Nghiên cứu cấu trúc mạng GPRS trên nền mạng 2G/3G để tối ưu hóa hiệu suất mạng và trải nghiệm người dùng

Các giao diện trong hệ thống GSM

Để tiết kiệm băng thông báo hiệu, việc chuyển giao chỉ do BSC mà không cần MSC quản lý và chỉ thông báo cho MSC khi hoàn thành chuyển giao. Trong khi các khe thời gian ở trạng thái chờ, MS quét kênh điều khiển quảng bá (BCCH) trong 16 cell lân cận, chọn ra 6 cell tốt nhất để phục vụ chuyển giao dựa trên độ dài tín hiệu nhận đợc. Quản lý di động cũng là một lớp chức năng, là lớp trên lớp RR, xử lý các chức năng di động của thuê bao và thực hiện nhận thực và bảo mật.

Thông thờng, bản tin cập nhật vị trí đợc gửi tới MSC/VLR mới mà lu các thông tin về vùng định vị, sau đó gửi các thông tin này tới HLR của thuê bao. Nếu thuê bao đợc phép sử dụng dịch vụ, HLR gửi một tập các thông tin cần cho việc điều khiển cuộc gọi tới MSC/VLR mới và gửi một bản tin tới MSC/VLR cũ để xoá đăng ký cũ. Vì tài nguyên vô tuyến có thể đợc truy nhập bởi bất kỳ ngời nào, nên việc nhận thực ngời sử dụng là thành phần rất quan trọng trong mạng di động.

Cả MS và AuC sau đó sử dụng số ngẫu nhiên này cùng với mã bảo mật của thuê bao và thuật toán mã hoá để phát một đáp ứng đợc ký hiệu (SRES) lại AuC. Không giống nh định tuyến một cuộc gọi trong mạng cố định mà thiết bị đợc kết nối với bộ phận trung tâm, ngời sử dụng GSM có thể chuyển vùng quốc gia và quốc tế.

Cấu trúc giao thức GPRS

Truyền dẫn trong GPRS bao gồm một cấu trúc giao thức phân lớp, cung cấp việc chuyển giao thông tin ngời sử dụng theo các thủ tục điều khiển chuyển giao thông tin (điều khiển luồng, phát hiện, sửa lỗi). Tuy nhiên, GPRS triển khai trên nền mạng GSM nên một số giao thức vốn có của GSM vẫn đợc dùng tại các lớp thấp trong phân lớp giao thức. - RLC (điều khiển liên kết vô tuyến): cho phép thiết lập một đờng kết nối vô tuyến tới các lớp cao hơn (đủ độ tin cậy).

- MAC (điều khiển truy nhập): kiểm soát việc cấp phát và ghép kênh, RLC và MAC kết hợp tạo thành giao thức lớp 3 của giao diện Um. - LLC (điều khiển kết nối logic): thiết lập một liên kết logic (có tính bảo mật và tin cậy) giữa MS và SGSN với các lớp trên. - SNDCP (giao thức chuyển đổi độc lập nhân mạng): thực hiện sắp xếp và nén giữa lớp mạng và các lớp thấp.

- IP (giao thức Internet): là giao thức mạng đờng trục GPRS đợc sử dụng để định tuyến dữ liệu ngời sử dụng và điều khiển báo hiệu. Mạng đờng trục GPRS ban đầu dựa trên giao thức IP version.4, sau sử dụng IP version.6. - Relay (chuyển tiếp): trong hệ thống trạm gốc, chức năng này chuyển các PDU (đơn vị dữ liệu gói) điều khiển kênh logic giữa các giao diện Um và Gb.

- BSSGP (giao thức GPRS của hệ thống trạm gốc): lớp này thực hiện chức năng định tuyến và vận chuyển thông tin về QoS giữa BSS và SGSN. - NS (dịch vụ mạng): lớp này thực hiện việc truyền dẫn các BSSGP PDU qua giao diện Gb, có chức năng dự phòng phân tải cho phần Relay. NS dựa trên kết nối Frame Relay giữa BSS và SGSN, có thể qua nhiều hop và qua một mạng gồm nhiều nút chuyển mạch Frame Relay.

- TCP/UDP: mang các GTP PDU trong GPRS backbone dành cho các giao thức cần một kênh dữ liệu tin cậy (X.25). TCP cung cấp chức năng điều khiển luồng và bảo vệ chống suy hao và gián đoạn các GTP PDU. - GTP: giao thức này tạo tunnel (đờng hầm) cho dữ liệu ngời sử dụng và báo hiệu giữa các GSN trong GPRS backbone.

Các chức năng của GPRS

Chức năng này thực hiện việc nhận dạng và nhận thực ngời yêu cầu dịch vụ, hợp thức hoá loại yêu cầu dịch vụ để đảm bảo rằng thuê bao đợc phép sử dụng các dịch vụ mạng. Điều khiển tiếp nhận đợc thực hiện kết hợp với các chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến của mạng để đảm bảo những yêu cầu sử dụng tài nguyên vô tuyến trong mỗi cell. Chức năng này đợc thực hiện bởi chức năng lọc gói tin trong các rounter và các firewall cho phép truyền hay loại bỏ các bản tin không hợp lệ, tránh sự xâm nhập trái phép từ bên ngoài.

SGSN lu thông tin tính cớc của mỗi thuê bao liên quan tới việc sử dụng mạng vô tuyến; trong khi GGSN lu các thông tin tính cớc liên quan tới việc dùng mạng dữ liệu bên ngoài của mỗi thuê bao. - Mức độ sử dụng giao diện vô tuyến: thông tin tính cớc về số l- ợng dữ liệu đợc truyền theo hớng MS phát đi và MS thu về, đợc phân loại theo QoS và các giao thức ngời sử dụng. - Mức độ sử dụng tài nguyên chung của GPRS: thông tin tính cớc sẽ mô tả mức độ sử dụng của thuê bao đối với các tài nguyên khác nhau có liên quan tới GPRS cũng nh các hoạt động trong mạng GPRS của MS.

“Nghiên ” : là quá trình xác định và sử dụng một số nguyên tắc thích hợp để lựa chọn tuyến sẽ truyền một bản tin trong một mạng hoặc giữa các mạng PLMN. Chức năng phiên dịch và sắp xếp địa chỉ chuyển đổi địa chỉ giao thức mạng ngoài thành địa chỉ mạng nội bộ nhằm phục vụ cho việc định tuyến các gói tin trong mạng PLMN hoặc giữa các mạng PLMN. Việc nhắn tin và truyền dữ liệu không thực hiện đợc nhng MS có thể nhận dữ liệu trong dịch vụ PTM-M (dịch vụ điểm-đa điểm: là dịch vụ trong đó bản tin đợc phát tới tất cả. các thuê bao hiện thời trong một vùng địa lý).

MS sử dụng các thủ tục di động để khai báo cho SGSN khi vào vùng định tuyến mới, nhng không cần thông báo khi thay đổi cell trong cùng một vùng định tuyến. MS có thể kích hoạt hoặc giải phóng PDP context, MM context vẫn đợc duy trì trong trạng thái READY dù MS có hay không đợc cung cấp tài nguyên vô tuyến thậm chí khi không có dữ liệu đợc truyền. Việc khai báo kết nối mạng (GPRS attach), thuê bao di động chuyển sang trạng thái READY và nội dung quản lý di động đợc thiết lập, MS đợc nhận thực, khoá mã đựoc tạo ra, đờng kết nối có mã hoá đợc thiết lập và MS đợc cấp phát một TLLI (nhận dạng kênh logic tạm thời).

Khi MS vào cell mới và có thể vào vùng định tuyến mới thì MS phải thực hiện một trong ba thủ tục sau: cập nhật cell, cập nhật vùng định tuyến hoặc cập nhật kết hợp cell và vùng định tuyến. Số lợng các tài nguyên vô tuyến dành cho GPRS có thể thay đổi từ cell này tới cell khác phụ thuộc nhu cầu ngời sử dụng, hoặc đợc chỉ định bởi nhà vận hành mạng PLMN. Chức năng này cung cấp các cơ chế để hỗ trợ chức năng khai thác và bảo d- ỡng (O&M) liên quan tới GPRS nh quản lý lỗi, cấu hình, chỉ tiêu, bảo mật..đợc thực hiện từ xa hoặc tại chỗ.