III. Các chức năng của GPRS
6- Quản lý mạng
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. Trong hệ thống GPRS phase 1, chức năng O&M của nó độc lập với chức năng O&M của GSM và sẽ có một giải pháp quản lý ít tập trung. Mỗi phần tử mạng GPRS sẽ có nút quản lý độc lập của nó. Trong cấu trúc O&M của GPRS phase 2, một nút quản lý mạng có chức năng kiểm soát toàn bộ các phần tử mạng nhng việc quản lý mạng GSM và GPRS vẫn riêng rẽ.
Chơng III: các thủ tục trao đổi báo hiệu trong mạng GPRS
Kiến trúc mạng GPRS dựa trên nền mạng GSM và bổ sung thêm hai nút mới là SGSN và GSN. Chơng này sẽ đề cập về các thủ tục trao đổi giữa các phần tử trong mạng GPRS. Sự trao đổi báo hiệu và truyền dẫn dữ liệu giữa các GSN với nhau và giữa các GSN với MSC, HLR, VLR...Thủ tục trao đổi giữa các GSN sử dụng một giao thức mới, giao thức GTP. GTP bao gồm các thủ tục báo hiệu và truyền dẫn dữ liệu. Cũng nh trong mạng thông tin di động GSM, trao đổi dữ liệu và báo hiệu giữa các GSN và các phần tử khác dùng hệ thống báo hiệu số 7.
1. Giao thức GTP 1- Giới thiệu
GTP – GPRS Tunneling Protocol là một giao thức truyền dẫn trong mạng GPRS giữa các nút hỗ trợ GSN. GTP bao gồm các thủ tục trao đổi và truyền dẫn dữ liệu. Các thủ tục xử lý và trao đổi này dựa trên các bản tin và các phần thông tin chứa trong các bản tin đó.
GTP đợc sử dụng cho giao diện Gn (là giao diện giữa các GSN trong một PLMN) và giao diện Gp (là giao diện giữa các GSN trong các PLMN khác nhau). GTP cũng có thể đợc dùng đối với giao diện giữa các phần tử chức năng mạng và gateway tính cớc trong PLMN.
GTP cho phép các gói đa giao thức đợc truyền theo kiểu đờng hầm (tunnel) trong backbone PLMN. Đối với báo hiệu, GTP xác định một giao thức quản lý và điều khiển tunnel cho phép SGSN cung cấp khả năng truy nhập mạng cho MS. Báo hiệu đợc dùng để thiết lập, sửa và xoá các tunnel. Đối với truyền dẫn, GTP sử dụng một cơ chế tunnneling cung cấp một dịch vụ truyền tải các gói dữ liệu thuê bao. Việc lựa chọn tuyến truyền dẫn độc lập với dữ liệu thuê bao mà đợc “tunnelled” để yêu cầu hoặc không yêu cầu kênh kết nối tin cậy. Giao thức GTP chỉ đợc thực hiện bởi SGSN và GGSN. Một SGSN có thể kết nối với nhiều GGSN và ngợc lại, một GGSN có thể kết nối với nhiều SGSN để truyền lu lợng tới nhiều MS khác nhau.
2- GTP Header
Các bản tin báo hiệu và dữ liệu của GTP trao đổi giữa các phần tử trong mạng bao gồm hai phần: GTP header (tiêu đề) và Information Elements (các phần thông tin).
GTP Header bao gồm 20 octet (đơn vị độ dài bản tin), độ dài này là cố định đối với tất cả các bản tin. Các trờng trong phần này luôn phải có trong bản tin nh- ng nội dung của nó khác nhau phụ thuộc vào bản tin báo hiệu hay các T-PDU.
- Spare: Các bit không đợc sử dụng sẽ đợc bên gửi thiết lập bằng 1.
- PT (Protocol Type-kiểu giao thức): bit này chỉ ra là bản tin GTP (PT=1) hay bản tin GTP’ (PT=0).
- SNN: là cờ chỉ ra có chứa số thứ tự SNDCP N-PDU hay không.
- Message type: chỉ ra loại bản tin GTP.
- Length: chỉ thị độ dài (số octet) của bản tin GTP (G-PDU), chứa phần header của GTP.
- Sequence Number: là chỉ số thông dịch của bản tin báo hiệu và là số tuần tự tăng của các T-PDP.
- SNDCP N-PDU Number: đợc sử dụng trong thủ tục cập nhật vùng định tuyến để truyền dữ liệu giữa MS và SGSN.
- TID (Tunnel Identifier): là số nhận dạng tunnel, xác định các MM và PDP context.
- Flow Label: xác định luồng GTP.
Luồng báo hiệu liên kết với các GTP tunnel nhng riêng biệt với nhau. Giữa một cặp GSN-GSN có thể tồn tại nhiều đờng kết nối, trên mỗi đờng có thể truyền một hay nhiều tunnel. GTP là phơng thức thiết lập, sử dụng, điều khiển và xoá các tunnel, cho phép phát hiện kịp thời khi có lỗi kết nối giữa các GSN.
Các loại bản tin báo hiệu giữa hai GSN
Giá trị loại bản tin (Message type)
Bản tin báo hiệu
0 Cha đợc sử dụng
1 Yêu cầu Echo
2 Đáp ứng Echo
3 Version not supported 4 Yêu cầu nút trực tiếp 5 Đáp ứng nút trực tiếp 6 Yêu cầu Redirection 7 Đáp ứng Redirection 8-15 Cha đợc sử dụng
16 Yêu cầu thiết lập PDP context 17 Đáp ứng thiết lập PDP context 18 Yêu cầu cập nhật PDP context
19 Đáp ứng cập nhật PDP context 20 Yêu cầu xoá PDP context 21 Đáp ứng xoá PDP context
22 Yêu cầu thiết lập AA PDP context 23 Đáp ứng thiết lập AA PDP context 24 Yêu cầu xoá AA PDP context 25 Đáp ứng xóa AA PDP context 26 Xác định lỗi
27 Yêu cầu khai báo PDU 28 Đáp ứng khai báo PDU
29 Yêu cầu từ chối khai báo PDU 30 Đáp ứng từ chối khai báo PDU 31 Cha đợc sử dụng
32 Yêu cầu gửi thông tin định tuyến cho GPRS
33 Đáp ứng yêu cầu gửi thông tin định tuyến cho GPRS 34 Yêu cầu thông báo lỗi
35 Đáp ứng thông báo lỗi
36 Yêu cầu theo dỗi vị trí của MS
37 Đáp ứng yêu cầu theo dõi vị trí của MS 38-47 Cha đợc sử dụng
48 Yêu cầu nhận dạng 49 Đáp ứng nhận dạng
50 Yêu cầu context của SGSN 51 Đáp ứng context của SGSN 52 SGSN context Acknowledge 53-239 Cha đợc sử dụng
240 Yêu cầu truyền bản tin dữ liệu 241 Đáp ứng truyền bản tin dữ liệu 242-254 Cha đợc sử dụng
255 T-PDU
Trong các bản tin báo hiệu, GTP Header đợc sử dụng nh sau:
- SNN thiết lập bằng 0.
- Message Type đợc thiết lập bằng một giá trị duy nhất đối với mỗi loại bản tin báo hiệu.
- Length chỉ thị độ dài (số octet) của bản tin báo hiệu.
- SNDCP B-PDU Number: trờng này không đợc sử dụng trong bản tin báo hiệu. Nó đợc thiết lập bằng 255 ở phía phát và phía thu không quan tâm tới giá trị này.
- Sequence Number: là số chỉ thị bản tin của một đờng truyền hoặc một tunnel, có giá trị từ 0 đến 65535. Nếu một số cho trớc đợc sử dụng sẽ xác định rõ ràng một bản tin yêu cầu báo hiệu GTP gửi trên đờng truyền hay đờng hầm đó. Trờng này trong bản tin đáp ứng sẽ sao lại giống trong bản tin yêu cầu báo hiệu.
- TID đợc thiết lập bằng 0 trong các bản tin quản lý đờng, bản tin quản lý vị trí và bản tin quản lý di động. Trong các bản tin quản lý tunnel, TID sẽ chỉ ra các phiên MM và phiên PDP ở nút GSN đích.
- Trong các bản tin báo hiệu đờng truyền (Path Management) và các bản tin quản lý vị trí (Location Management), Flow Label không đợc sử dụng và đ- ợc thiết lập bằng 0. Trong bản tin quản lý tunnel (Tunnel Management) và bản tin quản lý di động (Mobile Management), Flow Label bằng một giá trị theo yêu cầu và chỉ ra luồng GTP.
2. Các bản tin báo hiệu
1- Các bản tin quản lý đờng kết nối (Path Management)
Các bản tin quản lý đờng kết nối giữa một cặp GSN bao gồm: yêu cầu/ đáp ứng Echo (Echo Request/Response).
Bản tin Echo Request đợc gửi tới một GSN khác để xác nhận sự tồn tại của GSN đó (nếu không xác định đợc GSN coi nh đờng kết nối tới GSN đó lỗi). Khi thiết lập một đờng kết nối giữa hai GSN, bắt buộc phải gửi bản tin này. Mỗi GSN sẵn sàng nhận bản tin này bất cứ lúc nào và phải gửi lại bản tin đáp ứng (trả lời).
2- Các bản tin quản lý Tunnel (Tunnel Management)
Bản tin quản lý Tunnel là các bản tin quản lý và điều khiển đợc sử dụng để thiết lập, cập nhật và xoá các tunnel. Các tunnel này định tuyến các T-PDU (T- PDU là gói ban đầu. Ví dụ nh một khối dữ liệu IP, từ MS hoặc một nút mạng ngoài. T-PDU là tải dữ liệu đợc ‘tunnelled’ trong GTP tunnel) giữa MS và các mạng dữ liệu ngoài thông qua SGSN và GGSN.
Các loại bản tin quản lý tunnel:
2.1- Yêu cầu/ Đáp ứng khởi tạo PDP context (Create PDP Context Request/Response) Request/Response)
Bản tin Request đợc gửi từ SGSN tới GGSN trong thủ tục kích hoạt một phiên giao dịch GPRS PDP context. Địa chỉ IP của GGSN đợc SGSN gửi đến là địa chỉ IP đầu tiên trong bảng các địa chỉ IP do DNS (server) cung cấp. Trong khi ‘chờ’ nhận đáp ứng, SGSN có thể nhận các G-PDU từ GGSN nhng không chuyển các G-PDU này tới MS. Nếu yêu cầu đợc chấp nhận thì một tunnel đợc khởi tạo giữa PDP context trong SGSN và PDP context trong GGSN. Nếu không thành công, SGSN sẽ gửi lại bản tin này tới địa chỉ IP tiếp theo trong bản địa chỉ.
Bản tin đáp ứng đợc gửi lại từ GGSN tới SGSN. Khi SGSN nhận đợc bản tin đáp ứng với giá trị Cause là ‘Request Accepted’ (chấp nhận yêu cầu), SGSN sẽ kích hoạt PDP context và truyền các T-PDU tới (từ) mạng dữ liệu ngoài từ (tới) MS. PDP context không đợc khởi tạo trong GGSN nếu Cause khác ‘Request Accepted’.
2.2- Yêu cầu/Đáp ứng cập nhật PDP context (Update PDP Context Request/Response) Request/Response)
Bản tin Request đợc gửi từ SGSN tới GGSN trong thủ tục cập nhật định tuyến Inter-SGSN hoặc trong thủ tục sửa đổi PDP context hoặc phân bổ lại các context do phải chia sẻ tải. Bản tin này cũng đợc dùng khi muốn thay đổi QoS và đờng truyền. Khi MS chuyển sang một SGSN mới quản lý, SGSN sẽ thực hiện gửi bản tin này.
Bản tin Response đợc gửi lại từ GGSN tới SGSN. Nếu SGSN nhận bản tin này với giá trị Cause là ‘Request Accepted’, nó sẽ ngắt PDP context.
2.3- Yêu cầu/Đáp ứng xoá PDP context (Delete PDP Context Request/Response) Request/Response)
Bản tin Request đợc gửi từ SGSN tới GGSN trong thủ tục ngắt kết nối mạng GPRS hoặc trong thủ tục giải phóng PDP context; hoặc đợc gửi từ GGSN đến SGSN trong thủ tục giải phóng PDP context đợc khởi tạo bởi GGSN. Khi tắc nghẽn, bản tin này thực hiện theo mức u tiên thông qua các bản tin quản lý tunnel.
2.4- Yêu cầu/ Đáp ứng khởi tạo AA PDP context (Creat AA PDP Context Request/Response) Request/Response)
SGSN gửi bản tin này tới GGSN trong thủ tục kích hoạt PDP context truy nhập ngầm định (Anomynous Access). Nó đợc sử dụng để tạo một tunnel giữa PDP context trong SGSN và PDP context trong GGSN. Quá trình gửi bản tin và
nhận các bản tin phúc đáp cũng nh truyền/nhận bản tin Create PDP context Request/Response.
2.5- Yêu cầu/Đáp ứng xóa AA PDP context (Delete AA PDP Context Request/Response) Request/Response)
Bản tin xóa AA PDP context đợc gửi từ SGSN tới GGSN trong thủ tục giải phóng AA PDP context. GGSN có thể gửi yêu cầu tới SGSN nếu phát hiện ra việc sử dụng dịch vụ không hợp pháp, nó sẽ giải phóng PDP context đang hoạt động. Trờng Cause biểu thị SGSN sẽ gửi yêu cầu số nhận dạng thực (nh IMSI hoặc số IMEI) của MS ngầm định hay không. Nếu trong bản tin, giá trị Cause khác ‘Request Accepted’, PDP context vẫn giữ ở trạng thái active (không bị xoá).
2.6- Dấu hiệu lỗi (Error Indication)
SGSN gửi bản tin này tới GGSN nếu PDP context hoặc MM context không tồn tại hay PDP context ở trạng thái không tích cực khi nhận một G-PDU. Bản tin này cũng đợc gửi từ SGSN mới tới SGSN cũ nếu PDP context không tồn tại khi nhận G-PDU. Ngợc lại, GGSN cũng gửi bản tin này nếu không tồn tại PDP context khi nhận G-PDU. GGSN và SGSN cũ sẽ xóa PDP context của nó và thông báo với phần tử vận hành và bảo dỡng mạng khi nhận đợc bản tin Error Indication. SGSN gửi thông báo tới MS khi một PDP context đã đợc xóa do nhận đợc bản tin này. Sau đó MS yêu cầu thiết lập lại PDP context.
2.7- Yêu cầu khai báo PDU (PDU Notification Request)
Khi nhận một T-PDU, GGSN sẽ kiểm tra PDP context đã đợc thiết lập đối với địa chỉ PDP đó cha. Nếu PDP context cha đợc thiết lập từ trớc, GGSN sẽ vận chuyển các T-PDU bằng cách khởi tạo các thủ tục kích hoạt PDP từ mạng. SGSN
dựa trên thông tin thuê bao trong GGSN để quyết định truyền T-PDU tới MS hay không.
GGSN gửi bản tin PDU Notification Request tới SGSN xác định vị trí hiện tại của thuê bao. Khi nhận bản tin này, SGSN thông báo cho MS kích hoạt PDP context. IMSI đợc chèn vào phần IMSI của TID trong GTP Header của bản tin. Phần thông tin End User Address chứa loại PDP và địa chỉ PDP mà SGSN yêu cầu MS để kích hoạt. Nếu GGSN nhận yêu cầu khởi tạo PDP context trớc bản tin khai báo PDU, GGSN sẽ xử lý bản tin này và không quan tâm đến bản tin khai báo PDU. Nếu SGSN nhận bản tin khai báo PDU sau khi gửi bản tin yêu cầu khởi tạo PDP context nhng trớc khi nhận bản tin đáp ứng, SGSN sẽ chỉ gửi bản tin PDU Notification Response với giá trị của trờng Cause là ‘Request Accepted’ mà không xử lý và đợi bản tin Response. Bản tin đáp ứng đợc gửi từ GGSN đến SGSN.
3- Các bản tin quản lý vị trí (Location Management)
Các bản tin quản lý vị trí hỗ trợ khi sử dụng thủ tục kích hoạt PDP context đ- ợc yêu cầu từ mạng hoặc nút GGSN không có giao diện MAP của hệ thống báo hiệu số 7 (nh giao diện Gc). GTP đợc sử dụng để truyền các bản tin báo hiệu giữa GGSN với một nút GTP-MAP protocol-converting GSN (GSN chuyển đổi giao thức GTP thành MAP) trong mạng backbone của GPRS. GSN sẽ chuyển đổi các bản tin báo hiệu GTP thành các bản tin MAP. Các bản tin MAP đợc gửi và nhận từ HLR.
Khi nhận một T-PDU, GGSN sẽ kiểm tra PDP context đã đợc thiết lập cho địa chỉ PDP này cha. Nếu không có PDP context đợc thiết lập từ trớc, GGSN sẽ lu T-PDU này đồng thời thực hiện thủ tục PDP context Activation. Khi hoàn thành thủ tục, GGSN truyền T-PDU.
T C A P M A P U D P M T P 3 M T P 2 I P L 2 L 1 L 1 G T P S C C P T C A P M A P M T P 3 M T P 2 L 1 S C C P U D P I P L 2 L 1 G T P G T P - M A P I n t e r w o r k i n g G G S N G n G S N G c H L R Hình III.4: Báo hiệu giữa GGSN và HLR
qua bộ chuyển đổi giao thức GTP-MAP trong GSN
3.1- Gửi thông tin định tuyến đối với yêu cầu/đáp ứng của GPRS
GGSN gửi thông tin yêu cầu về thông tin định tuyến tới GTP-MAP Protocol- converting GSN để lấy địa chỉ IP của SGSN. IMSI đợc sử dụng để có địa chỉ IP này. Nếu GGSN nhận bản tin yêu cầu kích hoạt PDP context sau khi nhận bản tin này nhng trớc khi nhận bản tin đáp ứng, GGSN sẽ xử lý bản tin yêu cầu khởi tạo PDP context nh một sự khởi tạo context thông thờng và không quan tâm tới bản tin đáp ứng.
Bản tin Response do GTP-MAP Protocol-converting GSN gửi tới GGSN. Giá trị trong trờng Cause của bản tin chỉ ra có chấp nhận yêu cầu hay không.
3.2- Yêu cầu/đáp ứng báo lỗi (Failure Report Request/Response)
GGSN gửi bản tin này tới GSN chuyển đổi để tạo cờ MNRG cho IMSI trong HLR. IMSI chỉ ra MNRG nàp sẽ đợc thiết lập. Bản tin đáp ứng đợc gửi lại từ GGSN. Trờng MAP Cause chứa giá trị cause MAP từ HLR và không chứa giá trị nào nếu giá trị của trờng cause không phải là ‘Request Accepted’.
3.3- Yêu cầu/Đáp ứng khai báo vị trí hiện tại của MS (Note MS GPRS Presence Request/Response). Presence Request/Response).
GTP-MAP protocol converting GSN gửi bản tin này tới GGSN và thông báo rằng MS kết nối lại với mạng GPRS. GGSN dùng IMSI trong bản tin này và tìm tất cả các PDP context của IMSI. MNRG sẽ bị xoá và địa chỉ IP của SGSN sẽ đợc lu trong mỗi PDP context đợc tìm thấy.
4- Các bản tin quản lý di động (Mobile Management)
Các bản tin quản lý di động là các bản tin báo hiệu đợc gửi giữa các SGSN trong thủ tục GPRS attach và thủ tục cập nhật định tuyến giữa các SGSN. SGSN