Mỏy di động GPRS cú thể ở 3 trạng thỏi: Nghỉ (Idle), Chờ (Standby) và sẵn sàng (Ready). Cỏc trạng thỏi này và sự chuyển đổi giữa cỏc trạng thỏi được quản lý bởi chức năng quản lý di động của SGSN, và mụ hỡnh quản lý trạng thỏi của mỏy di
động ở SGSN và MS là giống nhau. II.2.1. Trạng thỏi Idle.
Trong trạng thỏi Idle, thuờ bao khụng được kết nối với phần quản lý di động của GPRS nờn cỏc thủ tục quản lý di động cú liờn quan đến thuờ bao khụng được thực hiện, mạng khụng nắm giữ thụng tin về định tuyến và định vị đối với thuờ bao. Do đú thuờ bao khụng nhận được tin nhắn từ hệ thống gửi đến cũng như khụng thể gửi và nhận dữ liệu và khụng được cập nhật vị trớ. Để cú thể sẵn sàng nhận và gửi dữ liệu, MS phải tiến hành cỏc thủ tục nhập mạng GPRS (GPRS attach).
II.2.2. Trạng thỏi Standby.
Trong trạng thỏi Standby, thuờ bao đó được SGSN quản lý, MS được cập nhật vị trớ khi di chuyển sang phạm vi quản lý của một SGSN khỏc, nhưng chưa được cập nhật cell khi MS di chuyển giữa cỏc cell thuộc về cựng một vựng định tuyến RA. Cú thể nhận được bản tin tỡm gọi cho cỏc dịch vụ GSM cũng như cho dữ liệu điểm-điểm PTP, điểm-đa điểm PTM-G và PTM-M của GPRS nhưng vẫn chưa thể nhận và gửi dữ
liệu. Trong trạng thỏi Standby, để cú thể bắt đầu nhận và gửi dữ liệu, MS phải tiến hành kớch hoạt một PDP context bao gồm nhiều thụng tin định tuyến và tham số chất lượng cần thiết, khi đú nú cú thể nhận và gửi dữ liệu của PDP context đú ở trạng thỏi Ready.
Trạng thỏi Standby được giỏm sỏt định thời, sau một thời gian nhất định ở
trong trạng thỏi Standby mà khụng chuyển lờn trạng thỏi Ready, MS sẽ được chuyển về trạng thỏi Idle.
II.2.3. Trạng thỏi Ready. Khi ở trạng thỏi Ready, thuờ bao đó được thiết lập quan hệ chặt chẽ với mạng Khi ở trạng thỏi Ready, thuờ bao đó được thiết lập quan hệ chặt chẽ với mạng thụng qua node SGSN và gửi cỏc thụng bỏo cho mạng về vị trớ của mỡnh, được giỏm sỏt cập nhật qua cỏc thụng số RAC, LAC nằm trong số nhận dạng cell toàn cầu CGI ở
MSC và SGSN, trong trạng thỏi này, thuờ bao sẵn sàng trao đổi dữ liệu qua mạng. Khi đang ở trạng thỏi Ready, MS cú thể nhận dữ liệu mà khụng cần phải nhận bản tin tỡm gọi nữa vỡ khi đú mạng đó biết vị trớ chớnh xỏc của nú trong từng cell.
Cũng như trạng thỏi Standby, trạng thỏi Ready được giỏm sỏt định thời, sau một thời gian khụng thấy thuờ bao thực sự trao đổi thụng tin qua mạng thỡ thuờ bao sẽ được tự động chuyển sang chế độ Stanby để tiết kiệm năng lượng và tài nguyờn vụ tuyến.
II.2.4. Mụ hỡnh chuyển đổi trạng thỏi
Sự chuyển đổi trạng thỏi cú thểđược tiến hành từ mỏy đầu cuối di động hay từ
mạng (SGSN) nờn mụ hỡnh chuyển đổi ở MS và ở SGSN là gần tương tự nhau.
II.2.4.1. Từ Idle sang Ready.
Việc chuyển trạng thỏi từ Idle sang Ready chỉ cú thể được thực hiện bởi thuờ bao, để làm được điều này MS trước tiờn phải thực hiện thủ tục nhập mạng GPRS (GPRS attach). Nếu tiến hành thủ tục đú thành cụng thỡ mỏy di động ở trạng thỏi Ready sẽđược mạng, cụ thể là SGSN kiểm soỏt trực tiếp và liờn tục, MS sẽđược cập nhật Cell và vựng định tuyến (Routing Area), cũng cú thể mỏy di động khụng thành cụng trong việc thực hiện thủ tục đú, khi ấy mỏy vẫn ở trạng thỏi Idle.
ở trạng thỏi Ready, với một PDP context hợp lệ, MS cú thể truyền cỏc đơn vị
dữ liệu giao thức PDU qua mạng. Ngay khi kết thỳc việc truyền cỏc PDU thỡ một bộ đếm thời gian của trạng thỏi Ready (Ready timer) sẽ bắt đầu đếm giờ, thời gian đếm của nú là mặc định nhưng cú thể thay đổi bởi SGSN và phải giống nhau ở cả MS và SGSN
II.2.4.2. Từ Ready sang Standby.
Việc chuyển trạng thỏi từ Ready sang Standby cú thể do hết thời gian đếm của bộđịnh thời của trạng thỏi Ready (Ready timer expiry) và cũng cú thể do nguyờn nhõn bắt buộc chuyển sang chếđộ Standby (Force to Standby) do thuờ bao bấm từ mỏy của mỡnh hay do SGSN thực hiện. Cũng cú thể việc chuyển trạng thỏi được mạng tiến hành khi cú vấn đề khụng bỡnh thường ở giao diện RLC/MAC (Abnormal RLC condition).
II.2.4.3. Từ Standby sang Ready.
Khi cú PDU để truyền hay nhận (PDU transmission/PDU reception) thỡ MS và SGSN sẽ chuyển sang trạng thỏi Ready và khi đú chắc chắn là một PDU context đó
được kớch hoạt. Đối với PDU transmission, đú cú thể là việc MS gửi thụng tin qua mạng mà cũng cú thể là gửi tới SGSN một PDU LLC thụng tin trả lời một bản tin tỡm gọi của mạng đối với MS khi đang trong trạng thỏi Standby.
II.2.4.4. Từ Standby sang Idle.
Khi thuờ bao đang ở trạng thỏi Standby thỡ bộđịnh thời của trạng thỏi Standby sẽ bắt đầu đếm thời gian và khi hết thời gian đếm (Standby timer expiry) hay khi nhận
được bản tin MAP Cancel Location (Mobile Application Part) từ HLR gửi tới thỡ MS sẽ chuyển sang chế độ Idle và MM context và PDP context sẽ được giải phúng khỏi MS, SGSN và GGSN.
II.2.4.5. Từ Ready sang Idle.
Việc chuyển trạng thỏi từ Ready sang Idle cú thể được thực hiện bởi thủ tục rời mạng GPRS (GPRS detach) hay do việc nhận được bản tin“Cancel Location” và khi đú cả MM context và PDP context đều sẽ được giải phúng và MS sẽ khụng được kết nối với mạng GPRS.
II.3. Cỏc giao thức của GPRS. [17]
Hỡnh 2.5. Mụ hỡnh phõn lớp giao thức trong GPRS.
Giao thức đường hầm GPRS GTP (GPRS Tunneling Protocol) được dựng để
chuyển đổi dũng dữ liệu từ mạng dữ liệu chuyển mạch gúi bờn ngoài như X25, Internet sang dạng dữ liệu đồ của TCP/IP.
Giao thức điều khiển truyền dẫn TCP ( Transmission Control Protocol) và giao thức dữ liệu đồ người sử dụng UDP (User Datagram Protocol )được dựng ở trờn giao thức IP tuỳ theo cỏc yờu cầu khỏc nhau vềđộ tin cậy. Cụ thể TCP mang cỏc
PDU GTP của cỏc giao thức cú độ tin cậy cao vớ dụ X25. Cũn UDP mang cỏc PDU GTP của cỏc giao thức khụng cần cú độ tin cậy cao vớ dụ IP.
IP là giao thức mạng backbone GPRS được sử dụng để định tuyến dữ liệu của người sử dụng và bỏo hiệu.
SNDCP (SubNetwork Dependent Convergence Protocol)
Được cấp phỏt dưới lớp mạng và trờn lớp LLC trong MS và SGSN chức năng chớnh của SNDCP như sau :
- Ghộp cỏc gúi dữ liệu từ một hoặc nhiều ứng dụng vào một đường kết nối logic (logical link).
- Nộn cỏc thụng tin điều khiển và dữ liệu của người sử dụng - Phõn đoạn và ghộp đoạn cỏc dữ liệu đó nộn
Hỡnh 2.6. Giao thức LLC
Giao thức LLC cung cấp một kết nối logic tin cậy giữa MS và SGSN + Lớp LLC hỗ trợ :
- Quỏ trỡnh dũ tỡm và khụi phục cỏc PDU LLC bị thất lạc hoặc bị mất - Quỏ trỡnh mật mó cỏc PDU LLC giữa MS và SGSN
Chức năng của relay là khỏc nhau phụ thuộc vào nú nằm ở BSS hay SGSN. Trong BSS nú sẽ chuyển tiếp cỏc PDU LLC giữa cỏc giao diện Um vàGb. Cũn trong SGSN nú sẽ chuyển tiếp cỏc PDU PDP giữa cỏc giao diện Gb và Gn.
BSSGP: Giao thức GPRS của BSS (BSSGP) nằm bờn trờn frame relay, là giao thức do GPRS định nghĩa riờng cú chức năng cung cấp cỏc thụng tin về vụ tuyến để RLC và MAC sử dụng. Ngoài ra nú cũn cung cấp chức năng cho phộp SGSN và BSS là 2 nỳt nằm cỏch xa nhau cú thể thực hiện cỏc chức năng quản lý nỳt mạng.
Lớp dịch vụ mạng NS (Network Service ) truyền phỏt cỏc PDU BSSGP. Lớp RLC / MAC phõn ra làm 2 chức năng :
- Chức năng của lớp RLC là truyền cỏc PDU LLC ,phõn đoạn và ghộp đoạn cỏc PDU LLC thành cỏc khối dữ liệu RLC
- MAC kiểm soỏt nhiều MS sử dụng chung tài nguyờn của giao diện vụ tuyến GPRS , phõn bố cỏc kờnh vụ tuyến vật lớ cho MS để nhận và gửi dữ liệu.
Hỡnh 2.7. Phõn chia lớp LLC trong SGSN. II.4. Thủ tục nhập mạng và rời bỏ mạng GPRS.
Để cập nhật vị trớ hoặc tỡm gọi MS đối với mạng GPRS ta cú khỏi niệm về vựng định tuyến (RA) thay vỡ vựng định vị trong mạng GSM:
Vựng định tuyến chỉ phục vụ cho một SGSN. Là tập hợp con của một LA.
Khụng thể rộng hơn một LA. Bao gồm một hoặc nhiều CELL.
Nhận dạng vựng bao gồm:
9 Nhận dạng vựng định vị LAI LAI = MCC + MNC + LAC.
MCC: Mobile Country Code. MNC: Mobile Network Code. LAC: Location Area Code. 9 Nhận dạng vựng định tuyến RAI
RAI = LAI + RAC
RAC: Routing Area code. 9 Nhận dạng Cell toàn cầu CGI
CGI = CI + LAI(RAI). CI nhận dạng Cell. II.4.1. Thủ tục nhập mạng.
Để cú thể truy nhập được cỏc dịch vụ chuyển mạch gúi, một MS trước hết phải làm cho hệ thống biết tới mỡnh bằng việc thực hiện thủ tục nhập mạng (attach). Điều
đú sẽ làm cho MS trở nờn sẵn sàng cho dịch vụ bản tin ngắn SMS chuyển mạch gúi, cho việc tỡm gọi của SGSN và cho việc nhận được thụng bỏo về một cuộc gọi tới.
Y êu cầu kênh gói M S BSS SG SN m ới HLR ấn đị nh đ−ờ ng lên gói Các khố i R L C (Y êu cầu nhập m ạng)
Công nhận đ−ờ ng lên gói
Y êu cầu nhập m ạng
G ửi thông tin nhận thự c Công nhận điề u khiển gói
Các khố i R L C (Y êu cầu nhận thự c vμ m ật m ã)
Công nhận gửi thông tin nhận thự c Y êu cầu nhận thự c
vμ m ật m ã
Công nhận đ−ờ ng xuố ng gói
Các khố i R L C (Phản hồi nhận thự c vμ m ật m ã)
Các khố i R L C (Chấp nhận nhập m ạng) ấn đị nh đ−ờ ng xuố ng gói
Y êu cầu kênh gói ấn đị nh đ−ờ ng lên gói
Công nhận đ−ờ ng lên gói
Phản hồi nhận thự c vμ m ật m ã Các khố i R L C (H oμn thμnh nhập m ạng) Cập nhật vị trí G PRS H uỷ vị trí SG SN cũ Công nhận huỷ vị trí Chèn dữ liệu thuê bao
Công nhận chèn dữ liệu thuê bao Công nhận cập nhật vị trí G PR S Chấp nhận
nhập m ạng
Công nhận đ−ờ ng xuố ng gói Y êu cầu kênh gói ấn đị nh đ−ờ ng lên gói
Công nhận đ−ờ ng lên gói H oμn thμnh nhập m ạng Công nhận điề u khiển gói
Công nhận điề u khiển gói
Hỡnh 2.8. Thủ tục nhập mạng GPRS.
Tiếp theo, để cú thể gửi và nhận dữ liệu chuyển mạch gúi, MS phải kớch hoạt PDP context giao thức dữ liệu chuyển mạch gúi (PDP context) mà nú sẽ dựng trong phiờn trao đổi dữ liệu ấy. Nhờ hoạt động ấy mà GGSN tương ứng sẽ nhận biết MS để
cú thểđịnh tuyến thụng tin dữ liệu gúi giữa MS và mạng dữ liệu bờn ngoài. Quỏ trỡnh truy nhập (access) được bắt đầu bằng Thủ tục nhập gồm cú 4 bước bước sau:
9 MS gửi một bản tin đến SGSN yờu cầu nhập mạng. 9 Nhận thực giữa đầu cuối và HLR theo đường SGSN.
9 Dữ liệu thuờ bao từ HLR sẽđược chốn vào SGSN và MSC/VLR.
9 SGSN sẽ ấn định một nhận dạng thuờ bao tạm thời gúi (P-TMSI) đến MS và bỏo cho nú rằng nú đó nhập mạng (chức năng này tạo ra một ngữ cảnh quản lý di động).
Việc dành tài nguyờn cho MS phụ thuộc vào thụng tin về số tài nguyờn được yờu cầu cấp phỏt cú trong ‘Packet Channel Request’. Thuờ bao cú thể truy nhập mạng trờn kờnh PRACH hay RACH, nếu thuờ bao truy nhập mạng trờn RACH thỡ hệ thống chỉ cú thể cấp phỏt 1 hoặc 2 kờnh PDCH tức là chỉ tăng được tốc độ lờn tối đa là 2 lần. Cũn nếu truy nhập trờn PRACH thỡ bản tin trờn đú cú thể chứa nhiều thụng tin đầy đủ
hơn về dung lượng được yờu cầu, do đú, hệ thống cú thể cấp cho MS một hoặc nhiều PDCH để nõng cao tốc độ đường truyền bằng bằng bản tin ‘Packet Immediate Assignment’. Sau khi MS nhận được bản tin, nú đó cú thể bắt đầu truyền dữ liệu trờn cỏc PDCH được cấp phỏt.
II.4.2. Thủ tục rời bỏ mạng. Một GPRS MS cú thể rời mạng khi : Một GPRS MS cú thể rời mạng khi :
MS là tắt mỏy hoặc người sử dụng bắt buộc rời bỏ kết nối từ mạng GPRS. MS hết thời gian (khi đang ở standby).
SGSN bắt ộp MS rời bỏ GPRS bởi vỡ vấn đề liờn kết vụ tuyến hoặc do cú một thuờ bao khỏc cú quyền ưu tiờn muốn tham gia mạng khi mạng quỏ tải.
II.4.2.1. Thủ tục rời bỏ mạng GPRS bắt đầu từ MS.
Hỡnh 2.9. Thủ tục rời mạng từ MS
MS gửi một bản tin yờu cầu rời bỏ đến SGSN(Detaches type, swich off). Chỉ
ra loại rời bỏ là rời bỏ IMSI hoặc GPRS hoặc là cả hai dịch vụ.
Nếu yờu cầu rời bỏ GPRS thỡ SGSN phải gửi yờu cầu xoỏ PDP context đến GGSN.GGSN gửi trả lời xoỏ PDP context đến SGSN nhờ nhận dạng đường hầm (TID).
Nếu rời bỏ IMSI thỡ SGSN gửi thụng bỏo rời bỏ IMSI đến MSC/VLR.
Nếu muốn duy trỡ nhập IMSI và rời bỏ GPRS thỡ SGSN gửi một bản tin thụng bỏo rời mạng của GPRS đến VLR. Thủ tục này khụng nhằm mục đớch tắt mỏy.
Hỡnh 2.10. Thủ tục rời mạng từ SGSN.
SGSN bỏo cho MS rằng nú đó rời bỏ bằng cỏch gửi yờu cầu rời bỏ (loại rời bỏ)
đến MS .Thụng bỏo rời bỏ nếu MS được yờu cầu thực hiện một attach mới và kớch hoạt PDP context mới vỡ vậy thủ tục attach được bắt đầu khi thủ tục rời bỏ hoàn thành.
II.5. Thủ tục cập nhật Cell, RA và cập nhật tổng hợp LA/RA. [15]
II.5.1. Thủ tục cập nhật CELL.
Thụng bỏo chỉ yờu cầu nếu MS trong trạng thỏi "ready".
MS thực hiện thay đổi bằng cỏch so sỏnh lưu giữ Cell ID cựng với phục vụ Cell ID. Thay đổi chỉ ra yờu cầu một trong ba yờu cầu sau:
9 Cập nhật Cell ID.
9 Cập nhật RAI (cập nhật giữa hoặc trong SGSN). 9 Cập nhật tổng hợp LAI/RAI.
Thủ tục cập nhật định tuyến một Cell cơ sở được chỉ ra khi kớch hoạt GPRS MS vào trong 1 Cell mới, điều này tương tự như thủ tục chuyển giao (handover) trong GSM.
MS thực hiện cập nhật Cell bằng cỏch gửi một bản tin ngắn bao gồm thụng tin về nú muốn thay đổi thụng qua kờnh GPRS để đến SGSN hiện tại cai quản nú. Thủ tục này chỉđược sử dụng với những trong trạng thỏi Ready.
II.5.2. Thủ tục cập nhật RA. Cỏc trường hợp cập nhật RA: Cỏc trường hợp cập nhật RA:
Khi MS thực hiện nhập mạng GPRS rằng nú đó vào một RA mới. Khi hết thời gian cập nhật định kỳ RA.
Cỏc trường hợp thay đổi RA.
Thụng bỏo này chỉđược yờu cầu với MS trong trạng thỏi "Ready or Standby" . cập nhật được yờu cầu khi :
- Xoỏ bỏ RAI mới bằng MS.
- Hết thời gian cập nhật định kỳ RA.
MS thực hiện thay đổi bằng cỏch so sỏnh lưu giữ RAI(nú đang lưu giữ) cựng với RAi
đạng phục vụ.
Ngấm ngầm cập nhật Cell ID trong cập nhật RA.
Khi một MS trong trạng thỏi Ready or Standby thụng bỏo rằng nú đó di chuyển vào một RA mới trong SA(vựng phục vụ) của SGSN tương ứng, nú phải thực hiện một cập nhật vị trớcho đường truyền lưu lượng, trong trường hợp này MS gửi một bản tin đến SGSN bao gồm nhận dạng MS và RAI mới của nú, yờu cầu cập nhật của MM context.Thụng tin RA trong SGSN được cập nhật và trả lời hoàn thành bằng một bản tin hoàn thành.
II.5.3. Thủ tuc cập nhật tổng hợp LA/RA.
Cập nhật tổng hợp RA/LA xuất hiện một trong hai tỡnh trạng sau: * MS di chuyển đến RA mới trong cựng SGSN như là RA cũ. * MS di chuyển đến RA mới trong SGSN SA khỏc.
II.5.3.1. Thủ tục Cập nhật vị trớ inter-SGSN.
Hỡnh 2.11. Thủ tục cập nhật vị trớ inter-SGSN
MS gửi một yờu cầu cập nhật vựng định tuyến đến SGSN sau khi thủ tục cập nhật song thi qua trỡnh bào mật thụng tin sẽ diễn ra giũa MS và SGSN. Sau khi khi