GPRS (General Packet Radio Service) là dịch vụ truyền tải mới cho hẹ thống GSM, nú cải thiện một cỏch hiệu quả việc truy nhập vụ tuyến tới cỏc mạng truyền số liệu như X.25, Internet…bằng cỏch ỏp dụng nguyờn lý gúi vụ tuyến để truyền số liệu của người sử dụng một cỏch hiệu quả giữa mỏy điện thoại di động tới cỏc mạng truyền số liệu. Cỏc gúi tin cú thể truyền trực tiếp từ mỏy di động GPRS tới cỏc mạng chuyển mạch số liệu.
Người sử dụng GPRS được lợi từ việc thời gian truy nhập ngắn hơn cũng như tốc độ truyền số liệu cao hơn. Trong hệ thống GSM thụng thường việc thiết lập kết nối diễn ra trong vài giõy và tốc độ truyền số liệu hạn chế ở 9,6 Kbit/s. GPRS cho phộp thời gian thiết lập dưới một giõy và tốc độ truyền số liệu tối đa đạt trờn 115 Kbit/s.
Chuyển mạch kờnh khụng thớch hợp cho lưu lượng lớn, vỡ người sử dụng phải trả tiền cho toàn bộ thời gian chiếm dụng kờnh mặc dự cú những thời điểm khụng cú gúi tin nào được gửi đi. Trỏi lại với cụng nghệ chuyển mạch gúi (GPRS), khỏch hàng cú thể sẽ chỉ phải trả tiền cho số cỏc gúi tin được chuyển đi, điều này thuận lợi cho người sử dụng khi kết nối trực tuyến một thời gian dài với mạng.
Túm lại, GPRS cải thiện việc sử dụng tài nguyờn vụ tuyến, tốc độ truyền số liệu cao hơn, khỏch hàng chỉ phải trả tiền cho số gúi tin gửi và nhận, ngoài ra thời gian truy nhập cũng ngắn hơn.
Cụng nghệ GPRS được viện Tiờu chuẩn Viễn thụng Chõu Âu EISI phỏt triển và chuyển hoỏ cho dữ liệu gúi trong cỏc hệ thống GSM. Tại
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt - 39 -
Mỹ, GPRS cũng được Hiệp hội Cụng nghiệp Viễn thụng TIA chấp thuận như là tiờu chuẩn dữ liệu gúi cho cỏc hệ thống TDMA/IS – 136. Hiện đó được tiến hành triển khai tại một số nước trờn Thế giới.
7.2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GPRS. 7.2.1. Cấu trỳc logic mạng GPRS
Mạng GPRS được xõy dựng trờn cơ sở cấu trỳc mạng GSM hiện tại, cộng thờm một số phần tử mới. Một mạng GPRS gồm cỏc phần tử sau đõy:
• Nỳt hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN – Serving GPRS Support Node)
• Nỳt hỗ trợ cổng GPRS (GGSN – Gateway GPRS Support Node) • Trung tõm vận hành bảo dưỡng GPRS (OMC – G)
• Hệ thống vụ tuyến
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt - 40 -
SMS – GMSC : Gateway MSC for short Message Service – MSC cú cổng cho dịch vụ nhắn tin ngắn.
SMS – IWMSC : Interworking MSC for Short Message Service – MSC liờn mạng cho dịch vụ nhắn tin ngắn.
SMS – C : Short Message Service Center – Trung tõm dịch vụ nhắn tin.
MSC : Mobile Switching Center – Trung tõm chuyển mạch (tổng đài) di động
VLR : Visitor Location Register – Bộ đăng ký tạm trỳ HLR : Home Location Register – Bộ đăng ký thường trỳ
SMS-GMSC MSM-IWMSC SMS-C MSC/VL BS PCU BTS SGSN GGSN BG GGSN CG Bức tường lửa Hệ thống tớnh cước DNS DHCP Khỏc GC E G d C D Gr GS A Gb GP Gf Gi HLR EIR Giao diện số liệu và bỏo hiệu Giao diện bỏo hiệu Hỡnh 1.1. Cấu trỳc hệ thống GPRS
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt - 41 -
BSC : Base Station Controller – Bộ điều khiển trạm gốc PCU : Packet Control Unit – khối (đơn vị) điều khiển gúi BTS : Base Transceiver Station – Trạm thu phỏt gốc
SGSN : Serving GPRS Support Node – Nỳt hỗ trợ dịch vụ của GPRS GGSN : Gateway GPRS Support Node – Nỳt hỗ trợ cổng GPRS BG : Border Gateway – Cổng ngoại biờn
EIR : Equipment Identity Register – Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị CG :
DHCP :
DNC : Data Networking System or Domain Name Server – Hệ thống dữ liệu hoặc mỏy chủ tờn miền.
7.2.2. Chức năng cỏc phần tử trong mạng GPRS.
a. Nỳt hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN)
Nỳt hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN – Serving GPRS Support Node) phụ trỏch việc phõn phõn phỏt và định tuyến cỏc gúi số liệu giữa mỏy cầm tay MS và cỏc mạng truyền số liệu bờn ngoài. SGSN khụng chỉ định tuyến cỏc gúi số liệu giữa mỏy di động MS và nỳt hỗ trợ cổng GPRS – GGSN mà cũn đăng ký cho cỏc mỏy di động GPRS mới xuất hiện trong vựng phục vụ của nú.
SGSN cú cỏc chức năng chớnh như sau:
Quản trị di động : Bao gồm qản lý việc nhập mạng, rời mạng của thuờ bao GPRS, quản lý vị trớ hiện diện của thuờ bao trong
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt - 42 -
vựng phục vụ, thực hiện cỏc chức năng bảo mật, an ninh cho mạng.
Định tuyến và truyền tải cỏc gúi dữ liệu đi đến hay được xuất phỏt từ vựng phục vụ của SGSN đú.
Quản lý cỏc trung kế logic bao gồm cỏc kờnh lưu lượng gúi dữ liệu lưu lượng cỏc bản tin ngắn (SMS)
Thiết lập hay huỷ bỏ cỏc giao thức dữ liệu gúi PDP phục vụ cho việc truyền tải cỏc gúi dữ liệu PDU giữa thuờ bao GPRS và GGSN thụng qua hai giao diện Gn và Gb.
Thực hiện kỹ thuật nộn dữ liệu được truyền tải giữa SGSN và mỏy di động nhằm nõng cao hiệu quả của cỏc kết nối trong mạng
Cung cấp cỏc khả năng kết nối với cỏc phần tử khỏc trong mạng như : SGSN – MSC/VLR, HLR, BSC …
Cung cấp khả năng tương tỏc với mạng GSM khi cả hai cụng nghệ này cựng sử dụng chung một nguồn tài nguyờn.
Điều hành việc xếp hàng của cỏc gúi dữ liệu trao đổi giữa trạm gốc BSS và nỳt hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN)
Cung cấp dữ liệu ơhục vụ cho việc tớnh cước, cỏc thụng tin phục vụ tớnh cước được thu thập tại SGSN chỉ liờn quan đến phần sử dụng mạng vụ tuyến của cỏc thuờ bao.
b. Nỳt hỗ trợ cổng GPRS (SGSN)
Nhỡn về mặt hệ thống, GGSN (Gateway GPRS Support Node) đúng vai trũ như một GMSC (Gate Mobile Switching Center – Trung tõm chuyển mạch cổng di động). GGSN cung cấp một giao diện cổng phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu gúi bờn ngoài (PDN). Nú cung cấp địa chỉ
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt - 43 -
định tuyến cho cỏc dữ liệu được phõn phối tới mỏy di động và gửi cỏc số liệu xuất phỏt từ mỏy di động tới địa chỉ đó được chỉ định. GGSN cũng tương tỏc với cỏc mạng chuyển mạch gúi ngoài và được kết nối với SGSN theo giao thức IP dựa trờn mạng đường trục GPRS.
GGSN cú hai giao diện Gi và Gn, trong đú giao diện Gi phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu giữa thuờ bao GPRS với cỏc mạng thiết bị đầu cuối thuộc mạng dữ liệu bờn ngoài được kết nối với GGSN. Giao diện Gn phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu bỏo hiệu giữa GGSN và SGSN, kết nối này được thực hiện qua mạng IP (mạng đường trục GPRS).
GGSN cũn được nối với bộ đăng ký thường trỳ HLR qua giao diện Gc để thu thập thụng tin định tuyến cũng như cỏc dữ liệu về thuờ bao GPRS. GGSN cú cỏc chức năng chớnh sau:
Cung cấp giao diện giữa mạng GPRS với cỏc mạng dữ liệu bờn ngoài. Nhỡn từ phớa cỏc mạng bờn ngoài GPRS đúng vai trũ như một bộ định tuyến đến tất cả cỏc thuờ bao được phục vụ bởi GPRS.
Định tuyến và truyền tải dữ liệu giữa GPRS và cỏc mạng dữ liệu GPRS.
Quản trị cỏc phiờn làm việc GPRS, thiết lập thụng tin về phớa cỏc mạng bờn ngoài.
Cung cấp khả năng chuyển đổi khuụn dạng cỏc gúi dữ liệu được trao đổi giữa mạng GPRS và cỏc mạng dữ liệu khỏc. Điều này cho phộp cỏc gúi dữ liệu X.25 và IP được truyền tải với cựng khuụn dạng về cước thụng qua mạng GPRS.
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt - 44 -
Cung cấp dữ liệu phục vụ cho việc tớnh cước, cỏc thụng tin được thu thập tại GGSN chỉ liờn quan đến phần sử dụng dữ liệu bờn ngoài.
Điều khiển việc truy nhập trờn GGSN
Chức năng bảo mật khi kết nối Internet.
c. Sự kết hợp giữa nỳt hỗ trợ dịch vụ SGSN và nỳt hỗ trợ cổng GGSN.
Cỏc chức năng của SGSN và GGSN cú thể kết hợp với nhau trong cựng một khối vật lý hoặc cú thể tỏch biệt thành cỏc khối riờng biệt. SGSN và GGSN cú cỏc chức năng định tuyến IP, chỳng cú thể kết hợp với cỏc bộ định tuyến IP (router).
Khi SGSN và GGSN thuộc về hai mạng di động mặt đất cụng cộng PLMN (Public Land Mobile Network) khỏc nhau, chỳng được kết nối thụng qua giao diện Gn (giao diện giữa SGSN và GGSN nằm trong cựng một PLMN) cụng thờm chức năng về an ninh được yờu cầu khi trao đổi thụng tin giữa cỏc PLMN khỏc nhau, cỏc chức năng về an ninh này được xõy dựng tuỳ thuộc vào thoả thuận của cỏc nhà khai thỏc.
Khi đưa mạng GPRS vào khai thỏc, dựa trờn mạng GSM hiện cú thỡ cỏc phần tử của mạng GSM cựng trở thành phần tử của mạng GPRS.
d. Hệ thống trạm gốc BSS.
Phần BSS cung cấp tất cả cỏc chức năng điều khiển và truyền dẫn thụng tin phần vụ tuyến của mạng, bao gồm :
* Khối điều khiển dữ liệu gúi PSU (Packet Control Unit)
Khối điều khiển dữ liệu gúi PCU cú nhiệm vụ kết hợp cỏc chức năng điều khiển kờnh vụ tuyến GPRS với phần hệ thống trạm gốc BSS cảu mạng GSM hiện tại, PCU được đặt tại bộ điều khiển trạm gốc BSC và phục vụ BSC đú. PCU quản lý cỏc chức năng về chuyển tiếp khung
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt - 45 -
(nếu PCU được kết nối với GSM qua mạng chuyển tiếp khung), quản lý cỏc thụng tin bỏo hiệu về dịch vụ mạng, bỏo hiệu BSSGP (giao thức GPRS BSS), định tuyến cỏc bản tin bỏo hiệu, quản lý tải tin cỏc lớp RLC/MAC (Điều khiển kết nối vụ tuyến/ Điều khiển truy nhập trung gian) và truyền tải dữ liệu của người sử dụng.
Dữ liệu của người sử dụng sẽ được chuyển từ BTS tới BSC thụng qua đường lờn CCU (Channel Control Unit), sau đú truyền qua đường E1 tới PCU. Tại PCU cỏc khối dữ liệu RLC sẽ được sắp xếp lại trong khung (điều khiển liờn kết logic), sau đú được chuyển tới SGSN. Bỏo hiệu BSSGP và NS (dịch vụ mạng) sử dụng gaio thức chuyển tiếp khung, làm nhiệm vụ bỏo hiệu giữa PCU và SGSN. PCU được kết nối với GSN thụng qua mạng chuyển tiếp khung hoặc cũng cú thể được kết nối trực tiếp với GSN.
* Bộ điều khiển trạm gốc BSC
Trong mạng GPRS, BSC (Base Station Controller) đúng vai trũ trung tõm phõn phối, định tuyến dữ liệu và thụng tin bỏo hiện GPRS. BSC cũng cung cấp tất cả cỏc chức năng liờn quan đến phần BSS của mạng. BSC cú thể thiết lập, giỏm sỏt và huỷ bỏ kết nối của cỏc cuộc gọi chuyển mạch kờnh cũng như chuyển mạch gúi. BSC cũn cung cấp cỏc chức năng về chuyển vựng, thiết lập cỏc tham số của cỏc tế bào (cell) trong mạng.
* Trạm gốc BTS
BTS (Base Transceiver Station) cung cấp khả năng ấn định cỏc kờnh vật lý tại cỏc khe thời gian cho cuộc gọi chuyển mạch trong mạng
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt - 46 -
GSM và dữ liệu chuyển mạch gúi GPRS. BTS kết hợp với PCU để thực hiện cỏc chức năng về vụ tuyến trong mạng GPRS.
Dữ liệu gúi của người sử dụng sẽ được chuyển từ BTS tới BSC qua đường lờn CCU. CCU trong BTS thực hiện mó kờnh bao gồm sửa lỗi trước (FEC), nú thực hiện việc đo kờnh vụ tuyến, sự ỏnh xạ của GPRS và bỏo hiệu trờn giao diện Abis trờn đường truyền tới BSC.
e. Phần hệ chuyển mạch.
* Trung tõm chuyển mạch di động / Bộ đăng ký tạm trỳ – MSC / VLR
MSC/VLR (Mobile Switching Center/ Visitor Location Register) được sử dụng cho việc đăng ký và liờn lạc với thuờ bao nhưng khụng đúng vai trũ gỡ trong việc định tuyến dữ liệu GPRS. Một MSC cú thể được kết nối với một hoặc nhiều SGSN tuỳ thuộc vào lưu lượng thụng tin. Trong hệ thống GPRS, MSC/VLR khụng được dựng cho thủ tục nhận thực thuờ bao như trong hệ thống GSM mà thay vào đú là HLR, do đú SGSN sẽ nhận bộ ba thụng số dành cho việc nhận thực từ bộ đăng ký thường trỳ/ trung tõm nhận thực – HLR/AUC.
* Bộ đăng ký thường trỳ / trung tõm nhận thực HLR / AUC
Bộ đăng ký thường trỳ HLR (Home Location Register) lưu giữ tất cả cỏc thụng tin về thuờ bao GSM cũng như GPRS. Thụng tin về thuờ bao GPRS được trao đổi giữa HLR với SGSN. Thờm vào đú, như trờn đó trỡnh bày, HLR được sử dụng trực tiếp cho việc nhận thực thuờ bao thay cho MSC/VLR trong hệ thống GSM.
Trung tõm nhận thực AUC (Authentication User Center) cung cấp bộ ba thụng số dành cho việc nhận thực và thực hiện mó hoỏ đường truyền. Thủ tục nhận thực trong GPRS và GSM là như nhau, chỉ cú quỏ
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt - 47 -
trỡnh mó hoỏ đường truyền là thay đổi so với hệ thống GSM, sự thay đổi này khụng tỏc động gỡ đến AUC, do đú khụng cần cập nhật AUC.
* Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị – EIR
Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register) vẫn thực hiện chức năng như trong hệ thống GSM. EIR lưu giữ tất cả cỏc dữ liệu liờn quan đến thiết bị đầu cuối MS. EIR được nối đến MSC qua đường bỏo hiệu để kiểm tra sự được phỏp của thiết bị, một thiết bị khụng được phộp sẽ bị cấm.
f. Thiết bịđầu cuối GPRS (MS)
Thiết bị đầu cuối GPRS cú thể hoạt động được ở 3 chế độ :
• Chế độ 1 (Class 1) : ở chế độ này mỏy đầu cuối di động cú thể sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch kờnh và chuyển mạch gúi đồng thời.
• Chế độ 2 (Class 2) : ở chế độ này mỏy đầu cuối di động khụng thể sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch kờnh và chuyển mạch gúi đồng thời, nhưng cú thể sử dụng hai dịch vụ này theo kiểu liờn tiếp nhau, trờn cơ sở cỏc dịch vụ này được lựa chọn tự động. Mỏy đầu cuối di động cú thể nhận được nhắn tin cho dịch vụ chuyển mạch kờnh trong khi đang truyền tải dữ liệu dưới dạng gúi. Khi đú mỏy đầu cuối di động cú thể tạm dừng việc truyền tải dữ liệu trong khoảng thời gian thực hiện kết nối này kết thỳc, mỏy đầu cuối di động sẽ tự động chuyển về trạng thỏi truyền tải dữ liệu.
• Chế độ 3 (Class 3) : ở chế độ này chỉ cho phộp mỏy đầu cuối di động sử dụng một dịch vụ chuyển mạch kờnh hay chuyển mạch gúi tại một thời điểm. Sự lựa chọn này được thực hiện bằng nhõn cụng
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt - 48 -
hoặc mặc định. Mỏy đầu cuối di động nào chỉ hỗ trợ GPRS luụn hoạt động ở chế độ này.
g. Thiết bị cung cấp dịch vụ SMS – nhắn tin ngắn (SMS – GMSC và SMS – IWMSC)
SMS – GMSC (Tổng đài di động cú cổng cho dịch vụ nhắn tin ngắn) và SMS – IWMSC (Tổng đài di động liờn mạng cho dịch vụ nhắn tin ngắn) được kết nối với SGSN qua giao diện Gd nhằm cung cấp khả năng truyền tải cỏc bản tin ngắn trờn cỏc kờnh vụ tuyến.
CHƯƠNG 8 :
CÁC GIAO DIỆN VÀ GIAO THỨC TRONG MẠNG GPRS
Cỏc giao thức của GPRS cung cấp cỏc chức năng điều khiển và truyền tải dữ liệu trờn mặt phẳng bỏo hiệu và mặt phẳng truyền dẫn.
8.1. Mặt phẳng truyền dẫn
Mặt phẳng truyền dẫn bao gồm cỏc cấu trỳc giao thức phõn lớp phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu của người sử dụng, kết hợp với cỏc thủ tục điều khiển phục vụ cho việc truyền tải như : điều khiển luồng, phỏt hiện và sửa lỗi …
http://www.ebook.edu.vn
Chu út thậm – 05btt-07đt - 49 -
• Giao thức GTP (GPRS Tunnelling Protocol – giao thức tạo đường hầm GPRS): Giao thức này phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu giữa cỏc GSN trong mạng đường trục GPRS. Tất cả cỏc PTP, PDP, PDU đều đựoc kết hợp bởi GTP. GTP cũng cú thể cung cấp khả năng điều khiển luồng giữa cỏc GSN.
• Giao thức TCP/UDP (Transmission Control Protocol/ User Datagram Protocol – giao thức điều khiển truyền dẫn/ Giao thức dữ liệu