MSC đảm nhiệm các chức năng sau: -Cập nhật thông tin từ SGSN.
-Yêu cầu gọi CS đến SGSN.
-Kết hợp báo hiệu cho mobile loại A/B. -Ngưng tạm thời hoặc chiếm lại (A và Gb).
Chương 4: Giao diện và hình thức quản lý của mạng GPRS 4.1. Các giao diện mạng:
-Giao diện Gb là giao diện giữa BSS (PCU và SGSN).
- Giao diện Gi là giao diện giữa GGSN và mạng dữ liệu công cộng.
- Giao diện Gn là giao diện giữa SGSN và GGSN (hoặc giữa 2 SGSN) trong một mạng di động)
- Giao diện Gp là giao diện giống như Gn nhưng giữa 2 mạng di động khác nhau.
Các giao diện sau chỉ dùng để truyền tải báo hiệu: - Giao diện Gc: giữa GGSN và HLR/GR.
- Giao diện Gf: giữa SGSN và EIR. - Giao diện Gr: giữa SGSN và HLR/GR.
- Giao diện Gs: giữa SGSN/SLR và MSC/VLR.
- Giao diện Gd: giữa 1 SGSN hoặc 1 MSC đấu nối tới trung tâm SMS.
4.2. Các kết nối trong mạng GPRS:
Mạng GPRS thực hiện chức năng chuyển các gói dữ liệu từ điểm tới điểm (PTP-Point To Point) cho người sử dụng như:
- Từ điểm truy nhập di động (Um) tới điểm truy nhập di động (Um). - Từ điểm truy nhập di động (Um) tới điểm truy nhập cố định (Gi). - Từ điểm truy nhập cố định (Gi) tới điểm truy nhập di động (Um). Chuẩn X.28 được áp dụng cho truy nhập từ MS tới GGSN.
Chuẩn X.25 được áp dụng cho truy nhập từ GGSN đến các mạng dữ liệu bên ngoài.
Có 2 dạng kết nối hỗ trợ:
- PTP-CLNS (Point To Point - Connectionless Network Service): Dịch vụ mạng không hướng kết nối, sử dụng giao thức IP.
- PTP-CONS (Point To Point - Connection Otiented Network Service): Dịch vụ mạng hướng kết nối, sử dụng giao thức X.25
4.3. Nguyên tắc hoạt động của GPRS:
Khi hoạt động, một thiết bị đầu cuối GPRS làm việc giống như một điện thoại di động chuẩn – cả hai liên lạc với một trạm gốc và cơ sở hạ tầng cung cấp tính năng xác thực, kết nối và dịch vụ. Điểm khác biệt chính là GPRS cho phép người sử dụng “được kết nối” liên tục với mạng.
Thay vì gửi dữ liệu tới một đích cố định - kết nối quay số, GPRS cho phép các gói dữ liệu được chèn vào một luồng kết nối thường trực. Các gói tin từ những người sử dụng khác nhau trong một tế bào được đan xen, sao cho dung lượng truyền dẫn “luôn có” (always-on) được chia sẻ, mà không có khe thời gian định trước thường trực được phân bổ cho một cuộc gọi. Do đó, dung lượng có thể được phân bổ khi cần thiết và giải phóng khi không cần.
Tốc độ truyền dữ liệu GSM là 14,4 kbit/s thông qua một kết nối cố định được thay thế trong GPRS băng cách truy nhập vào từ 1 tới 8 khe thời gian đồng thời chạy với dung lượng kết hợp vào khoảng 14,4 kbit/s cho mỗi khe. Tốc độ dữ liệu cụ thể tùy thuộc vào các điều kiện vô tuyến. Dung lượng này có được đến mức nào tùy thuộc vào các phiên bản GPRS khác nhau và các đặc tính khác nhau.
Ví dụ: GPRS lớp 8 (Class 8 GPRS) có thể xử lý tới 5 khe thời gian kế tiếp nhau, 4 khe nhận và 1 khe phát tín hiệu – cho tốc độ dữ liệu chiều về lên tới 50 kbit/s. Lớp 12 (Class 12 GPRS) cho phép bất kì tổ hợp nào của 5 khe giữa thu và phát.
Tất cả các gói tin được truyền dẫn trên các khe thời gian được chuyển từ trạm gốc (BTS) nhờ nút mạng hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) một SGSN có thể hỗ trợ nhiều trạm gốc, SGSN truy tìm tất cả các máy di động trong phạm vi vùng phục vụ của nó. Khi một thiết bị di động gửi các gói dữ liệu, chúng đi qua SGSN tới GGSN, tại đây, các gói được biến đổi để truyền qua mạng có thể là Internet, X.25 hoặc một mạng riêng. Các gói tin nhận từ Internet (nghĩa là gói IP) gửi tới máy di động được nhận bởi GGSN, chuyển tiếp đến SGSN phù hợp và sau đó chuyển đến người sử dụng di động.
Để chuyển tiếp các gói tin cho nhau thì SGSN và GGSN đóng gói chúng bằng một giao thức chuyên dùng gọi là giao thức đường hầm GPRS (GTP – GPRS Tunnel Protocol) hoạt động trên nền giao thức TCP/IP chuẩn. Các chi tiết chuyển đổi này của SGSN và GGSN là trong suốt với người sử dụng.
4.4. Các thành phần khác của mạng GPRS:
* HLR (Home Location Register) - bộ ghi vị trí thường trú (các thuê bao riêng của mạng) có nhiệm vụ lưu trữ thông tin về mỗi cá nhân phải thanh toán cước dịch vụ cho nhà khai thác GPRS của chính mạng này. Đặc biệt là HLR lưu trữ thông tin về các dịch vụ phụ, về các tham số chứng thực và về địa chỉ IP v.v... Các thông tin này được trao đổi giữa HLR và SGSN.
* VLR (Visitor Location Register) - bộ ghi vị trí tạm trú (các thuê bao chuyển vùng) có nhiệm vụ lưu trữ thông tin về mỗi trạm di động mà vào thời điểm cho trước đang nằm trong vùng phủ sóng của SGSN. Trong VLR có lưu trữ các thông tin về các thuê bao tương tự như trong HLR nhưng chỉ tới khi thuê bao rời khỏi vùng lãnh thổ mà bộ ghi tạm trú này phục vụ.
* EIR (Equipment Identity Register) - bộ ghi danh tính thiết bị (ghi các dữ liệu để nhận dạng thiết bị) có nhiệm vụ lưu giữ các thông tin cho phép khoá các cuộc gọi từ các thiét bị gian lận, trộm cắp hoặc bất hợp pháp.
4.5. Quản lý di động GPRS: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.5.1. Lưu đồ trạng thái quản lý di động.
Đăng nhập GPRS:
Đăng nhập GPRS được thực hiện để thông báo sự hiện diện của dịch vụ trong PLMN với mục đích sử dụng các dịch vụ PTM-G (Point To Multipoint – GPRS) hoặc GPRS PTP (GPRS Point To Point). Điều này có được ngay sau khi MS quyết định sử dụng dịch vụ GPRS. MS tự nhận biết do sử dụng đặc tính GSM của nó là số hiệu nhận dạng thuê bao di động IMSI (International Mobile Station Indentity) và số hiệu nhận dang tuyến logic tạm thời TLLI (Temporary Logical Link Identity).
Rời khỏi GPRS:
Rời khỏi GPRS được thực hiện khi MS thông báo tới PLMN về sự chuẩn bị kết thúc sử dụng dịch vụ GPRS. Một lần nữa, MS tự nhận biết do sử dụng đặc tính GSM của nó.
Đăng ký thông số dịch vụ:
Đăng ký thông số dịch vụ cho phép thuê bao tối ưu hiện trạng (profile) dịch vụ hiện tại để thực hiện các yêu cầu cần thiết thực tế của các thuê bao nắm trong khuôn khổ hiện trạng thuê bao. Kết quả đăng ký sẽ được thông báo lại MS trong thời hạn (term) được chấp nhận hay được đăng ký (accepted/registered) hoặc không được chấp nhận/không được đăng ký. Hiện trạng dịch vụ được đăng ký có hiệu lực trong toàn bộ quá trình thực hiện GPRS cho tới khi có sự thay đổi trong quá trình đăng ký, xóa hay thay đổi hiện trạng thuê bao. Các thông số dịch vụ có
thể được sửa đổi bao gồm: mức độ ưu tiên, mức độ tin cậy, khả năng tiếp thông (throighput), trễ, tính năng bảo an, …
Hình 4.1. cho thấy lưu đồ trạng thái của MS và SGSN là tương tự nhau:
Hình 4.1. Lưu đồ trạng thái nhập/tách khỏi GPRS
Chuyển từ trạng thái rỗi (Idle) sang trạng thái sẵn sàng (Ready):
Khi chuyển từ trạng thái rỗi sang sẵn sàng, trước tiên máy di động phải thực hiện đăng nhập và nếu thành công nó sẽ được mạng (SGSN) nhận biết. Nếu không thành công, máy di dộng sẽ quay lại trạng thái rỗi và SGSN cũng tương tự.
Khi ở trạng thái sẵn sàng, giao thức dữ liệu gói PDP được kích hoạt cho phép người sử dụng MS được thiết lập lớn phiên (session) dữ liệu gói với mạng dữ liệu gói (PDN), điều này tạo liên kết mạng dữ liệu gói PDN (Packet Data Network) giữa MS và SGSN.
Trong phạm vi PDP có hiệu lực, có thể truyền các khối dữ liệu giao thức PDU (Packet Data Unit). Một khi quá trình phát các PDU kết thúc thì bộ định thời cho trạng thái sẵn sàng (Ready Timer) bắt đầu hoạt động với giá trị mặc định nhưng có thể thay đổi bởi SGSN. Tuy nhiên, cả hai MS và SGSN phải sử dụng cùng một giá trị. Lúc này MS sẽ cập nhật cùng định tuyến (Routing Area).
Chuyển từ trạng thái sẵn sàng sang trạng thái dự phòng (Standby):
Trường hợp này xảy ra khi mãn hạn bộ định thời cho trạng thái sẵn sàng hoặc sự cưỡng chế từ MS hay SGSN. Nếu xảy ra một trong các điều kiện vừa nêu trên giao diện RLC/MAC thì sau đó MS chuyển sang trạng thái dự phòng. Ở trường hợp này chỉ còn cập nhật vùng định tuyến.
Chuyển từ trạng thái dự phòng sang trạng thái sẵn sàng:
Một khi các khối PDU được phát/thu, MS và SGSN sẽ chuyển sang trạng thái sẵn sàng và vùng PDP được khởi hoạt.
Chuyển từ trạng thái dự phòng sang trạng thái rỗi:
Khi ở chế độ dự phòng thì bộ định thời thứ 2 cũng hoạt động. Khi mãn hạn định thời hoặc một bản tin MAP (Mobile Application Part) cũng hủy bỏ vị trí (Cancel Location) thu được từ HLR thì sau đó nó thực hiện chuyển sang trạng thái rỗi. Vùng PDP (Packet Data Protocol) và MM (Mobile Management) được chuyển đi từ MS, SGSN và GGSN.
Chuyển từ trạng thái sẵn sàng sang trạng thái rỗi:
Do tách khỏi GPRS hay hủy bỏ vị trí định vị sẽ làm thay đổi trạng thái từ sẵn sàng sang trạng thái rỗi và trong quá trình này, cả hai phạm vi PDP và MM sẽ được chuyển bỏ vì MS không còn được tiếp tục kết nối tới mạng GPRS.
4.5.2. Đăng nhập và rời khỏi GPRS:
Trong quá trình đăng nhập GPRS, MS chuyển trạng thái của nó từ rỗi IDLE sang trạng thái sẵn sàng READY. Điều này có thể được thực hiện khi thuê bao mở máy hoặc khi thuê bao kích hoạt GPRS cho máy đầu cuối đã đăng nhập IMSI.
Khi rời khỏi GPRS thì MS chuyển trạng thái của nó từ sẵn sàng READY hoặc dự phòng STANDBY sang trạng thái rỗi IDLE. Công việc này có thể được thực hiện khi thuê bao tắt nguồn máy di động hoặc ngừng kích hoạt GPRS thiết bị di động có đăng nhập IMSI.
a. Đăng nhập GPRS:
Quá trình đăng nhập GPRS rất giống quá trình cập nhật vùng định tuyến. Vì vậy chỉ những điều khác biệt giữa đăng nhập và cập nhật được trình bày như sau:
Có hai sự khác biệt:
- Không có các bản tin về khung giao thức PDP được trao đổi (ví dụ như giữa hai SGSN như ở quá trình cập nhật vùng định tuyến ngoài SGSN) vì toàn bộ các khung giao thức PDP không hoạt động do MS đã thoát khỏi GPRS.
- Nếu thẻ SIM là mới thì bước đầu tiên khi yêu cầu đăng nhập MS cần phát đi yêu cầu này cùng với số nhận dạng IMSI không có P-TMSI bởi MS không có P- TMSI. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong quá trình đăng nhập GPRS cũng có thể kết hợp quá trình đăng nhập IMSI nếu giao diện Gs giữa MSC/VLR và SGSN được trang bị. Nếu giao diện này không được trang bị và nếu MS muốn thực hiện cả đăng nhập GPRS và IMSI thì MS sẽ thực hiện đăng nhập IMSI trước.
b. Rời khỏi GPRS:
Chức năng rút khỏi GPRS cho phép MS thông tin cho mạng là MS muốn rút khỏi GPRS hoặc kết hợp rút khỏi GPRS/IMSI. Chức năng rút khỏi GPRS ngầm
sự cố vô tuyến không thể khắc phục được do mất tuyến logic. Lúc này mạng sẽ tự cắt MS mà không cần thông báo cho nó (bởi vì ở các trường hợp này MS cũng không còn duy trì được lâu hơn).
Ở bản tin yêu cầu rút khỏi GPRS do MS phát đi có một dấu hiệu để thông báo cho SGSN biết để rút khỏi GPRS này phải do thiết bị tắt nguồn hay không. Điều này cần làm bởi nếu do tắt nguồn thì SGSN không cần phát đi bất kì bản tin tiếp nhận rút tách nào cho MS (Bởi vì MS không thể thu được).
Hình 4.2. Rời khỏi GPRS do MS khởi xướng
Quá trình rời khỏi GPRS cũng có thể kết hợp với quá trình rút tách IMSI nếu giao diện Gs giữa MSC/VLR và GGSN được trang bị. Nếu giao diện Gs không được trang bị mà MS muốn thực hiện cả rời khỏi GPRS và IMSI thì MS thực hiện rời khỏi GPRS trước.
Quá trình rời khỏi GPRS khởi xướng từ MS (không yêu cầu rút tách IMSI và không trang bị giao diện Gs) mô tả ở hình 4.2 và được diễn giải như sau:
1. MS phát bản tin yêu cầu tách khỏi GPRS (mà không rút IMSI) có chứa số nhận dạng P-TMSI tới SGSN.
2. Các khung giao thức PDP đang hoạt động ở GGSN riêng cho MS này bị ngừng hoạt dộng do SGSN phát bản tin yêu cầu xóa khung PDP có chứa bộ nhận dạng kênh Tunnel TID tới GGSN. GGSN xác nhận bằng đáp ứng xóa khung PDP có chứa TID tương ứng.
3. MS muốn tiếp tục giữ đăng nhập IMSI, tức là vẫn tiếp tục dịch vụ thoại và SMS nên chỉ thực hiện rời khỏi GPRS. Lúc này SGSN phát đi chỉ thị rút khỏi GPRS có chứa IMSI tới VLR. VLR cắt bỏ sự liên kết với SGSN và tiến hành cập nhật định vị cứng như đánh số mà không cần qua SGSN.
4. Công việc rời khỏi GPRS này không phải do cắt nguồn thiết bị nên SGSN phát tới MS bản tin tiếp nhận rút tách.
Quá trình rút tách kết hợp GPRS/IMSI do MS khởi xướng được mô tả ở hình 4.3 diễn giải chi tiết như sau:
Hình 4.3. Rút tách kết hợp GPRS/VLR do MS khởi xướng
1. MS phát tới SGSN bản tin yêu cầu rút tách kết hợp GPRS/VLR có chứa số nhận dạng P_TMSI và dấu hiệu chỉ thị cắt di động.
2. Các khung giao thức PDP đang hoạt động ở GGSN liên quan tới MS này được SGSN làm ngừng hoạt động nhờ phát tới GGSN bản tin yêu cầu xóa khung giao thức PDP có chứa bộ nhận dạng kênh Tunnel TID. GGSN xác nhận nhờ đáp ứng xóa khung giao thức PDP có chứa TID tương ứng.
3. SGSN phát tới VLR chỉ thị rút tách IMSI cùng với IMSI này.
Chương 5. Quản trị thuê bao di động GPRS.
Các phương thức quản lý di động GPRS – MMP (GPRS Mobility Management Procedure). Giao thức quản lý di động MMP được thực hiện xuyên suốt từ thuê bao MS tới nút hỗ trợ GPRS – SGSN. Giao thức này không chỉ chứa đựng toàn bộ cách thức cần thiết để quản lý dịch vụ di động cho thuê bao (như cập nhật vùng định tuyến) mà còn bao gồm cả các phương thức bảo an (như thể thức nhận thực).
5.1. Mã hóa thông tin.
Để tránh rối loạn, công việc khởi đầu truyền dẫn thông tin đã được mã hóa giữa MS và SGSN đều được định trước. MS bắt đầu mã hóa thông tin truyền dẫn của nó sau khi phát đi bản tin trả lời nhận thực, còn SGSN thì bắt đầu mã hóa khi thu được bản tin nhận thực hợp lệ từ MS.
Công việc truyền tín hiệu mã hóa được thực hiện nhờ sử dụng khóa mã GPRS Kc và thuật toán mã A5. Nút hỗ trợ SGSN thu nhận GPRS Kc như là một bộ phận mã nhận được MS tính toán sau khi nhân được ở RAND từ SGSN.
Có những điểm khác nhau cơ bản giữa mã hóa ở GSM và GPRS. Ở GSM việc mã hóa được thực hiện giữa MS và BTS sử dụng một trong ba kiểu thuật toán A5 (A5-0, A5-1 hoặc A5-2) tùy theo cấp bậc mã cho phép. Còn ở GPRS thông tin mã hóa được chuyển giao giữa MS và SGSN và áp dụng kiểu thuật toán A5 mới phát triển riêng cho truyền dẫn gói A5-3.
Mã Kc ở GPRS là một tham số đầu vào của thuật toán mã hóa GPRS A5 và đầu ra ở là dây bit mã (Ciph-S), dãy này được dùng để mã hóa phát đi và giải mã ở phía thu.
Thuật toán mã và giải mã được thực hiện nhờ sử dụng phép toán cộng logic XOR như được mô tả ở hình 5.1. Để đơn giản, chúng ta dùng dãy 8 bit thay vì dãy có chiều dài bằng các khung LLC thực tế (Khung LLC là khung điều khiển liên kết logic: Logic Link Control Frame):
Dãy bit tin cần phát đi là 01110010
Dãy mã số (Ciph-S) là 11100110
Hình 5.1: Quá trình mã hóa
Tổng logic XOR là tổng từng bit của hai dãy theo quy luật sau: 0 + 0 = 0
1 + 0 = 1 0 + 1 = 1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Như vậy các bit trong Ciph-S và dãy bit tin cần phát được tổ hợp như sau: Các bit tin cần mã hóa là 01110010
Các bit dãy Ciph-S là 11100110
Dãy tổng XOR kết quả là 10010100
Dãy bit đã số hóa 10010100 được phát đi từ MS tới SGSN hoặc ngược lại,