8. Cụng nghệ GPRS
8.2. Khối chức năng: Cỏc node GSN
8.2.1. Chức năng của GSN
Hai nỳt mới của hệ thống GSM phụ trỏch chuyển cỏc gúi dữ liệu được gọi là nỳt hỗ
trợ phục vụ GPRS (SGSN) và nỳt hỗ trợ cổng GPRS (GGSN). Cả SGSN và GGSN
cú thểđược biểu thị bởi một khỏi niệm chung là nỳt hỗ trợ GPRS (GSN).
SGSN cung cấp định tuyến gúi tới và từ vựng SGSN địa lý, cũn GGSN mang giao
diện với cỏc mạng gúi IP bờn ngoài.
SGSN/GGSN tỏch biệt vật lý hoàn toàn với bộ phận chuyển mạch của hệ thống GSM Ercisson. Khối điều khiển trạm gốc (BSC) cần phải cú một phần cứng mới
được gọi là khối điểu khiển gúi tin (PCU). Những thành phần khỏc của cấu trỳc GPRS sử dụng cỏc khối chức năng của mạng GSM hiện hành nhưng yờu cầu phải nõng cấp phần mềm.
Chức năng của SGSN và GGSN cú thể được kết hợp trong cựng một node vật lý (khối chức năng của mạng), hoặc cú thể nằm ở cỏc nỳt vật lý khỏc nhau. SGSN và GGSN mang chức năng GPRS của mạng IP xuơng sống và được liờn kết với bộ định tuyến IP.
Nhiệm vụ chớnh của SGSN:
- Định tuyến và truyền gúi tin tới và từ vựng SGSN. Lưu lượng được định tuyến từ
SGSN tới BSC, qua BTS và tới trạm di động. - Bảo mật trờn truy nhập vụ tuyến: mật mó và nhận thực - Quản lý di động - Quản lý kết nối logic tới trạm di động - Kết nối tới cỏc nỳt GSM: MSC, HLR, BSC, trung tõm dịch vụ tin nhắn ngắn, v.v…
Nhiệm vụ chớnh của GGSN:
- Giao tiếp với mạng IP gúi ngoài - Chức năng bảo mật đối với Internet
- Quản lý phiờn GPRS theo mức IP, cài đặt liờn lạc với cỏc mạng bờn ngoài. - Đầu ra dữ liệu tớnh cước (CDR)
8.2.2. Kiến trỳc GSN
GSN được xõy dựng trờn nền tảng gúi vụ tuyến, một nền tảng chuyển mạch gúi mới, đa năng và hiệu suất cao.
Nền tảng gúi vụ tuyến kết hợp những tớnh năng thường là liờn quan tới truyền thụng dữ liệu như là tớnh chắc chắn và thiết thực với những tớnh năng của truyền thụng tin điện tử như mạnh và ổn định. Những đặc điểm chớnh của nền tảng mới này là: - Dựa trờn những tiờu chuẩn của ngành cả về phần cứng và phần mềm - Hệ thống cú thể hỗ trợ sự tồn tại đồng thời của nhiều ứng dụng trong cựng một node. Điều này cú nghĩa là cú thể hoạt động đồng thời trờn một SGSN, một GGSN hay một SGSN/GGSN kết hợp trong cựng một phần cứng.
- Bộđiều khiển và phần lưu lượng hoạt động với cỏc bộ xử lý khỏc nhau. Cú 3 loại bộ xử lý được sử dụng:
+ Bộ xử lý ứng dụng trung tõm (AP/C) cho những chứng năng thuộc trung tõm và cú đặc điểm chung, như O&M
+ Bộ xử lý ứng dụng (AP) để xử lý những chức năng đặc thự về GPRS như quản lý di động.
+ Bộ xử lý thiết bị được chuyờn mụn húa để xử lý tải lưu lượng trong một giao diện nào đú như IP qua giao diện ATM
Hỡnh 17 - Kiến trỳc tỏch biệt cho lưu lượng và điều khiển
Hệ thống phụ GSN
Cấu trỳc phần mềm bao gồm nhiều hệ thống phụ được triển khai trong lừi và cỏc tớnh năng ứng dụng:
Hỡnh 18 - Cấu trỳc phần mềm trong nỳt GSN
Hệ thống phụ lừi (Core Subsystem)
Những hệ thống phụ dưới đõy tạo thành hệ thống phụ lừi:
- Hệ thống phụ tớnh toỏn (CPS), thực hiện hỗ trợ bờn trong và phần mềm quản lý. - Hệ thống phụ mụi trường giao diện lừi (CIS), cung cấp cỏc giao diện vật lý và giao thức cho nỳt liờn lạc bờn ngoài.
- Hệ thống phụ phần cứng lừi (CHS), hỗ trợ phần cứng cho cỏc hệ thống phụ khỏc. - Hệ thống phụ vận hành và bảo dưỡng (OMS), cung cấp tất cả cỏc tớnh năng cần thiết cho cỏc hoạt động của O&M
- Hệ thống phụ giao diện người dựng lừi (CUI), chứa phần bổ sung của cỏc giao diện đồ họa O&M
Hệ thống phụứng dụng
GSN bao gồm những hệ thống phụ sau:
- Hệ thống phụ truyền tải di động (MTS) triển khai cỏc giao thức sử dụng trong mặt bằng truyền tải bởi nỳt GSN
- Hệ thống phụđiều khiển di động điểm tới điểm (MPS) điều khiển tất cả cỏc tớnh năng liờn quan tới một kết nối nào đú, vớ dụ như quản lý tớnh di động.
- Hệ thống phụ đăng ký di động tạm trỳ (MVS) với tớnh năng VLR trong SGSN
tương tự như trong MSC
- Hệ thống phụ tin nhắn ngắn di động (MSS) xử lý SMS thụng qua GPRS
- Hệ thống phụ truy nhập mạng di động (MAS) chứa cỏc server truy nhập dựa vào
mạng gúi bờn ngoài.
- Hệ thống phụ phõn phối và điều khiển cỏc khối chức năng của mạng (NCS) với chức năng GPRS độc lập, liờn quan đến đa xử lý nhưđiều khiển thiết bị
8.2.3. Đặc điểm của GSN Bộ định tuyến IP
Bộđịnh tuyến cũng cú thể lọc cỏc gúi IP trong tất cả cỏc giao diện IP.
Cổng đường biờn
Việc đưa cổng đường biờn (Border Gateway – BG) vào GGSN. Nú chia sẻ cỏc giao
diện vật lý của GGSN với cỏc mạng bờn ngoài và mạng xương sống. Một BG cú thể xử lý nhiều hơn một PLMN.
Tớnh cước
Cả SGSN và GGSN đều cú khả năng tớnh cước, vớ dụđể tạo ra cỏc bản ghi dữ liệu
cước (Charging Data Records (CDR)). Tớnh năng tớnh cước được thực hiện trong
cỏc node GSN kết hợp với thiết bị trung gian như cổng tớnh cước mang lại cho nhà khai thỏc nhiều khả năng tớnh cước khỏc nhau như: khối lượng dữ liệu, thời lượng cuộc gọi, loại dịch vụ, điểm tới, v.v…
Đầu ra từ GSNs là ASN.1/BER được mó húa và truyền qua FTP theo cơ chế đẩy
hoặc kộo (push or pull).
Sự phõn phối cỏc địa chỉ IP động cho phộp nhà khai thỏc (hoặc mạng ISP/Corporate) sử dụng và tỏi sử dụng cỏc địa chỉ IP từ một tập hợp cỏc địa chỉ IP
được cấp cho PLMN/Network để trỏnh việc cần một địa chỉ IP định cho mỗi PDP
đó đăng ký của một thuờ bao. Điều này làm giảm đỏng kể số lượng địa chỉ IP được yờu cầu ở mỗi mạng PLMN. Đõy là cỏch thức được đề xuất để phõn chia cỏc địa chỉ IP.
Địa chỉ IP động cú thể được phõn phối bằng (hoặc qua) mạng khỏch GGSN hay
mạng chủ GGSN khi chuyển vựng (roaming). Trong trường hợp phõn phối địa chỉ
IP động mạng IP khỏch, tự GGSN khỏch hay mỏy chủ RADIUS được lựa chọn bởi GGSN khỏch cú thểđược sử dụng để cung cấp địa chỉ IP động. Trong trường hợp phõn phối địa chỉ IP động mạng chủ, GGSN chủ hay mỏy chủ RADIUS được lựa chọn bởi GGSN chủ cú thểđược sử dụng để cung cấp địa chỉ IP động.
GGSN chứa RADIUS khỏch cú thể bổ sung một mỏy chủ RADIUS bờn ngoài với
cỏc thụng tin xỏc nhận từ MS, và mỏy chủ RADIUS cú thể trả lại một địa chỉ IP nếu nhận thực là chớnh xỏc. Đối với mỗi MS riờng biệt cú thể được định dạng mỏy chủ RADIUS nào để kết nối. Mỏy chủ RADIUS cú thểđược định vị tại ISP hay tại site chung.
Chức năng bảo mật của GSN
Một bộ nhận thực chọn lọc cài đặt cú thể ứng dụng cho tất cả cỏc thuờ bao của mạng chủ trong node được hỗ trợ. Trị số cài đặt là số qui trỡnh đớnh kốm và qui trỡnh nõng cấp vựng định tuyến inter/intra-SGSN, nú được phộp xảy ra giữa mỗi qui trỡnh nhận thực. Tuy nhiờn, những nhận thực này luụn gắn với cỏc thuờ bao khỏch. Nhận thực luụn được thực hiện để gỏn và nõng cấp inter-SGSN RA cho cả
thuờ bao chủ và thuờ bao khỏch.
Một tập khúa được dựng cho cỏc nỗ lực nhận thực khụng thành cụng. Khoỏ gồm cú
IMSI, IMEI, nếu cú hiệu lực, SGSN-ID, nhận dạng ụ, thời gian và ngày của
MS/mỏy cầm tay nhận thực khụng thành cụng.
GGSN đảm bảo lưu lượng cho một MS cụ thể đến từ đỳng ISP, vớ dụ ISP mà MS
được kết nối tới trong suốt quỏ trỡnh kớch hoạt PDP
Những kết nối an toàn cú thể được cung cấp ở lớp 1, sử dụng đường dõy chuyờn dụng, ở lớp 2 sử dụng ATM PVC, chuyển tiếp khung PVC, hoặc PPP, hoặc ở lớp 3 sử dụng IPSec. Cũng cú thể kết hợp tất cả yếu tố nờu trờn.
GGSN cú thể truy nhập vào mỏy chủ RADIUS, nú cú thể được định vị ở mạng số
liệu bờn ngoài/ISP. Nú cung cấp nhận thực cho mức IP truy nhập vào ISP.
GSN hỗ trợ tớnh năng IPsec. Tớnh năng này cú thểđược sử dụng để cung cấp một
mạng xưong sống intra-PLMN an toàn và kết nối tới cỏc mạng bờn ngoài như
Cỏc lựa chọn gúi lọc khỏc nhau cú hiệu lực để bảo vệ GGSN khỏi sự xõm nhập hay từ chối của cỏc tỏc động bao gồm nguồn, điểm tới, giao thức, số cổng v.v… Xem phần bộđịnh tuyến.
Xử lý tải trong SGSN
Trong một khoảng thời gian, tất cả gúi tin từ QoS Delay Class 1 được phỏt đi trước cỏc gúi tin từ QoS class 2, và cỏc gúi từ QoS Class 2 được phỏt đi trước cỏc gúi từ
QoS class 3. v.v…
Lưu lượng tới/từ cỏc MS cú cựng loại Qos Delay cú thể phải xếp thứ tự, vớ dụ vào trước-ra trước, trong mỗi loại QoS.
Trong cỏc tỡnh huống quỏ tải bỏo động sẽ tăng, và SGSN sẽ loại bỏ PDU theo hệ
thống để duy trỡ cỏc mức QoS đó xỏc định càng lõu càng tốt, chẳng hạn ưu tiờn cho
QoS Class 1 trước QoS Class 2, v.v…
Chất lượng dịch vụ (QoS)
Tài liệu GPRS QoS được bổ sung theo GSM 03.60, ngoại trừ loại độ tin cậy. Chỉ
cú độ tin cậy loại 2 và 3 được bổ sung vỡ chỳng thớch hợp nhất cho số liệu IP.
SGSN ứng dụng chức năng Admission Control trong mỗi yờu cầu kớch hoạt PDP.
Chức năng này hoặc là đưa đến quỏ trỡnh xử lý tiếp yờu cầu, thỏa thuận của QoS với MS hay từ chối yếu cầu kớch hoạt PDP.
SGSN thỏa thuận QoS với MS khi mức độ QoS được yờu cầu bởi MS khụng được hỗ trợ bởi việc kớch hoạt PDP hay khi mức QoS được thỏa thuận từ SGSN trước đú cú thểđược hỗ trợ bởi việc nõng cấp vựng định tuyến inter-SGSN. Thỏa thuận QoS theo MS phụ thuộc vào dữ liệu thuờ bao được lưu, QoS được yờu cầu và độ rộng dải thống kờ trung bỡnh, được bỏo cỏo từ BSC trờn mỗi ụ tế bào (cell).
Từ chối yờu cầu cú thể xảy ra khi số lượng cỏc thuờ bao được gỏn đồng thời trờn mỗi SGSN vượt quỏ mức tối đa quy định trước.
Ngăn xen theo luật
Ngăn xen theo luật (LI) sẽđược bổ sung. Việc bổ sung cho LI gồm cú: - Dữ liệu tải IP
- Tớnh lưu động và cỏc sự kiện - SMS
8.2.4. Giao diện và giao thức
- Giao diện dựa trờn chuyển tiếp khung: Gb (SGSN)
- Giao diện dựa trờn SS7: Gs, Gr và Gd (SGSN)
- Giao diện dựa trờn IP qua “bất kỳ”: Gn (SGSN và GGSN) Gi, Gp
(GGSN)
Dựa trờn chuyển tiếp khung: Giao diện Gb (SGSN-BSS)
Tiờu chuẩn ETSI qui định chuyển tiếp khung phảI được dựng trờn giao diện Gb
giữa BSC và SGSN. Chuyển tiếp khung sẽ chuyển giao trong suốt PDU dịch vụ
mạng giữa SGSN và một BSC. Một SGSN cú thể được kết nối tới một vài BSC. Ngược lại một BSC chỉ cú thể được nối tới một SGSN. Một BSC cú thể sử dụng một hay nhiều kết nối vật lý để nối tới một SGSN. Gb hỗ trợ FR thụng qua cỏc kết nối vật lý như E1 hay T1. Cỏc giao diện cú thể được sử dụng trong cỏc cấu hỡnh dưới đõy:
- Khụng tạo kờnh (non- channelised)
- Tạo kờnh (channelised) - Phõn đoạn
Việc thực hiện giao diện Gb trong GSN là hoàn thoàn mở theo như tiờu chuẩn
ETSI.
Cỏc giao diện dựa trờn SS7: Gs, Gr và Gd (SGSN tới MSC, HLR và SMS-SC)
Giao thức SS7 được sử dụng trờn giao diện Gd (SMS-SC0, Gs (MSC) và Gr
(HLR). Cỏc giao diện này là hoàn toàn mở, và việc triển khai được phối hợp với
cỏc tiờu chuẩn GPRS liờn quan.
SGSN sẽ phải liờn lạc với một số lượng lớn HLR, MSC/VLR và SMS-GMSC và
SMS-IWMSC trong mạng PLMN nội bộ cũng như trong cỏc mạng PLMN của cỏc
MS khỏch. SGSN vỡ vậy sẽ được kết nối tới một số điểm chuyển giao bỏo hiệu (STP, đặc biệt là một hoặc hai), những điểm được kết nối tới mạng SS7 toàn cầu.
Cỏc giao diện IP qua “bất cứ giao diện nào”: Gn, Gi và Gp
Tờn gọi chung chung IP qua “giao diện nào” bao gồm cỏc loại giao diện sau: Gn
(giao diện SGSN-GGSN), Gi (GGSN – mạng IP) và Gp (GGSN-mạng PLMN
khỏc). Cú một số lựa chọn để triển khai cỏc giao diện này với GSN.
IP qua PPP: Ip qua PPP đồng bộ hoỏ được hỗ trợ như đó được nờu trong RFC 1548. Lớp vật lý hỗ trợ là E1 hoặc T1
IP qua ATM: IP được chuyển sang AAL5. Nú được chuyển sang lớp vật lý là SDH
STM-1 hoặc SONET STS-3c (155Mbps)
IP qua Ethernet và Fast Ethernet: Giao diện Ethernet 10 Base-T (10Mbps) và 100BaseTx (100Mbps) được bổ sung. Cả hai loại giao diện này được hỗ trợ trờn cựng giao diện vật lý và cú thểđược cấu hỡnh chạy thực,với giao diện khụng hoạt
động, tới 10/100 Mbps.
8.2.5. Khả năng thực hiện và dung lượng
Cú hai sản phẩm GSN cú thể được định dạng là một SGSN, một GGSN hay một
SGSN/GGSN kết hợp:
Dung lượng của GSN về số lượng người dựng được gỏn đồng thời, số lượng phạm
vi PDP và dung lượng cho phộp truyền qua. Hai yếu tố giới hạn của GSN dung
lượng cho phộp truyền qua là số lượng gúi tin mỗi giõy và số lượng bớt mỗi giõy. Nỳt cú kớch thước gúi tin 300 byte mỗi gúi (bao gồm tiờu đề IP). Con số 300 bytes mỗi gúi tin gần với kớch thước được tớnh toỏn trung bỡnh trong cỏc mạng IP lớn. Nếu kớch thước gúi tin nhỏ hơn, số gúi tin mỗi giõy sẽ bị hạn chế, đối với cỏc gúi tin dài hơn tốc độ bit tối đa tớnh theo Mbps sẽ là giới hạn.
Vớ dụ: GSN-25 Số lượng người sử dụng được gỏn đồng thời tối đa Số lượng phạm vi PDP đồng thời tối đa Thụng lượng tối đa (gúi trờn mỗi giõy) Thụng lượng tối đa (Mbps) SGSN-25 25,000 25,000 10,000 25 GGSN-25 - 35,000 15,000 35 SGSN/GGSN- 25 25,000 25,000 7,000 15 GSN-100 Số lượng người sử dụng được gỏn đồng thời tối đa Số lượng phạm vi PDP đồng thời tối đa Thụng lượng tối đa (gúi trờn mỗi giõy) Thụng lượng tối đa (Mbps) SGSN-100 100,000 100,000 40,000 100 GGSN-100 - 150,000 60,000 150 SGSN/GGSN- 100 100,000 100,000 28,000 70
SGSN quyết định số lượng tối đa người sử dụng mặc định. GGSN quyết định số
lượng tối đa phạm vi PDP hoạt động. Một người sử dụng cú thểđược ấn định mà khụng cần phải kớch hoạt PDP. Người sử dụng này cú thể chỉ sử dụng GPRS cho SMS. Để bắt đầu sử dụng cỏc dịch vụ khỏc người sử dụng cần phải kớch hoạt PDP.