GPRS được áp dụng một cách logic trên cấu trúc mạng GSM bằng việc thêm vào hai nút hỗ trợ GPRS (GSN): nút hỗ trợ phục vụ GPRS (SGSN), nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN). Trong một mạng GPRS có thể có nhiều GSN.
SGSN (Serving GPRS Support Node):
- Có cùng mức với MSC
- Lưu giữ vị trí của từng MS
- Thực hiện các chức năng quản lý di động
- Thực hiện mã hoá
- Cung cấp điều khiển truy nhập
SGSN liên kết với hệ thống trạm gốc BSS bằng frame Relay (giao diện Gb) truyền các gói dữ liệu tới các thiết bị di động trong vùng phục vụ của nó. SGSN cũng giao diện với HLR để lấy các thông tin về thuê bao. SGSN có chức năng phát hiện thiết bị di động mới vào vùng phục vụ và duy trì các thông tin về vị trí trong vùng phục vụ đó. Trong quá trình kết nối với mạng (GPRS attach), SGSN thiết lập chức năng quản lý di động chứa các thông tin liên quan di động và bảo mật cho MS. Khi kích hoạt PDP context, SGSN thiết lập PDU PDP context để định tuyến tới GGSN phục vụ thuê bao GPRS. SGSN có thể gửi thông tin vị trí tới MSC/VLR và nhận các yêu cầu nhắn tin từ MSC/VLR qua giao diện Gs.
GGSN (Gateway GPRS Support Node):
Cung cấp chức năng liên kết hoạt động với các mạng chuyển mạch gói ngoài và kết nối với các SGSN qua mạng đường trục GPRS-IP, dựa vào địa chỉ PDP. GGSN chuyển đổi các gói dữ liệu GPRS đến từ SGSN thành khuôn dạng giao thức dữ liệu gói (PDP) như X.25, IP và truyền các gói này trong mạng. GGSN có thể kết nối với mạng GPRS khác để phục vụ chuyển vùng.
Khi dữ liệu được truyền từ mạng PDP tới mạng GSM, địa chỉ PDP đầu vào sẽ chuyển thành địa chỉ đích GSM. Các gói được đánh địa chỉ lại này gửi từ GGSN tới SGSN tương ứng. Để hỗ trợ chức năng định tuyến cho người sử dụng, GGSN lưu các địa chỉ của SGSN trong thanh ghi dịch vị trí. Hơn nữa, GGSN cũng thực hiện chức năng nhận thực và tính cước. GGSN có thể yêu cầu cung cấp thông tin vị trí từ HLR qua giao diện Gc. GGSN là điểm đầu tiên của kết nối PDN với mạng PLMN (điểm tham chiếu Gi).
Các chức năng của SGSN và GGSN có thể được kết hợp trong cùng một nút vật lý hoặc là các nút khác nhau. SGSN và GGSN có chức năng định tuyến IP và kết nối với các bộ định tuyến IP. SGSN và GGSN ở các mạng PLMN khác nhau sẽ
được kết nối qua giao diện Gp. Giao diện này có chức năng của giao diện Gn và bổ sung chức năng bảo mật phục vụ truyền thông liên mạng PLMN.
Backbone Network – Mạng đường trục GPRS
Mạng đường trục là mạng IP cơ sở. Có hai loại mạng đường trục GPRS:
- Mạng đường trục PLMN cục bộ (Intra-PLMN Backbone Network): là mạng IP liên kết nối các GSN trong cùng một mạng PLMN.
- Mạng đường trục PLMN liên mạng (Inter-PLMN Backbone Network): Là mạng IP liên kết nối các GSN trong các mạng PLMN khác nhau.
Mạng Intra-PLMN Backbone là một mạng IP riêng biệt chỉ dành cho dữ liệu và báo hiệu GPRS. Mạng IP riêng biệt là mạng IP mà sử dụng một cơ chế điều khiển truy nhập nào đó để đạt được mức bảo mật theo yêu cầu. Hai mạng Intra-PLMN Backbone được kết nối qua giao diện Gp sử dụng Border Gateway (BG) với một mạng Inter-PLMN. Mạng Inter-PLMN Backbone được lựa chọn theo yêu cầu chuyển vùng (roaming), bao gồm chức năng bảo mật BG. Thông thường BG bao gồm một firewall có chức năng bảo vệ mạng và một bộ định tuyến (router) phục vụ việc lựa chọn mạng. BG không được định nghĩa trong phạm vi mạng GPRS. Inter-PLMN Backbone là một mạng IP cơ sở, ví dụ mạng IP cá nhân hay mạng Internet công cộng sử dụng kênh thuê riêng (leased line).
I n t e r - P L M N B a c k b o n e I n t r a - P L M N B a c k b o n e G G S N B G S G S N S G S N P L M N A I n t r a - P L M N B a c k b o n e B G G G S N S G S N P L M N B P a c k e t D a t a N e t w o r k G i G p G i Hình 1.3: Mạng đường trục PLMN MSC/HLR
HLR được nâng cấp, chứa các thông tin định tuyến và dữ liệu thuê bao GPRS. HLR có thể truy nhập với SGSN qua giao diện Gr và với GGSN qua giao diện Gc. Đối với việc roaming của MS, cần có HLR nằm trong mạng PLMN khác với mạng PLMN hiện thời của SGSN. Toàn bộ các thuê bao MS đều sử dụng HLR nằm trong mạng chủ PLMN (HPLMN).
MSC/ VLR có thể được cải tiến nhằm tăng tính hiệu quả trong việc phối hợp các dịch vụ GPRS với các dịch vụ phi GPRS, cũng như cải thiện chức năng bằng việc sử dụng giao diện Gs, trong đó nó sử dụng các thủ tục BSSAP+ là một phần thủ tục BSSAP thông thường.
SMS-GMSC và SMS-IWMSC
Việc nhắn tin cuộc gọi chuyển mạch kênh có thể được thực hiện hiệu quả hơn thông qua SGSN, như vậy nó có thể kết hợp việc cập nhật dữ liệu vị trí cho cả các thuê bao GPRS và non-GPRS. SMS-GMSC và SMS-IWMSC được kết nối tới SGSN cho phép MS gửi và nhận SM qua các kênh vô tuyến GPRS.
Máy di động GPRS (GPRS MS)
GPRS MS có thể hoạt động trong 3 lớp tuỳ vào dịch vụ mà MS sử dụng và khả năng hoạt động của MS.
Lớp A : MS sử dụng đồng thời dịch vụ GPRS và dịch vụ chuyển mạch kênh
GSM. Ví dụ: tại cùng một thời điểm nó có khả năng thực hiện các cuộc gọi GSM thông thường đồng thời tiếp nhận dữ liệu GPRS.
Lớp B : MS khai báo sử dụng đồng thời dịch vụ GPRS và dịch vụ GSM,
nhưng MS chỉ có thể sử dụng một dịch vụ tại một thời điểm.
Lớp C : MS chỉ sử dụng dịch vụ GPRS.