7.2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GPRS. 7.2.1. Cấu trúc logic mạng GPRS Mạng GPRS được xây dựng trên cơ sở cấu trúc mạng GSM hiện tại, cộng thêm một số phần tử mới. Một mạng GPRS gồm các phần tử sau đây: • Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN – Serving GPRS Support Node). • Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN – Gateway GPRS Support Node). • Trung tâm vận hành bảo dưỡng GPRS (OMC – G). • Hệ thống vô tuyến. • Máy điện thoại di động hỗ trợ GPRS. Hình Cấu trúc hệ thống GPRS. SMS GMSC: Gateway MSC for short Message Service MSC có cổng cho dịch vụ nhắn tin ngắn. SMS IWMSC: Interworking MSC for Short Message Service MSC liên mạng cho dịch vụ nhắn tin ngắn. SMS C: Short Message Service Center Trung tâm dịch vụ nhắn tin. MSC: Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch (tổng đài) di động. VLR: Visitor Location Register Bộ đăng ký tạm trú. HLR: Home Location Register Bộ đăng ký thường trú. BSC: Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc. PCU: Packet Control Unit khối (đơn vị) điều khiển gói. BTS: Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc. SGSN: Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ của GPRS. GGSN: Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng GPRS. BG: Border Gateway Cổng ngoại biên. EIR: Equipment Identity Register Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị. DNC: Data Networking System or Domain Name Server Hệ thống dữ liệu hoặc máy chủ tên miền. 7.2.1. Chức năng các phần tử trong mạng GPRS. a. Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN Serving GPRS Support Node) phụ trách việc phân phân phát và định tuyến các gói số liệu giữa máy cầm tay MS và các mạng truyền số liệu bên ngoài. SGSN không chỉ định tuyến các gói số liệu giữa máy di động MS và nút hỗ trợ cổng GPRS GGSN mà còn đăng ký cho các máy di động GPRS mới xuất hiện trong vùng phục vụ của nó. SGSN có các chức năng chính như sau: ❖ Quản trị di động: Bao gồm qản lý việc nhập mạng, rời mạng của thuê bao GPRS, quản lý vị trí hiện diện của thuê bao trong vùng phục vụ, thực hiện các chức năng bảo mật, an ninh cho mạng. ❖ Định tuyến và truyền tải các gói dữ liệu đi đến hay được xuất phát từ vùng phục vụ của SGSN đó. ❖ Quản lý các trung kế logic bao gồm các kênh lưu lượng gói dữ liệu lưu lượng các bản tin ngắn (SMS) ❖ Thiết lập hay huỷ bỏ các giao thức dữ liệu gói PDP phục vụ cho việc truyền tải các gói dữ liệu PDU giữa thuê bao GPRS và GGSN thông qua hai giao diện Gn và Gb. ❖ Thực hiện kỹ thuật nén dữ liệu được truyền tải giữa SGSN và máy di động nhằm nâng cao hiệu quả của các kết nối trong mạng ❖ Cung cấp các khả năng kết nối với các phần tử khác trong mạng như : SGSN MSCVLR, HLR, BSC ... ❖ Cung cấp khả năng tương tác với mạng GSM khi cả hai công nghệ này cùng sử dụng chung một nguồn tài nguyên. ❖ Điều hành việc xếp hàng của các gói dữ liệu trao đổi giữa trạm gốc BSS và nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) Cung cấp dữ liệu ơhục vụ cho việc tính cước, các thông tin phục vụ tính cước được thu thập tại SGSN chỉ liên quan đến phần sử dụng mạng vô tuyến của các thuê bao. b. Nút hỗ trợ cổng GPRS (SGSN) Nhìn về mặt hệ thống, GGSN (Gateway GPRS Support Node) đóng vai trò như một GMSC (Gate Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch cổng di động). GGSN cungcấp mộtgiaodiện cổng phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu gói bên ngoài (PDN). Nó cung cấp địa chỉ định tuyến cho các dữ liệu được phân phối tới máy di động và gửi các số liệu xuất phát từ máy di động tới địa chỉ đã được chỉ định. GGSN cũng tương tác với các mạng chuyển mạch gói ngoài và được kết nối với SGSN theo giao thức IP dựa trên mạng đường trục GPRS. GGSN có hai giao diện Gi và Gn, trong đó giao diện Gi phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu giữa thuê bao GPRS với các mạng thiết bị đầu cuối thuộc mạng dữ liệu bên ngoài được kết nối với GGSN. Giao diện Gn phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu báo hiệu giữa GGSN và SGSN, kết nối này được thực hiện qua mạng IP (mạng đường trục GPRS). GGSN còn được nối với bộ đăng ký thường trú HLR qua giao diện Gc để thu thập thông tin định tuyến cũng như các dữ liệu về thuê bao GPRS. GGSN có các chức năng chính sau: ❖ Cung cấp giao diện giữa mạng GPRS với các mạng dữ liệu bên ngoài. Nhìn từ phía các mạng bên ngoài GPRS đóng vai trò như một bộ định tuyến đến tất cả các thuê bao được phục vụ bởi GPRS. ❖ Định tuyến và truyền tải dữ liệu giữa GPRS và các mạng dữ liệu GPRS. ❖ Quản trị các phiên làm việc GPRS, thiết lập thông tin về phía các mạng bên ngoài. ❖ Cung cấp khả năng chuyển đổi khuôn dạng các gói dữ liệu được trao đổi giữa mạng GPRS và các mạng dữ liệu khác. Điều này cho phép các gói dữ liệu X.25 và IP được truyền tải với cùng khuôn dạng về cước thông qua mạng GPRS. ❖ Cung cấp dữ liệu phục vụ cho việc tính cước, các thông tin được thu thập tại GGSN chỉ liên quan đến phần sử dụng dữ liệu bên ngoài. ❖ Điều khiển việc truy nhập trên GGSN ❖ Chức năng bảo mật khi kết nối Internet. c. Sự kết hợp giữa nút hỗ trợ dịch vụ SGSN và nút hỗ trợ cổng GGSN. Các chức năng của SGSN và GGSN có thể kết hợp với nhau trong cùng một khối vật lý hoặc có thể tách biệt thành các khối riêng biệt. SGSN và GGSN có các chức năng định tuyến IP, chúng có thể kết hợp với các bộ định tuyến IP (router). Khi SGSN và GGSN thuộc về hai mạng di động mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network) khác nhau, chúng được kết nối thông qua giao diện Gn (giao diện giữa SGSN và GGSN nằm trong cùng một PLMN) công thêm chức năng về an ninh được yêu cầu khi trao đổi thông tin giữa các PLMN khác nhau, các chức năng về an ninh này được xây dựng tuỳ thuộc vào thoả thuận của các nhà khai thác. Khi đưa mạng GPRS vào khai thác, dựa trên mạng GSM hiện có thì các phần tử của mạng GSM cùng trở thành phần tử của mạng GPRS. d. Hệ thống trạm gốc BSS. Phần BSS cung cấp tất cả các chức năng điều khiển và truyền dẫn thông tin phần vô tuyến của mạng, bao gồm : Khối điều khiển dữ liệu gói PSU (Packet Control Unit) Khối điều khiển dữ liệu gói PCU có nhiệm vụ kết hợp các chức năng điều khiển kênh vô tuyến GPRS với phần hệ thống trạm gốc BSS cảu mạng GSM hiện tại, PCU được đặt tại bộ điềukhiểntrạm gốc BSC và phục vụ BSC đó. PCU quản lý các chức năng về chuyển tiếp khung (nếu PCU được kết nối với GSM qua mạng chuyển tiếp khung), quản lý các thông tin báo hiệu về dịch vụ mạng, báo hiệu BSSGP (giao thức GPRS BSS), định tuyếnn các bản tin báo hiệu, quản lý tải tin các lớp RLCMAC (Điều khiển kết nối vô tuyến Điều khiển truy nhập trung gian) và truyền tải dữ liệu của người sử dụng. Dữ liệu của người sử dụng sẽ được chuyển từ BTS tới BSC thông qua đường lên CCU (Channel Control Unit), sau đó truyền qua đường E1 tới PCU. Tại PCU các khối dữ liệu RLC sẽ được sắp xếp lại trong khung (điều khiển liên kết logic), sau đó được chuyển tới SGSN. Báo hiệu BSSGP và NS (dịch vụ mạng) sử dụng gaio thức chuyển tiếp khung, làm nhiệm vụ báo hiệu giữa PCU và SGSN. PCU được kết nối với GSN thông qua mạng chuyển tiếp khung hoặc cũng có thể được kết nối trực tiếp với GSN. Bộ điều khiển trạm gốc BSC Trong mạng GPRS, BSC (Base Station Controller) đóng vai trò trung tâm phân phối, định tuyến dữ liệu và thông tin báo hiện GPRS. BSC cũng cung cấp tất cả các chức năng liên quan đến phần BSS của mạng. BSC có thể thiết lập, giám sát và huỷ bỏ kết nối của các cuộc gọi chuyển mạch kênh cũng như chuyển mạch gói. BSC còn cung cấp các chức năng về chuyển vùng, thiết lập các tham số của các tế bào (cell) trong mạng. Trạm gốc BTS BTS (Base Transceiver Station) cung cấp khả năng ấn định các kênh vật lý tại các khe thời gian chocuộcgọi chuyển mạch trong mạng GSM và dữ liệu chuyển mạch gói GPRS. BTS kết hợp với PCU để thực hiện các chức năng về vô tuyến trong mạng GPRS. Dữ liệu gói của người sử dụng sẽ được chuyển từ BTS tới BSC qua đường lên CCU. CCU trong BTS thực hiện mã kênh bao gồm sửa lỗi trước (FEC), nó thực hiện việc đo kênh vô tuyến, sự ánh xạ của GPRS và báo hiệu trên giao diện Abis trên đường truyền tới BSC. e. Phần hệ chuyển mạch. Trung tâm chuyển mạch di động Bộ đăng kỷ tạm trú MSC VLR MSCVLR (Mobile Switching Center Visitor Location Register) được sử dụng cho việc đăng ký và liên lạc với thuê bao nhưng không đóng vai trò gì trong việc định tuyến dữ liệu GPRS. Một MSC có thể được kết nối với một hoặc nhiều SGSN tuỳ thuộc vào lưu lượng thông tin. Trong hệ thống GPRS, MSCVLR không được dùng cho thủ tục nhận thực thuê bao như trong hệ thống GSM mà thay vào đó là HLR, do đó SGSN sẽ nhận bộ ba thông số dành cho việc nhận thực từ bộ đăng ký thường trú trung tâm nhận thực HLRAUC. Bộ đăng kỷ thường trú trung tâm nhận thực HLR AUC Bộ đăng ký thường trú HLR (Home Location Register) lưu giữ tất cả các thông tin về thuê bao GSM cũng như GPRS. Thông tin về thuê bao GPRS được trao đổi giữa HLR với SGSN. Thêm vào đó, như trên đã trình bày, HLR được sử dụng trực tiếp cho việc nhận thực thuê bao thay cho MSCVLR trong hệ thống GSM. Trung tâm nhận thực AUC (Authentication User Center) cung cấp bộ ba thông số dành cho việc nhận thực và thực hiện mã hoá đường truyền. Thủ tục nhận thực trong GPRS và GSM là như nhau, chỉ có quá trình mã hoá đường truyền là thay đổi so với hệ thống GSM, sự thay đổi này không tác động gì đến AUC, do đó không cần cập nhật AUC. Bộ đăng kỷ nhận dạng thiết bị EIR Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register) vẫn thực hiện chức năng như trong hệ thống GSM. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến thiết bị đầu cuối MS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được pháp của thiết bị, một thiết bị không được phép sẽ bị cấm. f. Thiết bị đầu cuối GPRS (MS) Thiết bị đầu cuối GPRS có thể hoạt động được ở 3 chế độ : • Chế độ 1 (Class 1) : ở chế độ này máy đầu cuối di động có thể sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đồng thời.
7.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG GPRS 7.2.1 Cấu trúc logic mạng GPRS Mạng GPRS xây dựng sở cấu trúc mạng GSM tại, cộng thêm số phần tử Một mạng GPRS gồm phần tử sau đây: • Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN – Serving GPRS Support Node) • Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN – Gateway GPRS Support Node) • Trung tâm vận hành bảo dưỡng GPRS (OMC – G) • Hệ thống vơ tuyến • Máy điện thoại di động hỗ trợ GPRS Hình Cấu trúc hệ thống GPRS SMS - GMSC: Gateway MSC for short Message Service - MSC có cổng cho dịch vụ nhắn tin ngắn SMS - IWMSC: Interworking MSC for Short Message Service - MSC liên mạng cho dịch vụ nhắn tin ngắn SMS - C: Short Message Service Center - Trung tâm dịch vụ nhắn tin MSC: Mobile Switching Center - Trung tâm chuyển mạch (tổng đài) di động VLR: Visitor Location Register - Bộ đăng ký tạm trú HLR: Home Location Register - Bộ đăng ký thường trú BSC: Base Station Controller - Bộ điều khiển trạm gốc PCU: Packet Control Unit - khối (đơn vị) điều khiển gói BTS: Base Transceiver Station - Trạm thu phát gốc SGSN: Serving GPRS Support Node - Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS GGSN: Gateway GPRS Support Node - Nút hỗ trợ cổng GPRS BG: Border Gateway - Cổng ngoại biên EIR: Equipment Identity Register - Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị DNC: Data Networking System or Domain Name Server - Hệ thống liệu máy chủ tên miền 7.2.1 Chức phần tử mạng GPRS a Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN - Serving GPRS Support Node) phụ trách việc phân phân phát định tuyến gói số liệu máy cầm tay MS mạng truyền số liệu bên SGSN khơng định tuyến gói số liệu máy di động MS nút hỗ trợ cổng GPRS - GGSN mà đăng ký cho máy di động GPRS xuất vùng phục vụ SGSN có chức sau: ❖ Quản trị di động: Bao gồm qản lý việc nhập mạng, rời mạng thuê bao GPRS, quản lý vị trí diện thuê bao vùng phục vụ, thực chức bảo mật, an ninh cho mạng ❖ Định tuyến truyền tải gói liệu đến hay xuất phát từ vùng phục vụ SGSN ❖ Quản lý trung kế logic bao gồm kênh lưu lượng gói liệu lưu lượng tin ngắn (SMS) ❖ Thiết lập hay huỷ bỏ giao thức liệu gói PDP phục vụ cho việc truyền tải gói liệu PDU thuê bao GPRS GGSN thông qua hai giao diện Gn Gb ❖ Thực kỹ thuật nén liệu truyền tải SGSN máy di động nhằm nâng cao hiệu kết nối mạng ❖ Cung cấp khả kết nối với phần tử khác mạng : SGSN - MSC/VLR, HLR, BSC ❖ Cung cấp khả tương tác với mạng GSM hai công nghệ sử dụng chung nguồn tài nguyên ❖ Điều hành việc xếp hàng gói liệu trao đổi trạm gốc BSS nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) Cung cấp liệu ơhục vụ cho việc tính cước, thơng tin phục vụ tính cước thu thập SGSN liên quan đến phần sử dụng mạng vô tuyến thuê bao b Nút hỗ trợ cổng GPRS (SGSN) Nhìn mặt hệ thống, GGSN (Gateway GPRS Support Node) đóng vai trò GMSC (Gate Mobile Switching Center - Trung tâm chuyển mạch cổng di động) GGSN cungcấp mộtgiaodiện cổng phục vụ cho việc trao đổi liệu gói bên ngồi (PDN) Nó cung cấp địa định tuyến cho liệu phân phối tới máy di động gửi số liệu xuất phát từ máy di động tới địa định GGSN tương tác với mạng chuyển mạch gói ngồi kết nối với SGSN theo giao thức IP dựa mạng đường trục GPRS GGSN có hai giao diện Gi Gn, giao diện Gi phục vụ cho việc trao đổi liệu thuê bao GPRS với mạng thiết bị đầu cuối thuộc mạng liệu bên kết nối với GGSN Giao diện Gn phục vụ cho việc truyền tải liệu báo hiệu GGSN SGSN, kết nối thực qua mạng IP (mạng đường trục GPRS) GGSN nối với đăng ký thường trú HLR qua giao diện Gc để thu thập thông tin định tuyến liệu thuê bao GPRS GGSN có chức sau: ❖ Cung cấp giao diện mạng GPRS với mạng liệu bên Nhìn từ phía mạng bên ngồi GPRS đóng vai trò định tuyến đến tất thuê bao phục vụ GPRS ❖ Định tuyến truyền tải liệu GPRS mạng liệu GPRS ❖ Quản trị phiên làm việc GPRS, thiết lập thơng tin phía mạng bên ngồi ❖ Cung cấp khả chuyển đổi khn dạng gói liệu trao đổi mạng GPRS mạng liệu khác Điều cho phép gói liệu X.25 IP truyền tải với khuôn dạng cước thông qua mạng GPRS ❖ Cung cấp liệu phục vụ cho việc tính cước, thông tin thu thập GGSN liên quan đến phần sử dụng liệu bên ❖ Điều khiển việc truy nhập GGSN ❖ Chức bảo mật kết nối Internet c Sự kết hợp nút hỗ trợ dịch vụ SGSN nút hỗ trợ cổng GGSN Các chức SGSN GGSN kết hợp với khối vật lý tách biệt thành khối riêng biệt SGSN GGSN có chức định tuyến IP, chúng kết hợp với định tuyến IP (router) Khi SGSN GGSN thuộc hai mạng di động mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network) khác nhau, chúng kết nối thông qua giao diện Gn (giao diện SGSN GGSN nằm PLMN) công thêm chức an ninh yêu cầu trao đổi thông tin PLMN khác nhau, chức an ninh xây dựng tuỳ thuộc vào thoả thuận nhà khai thác Khi đưa mạng GPRS vào khai thác, dựa mạng GSM có phần tử mạng GSM trở thành phần tử mạng GPRS d Hệ thống trạm gốc BSS Phần BSS cung cấp tất chức điều khiển truyền dẫn thông tin phần vô tuyến mạng, bao gồm : * Khối điều khiển liệu gói PSU (Packet Control Unit) Khối điều khiển liệu gói PCU có nhiệm vụ kết hợp chức điều khiển kênh vô tuyến GPRS với phần hệ thống trạm gốc BSS cảu mạng GSM tại, PCU đặt điềukhiểntrạm gốc BSC phục vụ BSC PCU quản lý chức chuyển tiếp khung (nếu PCU kết nối với GSM qua mạng chuyển tiếp khung), quản lý thông tin báo hiệu dịch vụ mạng, báo hiệu BSSGP (giao thức GPRS BSS), định tuyếnn tin báo hiệu, quản lý tải tin lớp RLC/MAC (Điều khiển kết nối vô tuyến/ Điều khiển truy nhập trung gian) truyền tải liệu người sử dụng Dữ liệu người sử dụng chuyển từ BTS tới BSC thông qua đường lên CCU (Channel Control Unit), sau truyền qua đường E1 tới PCU Tại PCU khối liệu RLC xếp lại khung (điều khiển liên kết logic), sau chuyển tới SGSN Báo hiệu BSSGP NS (dịch vụ mạng) sử dụng gaio thức chuyển tiếp khung, làm nhiệm vụ báo hiệu PCU SGSN PCU kết nối với GSN thơng qua mạng chuyển tiếp khung kết nối trực tiếp với GSN Bộ điều khiển trạm gốc BSC Trong mạng GPRS, BSC (Base Station Controller) đóng vai trò trung tâm phân phối, định tuyến liệu thông tin báo GPRS BSC cung cấp tất chức liên quan đến phần BSS mạng BSC thiết lập, giám sát huỷ bỏ kết nối gọi chuyển mạch kênh chuyển mạch gói BSC cung cấp chức tham số chuyển vùng, thiết lập tế bào (cell) mạng * Trạm gốc BTS BTS (Base Transceiver Station) cung cấp khả ấn định kênh vật lý khe thời gian chocuộcgọi chuyển mạch mạng GSM liệu chuyển mạch gói GPRS BTS kết hợp với PCU để thực chức vô tuyến mạng GPRS Dữ liệu gói người sử dụng chuyển từ BTS tới BSC qua đường lên CCU CCU BTS thực mã kênh bao gồm sửa lỗi trước (FEC), thực việc đo kênh vơ tuyến, ánh xạ GPRS báo hiệu giao diện Abis đường truyền tới BSC e Phần hệ chuyển mạch * Trung tâm chuyển mạch di động / Bộ đăng kỷ tạm trú - MSC / VLR MSC/VLR (Mobile Switching Center/ Visitor Location Register) sử dụng cho việc đăng ký liên lạc với thuê bao khơng đóng vai trò việc định tuyến liệu GPRS Một MSC kết nối với nhiều SGSN tuỳ thuộc vào lưu lượng thông tin Trong hệ thống GPRS, MSC/VLR không dùng cho thủ tục nhận thực thuê bao hệ thống GSM mà thay vào HLR, SGSN nhận ba thông số dành cho việc nhận thực từ đăng ký thường trú/ trung tâm nhận thực - HLR/AUC * Bộ đăng kỷ thường trú / trung tâm nhận thực HLR /AUC Bộ đăng ký thường trú HLR (Home Location Register) lưu giữ tất thông tin thuê bao GSM GPRS Thông tin thuê bao GPRS trao đổi HLR với SGSN Thêm vào đó, trình bày, HLR sử dụng trực tiếp cho việc nhận thực thuê bao thay cho MSC/VLR hệ thống GSM Trung tâm nhận thực AUC (Authentication User Center) cung cấp ba thông số dành cho việc nhận thực thực mã hoá đường truyền Thủ tục nhận thực GPRS GSM nhau, có trình mã hố đường truyền thay đổi so với hệ thống GSM, thay đổi không tác động đến AUC, khơng cần cập nhật AUC * Bộ đăng kỷ nhận dạng thiết bị - EIR Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register) thực chức hệ thống GSM EIR lưu giữ tất liệu liên quan đến thiết bị đầu cuối MS EIR nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra pháp thiết bị, thiết bị không phép bị cấm f Thiết bị đầu cuối GPRS (MS) Thiết bị đầu cuối GPRS hoạt động chế độ : • Chế độ (Class 1) : chế độ máy đầu cuối di động sử dụng hai dịch vụ chuyển mạch kênh chuyển mạch gói đồng thời Chế độ (Class 2) : chế độ máy đầu cuối di động sử dụng hai dịch vụ chuyển mạch kênh chuyển mạch gói đồng thời, sử dụng hai dịch vụ theo kiểu liên tiếp nhau, sở dịch vụ lựa chọn tự động Máy đầu cuối di động nhận nhắn tin cho dịch vụ chuyển mạch kênh truyền tải gói Khi liệu dạng máy đầu cuối di động tạm dừng việc truyền tải liệu khoảng thời gian thực kết nối kết thúc, máy đầu cuối di động tự động chuyển trạng thái truyền tải liệu • Chế độ (Class 3) : chế độ cho phép máy đầu cuối di động sử dụng dịch vụ chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói thời điểm Sự lựa chọn thực nhân công mặc định Máy đầu cuối di động hỗ trợ GPRS hoạt động chế độ g Thiết bị cung cấp dịch vụ SMS - nhắn tin ngắn (SMS - GMSC SMS - IWMSC) SMS - GMSC (Tổng đài di động có cổng cho dịch vụ nhắn tin ngắn) SMS IWMSC (Tổng đài di động liên mạng cho dịch vụ nhắn tin ngắn) kết nối với SGSN qua giao diện Gd nhằm cung cấp khả truyền tải tin ngắn kênh vô tuyến CHƯƠNG : CÁC GIAO DIỆN VÀ GIAO THỨC TRONG MẠNG GPRS Các giao thức GPRS cung cấp chức điều khiển truyền tải liệu mặt phẳng báo hiệu mặt phẳng truyền dẫn 8.1 Mặt phẳng truyền dẫn Mặt phẳng truyền dẫn bao gồm cấu trúc giao thức phân lớp phục vụ cho việc truyền tải liệu người sử dụng, kết hợp với thủ tục điều khiển phục vụ cho việc truyền tải : điều khiển luồng, phát sửa lỗi … Hình 2.1 Cấu trúc phân lớp giao thức • Giao thức GTP (GPRS Tunnelling Protocol – giao thức tạo đường hầm GPRS): Giao thức phục vụ cho việc truyền tải liệu GSN mạng đường trục GPRS Tất PTP, PDP, PDU đựoc kết hợp GTP GTP cung cấp khả điều khiển luồng GSN • Giao thức TCP/UDP (Transmission Control Protocol/ User Datagram Protocol – giao thức điều khiển truyền dẫn/ Giao thức liệu gói người sử dụng): TCP chuyển khối điều khiển liệu gói (PDU) GTP mạng đường trục GPRS cho giao thức cần thiết để liên kết liệu tin cậy (như X.25) TCP cung cấp khả điều khiển luồng bảo vệ chống lại thất thoát hay ngắt quãng PDU GTP UDP chuyển PDU cảu GTP cho giao thức không cần phải có liên kết liệu tin cậy (ví dụ IP) UDP cung cấp khả bảo vệ chống lại việc PDU GTP bị ngắt quãng chuyển tin báo hiệu GSN • Giao thức IP (Internet Protocol): Là giao thức dụng mạng đường trục GPRS, phục vụ cho việc báo hiệu định tuyến liệu • Giao thức SNDCP (SubNetwork Dependent Convergence Protocol – Giao thức hội tụ phụ thuộc phân hệ mạng): Giao thức phụ trách chuyển đổi đặc tính lớp mạng đặc tính lớp mạng SNDCP thực chức năng: - Ghép kênh gói liệu từ hay nhiều ứng dụng vào liên kết logic - Nén thông tin điều khiển liệu người dùng trước chuyển từ lớp mạng xuống lớp điều khiển kết nối logic LLC - Phân mảnh tập hợp liệu : thông tin sau nén phân mảnh cho phù hợp với kích cỡ khung LLC • Điều khiển kết nối logic (LLC – Logital Link Control): Cung cấp liên kết liệu tin cậy máy đầu cuối SGSN phục vụ máy đầu cuối LLC cung cấp dịch vụ cần thiết cho việc bảo dưỡng liên kết liệu mã hoá máy đầu cuối SGSN LLC hỗ trợ thủ tục: - Phục vụ truyền tải PDU LLC máy đầu cuối SGSN chế độ xác nhận chế độ không xác nhận - Phát khôi phục PDU LLC bị thất lạc ngắt quãng - Điều khiển luồng mã hoá PDU LLC máy đầu cuối SGSN Các kết nối logic truyền mang tính suốt BSC Tất tin báo hiệu tới BSC từ máy di động qua BSC tới SGSN quay trở lại BSC • Chuyển tiếp (Relay): Trong BSC chức chuyển tiếp PDU LLC giao diện Um Gb Tại SGSN, chuyển tiếp PDU PDP (Packet Data Protocol – Giao thức liệu gói) giao diện Gb Gn • Giao thức BSSGP (BSS GPRS Protocol – giao thức GPRS BSS): Giao thức có trách nhiệm vận chuyển thông tin định tuyến cấp độ phục vụ (GoS) BSC SGSN, BSSGP không thực chức sửa lỗi • Dịch vụ mạng: Truyền tải khối điều khiển liệu PDU dựa giao thức BSSGP • Điều khiển liên kết vơ tuyến/ Điều khiển truy nhập không gian (RLC/MAC – Radio Link Radio/ Medium Access Control): Chức LLC cung cấp liên kết tin cậy giao diện vô tuyến Còn chức MAC điều khiển thủ tục báo hiệu truy nhập kênh vô tuyến thực xếp khung LLC vào kênh vật lý • GSM RF (Tần số vô tuyến GSM): tạo lập nên khung TDMA 8.2 Mặt phẳng báo hiệu Mặt phẳng báo hiệu bao gồm giao thức điều khiển hỗ trợ cho chức thực mặt phẳng truyền dẫn, bao gồm: • Điều khiển việc truy nhập mạng GPRS nhập mạng rời mạng • Điều khiển thiết lập kết nối mạng trình khởi hoạt địa PDP • Điều khiển việc định tuyến mạng, hỗ trợ khả di dộng MS • Điều khiển việc ấn định, cấp phát tài nguyên • Cung cấp dịch vụ bổ sung 8.2.1 Giao diện Gb Giao diện Gb giao diện BSS SGSN Hình 2.2 mô tả giao diện Gb SGSN với hay nhiều khối điều khiển gói PCU (Packet Control Unit) kết nối với qua giao diện Gb Nó cho phép nhiều người sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên chung Các tin báo hiệu liệu người dùng gửi nguồn tài nguyên vật lý GMM/SM (GPRS Mobility Management/ Session Management – Quản lý di động GPRS/ Quản lý phiên): Giao thức hỗ trợ cho chức quản trị di động mạng GPRS nhập mạng, rời mạng, cập nhật vùng định tuyến, cập nhật vùng định vị, khởi tạo/ huỷ bỏ PDP context Giao diện hỗ trợ: - Dùng chung hạ tầng mạng: cho phép lưu lượng giao diện A (trong GSM) Gb đường E1 - Kết hợp liên kết: Cho phép kết hợp nhiều giao diện Gb nhiều đường E1 đường E1 - Điều khiển luồng Hình 2.2 Ngăn xếp giao thức Gb LLC: Lớp điều khiển liên kết logic RLC: Lớp điều khiển kết nối vô tuyến L1 bis: Lớp bis MAC: Lớp điều khiển truy nhập trung gian GMM/SM: Quản lý di động GPRS/ Quản lý phiên GSM RF: Tần số vô tuyến GSM 8.2.2 Giao diện Gr Giao diện Gr giao diện HLR SGSN để chuyển thông tin hồ sơ thuê bao, địa SGSN địa PDP Hình 2.3 cấu trúc giao diện Gr: Hình 2.3 Ngăn xếp giao thức Gr MAP (Mobile Application Port): Cổng ứng dụng di động TCAP (Transation Capabilities Application Part): Phần ứng dụng khả giao dịch SCCP (Signaling Connection Control Part): Phần điều khiển kết nối báo hiệu MTP (Message Transfer Part): Phần chuyển giao tin báo L1 (Layer 1): Lớp Giao diện kết nối SGSN với HLR báo hiệu số 7, cung cấp khả truy nhập tới tất nút mạng báo hiệu số 7, bao gồm HLR nội mạng PLMN khác Tại giao diện này, giao thức MAP hỗ trợ cho khả trao đổi tín hiệu SGSN HLR Còn giao thức TCAP, SCCP, MTP3, MTP2 giống giao thức sử dụng hỗ trợ MAP mạng GSM 8.2.3 Giao diện Gs Giao diện Gs giao diện SGSN MSC/VLR trường hợp kết hợp dịch vụ chuyển mạch gói GPRS chuyển mạch kênh GSM Cấu trúc giao diện Gs: Hình 2.4 Ngăn xếp giao thức Gs Tại giao diện này, giao thức BSSAP+ phần thủ tục BSSAP nhằm hỗ trợ cho việc báo hiệu SGSN MSC/VLR 8.2.4 Giao diện Gf Giao diện Gf giao diện ghi định vị nhận dạng thiết bị EIR SGSN để hỏi số IMEI trạm di động Tại giao diện này, giao thức MAP hỗ trợ cho báo hiệu hai phần tử SGSN EIR phục vụ cho việc nhận dạng thiết bị đầu cuối EIR (Equipment Identity Register): Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị 8.2.2 Giao diện Gd Cấu trúc giao diện Gd: SGSN Gd SMS- Hình 2.6 Ngăn xếp giao thức Gd SGSN (Serving GPRS Support Node): Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS SMS - GMSC (Gateway MSC for Short Message Service): Tổng đài di động liên mạng cho dịch vụ nhắn tin ngắn Gd giao diện SGSN với SMS - GMSC SGSN với SMS - IWMSC Tại giao diện này, giao thức MAP hỗ trợ cho việc báo hiệu SGSN SMS - SMSC phục vụ cho việc truyền tải tin ngắn 8.2.6 Giao diện Gn Cấu trúc giao diện Gn: SGSN Gn GGSN Hình 2.7 Ngăn xếp giao thức Gn GGSN (Gateway GPRS Support Node): Nút hỗ trợ cổng nối GPRS GTP (GPRS Tunneling Protocol): Giao thức tạo đường hầm GPRS UDP (User Datagram Protocol): Giao thức liệu gói người sử dụng IP (Internet Protocol): Giao thức Internet Gn giao diện SGSN hay SGSN GGSN, chức lớp, giao thức mô tả phần trước Gn thường cấu giao diện IP, giao diện sử dụng giao diện vật lý riêng biệt với địa IP riêng biệt Việc ghép kênh (multiplexing) giao diện IP thực mức định tuyến IP 8.2.7 Giao diện Gi Cấu trúc giao diện Gi: MS Um GGS Gi Hệ thống cuối Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức Gi Gi giao diện GGSN mạng số liệu bên ngồi mạng liệu gói chuyển mạch công cộng PSPDN (Public Switched Data Network), mạng liệu gói chuyển mạch kênh CSPDN (Circuit Switched Packet Data network), Internet, Intranet nhằm phục vụ cho việc trao đổi liệu thuê bao di động mạng 8.2.8 Giao diện Gc Cấu trúc giao diện Gc: MAP MAP TCAP TCAP SCCP SCCP MTP3 MTP3 MTP2 MTP2 L1 L1 GGSN 8.2.9 Gc Hình 2.9 Ngăn xếp giao thức Gc HLR Giao diện Gc Cấu trúc giao diện Gc: MAP MAP TCAP TCAP SCCP SCCP MTP3 MTP3 MTP2 MTP2 L1 L1 GGSN Gc Hình 2.9 Ngăn xếp giao thức Gc HLR Qua giao diện phần tử GGSN HLRcó thể trao đổi thơng tin báo hiệu cho Có hai cách thiết lập báo hiệu cụ thể: - Nếu giao tuyến báo hiệu số (SS7) cài đặt GGSN, giao thức MAP sử dụng để trao đổi thông tin GGSN HLR - Nếu giao diện SS7 không cài đặt GGSN, phần tử GSN (GPRS Support Node - Nút hỗ trợ GPRS) mạng di động mặt đất công cộng PLMN cài đặt giao diện SS7 với vai trò GGSN sử dụng việc trao đổi GTP MAP để trao đổi thông tin GGSN HLR 8.3 Giao diện vô tuyến Um Giao diện vô tuyến Um giao diện máy di động phân hệ trạm gốc BSS mà máy di động mạng trao đổi báo hiệu liệu cho Giao diện vơ tuyến GPRS phân cấp thành lớp logic (Hình 2.10) Hình 2.10 Giao diện vô tuyến Lớp vật lý phân chia theo chức thành hai lớp con: Lớp RF vật lý lớp kết nối vật lý 8.3.1 Lớp RF vật lý Thực điều chế dạng sóng tín hiệu từ chuỗi bit nhận từ lớp liên kết vật lý Lớp giải điều chế dạng sóng thu thành chuỗi bit để chuyển lên lớp liên kết vật lý Lớp sử dụng tảng cho GPRS 8.3.2 vật lý Lớp kết nối Cung cấp kênh vật lý trạm di động MS mạng Chức bao gồm ghép khối liệu, mã hoá số liệu, phát hiệu chỉnh lỗi truyền dẫn đường truyền vật lý Lớp liên kết vật lý sử dụng dịch vụ lớp RF vật lý Chức điều khiển lớp liên kết vật lý cho phép trì thơng tin kênh vật lý MS mạng Các thủ tục chuyển giao không sử dụng GPRS, thay vào thủ tục cập nhật định tuyến cập nhật (cell) Lớp liên kết vật lý có nhiệm vụ thực thủ tục sau: - Mã hoá sửa lỗi trước, cho phép phát hiệu chỉnh từ mã phát thị từ mã hiệu chỉnh - Ghép xen - Thủ tục phát nghẽn liên kết vật lý - Thủ tục đồng để điều chỉnh tham số TA (Timing Advance - Định thời sớm) - Định thời sớm thủ tục giám sát đánh giá chất lượng tín hiệu - Thủ tục lựa chọn tái lựa chọn ô - Thủ tục điều khiển công suet phát - Thủ tục cho phép tiết kiệm pin thu không liên tục DRX (Discontinuous Reception) 8.3.3 RLC/MAC Lớp MAC (Medium Access Control - Điều khiển truy nhập trung gian) xác định thủ tục cho phép nhiều máy di động chia sẻ tài nguyên chung (ví dụ chia sẻ kênh vật lý), MAC cho phép máy di động đơn lẻ sử dụng nhiều kênh vật lý đồng thời RLC (Radio Link Control - Điều khiển kết nối vô tuyến) xác định thủ tục truyền lại khối liệu RLC bị lỗi, cung cấp khả phân mảnh xếp lại khối liệu gói PDU lớp LLC vào khối liệu RLC Cụ thể: Chức MAC: - Cung cấp khả ghép kênh liệu báo hiệu đường lên đường xuống - Điều khiển truy nhập kênh vô tuyến, thực thủ tục phát hiện, khôi phục tránh xung đột (đối với việc truy nhập khởi tạo từ máy di động) - Quản lý hàng đợi gói liệu truy nhập kênh kết nối MS - Quản lý mức ưu tiên Chức RLC: - Truyền tải PDU LLC lớp LLC chức MAC - Phân mảnh xếp PDU LLC vào khối liệu RLC - Sửa lỗi lùi BEC (Back Error Correction), cho phép truyền lại từ mã không - Truyền tải từ mã tuỳ thuộc vào điều kiện kênh truyền dẫn 8.3.4 Lớp LLC Các chức lớp LLC bao gồm: - Truyền tải khối liệu giao thức phân hệ mạng SN - PDU (SubNetwork - Protocol Data Unit) lớp SNDCP lớp LLC - Truyền tải khối liệu gói PDU lớp điều khiển kết nối logic LL (LL - PDU) máy di động SGSN - Phân phát LL - PDU từ điểm đến điểm hai chế độ: xác nhận không xác nhận máy di động SGSN - Phân phát LL - PDU từ điểm đến đa điểm máy di động SGSN - Phát khôi phục LL - PDU bị thất lạc - Điều khiển luồng LL - PDU máy di động SGSN Mã hoá LL - PDU 8.3.5 GMM/SM (Quản lý di động GPRS/ Quản lý phiên) Giao thức Hỗ trợ cho chức quản trị di động mạng GPRS bao gồm: quản lý việc nhập mạng, rời mạng, cập nhật vùng định tuyến, cập nhật vùng định vị, khởi tạo/ huỷ bỏ PDP context Cần lưu ý SNDCP phần giao thức GMM/SM 8.4 tuyến GPRS Mạng vô 8.4.1 Kênh vật lý Hệ thống mạng GPRS sử dụng hồn tồn giao diện khơng gian (Air Interface) kết nối trạm di động MS trạm thu phát gốc BTS mạng GSM có nghĩa đa truy nhập theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Asscess) khung TDMA tạo thành khe thời gian tần số vô tuyến (Radio Frequency Time Slot) Một khe thời gian tần số vô tuyến khung TDMA gọi kênh vât lý Thông tin gửi khe thời gian tần số vô tuyến gọi cụm (Burst) Một kênh vật lý sử dụng cho kênh logic phần kênh logic Việc ấn định kênh GPRS khác với GSM GPRS cho phép trạm di động truyền nhiều khe thời gian khung TDMA (hoạt động theo kiểu đa khe thời gian) Điều cho phép ấn định kênh linh hoạt, từ đến khe thời gian khung TDMA ấn định cho trạm di động Hơn nữa, đường up-link down-link ấn định riêng, điều cho phép tăng hiệu suất dạng liệu khơng đối xứng trình duyệt WEB chẳng hạn dạng ứng dụng dùng đường down-link nhiều đường up-link Đối với GSM, kênh tần số ấn định vĩnh viễn cho thuê bao định thời gian gọi cho dù liệu có truyền hay không Ngược lại, GPRS, kênh tần số ấn định gói liệu gửi nhận sau kênh tần số giải phóng sau kết thúc truyền Đối với việc truyền không liên tục liệu, điều cho phép sử dụng có hiệu nguồn tài nguyên vô tuyến khan Với nguyên tắc này, nhiều thuê bao chia sẻ kênh vật lý Một GPRS ấn định kênh vật lý cho lưu lượng GPRS Kênh vật lý biểu thị kênh liệu gói (Packet Data Channel) Các kênh PDCH tách từ tổ hợp kênh rỗi ô Do đó, tài ngun chia sẻ tất trạm di động GPRS trạm GPRS Việc xếp kênh vật lý cho dịch vụ chuyển mạch gói (GPRS) dịch vụ chuuyển mạch kênh (GSM) thực cách linh động (nguyên tắc dung lượng theo yêu cầu) phụ thuộc vào tải tại, mức độ ưu tiên dịch vụ mức đa khe thời gian Thủ tục giám sát tải sử dụng để giám sát tải kênh PDCH ô Dựa vào nhu cầu tại, kênh ấn định cho dịch vụ GPRS với số lượng kênh PDCH thay đổi Các kênh vật lý không sử dụng cho dịch vụ GSM ấn định thành kênh PDCH để tăng số lượng kênh cho dịch vụ GPRS Khi nhu cầu tài nguyên vơ tuyến cho dịch vụ có mức ưu tien cao, kênh PDCH ấn định lại 8.4.2 logic GPRS Các kênh Nhiều loại thông tin khác truyền trạm thu phát gốc trạm di động báo hiệu, quảng bá thông tin chung hệ thống, đồng bộ, ấn định kênh, paging truyền tải Các loại thông tin khác truyền kênh vật lý phân loại thành nhóm khác gọi kênh logic Các kênh logic xếp kênh vật lý theo sơ đồ xếp Bảng sau liệt kê kênh logic chứa gói liệu xác định GPRS Giống GSM, kênh logic chia thành loại Các kênh lưu lượng kênh báo hiệu (điều khiển ... ngồi Nhìn từ phía mạng bên ngồi GPRS đóng vai trò định tuyến đến tất thuê bao phục vụ GPRS ❖ Định tuyến truyền tải liệu GPRS mạng liệu GPRS ❖ Quản trị phiên làm việc GPRS, thiết lập thơng tin phía... - Hệ thống liệu máy chủ tên miền 7.2.1 Chức phần tử mạng GPRS a Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN - Serving GPRS Support Node) phụ trách việc phân phân phát định tuyến... Transceiver Station - Trạm thu phát gốc SGSN: Serving GPRS Support Node - Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS GGSN: Gateway GPRS Support Node - Nút hỗ trợ cổng GPRS BG: Border Gateway - Cổng ngoại biên EIR: Equipment