II. Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G
2. Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS
2.3. Cấu trúc của mạng GPRS
Hình 2.2 Cấu trúc mạng GPRS
Các phần tử trong mạng GPRS
- Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN - Serving GPRS Support Node): thực hiện các chức năng chính sau:
+ Quản lý việc di chuyển của các đầu cuối GPRS bao gồm việc quản lý nhập mạng, rời mạng của thuê bao; mật mã, bảo mật của người sử dụng; quản lý vị trí hiện thời của thuê bao…
+ Định tuyến và truyền các gói dữ liệu giữa các máy đầu cuối GPRS. Các luồng được định tuyến từ SGSN đến BSC thông qua BTS đến MS.
+ Quản lý trung kế logic tới đầu cuối di động bao gồm việc quản lý các kênh lưu lượng gói, lưu lượng nhắn tin ngắn SMS và tín hiệu giữa các máy đầu cuối với mạng.
+ Xử lý các thủ tục dữ liệu gói PDP (Packet Data Protocol) bao gồm các thông số quan trọng như tên điểm truy nhập, chất lượng dịch vụ khi kết nối với một mạng dữ liệu khác bên ngoài hệ thống.
SMS-GMSC SMS-IWMSC SMS-C MSC/ VLR HLR BSC GGSN SGSN EIR PCU SGSN Mạng PLMN khác GGSN PDN BTS MT TE E C Gd D Cs Gr Gc A Um R Gb Gn Gi Gn Gp Gf Báo hiệu
+ Cung cấp các file tính cước dành cho dữ liệu gói.
+ Quản lý truy nhập, kiểm tra truy nhập các mạng dữ liệu ngoài bằng mật mã và sự xác nhận.
- Nút hỗ trợ cổng GPRS(GGSN - Gateway GPRS Support Node):
Là điểm giao diện với các mạng số liệu gói bên ngoài. Một SGSN có thể giao diện với một hay nhiều GGSN. Đây là giao diện trên cơ sở IP được sử dụng để mang báo hiệu và số liệu người sử dụng. Giao diện này truyền xuyên số liệu giữa SGSN và GGSN qua mạng đường trục IP. GGSN chuyển đổi các gói dữ liệu GPRS đến từ SGSN thành khuôn dạng giao thức dữ liệu gói (PDP).
Chức năng chính của GGSN:
+ Hỗ trợ giao thức định tuyến cho dữ liệu máy đầu cuối. + Giao tiếp với các mạng dữ liệu gói IP bên ngoài. + Cung cấp chức năng bảo mật mạng.
+ Quản lý phiên GPRS theo mức IP, thiết lập thông tin đến mạng bên ngoài. + Cung cấp dữ liệu tính cước (CDRs - Charging Data Records).
- Hệ thống trạm gốc BSS
BSS cung cấp tất cả các chức năng điều khiển và truyền dẫn thông tin vô tuyến của mạng, bao gồm:
+ Khối điều khiển dữ liệu gói PCU: có nhiệm vụ kết hợp các chức năng điều khiển vô tuyến GPRS (điều khiển truy nhập giao diện vô tuyến) với phần hệ thống trạm gốc BSS của mạng GSM. PCU định tuyến các bản tin báo hiệu và truyền tải dữ liệu của người sử dụng. PCU sẽ lắp ráp và sắp xếp lại dữ liệu để chuyển tới SGSN. Tại PCU các khối dữ liệu RLC sẽ được sắp xếp trong khung LLC (điều khiển liên kết logic), sau đó được chuyển tới SGSN. PCU đặt tại BSC và phục vụ BSC đó.
+ Bộ điều khiển trạm gốc BSC: trong mạng GPRS, BSC đóng vai trò trung tâm phân phối, định tuyến dữ liệu và thông tin báo hiệu GPRS. BSC có thể thiết lập, giám sát và hủy bỏ kết nối của các cuộc gọi chuyển mạch kênh cũng như chuyển mạch gói.
+ Trạm gốc BTS: cung cấp khả năng ấn định kênh vật lý tại các khe thời gian cho cuộc gọi chuyển mạch kênh trong mạng GSM và dữ liệu chuyển mạch gói trong mạng GPRS. BTS kết hợp với BSC để thực hiện các chức năng về vô tuyến.
+ MSC/VLR: 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. Trong hệ thống GSM, MSC/VLR 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 HLR/AUC.
+ HLR/AUC: HLR 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. HLR thực hiện quản lý di động cho các thuê bao GPRS bằng cách lưu trữ các thông tin định tuyến của các thuê bao GPRS từ vùng cập nhật vị trí trong SGSN và báo cho SGSN cũ biết sự thay đổi vị trí của thuê bao. HLR được sử dụng trực tiếp cho việc nhận thực thuê bao thay cho MSC/VLR.
AUC cung cấp bộ ba thông số nhận thực và thực hiện mã hóa đường truyền. + EIR: thực hiện các chức năng như trong hệ thống GSM. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến thiết bị đầu cuối MS, nó được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự hợp pháp của thiết bị.
- Thiết bị cung cấp dịch vụ nhắn tin ngắn SMS-GMSC (tổng đài di động có cổng cho dịch vụ SMS) và SMS-IWMSC (tổng đài di động liên mạng cho dịch vụ SMS):
Được kết nối với SGSN qua giao diện Gd nhằm cung cấp khả năng truyền tải các bản tin ngắn.
- Thiết bị đầu cuối GPRS (MS):
Có thể chia làm 3 loại:
+ Loại 1: Hỗ trợ sử dụng đồng thời các dịch vụ thoại và số liệu. Người sử dụng loại 1 có thể vừa nói chuyện vừa truyền số liệu GPRS cùng một lúc (sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đồng thời).
+ Loại 2: Hỗ trợ đồng thời việc nhập mạng GPRS và nhập mạng GSM nhưng không cho phép sử dụng đồng thời cả hai dịch vụ. Người sử dụng loại 2 có thể được đăng ký ở mạng GSM và mạng GPRS đồng thời nhưng không thể vừa nói chuyện vừa truyền số liệu.
+ Loại 3: Có thể nhập mạng GPRS hoặc GSM nhưng không thể nhập đồng thời cả hai mạng. Tại một thời điểm nhất định, thiết bị loại 3 hoặc là thiết bị GSM hoặc là thiết bị GPRS. Nếu đã nhập một loại dịch vụ thì có thể coi rằng thiết bị đã rời bỏ dịch vụ kia.
- Mạng đường trục GPRS (Backbone):
Mạng Backbone kết hợp một số giao diện chuẩn dữ liệu chuẩn dùng để kết nối giữa các nút SGSN, GGSN và các mạng dữ liệu bên ngoài. Có hai loại mạng Backbone:
- Mạng intra-backbone: Kết nối các phần tử trong cùng một PLMN như các
nút SGSN, GGSN.
- Mạng inter-backbone: Dùng để kết nối giữa các mạng intra-backbone của hai
PLMN khác nhau thông qua cổng BG (Border Gateway).
Mạng Backbone giải quyết vấn đề tương tác giữa các mạng GPRS. Lý do chính mà hệ thống hỗ trợ vấn đề tương tác giữa các mạng GPRS là để cho phép roaming giữa các thuê bao GPRS. Các thuê bao roaming sẽ có một địa chỉ PDP được cấp phát bởi mạng PLMN chủ, một router chuyển tiếp giữa mạng PLMN chủ và mạng PLMN mà thuê bao di chuyển đến. Định tuyến này được dùng cho cả thuê bao đã hoàn toàn hay bắt đầu truyền dữ liệu. Thông tin được truyền thông qua các cổng biên BG.