Vỡ lỳc đầu GSM được thiết kế cho lưu lượng chuyển mạch kờnh, nờn việc đưa dịch vụ chuyển mạch gúi vào đũi hỏi phải bổ sung thờm thiết bị cho mạng (hỡnh 2.19). Mạng GPRS kết nối với cỏc mạng số liệu cụng cộng như IP và mạng X.25. Nỳt hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) và nỳt hỗ trợ GPRS cổng (GGSN) thực hiện nhận và truyền cỏc gúi số liệu giữa cỏc MS và cỏc thiết bị đầu cuối số liệu cố định của mạng số liệu cụng cộng. Nỳt GGSN cũn cho phộp truyền nhận cỏc gúi số liệu đến cỏc MS ở cỏc mạng thụng tin di động GSM khỏc. Giao diện vụ tuyến của GPRS sử dụng cỏc tớnh năng cơ bản của giao diện vụ tuyến GSM. Như vậy, cả dịch vụ
chuyển mạch kờnh và chuyển mạch gúi đều cú thể sử dụng cựng súng mang. Tuy nhiờn, mạng đường trục của GPRS được thiết kế sao cho nú khụng phụ thuộc vào giao diện vụ tuyến.
Hỡnh 2.19 Cấu trỳc hệ thống GPRS
Chức năng cỏc phần tử trong mạng GPRS:
Nỳt hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN - Serving GPRS Support Node)
Phụ trỏch việc phõn phỏt và định tuyến cỏc gúi số liệu giữa mỏy di động MS và cỏc mạng truyền số liệu bờn ngoài. SGSN khụng chỉ định tuyến cỏc gúi số liệu giữa mỏy di động MS và nỳt hỗ trợ cổng GPRS - GGSN mà cũn đăng ký cho cỏc mỏy di động GPRS mới xuất hiện trong vựng phục vụ của nú. SGSN tương tự như MSC/VLR trong vựng chuyển mạch kờnh nhưng thực hiện cỏc chức năng tương tự ở vựng chuyển mạch gúi. Cỏc chức năng này bao gồm: quản lý di động, an ninh và cỏc chức năng điều khiển truy nhập.
Vựng phục vụ của SGSN được chia thành cỏc vựng định tuyến (RA: Routing Area) cỏc vựng này tương tự như vựng định vị (LA) ở chuyển mạch kờnh, khi mỏy di động GPRS chuyển động từ một RA này đến một RA khỏc, nú thực hiện cập nhật vựng định tuyến cũng giống như cập nhật vựng định vị ở chuyển mạch kờnh. Chỉ cú một sự khỏc nhau duy nhất là MS cú thể cập nhật RA ngay cả khi đang xảy ra phiờn
số liệu. Theo thuật ngữ của GPRS thỡ phiờn số liệu đang xảy ra này được gọi là ngữ cảnh giao thức số liệu gúi (PDP Context: Packet Data Protocol Context). Trỏi lại, khi một MS đang thực hiện một cuộc gọi chuyển mạch kờnh, sự thay đổi vựng định vị khụng dẫn đến cập nhật vựng định vị.
Một SGSN cú thể phục vụ nhiều BSC, cũn một BSC chỉ giao diện với một SGSN. Giao diện Gb giữa SGSN với BSC (thực chất là với PCU: Packet Control Unit ở BSC) được sử dụng để chuyển giao bỏo hiệu và cỏc thụng tin điều khiển cũng như lưu lượng của người sử dụng đến và từ SGSN.
SGSN cú cỏc chức năng chớnh sau:
- Quản trị di động: bao gồm quản lý việc nhập mạng, rời mạng của thuờ bao GPRS, quản lý vị trớ hiện diện của thuờ bao trong vựng phục vụ, thực hiện cỏc chức năng bảo mật, an ninh cho mạng...
- Định tuyến và truyền tải cỏc gúi dữ liệu đi, đến hay được xuất phỏt từ vựng phục vụ của SGSN đú.
SGSN cũng giao diện với bộ ghi định vị thường trỳ (HLR) thụng qua giao diện Gr. Đõy là giao diện trờn cơ sở bỏo hiệu số 7. SGSN sử dụng giao diện Gr để cập nhật vị trớ cỏc thuờ bao GPRS ở HLR và để nhận được thụng tin đăng ký của thuờ bao liờn quan đến GPRS đối với mọi thuờ bao nằm trong vựng phục vụ của SGSN. Tuỳ chọn, một SGSN cú thể giao diện với MSC thụng qua giao diện Gs. Đõy cũng là giao diện trờn cơ sở bỏo hiệu số 7. Mục đớch của Gs là đảm bảo sự kết hợp giữa MSC/VLR và GPRS cho cỏc thuờ bao sử dụng cả hai dịch vụ. Nếu một thuờ bao hỗ trợ cả dịch vụ thoại là dịch vụ số liệu gúi và nú đó nhập mạng GPRS, thỡ MSC cú thể tỡm gọi thuờ bao này cho cuộc gọi thoại thụng qua SGSN bằng cỏch sử dụng Gs.
Nỳt hỗ trợ cổng GPRS (GGSN)
GGSN (Gateway GPRS Support Node) là điểm giao diện với cỏc mạng số liệu gúi bờn ngoài. Một SGSN cú thể giao diện với một hay nhiều GGSN và giao diện này gọi là Gn. Đõy là giao diện trờn cơ sở IP được sử dụng để mang bỏo hiệu và số liệu người sử dụng. Giao diện Gn sử dụng giao thức xuyờn đường hầm GPRS
(GTP: GPRS Tunneling Protocol). Giao diện này truyền xuyờn số liệu giữa SGSN và GGSN qua mạng đường trục IP. SGSN cú thể giao diện với cỏc SGSN khỏc trong mạng. Giao diện này cũng là Gn và cũng sử dụng GTP. Chức năng của giao diện này là đảm bảo truyền xuyờn cỏc gúi từ một SGSN cũ đến một SGSN mới khi xảy ra cập nhật định tuyến trong thời gian một phiờn số liệu gúi. Quỏ trỡnh chuyển hướng cỏc gúi từ một SGSN này đến một SGSN khỏc rất ngắn đỳng bằng thời gian mà SGSN mới và SGSN thiết lập PDP context giữa chỳng. Quỏ trỡnh này khỏc với chuyển giao giữa cỏc MSC ở GSM. Ở trường hợp GSM, MSC đầu tiờn vẫn duy trỡ vai trũ MSC của nú cho đến khi cuộc gọi kết thỳc.
Khi SGSN và GGSN thuộc về hai mạng di động mặt đất cụng cộng PLMN (Public Land Mobile Network) khỏc nhau, chỳng được kết nối thụng qua giao diện Gp. Trong đú giao diện Gp bao gồm chức năng của Gn cộng thờm chức năng về an ninh được yờu cầu khi trao đổi thụng tin giữa cỏc PLMN khỏc nhau.
Hệ thống trạm gốc BSS
Phần BSS cung cấp tất cả cỏc chức năng điều khiển và truyền dẫn thụng tin phần vụ tuyến của mạng, bao gồm:
- Khối điều khiển dữ liệu gúi PCU (Packet Control Unit)
Khối điều khiển dữ liệu gúi PCU cú nhiệm vụ kết hợp cỏc chức năng điều khiển kờnh vụ tuyến GPRS (Điều khiển truy nhập giao diện vụ tuyến) với phần hệ thống trạm gốc BSS của mạng GSM hiện tại. PCU định tuyến cỏc bản tin bỏo hiệu, và truyền tải dữ liệu của người sử dụng. PCU sẽ lắp rỏp và sắp xếp lại dữ liệu để chuyển tới SGSN. Tại PCU cỏc khối dữ liệu RLC sẽ được sắp xếp trong khung LLC (điều khiển liờn kết logic), sau đú được chuyển tới SGSN. PCU đặt tại BSC và phục vụ BSC đú.
- Bộ điều khiển trạm gốc BSC
Trong mạng GPRS, BSC đúng vai trũ trung tõm phõn phối, định tuyến dữ liệu và thụng tin bỏo hiệu GPRS. BSC cú thể thiết lập, giỏm sỏt và huỷ bỏ kết nối của cỏc cuộc gọi chuyển mạch kờnh cũng như chuyển mạch gúi.
- Trạm gốc BTS cung cấp khả năng ấn định kờnh vật lý tại cỏc khe thời gian cho cuộc gọi chuyển mạch kờnh trong mạng GSM và dữ liệu chuyển mạch gúi GPRS. BTS kết hợp với BSC để thực hiện cỏc chức năng về vụ tuyến.
Phần chuyển mạch
- Trung tõm chuyển mạch di động/ Bộ đăng ký tạm trỳ MSC/VLR
MSC/VLR(Mobile Switching Center/Visitor Location Register) được sử dụng cho việc đăng ký và liờn lạc với thuờ bao nhưng khụng đúng vai trũ gỡ trong việc định tuyến dữ liệu GPRS. Trong hệ thống GPRS, MSC/VLR khụng được dựng cho thủ tục nhận thực thuờ bao như trong hệ thống GSM mà thay vào đú là HLR, do đú SGSN sẽ nhận bộ ba thụng số dành cho việc nhận thực từ bộ đăng ký thường trỳ/trung tõm nhận thực - HLR/AUC.
- Thiết bị cung cấp dịch vụ nhắn tin ngắn (SMS-GMSC và SMS- IWMSC): SMS-GMSC (Tổng đài di động cú cổng cho dịch vụ SMS) và SMS-IWMSC (Tổng đài di động liờn mạng cho dịch vụ SMS) được kết nối với SGSN qua giao diện Gd nhằm cung cấp khả năng truyền tải cỏc bản tin ngắn.
Bộđăng ký thường trỳ/ trung tõm nhận thực - HLR/AUC
Bộ đăng ký thường trỳ HLR lưu giữ tất cả cỏc thụng tin về thuờ bao GSM cũng như GPRS. Thụng tin về thuờ bao GPRS được trao đổi giữa HLR với SGSN. Thờm vào đú, như đó trỡnh bày, HLR được sử dụng trực tiếp cho việc nhận thực thuờ bao thay cho MSC/VLR trong hệ thống GSM. SGSN sẽ nhận bộ ba thụng số nhận thực từ HLR/AUC.
Bộđăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register)
EIR vẫn thực hiện chức năng như trong hệ thống GSM. EIR lưu giữ tất cả cỏc dữ liệu liờn quan đến thiết bị đầu cuối MS. EIR được nối đến MSC qua đường bỏo hiệu để kiểm tra sự được phộp của thiết bị, một thiết bị khụng được phộp sẽ bị cấm.
Thiết bịđầu cuối GPRS (MS)
Thiết bị đầu cuối GPRS cú thể chia làm ba loại:
Như vậy người sử dụng loại 1 cú thể vừa núi chuyện vừa truyền số liệu GPRS cựng một lỳc. (sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch kờnh và gúi đồng thời).
- Loại 2: Hỗ trợ đồng thời việc nhập mạng GPRS và nhập mạng GSM, nhưng khụng cho phộp sử dụng đồng thời cả hai dịch vụ. Người sử dụng loại 2 cú thể được đăng ký ở mạng GSM và GPRS đồng thời, nhưng khụng thể vừa núi chuyện vừa truyền số liệu. Nếu người sử dụng đó cú một phiờn số liệu GPRS và muốn thiết lập cuộc thoại, thỡ phiờn này khụng bị xoỏ. Đỳng hơn là phiờn bị treo và chờ cho đến khi cuộc thoại này kết thỳc.
- Loại 3: Cú thể nhập mạng GPRS hoặc GSM nhưng khụng thể nhập đồng thời cả hai mạng. Như vậy tại một thời điểm nhất định thiết bị loại 3 hoặc là thiết bị GSM hoặc là thiết bị GPRS. Nếu đó nhập một loại dịch vụ, thỡ cú thể coi rằng thiết bị đó rời bỏ dịch vụ kia.