎng)關(guān)移動(dòng)位置中心 HLR Home Location Register 歸屬位置寄存器 EIR Equipment Identity Register 設(shè)備表示寄存器,.,GPRS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),重要功能實(shí)體 : SGSN 服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)SGSN(Serving GPRS Support Node)是為提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而引入的一個(gè)

5、網(wǎng)元,主要的作用就是為本SGSN服務(wù)區(qū)域的MS轉(zhuǎn)發(fā)IP分組包。SGSN提供以下功能: 用戶分組數(shù)據(jù)包的路由與轉(zhuǎn)發(fā) 加密與鑒權(quán)功能(2G與3G有差別) 會(huì)話管理功能 移動(dòng)性管理功能 邏輯鏈路管理功能(GPRS Only) 計(jì)費(fèi)信息產(chǎn)生和輸出功能,.,GPRS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),重要功能實(shí)體 : GGSN GGSN(Gateway GPRS Support Node,網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)),提供數(shù)據(jù)包在GPRS/UMTS分組網(wǎng)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的封裝和路由。GGSN主要提供以下功能: 同外部數(shù)據(jù)IP分組網(wǎng)絡(luò)(IP、X.25)的接口功能:GGSN需要提供MS接入外部分組網(wǎng)絡(luò)的關(guān)口功能。從外部網(wǎng)的觀點(diǎn)來(lái)看,GG

6、SN類似可尋址GPRS網(wǎng)絡(luò)中所有用戶IP地址的路由器,需要同外部網(wǎng)絡(luò)交換路由信息; 分組會(huì)話管理:完成MS同外部網(wǎng)的通信建立過(guò)程; 將分組數(shù)據(jù)發(fā)往正確的SGSN; 計(jì)費(fèi)信息產(chǎn)生和輸出功能。,.,GPRS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),重要功能實(shí)體 : CG 計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)CG(Charging Gateway)是GPRS/UMTS網(wǎng)絡(luò)中新增加的設(shè)備,主要負(fù)責(zé)收集、合并、預(yù)處理各SGSN/GGSN產(chǎn)生的話單,并提供和計(jì)費(fèi)中心之間通信的接口。 實(shí)時(shí)采集GPRS話單 臨時(shí)存儲(chǔ)和緩沖GPRS話單 GPRS話單預(yù)處理 向計(jì)費(fèi)中心傳送GPRS話單,.,GPRS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),重要功能實(shí)體:HLR/AUC HLR/AUC屬于CS和PS域

7、公共設(shè)備。對(duì)PS用戶而言,HLR保存分組用戶的簽約信息、對(duì)分組用戶鑒權(quán)、提供分組用戶路由信息等: 保存和更新GPRS用戶簽約數(shù)據(jù) 用戶鑒權(quán) 提供移動(dòng)性管理和路由選擇所需的位置/路由信息及相關(guān)處理 保存和更新用戶服務(wù)SGSN號(hào)碼和地址 GPRS用戶位置刪除指示 MS是否可及標(biāo)志 用戶跟蹤(可選),.,GPRS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)實(shí)體BG:兩個(gè)PLMN之間的邊界網(wǎng)關(guān),完成不同GPRS網(wǎng)絡(luò)的SGSN、GGSN之間的路由功能,以及安全性管理功能。 BG實(shí)現(xiàn)以下運(yùn)營(yíng)商互通必須的協(xié)議 安全性協(xié)議:推薦使用IPSec和防火墻 路由協(xié)議:推薦使用BGP 計(jì)費(fèi)協(xié)議:運(yùn)營(yíng)商協(xié)商確定,也許需要BG收集計(jì)費(fèi)信息 一般基于

8、路由器 可與GGSN合設(shè),Gp,PLMN A,GSN,BG,BG,GSN,PLMN B,.,GPRS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),重要功能實(shí)體: DNS,SGSN,GGSN(A),MS,BSS,GPRS backbone,ISP A,ISP B,Internet/ Intranet,GGSN(B),DNS,在PDP激活流程中,解析APN至 GGSN IP 在inter-SGSN RAU 中,解析RAI至SGSN IP 在重定位流程中,解析 RNCID至 SGSN IP,.,小結(jié),GPRS 網(wǎng)絡(luò)用于向用戶提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)主要由SGSN、GGSN和CG組成。BG和DNS在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)過(guò)程中提供相關(guān)輔助功能

9、。,.,目 錄,GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 移動(dòng)性管理 會(huì)話管理,.,2. 移動(dòng)性管理 2.1 基本概念 2.2 附著和分離 2.3 安全功能 2.4 位置管理 2.5 服務(wù)請(qǐng)求流程(UMTS),目 錄,.,GMM (GPRS 移動(dòng)性管理),移動(dòng)性管理功能 在本PLMN和其他PLMN范圍內(nèi)跟蹤MS當(dāng)前的位置信息 管理簽約數(shù)據(jù) 管理MS狀態(tài),.,GMM (GPRS 移動(dòng)性管理),GMM 主要流程 附著流程 路由區(qū)更新和周期性路由區(qū)更新 支持分離功能 服務(wù)請(qǐng)求 (UMTS only) GMM 其他流程 P-TMSI在分配過(guò)程 鑒權(quán)過(guò)程 識(shí)別過(guò)程 用戶管理過(guò)程,.,2.5G 用戶MM狀態(tài)轉(zhuǎn)換,.,3G 用戶M

10、M狀態(tài)轉(zhuǎn)換,.,移動(dòng)性管理定時(shí)器功能,READY 定時(shí)器(僅GPRS) Ready定時(shí)器用于控制MS處于Ready狀態(tài)的時(shí)長(zhǎng)。當(dāng)定時(shí)器超時(shí),MS和SGSN都會(huì)把該MS的MM狀態(tài)改成Standby狀態(tài)。 周期性路由區(qū)更新定時(shí)器( Periodic RA Update Timer ) 當(dāng)定時(shí)器超時(shí),MS會(huì)發(fā)起一個(gè)周期性的路由區(qū)更新流程。 用戶可達(dá)定時(shí)器( Mobile Reachable Timer ) 當(dāng)定時(shí)器超時(shí),SGSN將發(fā)起對(duì)該用戶的隱式分離流程。,.,GPRS中的用戶操作模式,A類模式: 手機(jī)可以同時(shí)附著到電路域和分組域中,并且能夠同時(shí)進(jìn)行電路域和分組域業(yè)務(wù)。 B類模式: 手機(jī)可以同時(shí)附

11、著到電路域和分組域中,但是同一個(gè)時(shí)刻只能進(jìn)行一類業(yè)務(wù)。 C類模式: 手機(jī)只能附著到分組域中,進(jìn)行分組業(yè)務(wù)。,.,UMTS中的用戶操作模式,PS/CS模式 手機(jī)可以同時(shí)附著到電路域和分組域中,并且能夠同時(shí)進(jìn)行電路域和分組域業(yè)務(wù)。與A類手機(jī)相同 PS模式 手機(jī)只能附著到分組域,進(jìn)行分組業(yè)務(wù)。但是可以通過(guò)分組域進(jìn)行類似電路域的業(yè)務(wù),比如VoIP。與C類手機(jī)相同。 CS模式 手機(jī)只能附著到電路域,進(jìn)行電路業(yè)務(wù)。但是可以通過(guò)電路域進(jìn)行類似分組域的業(yè)務(wù),比如電路域的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。,.,2. 移動(dòng)性管理 2.1 基本概念 2.2 附著和分離 2.3 安全功能 2.4 位置管理 2.5 服務(wù)請(qǐng)求流程(UMTS),

12、目 錄,.,附著流程,功能 MS 會(huì)執(zhí)行 GPRS Attach 流程來(lái)附著到SGSN ,以便進(jìn)行GPRS業(yè)務(wù)。 如果手機(jī)通過(guò)GSM無(wú)線側(cè)連接,它將會(huì)實(shí)行 GSM GPRS 附著; 如果手機(jī)通過(guò) UMTS 無(wú)線側(cè)鏈接,它將會(huì)實(shí)行 UMTS GPRS 附著。 只有手機(jī)能夠發(fā)起附著流程,.,附著流程,(IMSI or PTMSI+RAI),(PTMSI),(IMSI),(Identity Type = IMSI),(IMSI),.,附著流程,.,附著流程,任何附著流程之后: SGSN 從HLR中獲得用戶的簽約數(shù)據(jù) HLR 記錄手機(jī)的服務(wù) SGSN 號(hào)碼 MS 處于 ready 或者 PMM-CON

13、NECTED 狀態(tài) SGSN 和 MS 能夠創(chuàng)建該MS的 MM 上下文 附著后,MS 可以請(qǐng)求會(huì)話業(yè)務(wù),即可接入外部網(wǎng)絡(luò),.,MM Context,.,MM Context,.,分離流程,功能 分離流程使手機(jī)通知網(wǎng)絡(luò)它不再接入分組數(shù)據(jù)網(wǎng) 分離流程使網(wǎng)絡(luò)通知手機(jī)它不再為該手機(jī)提供分組業(yè)務(wù) 分離流程可以由以下實(shí)體發(fā)起: MS SGSN HLR,.,分離流程,任何分離流程之后: SGSN將不會(huì)再服務(wù)已經(jīng)分離了的手機(jī),直至手機(jī)再附著 分離后手機(jī)會(huì)處于idle或者PMM-DETACHED狀態(tài) 分離分為顯式分離和隱式分離 顯式分離:網(wǎng)絡(luò)或者手機(jī)明確的發(fā)起分離請(qǐng)求 隱式分離:網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有通知手機(jī)就分離掉它,可能

14、的原因是移動(dòng)用戶可達(dá)定時(shí)器超時(shí),或者有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的不可恢復(fù)錯(cuò)誤所導(dǎo)致的邏輯鏈路中斷。,.,分離類型,有三種不同的分離類型: IMSI 分離(即電路域分離) GPRS 分離(即分組域分離) 聯(lián)合的IMSI/GPRS分離(僅限手機(jī)發(fā)起的分離流程) 根據(jù)是否GPRS附著,手機(jī)可以通過(guò)以下方式進(jìn)行IMSI分離: 已經(jīng)GPRS附著的手機(jī),向SGSN發(fā)送指示IMSI分離的分離請(qǐng)求消息。這個(gè)過(guò)程可以通過(guò)聯(lián)合的GPRS分離流程來(lái)進(jìn)行。 非GPRS附著的手機(jī),通過(guò)正常的IMSI分離流程來(lái)進(jìn)行分離,.,手機(jī)發(fā)起的分離流程,.,SGSN發(fā)起的分離流程,.,HLR發(fā)起的分離流程,.,清除功能,功能: 當(dāng)SGSN刪除了分

15、離用戶的MM和PDP上下文后,將通過(guò)Purge 流程通知HLR。 當(dāng)用戶從網(wǎng)絡(luò)中分離后: SGSN可以立即刪除用戶的MM和PDP上下文; SGSN可以保留該用戶的MM和PDP上下文一段時(shí)間。 Purge 定時(shí)器功能: 當(dāng)定時(shí)器超時(shí)后,SGSN將刪除已經(jīng)分離用戶的MM和PDP上下文,并通過(guò)Purge流程通知HLR。 “Purge定時(shí)器”的時(shí)長(zhǎng)要比“移動(dòng)用戶可達(dá)定時(shí)器”的時(shí)長(zhǎng)長(zhǎng)。,.,清除流程,.,2. 移動(dòng)性管理 2.1 基本概念 2.2 附著和分離 2.3 安全功能 2.4 位置管理 2.5 服務(wù)請(qǐng)求流程(UMTS),目 錄,.,鑒權(quán)功能,功能 允許網(wǎng)絡(luò)對(duì)手機(jī)提供的身份標(biāo)識(shí)進(jìn)行檢查; 提供參數(shù)

16、以供手機(jī)計(jì)算新的加密密鑰;(UMTS and GSM) 提供參數(shù)以供手機(jī)計(jì)算新的UMTS一致性密鑰;(UMTS only) 允許手機(jī)來(lái)鑒權(quán)網(wǎng)絡(luò);(UMTS only),.,鑒權(quán)功能,鑒權(quán)類型: GSM鑒權(quán): 使用鑒權(quán)三元組:RAND,SRES,Kc; 使用GPRS加密算法:GEA UMTS鑒權(quán): 使用鑒權(quán)五元組:RAND,XRES,AUTN,CK,IK; AUTN:用于手機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的鑒權(quán); IK:用于一致性校驗(yàn); 使用UMTS加密算法:UEA 在BSS或者UTRAN中,都可以執(zhí)行GSM鑒權(quán)和UMTS鑒權(quán)流程。,.,鑒權(quán)功能,1,a,. Send Authentication Info,2,a,.

17、 Authentication and Ciphering Request,1,b,. Send Authentication Info ack,2,b,. Authentication and Ciphering Response,MS,BSS/UTRAN,HLR/Auc,SGSN,.,身份檢查,功能 從手機(jī)得到 IMSI 檢查 IMEI,.,PTMSI 重分配,功能 SGSN可以在任何時(shí)候重新分配 PTMSI 重分配流程可以由 PTMSI 重分配流程來(lái)實(shí)現(xiàn) PTMSI 可以包含在附著接受或者路由區(qū)更新接受消息中,.,2. 移動(dòng)性管理 2.1 基本概念 2.2 附著和分離 2.3 安全功能

18、2.4 位置管理 2.5 服務(wù)請(qǐng)求流程(UMTS),目 錄,.,位置管理,功能 小區(qū)和PLMN選擇的機(jī)制 能夠使網(wǎng)絡(luò)側(cè)知道處于STANDBY、PMMIDLE、READY和 PMMCONNECTED狀態(tài)手機(jī)的路由區(qū) 能夠使2GSGSN知道處于READY 狀態(tài)手機(jī)的小區(qū) 能夠使UTRAN知道 URA 標(biāo)識(shí)或者處于PMMCONNECTED 狀態(tài)的手機(jī)的小區(qū)標(biāo)識(shí) 使UTRAN指示處于RRC連接狀態(tài)的MS什么時(shí)候會(huì)通過(guò)提供RAI而發(fā)起路由區(qū)更新流程 能夠使網(wǎng)絡(luò)知道處于PMM-CONNECTED狀態(tài)的服務(wù)RNC地址,此機(jī)制是服務(wù)RNC重定位流程,.,網(wǎng)絡(luò)體系,路由區(qū)更新流程 SGSN能夠通過(guò)路由區(qū)更新流程

19、而在RAI級(jí)管理手機(jī)的位置信息 重定位流程 把Iu接口移至其他RNC 切換流程 把無(wú)線鏈路移至其他的 NodeB,Iur,.,路由區(qū)更新流程,RAU更新流程會(huì)發(fā)生在以下兩種情況: MS進(jìn)入一個(gè)新的路由區(qū) 周期性路由區(qū)更新 ( 周期性路由區(qū)更新定時(shí)器超時(shí)) 從SGSN的角度來(lái)看,可以分為: SGSN內(nèi)的路由區(qū)更新; SGSN間的路由區(qū)更新。,.,路由區(qū)更新流程,Intra SGSN-RAU,Inter SGSN -RAU,Gn,.,Inter-SGSN 路由區(qū)更新流程 (2G),.,Inter-SGSN 路由區(qū)更新流程 (2G),.,Inter-SGSN 路由區(qū)更新流程 (3G),.,2. 移動(dòng)

20、性管理 2.1 基本概念 2.2 附著和分離 2.3 安全功能 2.4 位置管理 2.5 服務(wù)請(qǐng)求流程(UMTS),目 錄,.,服務(wù)請(qǐng)求流程 (UMTS 網(wǎng)絡(luò)),處于PMM-IDLE狀態(tài)的3G-UE通過(guò)服務(wù)請(qǐng)求( Service Request )流程來(lái)建立至3G-SGSN的安全連接。處于PMM-IDLE狀態(tài)的UE發(fā)起該流程的目的在于: 發(fā)送上行信令消息,比如Activate PDP Context Request 消息; 用戶數(shù)據(jù) 尋呼響應(yīng); 當(dāng)UE重新回到無(wú)線信號(hào)覆蓋區(qū)。 處于PMM-CONNECTED狀態(tài)的UE也會(huì)通過(guò)該流程用于給激活的PDP上下文重建承載資源。,.,服務(wù)請(qǐng)求流程 手機(jī)發(fā)

21、起,.,服務(wù)請(qǐng)求流程 網(wǎng)絡(luò)發(fā)起,.,UE發(fā)起的服務(wù)請(qǐng)求流程: Service type= signalling. Service type= data. 網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的服務(wù)請(qǐng)求流程: Service type= paging response,在Service Request消息中的Service Type IE,.,小結(jié),附著,位置管理,安全功能和分離流程是分組域核心網(wǎng)的主要流程。 SRNS重定位流程和服務(wù)請(qǐng)求流程是在UMTS分組域中新加入的流程。,.,目 錄,GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 移動(dòng)性管理 會(huì)話管理,.,4. 會(huì)話管理 4.1 基本概念 4.2 PDP上下文激活流程 4.3 PDP上下文修改流程

22、 4.4 PDP上下文去激活流程 4.5 保留流程(UMTS),目 錄,.,會(huì)話管理,功能 管理MS,SGSN和GGSN之間的連接,分配業(yè)務(wù)傳輸所需的系統(tǒng)資源 重要流程 PDP 上下文激活流程 PDP 上下文修改流程 PDP 上下文去激活流程,.,PDP 上下文,PDP 上下文:分組數(shù)據(jù)協(xié)議上下文 PDP 上下文包括MS和GGSN間傳送用戶數(shù)據(jù)的所有信息 PDP 上下文包括APN、QoS (Quality of Service)和計(jì)費(fèi)ID等信息 PDP 上下文存在于MS、SGSN、GGSN 中,.,PDP 上下文,.,PDP 上下文,.,PDP 狀態(tài),PDP 狀態(tài) 非激活:不能傳輸數(shù)據(jù) 激活:

23、能傳輸數(shù)據(jù),.,PDP 類型和 PDP 地址,PDP 類型 IPV4 IPV6 PPP PDP 地址 靜態(tài)分配 IP 由運(yùn)營(yíng)商分配 動(dòng)態(tài)分配 IP 由 GGSN、DHCP或者 Radius分配,.,QoS,QoS 是服務(wù)質(zhì)量 QoS是一組能夠定義網(wǎng)絡(luò)能力的參數(shù),例如:上行和下行的數(shù)據(jù)傳輸速率以及可靠性等級(jí)等等 QoS是一個(gè)端到端的概念,.,APN,APN 結(jié)構(gòu):APN NI(網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí))+APN OI (運(yùn)營(yíng)商標(biāo)識(shí)),Operator ID : 固定擴(kuò)展,必須以 “.gprs”結(jié)束 Network ID 不能以 “.gprs”結(jié)束,.,APN,MS,SGSN,GGSN1,GGSN2,GGSN3,

24、DNS,APN1 APN2 APN3,APN1=GGSN1 IP APN2=GGSN2 IP APN3=GGSN3 IP,APN,APN,GGSN IP,APN1,APN2,APN3,.,APN,internet,Roaming,APN:CMNET,南昌,通用 APN,北京,.,APN,Roaming,APN: emis.jx,VPN tunnel,區(qū)域 APN,南昌,北京,.,APN,Backbone,APN-NI,APN GGSN IP address,APN-NI,.,4. 會(huì)話管理 4.1 基本概念 4.2 PDP上下文激活流程 4.3 PDP上下文修改流程 4.4 PDP上下文去激活

25、流程,目 錄,.,激活流程,PDP 上下文激活流程 用于在MS、SGSN和GGSN之間建立PDP上下文 激活流程類型: PDP上下文激活流程 二次PDP上下文激活流程 網(wǎng)絡(luò)要求的PDP上下文激活流程,.,PDP 上下文激活流程 (2G),2G,-GGSN,5. Activate PDP Context Accept,3. Create PDP Context Response,3. Create PDP Context Request,1. Activate PDP Context Request,2G,-SGSN,BSS,2. Security Functions,MS,4. BSS Pac

26、ket Flow Context Procedures,C1,C2,.,PDP 上下文激活流程 (3G),(PDP Type, PDP Address, Access Point Name, QoS Requested),Charging ID allocation IP address,3G,-GGSN,7. Activate PDP Context Accept,3. Create PDP Context Response,2. Create PDP Context Request,1. Activate PDP Context Request,3G,-SGSN,UTRAN,MS,4.,Radio Access Bearer Setup (Qos),C1,C2,6. Update PDP Context Response,5. Update PDP Context Request,.,MS中的處理,MS 發(fā)送 “Activate PDP context request” 消息給 SGSN 提供 QoS 參數(shù) 提供一個(gè) APN-NI 提供靜態(tài)IP或空 從SGSN接收 “Activate PDP context Accept” 如果MS不能接受協(xié)商后的 QoS,MS將會(huì)發(fā)起去激活流程,.,SGSN中的處理,檢查用戶數(shù)

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