Tài liệu Cấu trúc mạng gprs

Luận văn Cấu trúc mạng GPRS 1 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GPRS 1.1 GIỚI THIỆU VỀ DỊCH VỤ VÔ TUYẾN GÓI CHUNG GPRS Như các công nghệ khác, sau gần 20 năm phát triển, thông tin di động thế hệ hai bắt đầu bộc lộ những khiếm khuyết của nó khi nhu cầu dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ băng rộng ngày càng trở nên cấp thiết. Tình trạng phát triển các mạng di động 2G quá nhiều phát sinh ra một loạt các vấn đề cần giải quyết như phân bổ tần số bị hạn chế, chuyển vùng phức tạp và không kinh tế, chất lượng chưa đạt được mức của điện thoại cố định. Hai nhược điểm cơ bản của hệ thống GSM là: chuyển mạch kênh hiện tại không thích ứng được với các tốc độ số liệu cao, và trong hệ thống GSM một kênh vẫn ở trạng thái mở ngay cả khi không có lưu lượng đi qua nó. Sự phát triển của mạng Internet cũng đòi hỏi khả năng hỗ trợ truy cập Internet và thực hiện thương mại điện tử di động. Nhìn chung các thuê bao di động hiện nay, đặc biệt với điện thoại di động GSM, thực tế không thể vượt qua được ngưỡng 9,6Kbs (nhỏ hơn nhiều so với 56,6Kpbs mà một kết nối Internet truyền thống có thể đạt được). Để giải quyết những vấn đề trên. ITU đã đưa ra một chuẩn chung cho thông tin di động thế hệ 3 trong một dự án gọi là IMT-2000. Chuyển sang thế hệ thứ ba là quá trình tất yếu, nhưng chí phí đầu tư quá lớn nên đòi hỏi có một giải pháp quá độ mà có thể chấp nhận cả từ phía nhà sản xuất, nhà khai thác và khách hàng. Đó chính là công nghệ thế hệ 2G mà tiêu biểu là Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS. GPRS đã khắc phục được các nhược điểm chính của thông tin chuyển mạch kênh truyền thống bằng cách chia nhỏ số liệu thành từng gói nhỏ rồi truyền đi theo một trật tự quy định và chỉ sử dụng các tài nguyên vô tuyến khi một người dùng thực sự cần phát hoặc thu. Trong khoảng thời gian khi không có số liệu này được phát, kết nối tạm ngừng họat động nhưng nó lập tức kết nối lại ngay khi có yêu cầu. Thông qua việc sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến như vậy, hàng trăm khách hàng có thể đồng thời chia sẻ một băng thông và được một cell duy nhất phục vụ. Tốc độ dữ liệu trong GPRS có thể tăng lên tới 171Kb/s bằng cách sử dụng 8TS TDMA với tốc độ tối đa của một khe là 21.4Kb/s. Tốc độ này hơn 10 lần tốc độ cao nhất của một hệ thống GSM hiện nay và gấp đôi tốc độ truy nhập Internet theo cách truyền thống. Chính vì vậy, đã có 2 nhiều nhà sản xuất hàng đầu thế giới đưa ra thị trường các sản phẩm về GPRS, trong đó phải kể đến NOKIA, ERICSSON, và NOTEL. Ở Việt Nam hiện nay, việc khai thác mạng Internet đã đưa các dịch vụ thông tin điện tử tới người sử dụng, thương mại điện tử cũng đã được cung cấp và ngày càng thu hút số lượng khách hàng lớn. Thông tin di động với kỹ thuật GSM cũng đã và đang phát triển mạnh mẽ thông qua số lượng thuê bao, vùng phủ sóng và số lượng dịch vụ đang cung cấp cho khách hàng. Thực tế cho thấy việc sử dụng các dịch vụ số liệu phải theo phương thức chuyển mạch kênh, gây lãng phí tiềm năng mạng, nhất là phần vô tuyến. Điều đó không thể đáp ứng nhu cầu đa dạng hiện nay khi đưa vào khai thác các dịch vụ thông tin hình ảnh, Internet, thương mại điện tử. Do những yếu tố về kinh tế và kỹ thuật đã nêu trên, yêu cầu phát triển dịch vụ GPRS là một trong những cách tốt nhất để sớm đưa hệ thông thông tin di động nước ta tiến lên thế hệ thứ 3 trong tương lai. 1.2 CÁC DỊCH VỤ CỦA GPRS Dịch vụ Các dạng dịch vụ Đặc điểm PtP: Dịch vụ mạng không kết nối Khả năng truyền dữ liệu gói giữa hai điểm đầu cuối Điểm tới điểm (ONS). thông tin thông qua dịch vụ không kết nối như (Point- to- Point) PtP: Dịch vụ mạng Internet hoặc thông qua dịch vụ hướng kết nối như hướng kết nối X25. (CONS) Điểm tới đa điểm (Point- toMultiPoint) PtM- Multicast Truyền dữ liệu gói từ một điểm đến một vùng địa (PtM- M) lý. PtM- IP- Multicast Dịch vụ Muticast được định nghĩa như trong giao (PtM- M) thức IP. PtM- Group Call Truyền dữ liệu gói đến một nhóm các điểm thu (PtM- G) nhận được định nghĩa trước trong vùng địa lý. Bảng 1.1: Các dịch vụ mạng GPRS 3 1.3 CÁC TÍNH NĂNG MỚI TRONG GPRS Các tốc độ dữ liệu của người sử dụng cao hơn trong mỗi kênh lưu lượng TCH ở giao diện vô tuyến: từ 9.05Kb/s; 13.4Kb/s; 15.6Kb/s cho tới 21.4Kb/s với bốn kiểu mã hoá khác nhau (CS1, CS2, CS3, CS4) kết hợp với sử dụng nhiều kênh lưu lượng (8 lênh lưu lượng có thể được sử dụng cho một người dùng). Các kênh vô tuyến mới được sử dụng, khả năng ấn định các kênh này là mềm dẻo từ 1 đến 8 TS vô tuyến có thể được sử dụng cho một máy phát. Nhiều người sử dụng chia sẻ các khe thời gian, các kênh hướng xuống và các kênh hướng lên xác định độc lập. Các tài nguyên vô tuyến chỉ được sử dụng khi truyền dữ liệu. Cải tiến hiệu quả truy cập tới cùng các tài nguyên vô tuyến vật lý. Tính cước dựa trên dữ liệu được truyền. Các tốc độ của người dùng cao hơn khi truy cập tới Internet hoặc các mạng dữ liệu khác. 1.4 CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA GPRS 1.4.1 Các chức năng điều khiển truy cập mạng - Đăng ký: Sự phân công tĩnh hoặc động giữa định danh di động và giao thức dữ liệu gói (PDP) của người dùng, địa chỉ của người dùng trong mạng PLMN và điểm truy cập của người dùng tới mạng chuyển mạch gói bên ngoài. - Nhận thực và uỷ quyền: Tạo hiệu lực của các yêu cầu dịch vụ của người dùng. - Chấp thuận: Tính toán các tài nguyên mạng theo yêu cầu QoS, giới hạn, dự trữ các tài nguyên sẵn có. - Lọc các bản tin: Lọc các bản tin không chấp thuận hoặc không yêu cầu. - Thích nghi với các đầu cuối: Thích nghi các gói dữ liệu từ đầu cuối theo dạng thích hợp với mạng GPRS. - Lưu trữ các thông tin tính cước. 1.4.2 Các chức năng điều khiển và định tuyến gói - Chuyển tiếp: Các nút với các chức năng chuyển tiếp được sử dụng để chuyển tiếp các bản tin. 4 - Định tuyến: Xác định nút cho các bước nhảy kế tiếp trong tuyến đi tới nút đích. - Ánh xạ và biên dịch địa chỉ: Chuyển đổi một địa chỉ theo giao thức của mạng bên ngoài thành địa chỉ của mạng hiện tại. Địa chỉ này có thể được sử dụng cho việc định tuyến trong PLMN. - Đóng gói: Thêm các thông tin điều khiển vào dữ liệu để định tuyến các gói giữa các nút hoặc nút và MS. - Truyền dẫn: Chuyển giao các đơn vị dữ liệu đã dược đóng gói trong mạng PLMN tới các điểm mà tại đó sẽ mở gói các đơn vị dữ liệu này. Truyền dẫn dữ liệu theo hai hướng điểm- điểm. - Nén dữ liệu: Tối ưu hoá việc sử dụng đường truyền vô tuyến. - Mật mã: bảo vệ dữ liệu của người dùng và báo hiệu qua đường truyền vô tuyến. 1.4.3 Quản lý di động Xác định vị trí MS trong mạng PLMN và với một mạng PLMN khác. 1.4.4 Quản lý tuyến logic - Thiết lập các tuyến logic: Khi MS kết nối vào các dịch vụ GPRS. - Duy trì tuyến logic: Giám sát tình trạng của tuyến logic. - Giải phóng tuyến logic: Ngừng sử dụng các tài nguyên vô tuyến đã được sử dụng trong kết nối logic. 1.4.5 Quản lý tài nguyên vô tuyến - Quản lý Um: Quản lý việc thiết lập các kênh vật lý và xác định các tài nguyên vô tuyến được phân phối cho GPRS. - Lựa chọn Cell: Lựa chọn Cell tối ưu nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu của Cell và tránh tắc nghẽn. - Truyền dẫn trên Um: Trao đổi dữ liệu gói giữa MS và BSS với quá trình điều khiển truy nhập phương tiện truyền dẫn qua kênh vô tuyến, ghép kênh các gói trên kênh vô tuyến vật lý, phân biệt gói trong MS, phát hiện và sửa lỗi, điều khiển luồng. - Quản lý đường truyền giữa BSS và SGSN: Thiết lập và giải phóng tĩnh hoặc động các đường truyền dựa trên tải tối đa trong mỗi Cell. 5 1.4.6 Quản lý mạng Các chức năng khai thác, vận hành bảo dưỡng phù hợp với GPRS. 1.4.7 Một số ứng dụng của GPRP GPRS cung cấp một loạt các dịch vụ mới đáng chú ý cho người sử dụng. - Khả năng di động: Cho phép duy trì truyền thông dữ liệu và thoại không đổi trong khi người dùng di chuyển. - Tính tức thời: Cho phép người dùng có thể kết nối khi cần bất chấp vị trí và phiên đăng nhập dài. - Khả năng định vị: Cho phép người dùng có được các thông tin thích hợp để xác định vị trí hiện thời của họ. Kết hợp các đặc tính trên sẽ tạo ra ứng dụng rộng rãi cho người dùng như: - Trong mạng máy tính không dây: Các ứng dụng: Văn phòng lưu động, Thư điện tử, Nhắn tin thời gian thực, Truy cập Internet, Truyền file, Giao dịch tài chình, Thẻ tín dụng, Thương mại điện tử.... - Trong quản lý lưu lượng: Di động GPRS trên ô tô, Quản lý nhanh, Điều khiển tàu hoả, Dẫn đường, Thu phí xa lộ tự động... - Trong đo lường từ xa: Thống kê định kỳ, Chỉ thị lỗi, Báo động, Điều khiển từ xa... - Các ứng dụng khác: Tin tức, dự báo thời tiết, Xổ số trực tuyến... 6 CHƯƠNG II: CẤU TRÚC MẠNG GPRS 2.1 CẤU TRÚC TỔNG THỂ CỦA MẠNG GPRS Các tài nguyên vô tuyến được cấp phát linh động trong GPRS. Việc sử dụng này dường như mâu thuẫn với cấu trúc chuyển mạch kênh, với các kênh tốc độ 16Kb/s hoặc 64Kb/s trong GSM. Trong trường hợp kết nối người dùng có tốc độ từ vài byte/s tới hơn 100Kb/s và ngược lại gây khó khăn trong việc cấp phát tài nguyên trong chế độ cố định. Do vậy phải sử dụng một hạ tầng chuyển mạch gói trong mạng GPRS nhưng trong mạng này còn có cả phần chuyển mạch kênh. Khả năng có một phần chuyển mạch kênh trung gian trong mạng GSM thực sự không có ý nghĩa bởi vì tính linh hoạt, mềm dẻo của truyền dẫn gói trên giao diện vô tuyến và trong các mạng dữ liệu như Internet, Intranet....ETSI khuyến nghị phương thức chuyển mạch gói và thiết bị chuyển mạch gói trong mạng GPRS. Mạng GPRS sử dụng lại các thành phần mạng trong GSM hiện tại nhưng có thêm một số phần tử mạng , giao diện, giao thức mới. Phần tử mạng GSM Các sửa đổi hay nâng cấp cho GPRS Đầu cuối thuê bao Toàn bộ các đầu cuối thuê bao mới cần thiết cho các dịch vụ (TE) GPRS. Nó tương thích với GSM đối với các cuộc gọi. BTS Nâng cấp phần mềm trên BTS hiện tại. BSC BSC đòi hỏi nâng cấp phần mềm, giống như cần thêm một phần cứng mới là PCU (Packet Control Unit). Mạng lõi (Core Triển khai GPRS đòi hỏi cài đặt các phần tử mạng lõi mới được Network) gọi là SGSN và GGSN Các cơ sở dữ liệu Các cơ sở dữ liệu liên quan trong mạng đòi hỏi nâng cấp phần (VLR, HLR...) mềm để sử dụng các cuộc gọi và các chức năng đưa ra bởi GPRS Bảng 2.1. Một số yêu cầu cho mạng GPRS 7 * Kiến trúc mạng GPRS và các giao diện (hình 2.2) TE: Thiết bị đầu cuối SMS-GMSC: Tổng đài cổng di động ME: Đầu cuối di động cho dịch vụ tin ngắn BSS: Phân hệ trạm gốc SMS-IWMSC: Tổng đài liên kết di SGSN: Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS động cho dịch vụ tin ngắn GGSN: Nút hỗ trợ cổng giao tiếp SM-SC: Trung tâm dịch vụ tin ngắn GPRS Billing System: Hệ thống lập hoá đơn MSC/VLR: Tổng đài di động/ Bộ ghi định PDN: Mạng dữ liệu gói vị tạm trú CFG: Cổng chức năng tính cước HLR: Bộ ghi định vị thường trú BG: Cổng giao tiếp EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị SMS-GMSC SMS- SM-SC C E Gd MSC/VL R HLR Gs D Gc Gn TE MT BSS SGSN Gi PDN GGSN Gb U m Gn SGSN Ga Gp Billing Syste CFG GGSN SGSN Other PLMN EIR T E Ga Gf Signalling Interface Signalling and Data Transfer Interface Hình 2.2 Kiến trúc tổng thể mạng GPRS và các giao diện 2.2 CÁC THÀNH PHẦN TRONG MẠNG GPRS Do việc sử dụng lại các thành phần trong mạng GSM hiện tại nên trong mạng GPRS vẫn có các phần tử là MSC, HLR, VLR, BSS, EIR. Ngoài ra còn có thêm 8 một số nâng cấp về phần cứng SGSN, GGSN, MS, BSS và một số nâng cấp về phần mềm. 2.2.1 Thiết bị di động MS (Mobile Station) Các thiết bị di động trong GPRS được chia thành 3 lớp A,B,C. - Lớp thiết bị A hỗ trợ đồng thời các dịch vụ GPRS và GSM. Sự hỗ trợ gồm các hoạt động đồng thời: vào mạng, hoạt hoá, giám sát và truyền dẫn. Một thiết bị lớp A có thể phát hoặc thu nhận đồng thời các cuộc gọi trên hai dịch vụ. Trên các dịch vụ chuyển mạch kênh hiện có, các mạch ảo GPRS sẽ được treo hoặc thiết lập trạng thái bận. - Lớp thiết bị B có thể giám sát đồng thời các kênh GPRS và GSM nhưng chỉ hỗ trợ một dịch vụ tại một thời điểm. Một thiết bị lớp B có thể hỗ trợ đồng thời các quá trình:vào mạng, hoạt hoá, giám sát nhưng không truyền dẫn. Trong thiết bị lớp A thì các mạch ảo không bị ngắt khi có lưu lượng chuyển mạch kênh mà chỉ bị treo hoặc bận. Do đó người dùng có thể nhận hoặc truyền các cuộc gọi lần lượt trên chế độ gói hoặc trên chế độ chuyển mạch kênh. - Lớp thiết bị C chỉ hỗ trợ việc truy cập không đồng thời. Người dùng phải lựa chọn loại dịch vụ để kết nối tới. Do đó, một thiết bị lớp C có thể thu hoặc truyền các cuộc gọi liên lạc từ dịch vụ mà người dùng chọn. Dịch vụ này nếu không được chọn thì sẽ không thực hiện được. Khả năng hỗ trợ cho dịch vụ tin ngắn là tuỳ chọn. 2.2.2 Nút cổng giao tiếp hỗ trợ GPRS- GGSN Đây là nút mạng mới trong mạng GPRS. GGSN tương đương với GMSC trong GSM. Các đặc điểm của GGSN: - Thủ tục GTP tạo kênh truyền dẫn: GTP là thủ tục của GPRS, được thiết kế để tạo kênh truyền dẫn dữ liệu của người dùng và báo hiệu giữa các nút GPRS trong mạng đường trục GPRS. GTP đóng gói các đơn vị dữ liệu sử dụng các giao thức PDP điểm- điểm. Các kênh truyền GTP và các đường dẫn có thể được thiết lập giữa hai GSN dùng bất cứ loại giao diện vật lý nào mà nó cung cấp IP như Gn, Gp. 9 - Các chức năng điều khiển truy nhập mạng: Các chức năng cung cấp trong GGSN để thực hiện chức năng truy nhập mạng được GPRS quy định kèm theo sự kiểm tra và nhận thực MS thông qua RADIUS. - Quản lý di động: Được dùng để giữ liên lạc vùng hiện thời của MS trong PLMN hay trong PLMN khác. GGSN cung cấp việc quản lý di động trong cùng SGSN như được đề cập ở GPRS. - Liên mạng Internet, Intranet: GGSN cung cấp liên mạng chạy trên giao thức IP. Liên mạng được yêu cầu bất cứ khi nào PLMN cung cấp GPRS và bất cứ mạng khác liên kết để thực hiện yêu cầu dịch vụ của GPRS. - Định tuyến gói tin và chuyển tiếp: Các chức năng chính được thực hiện là chuyển tiếp, đóng gói, tạo kênh truyền và uỷ nhiệm DHCP. Với GPRS, một kênh truyền GPRS được xác định bởi một cặp SGSN-GGSN, và đặc tả bởi số nhận dạng kênh truyền (Tunel ID). Tất cả các bản tin liên quan đến người dùng được định tuyến bên trong mỗi kênh truyền bằng mọi cách đến nhà cung cấp dịch vụ Internet/ Intranet. Việc chọn GGSN được thực hiện bởi SGSN và tuỳ thuộc vào đích đến mong muốn. - Quản lý mạng đường trục: Các chức năng quản lý mạng cung cấp các cơ cấu để hỗ trợ các chức năng hoạt động, quản trị và quản lý liên quan đến GPRS. - Quản lý dữ liệu cước: Chức năng thu thập dữ liệu này cần thiết để hỗ trợ quá trình tính cước trong GPRS. - Chất lượng dịch vụ: Trong GPRS, chất lượng dịch vụ được kết hợp với bối cảnh PDP. Chất lượng dịch vụ được xem như là thông số độc lập với nhiều thuộc tính về trao đổi dữ liệu. Nó xác định chất lượng dịch vụ mong muốn theo các thuộc tính: Lớp quyền ưu tiên; Lớp trễ; Lớp thông lượng dữ liệu cực đại; Lớp thông lượng dữ liệu trung bình. 2.2.3 Nút dịch vụ hỗ trợ GPRS- SGSN SGSN là một phần tử mạng mới trong mạng GPRS. Nó có một số đặc điểm sau: - Phục vụ MS thông qua giao diện Gb. - Thiết lập và điều khiển một mô tả quản lý di động . - Thiết lập bối cảnh PDP để sử dụng cho quá trình định tuyến. 10 - Giao diện Gp cung cấp chức năng bảo mật hơn cho giao diện của giao diện Gn dùng cho quá trình truyền thông liên PLMN. - Qua giao diện Gs với MSC/VLR hỗ trợ chức năng vào mạng và rời mạng thông qua SGSN. Điều này tạo ra sự tổ hợp của quá trình vào mạng và rời mạng GPRS/IMSI. Do đó tiết kiệm được tài nguyên vô tuyến. - Kết hợp cả hai quá trình cập nhật vùng định vị (LA) và vùng định tuyến (RA) bao gồm các quá trình cập nhật có tính chu kỳ sẽ tiết kiệm tài nguyên vô tuyến. Bản tin cập nhật kết hợp LA, RA được gửi từ MS tới SGSN. Sau đó SGSN chuyển tiếp bản tin cập nhật LA tới VLR. - Tìm gọi dành cho một kết nối chuyển mạch kênh CS thông qua SGSN. - Các thủ tục cảnh báo các dịch vụ phi GPRS. - Thủ tục định danh. - Thủ tục cập nhật thông tin về quản lý tuyến. 2.2.4 Phân hệ trạm gốc BSS 2.2.4.1 Phân chia chức năng giữa BSC và BTS Các chuẩn về GPRS không mô tả chi tiết sự phân chia các chức năng giữa BSC và BTS. Tuỳ theo cách thực hiện thì các chức năng có thể thuộc về BTS hoặc BSC. Ngoài các chức năng có trong GSM thì BSC có một số chức năng mới thuộc về hai phần mới trong nút mạng này: - Đơn vị điều khiển giao thức PCU (Packet Control Unit). - Đơn vị điều khiển kênh CCU (Channel Control Unit). 2.2.4.2 Đơn vị điều khiển giao thức PCU và đơn vị điều khiển kênh CCU PCU là phần mới dùng trong GPRS. PCU có thể đặt ở BTS hoặc BSC hoặc GSN. PCU có một số đặc điểm: - Kết hợp LLC và RLC, phân đoạn LC với RLC. - Điều khiển truy nhập kênh truyền. - Cấp phát kênh số liệu ở hướng xuống và hướng lên. - Điều khiển việc truyền lại và ARQ. 11 - Một PCU chỉ phục vụ một BSC và chỉ có một PCU trong một BSC. PCU cần lập các quá trình xử lý cho tất cả các cuộc gọi: Lựa chọn các gói sẽ gửi tiếp; Điều khiển luồng: Điều khiển thay đổi Cell theo hướng mạng. Một cách thực hiện PCU: BSC BTS PCU SGS N DL2 Abis n*16 Kb/s Gb Hình 2.3. Một cách thực hiện PCU PCU bao gồm: Phần mềm trung tâm và các thiết bị phần cứng với phần mềm cục bộ. PCU có thể có nhiều bộ xử lý cục bộ (RPP). Một RPP được định cấu hình đến cả hai hướng giao diện Abis và giao diện Gb hoặc chỉ là Abis. RPP phân phối các khung PCU giữa giao diện Abis và Gb. Nếu chỉ có một RPP thì nó sẽ làm việc với cả hai hướng: Abis và Gb. Nếu có nhiều RPP thì mỗi RPP có thể chỉ làm việc với Abis hoặc cả hai. Các RPP truyền thông với nhau thông qua mạng Ethernet. PCU kết nối tới các thiết bị ở phía Gb qua chuyển mạch nhóm (chuyển mạch tốc độ thấp). Các RPP nối tới chuyển mạch thông qua DL2, tới CP qua bus nối tiếp RP. 2.2.4.3 Đơn vị điều khiển kênh CCU CCU có các chức năng: - Mã hóa kênh, sửa lỗi trước FEC, chèn xen. - Đo lường vô tuyến (Chất lượng tín hiệu thu, mức công suất, sự sớm định thời). 2.2.5 Bộ định vị thường trú HLR Các thông tin lưu giữ trong HLR: - IMSI: ( International Mobile Subscriber Identifier)- là khoá nhận dạng chính. 12 - MSISDN: Dùng cho dịch vụ tin ngắn. - SGSN number: Địa chỉ trong mạng SS7 của SGSN hiện đang phục vụ MS. - SGSN Address: Địa chỉ IP của SGSN hiện đang phục vụ MS. - Các tham số SMS: Có liên quan đến MS. - Loại bỏ MS khỏi GPRS: Thông báo về MS và bối cảnh PDP bị loại bỏ cho SGSN. - MNSG: Khi không tìm thấy qua một SGSN thì MS sẽ bị đánh dấu là không tìm thấy cho GPRS ở SGSN có thể cả ở GGSN. - Danh sách các GGSN: Chỉ số GSN và địa chỉ IP tối ưu của GGSN được kết nối khi trạng thái tích cực của MS được phát hiện và MNRG được thiết lập. Chỉ số GSN là chỉ số của GGSN hoặc GSN có giao thức hội tụ. - Kiểu PDP: Kiểu giao thức dữ liệu gói X25, IP... - Địa chỉ PDP: Địa chỉ theo giao thức dữ liệu gói. Trường này có thể bỏ trống nếu sử dụng quá trình đánh địa chỉ động. - Kiểu QoS của thuê bao: Dùng cho bối cảnh PDP được thiết lập ở mức mặc định nếu không có yêu cầu về một dạng QoS riêng biệt. - Địa chỉ VPLMN: Mô tả MS chỉ được sử dụng điểm truy cập dịch vụ APN trong Domain của HPLMN hay không được sử dụng cả Domain của VPLMN. - Tên điểm truy cập VPN: Là một nhãn phù hợp với các chuẩn về DSN nhằm mô tả điểm dịch vụ của các mạng dữ liệu gói. Các chức năng mới trong HLR: - Chèn xen dữ liệu về các thuê bao. - Xoá các dữ liệu về các thuê bao. - Gửi thông tin định tuyến cho SMS. - Báo cáo tình trạng truyền SM. - Gửi thông tin định tuyến cho GPRS. - Báo cáo lỗi. 13 CHƯƠNG III: GIAO DIỆN VÔ TUYẾN Các kênh logic dữ liệu gói được xắp xếp vào các kênh vật lý dành cho dữ liệu gói. Kênh vật lý dành cho dữ liệu gói được gọi là kênh dữ liệu gói (PDH). 3.1 KÊNH ĐIỀU KHIỂN CHUNG PCCCH (PACKET COMMON CONTROL CHANNEL) PCCCH gồm các kênh logic dùng báo hiệu điều khiển chung dữ liệu gói. - Kênh điều khiển truy cập ngẫu nhiên PRACH (Packet Random Access Channel) được sử dụng ở hướng lên. MS sử dụng PRACH để khởi đầu quá trình truyền dữ liệu hoặc thông tin báo hiệu. Kênh PRACH được xắp xếp vào cụm kênh truy cập AB. - Kênh nhắn tin PPCH (Packet Paging Channel) được sử dụng ở hướng xuống. PPCH sử dụng các nhóm tìm gọi một MS trước khi truyền gói theo hướng xuống. PPCH sử dụng các nhóm tìm gọi để cho phép sử dụng chế độ DRX. PPCH có thể được sử dụng cho tìm gọi trong cả dịch vụ chuyển mạch gói lẫn chuyển mạch kênh. Tìm gọi cho dịch vụ chuyển mạch kênh trên PPCH được ứng dụng cho các MS lớp A và B trong chế độ vận hành mạng I. - Kênh cho phép truy cập PAGCH (Packet Access Grant Channel) được sử dụng ở hướng xuống. PAGCH chỉ sử dụng trong giai đoạn thiết lập kênh truyền gói để thông báo kênh được chỉ định cho một MS trước khi truyền gói. - Kênh thông báo PNCH (Packet Notification Channel): được sử dụng ở hướng xuống. PNCH được sử dụng để gửi một thông báo quảng bá điểm-đa điểm (Point-to-Multi Point Multicast) đến một nhóm trước khi truyền gói PTM-M. Chế độ DRX giám sát PNCH. Hơn nữa, một chỉ thị bản tin PTM-M mới có thể được gửi trên các kênh tìm gọi riêng rẽ với mục đích thông báo cho các MS quan tâm đến PTM-M khi các MS này lắng nghe PNCH. 3.2 KÊNH ĐIỀU KHIỂN QUẢNG BÁ PBCCH (PACKET BROADCAST CONTROL CHANNEL) Chỉ có ở hướng xuống, PBCCH quảng bá thông tin hệ thống. Nếu PBCCH không được cấp phát thì thông tin hệ thống cho dữ liệu gói sẽ được quảng bá trên BCCH. 3.3 KÊNH LƯU LƯỢNG, KÊNH LƯU LƯỢNG DỮ LIỆU GÓI PDTCH (PACKET DATA TRAFFIC CHANNEL) 14 PDTCH là kênh được cấp phát cho truyền dữ liệu. Được dành riêng tạm thời cho một hoặc một nhóm MS trong trường hợp PTM-M. Nếu sử dụng nhiều khe thời gian một MS có thể sử dụng nhiều kênh PDTCH song song để truyền gói riêng rẽ. Tất cả các kênh lưu lượng gói đều là kênh song hướng (uplink-PTDCH/U, downlink-PTDCH/D). 3.4 CÁC KÊNH ĐIỀU KHIỂN RIÊNG - Kênh điều khiển liên kết PACCH (Packet Associated Control Channel): PACCH truyền thông tin báo hiệu tới một MS đã xác định. Thông tin báo hiệu bao gồm thông tin điều khiển công suất và thông tin trả lời. PACCH cũng mang các bản tin chỉ định, chỉ định lại kênh truyền bao gồm: chỉ định dung lượng các kênh PTDCH và việc chiếm kênh PACCH. PACCH chia sẻ tài nguyên với các kênh PTDCH, đó là quá trình chỉ định hiện tại cho một MS. Hơn nữa, MS đang chỉ sử dụng dịch vụ chuyển mạch gói thì có thể tìm gọi các dịch vụ chuyển mạch kênh trên PACCH. - Kênh điều khiển sớm định thời, hướng lên PTCCH/U (Packet Timing Advance Channel/ Uplink) để truyền các cụm truy nhập ngẫu nhiên để cho phép đánh giá sự sớm định thời của một MS trong chế độ truyền gói. - Kênh điều khiển sự sớm định thời, hướng xuống PTCCH/D (Packet Timing Advance Channel/ Downlink) để truyền các quá trình cập nhật thông tin sớm định thời tới nhiều MS. Một kênh PTCCH/D được sử dụng với nhiều PTCCH/U. 15 CHƯƠNG IV: GIAO THỨC TRUYỀN DẪN VÀ BÁO HIỆU TRONG GPRS Cấu trúc thông tin dữ liệu gắn liền với nguyên tắc phân chia lớp giao thức và phân biệt giữa mặt phẳng báo hiệu và truyền dẫn. Mặt phẳng báo hiệu chứa các giao thức điều khiển và hỗ trợ việc truyền thông tin người dùng. Các chức năng có liên quan đến GPRS bao gồm: điều khiển kết nối, định tuyến và quản lý di động. Mặt phẳng truyền dẫn gồm có các giao thức dùng cho truyền thông tun người dùng và các thủ tục kèm theo như điều khiển luồng, phát hiện và khôi phục lỗi. Hình 4.1 sau giới thiệu mặt phẳng truyền dẫn tới 3 lớp theo mô hình tham khảo OSI: Application IP/X25 SNDCP LLC LLC RLC MAC GSM RF Um BSS GTP GTP UDP/TCP BSSGTP BSSGP IP UDP/TC P IP Network Service Network Service L2 L2 L1-bis L1-bis L1 Relay RLC MAC GSM RF MS IP/X Relay SNDCP Gb SGSN L1 Gn Gi GGSN Hình 4.1. Mặt phẳng truyền dẫn GPRS. 4.1 GIAO THỨC THIẾT LẬP KÊNH TRUYỀN DẪN GPRS (GTP) 4.1.1 Tổng quan GTP là giao thức cho các nút GSN trong mạng đường trục GPRS. Giao thức này gồm các thủ tục về báo hiệu và truyền dữ liệu GTP. GTP định nghĩa giao diện Gn giữa các GSN trong cùng một mạng PLMN và giao diện GP giữa các GSN của các mạng PLMN khác nhau. GTP được sử dụng cho việc truyền các gói dữ liệu của nhiều giao thức (X25,TCP/IP) trên mạng đường trục giữa các GSN. Trong mặt phẳng báo hiệu, 16 GTP mô tả giao thức điều khiển và quản lý một tuyến truyền dẫn. Tuyến này cho phép các SGSN tạo quyền truy cập mạng GPRS cho một MS. Báo hiệu được dùng cho tạo, thay đổi và xoá bỏ kênh truyền. Trong mặt phẳng truyền dẫn GTP sử dụng một cơ chế thiết lập kênh truyền để cung cấp dịch vụ truyền dẫn dữ liệu gói của người dùng. Khả năng lựa chọn tuyến phụ thuộc vào dữ liệu của người dùng có cần một liên kết tin cậy hay không. Giao thức GTP chỉ được thực hiện giữa các SGSN và GGSN và là mối quan hệ nhiều-nhiều. 4.1.2 Mặt phẳng báo hiệu Mặt phẳng báo hiệu có quan hệ với các chức năng quản lý di động của GPRS như kết nối với mạng GPRS, cập nhật vùng định tuyến GPRS, thiết lập các bối cảnh PDP. Báo hiệu giữa các GSN thực hiện bằng giao thức GTP. GTP GTP Path Protocol Path Protocol Gn,Gp GSN GSN Hình 4.2. Chồng giao thức mặt phẳng báo hiệu. 4.1.2.1 Tiêu đề khung GTP trong báo hiệu octet 8 1 7 6 Version 5 4 PT 1 3 2 1 1 1 SNN 2 Message Type 3-4 Length 5-6 Sequence Number 7-8 Flow Label 9 SNDCP-PDU LLC Number 10 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 12 1 1 1 1 1 1 1 1 13-20 TID Bảng 4.3. Tiêu đề khung GTP 17 Luồng báo hiệu GTP được liên kết logic với các kênh GTP nhưng lại tách rời với các GTP này. Với mỗi cặp GSN-GSN thì có một hoặc nhiều tuyến truyền. Trên mỗi tuyến này lại có nhiều kênh truyền. Một tuyến truyền được duy trì bằng các bản tin trả lời, do đó phát hiện được lỗi trong kết nối giữa GSN. - SNN: được thiết lập bằng “0”. - Message Type: Thiết lập giá trị duy nhất cho từng kiểu bản tin báo hiệu. - Length: Chiều dài bản tin, không kể phần tiêu đề. - SNDCP N-PDU: Không được sử dụng cho bản tin báo hiệu. Phía phát đặt bằng “255” còn phái thu bỏ qua. - Sequence Number: Tạo ra sự hợp lệ về số thứ tự cho một kênh hoặc một tuyến. Trong tập hợp liên tục các số thứ tự 0-65535 nếu số nào được sử dụng sẽ xác định rõ một bản tin yêu cầu báo hiệu gửi trên tuyến hoặc truyền trên kênh. Trong bản tin trả lời, báo hiệu SN sẽ được sao chép từ bản tin yêu cầu báo hiệu mà GSN yêu cầu. - TID=”1”. Dùng để chỉ ra các bối cảnh PDP trong GSN đích. - Flow Label: Trong bản tin quản lý tuyến FL không được sử dụng và thiết lập bằng “0”. Trong các bản tin quản lý kênh và quản lý di động thì trường FL được thiết lập theo yêu cầu và chỉ ra luồng GTP cần thiết cho các bản tin yêu cầu tạo bối cảnh PDP. 4.1.2.2 Các định dạng bản tin báo hiệu Message Signalling Message Type (Dec) 0 Dự trữ. 1 Echo Request 2 Echo Response 3 Version Not Support 4 Node Alive Request 5 Node Alive Response 6 Redirection Request 7 Redirection Response 8-15 16 Dự trữ. Không được gửi Create PDP Context Request 18 17 Create PDP Context Response 18 Update PDP Context Request 19 Update PDP Context Response 20 Delete PDP Context Request 21 Delete PDP Context Response 22 Create AA PDP Context Request 23 Create AA PDP Context Response 24 Delete AA PDP Context Request 25 Delete AA PDP Context Response 26 Error Indication 27 PDU Notification Request 28 PDU Notification Response 29 PDU Notification Reject Request 30 PDU Notification Response 31 Dự trữ. Không được gửi 32 Send Routing Information for GPRS Request 33 Send Routing Information for GPRS Response 34 Failure Report Request 35 Failure Report Response 36 Note MS GPRS Present Request 37 Note MS GPRS Present Response 38-47 Dự trữ. Không được gửi 48 Identification Request 49 Identification Response 50 SGSN Context Request 51 SGSN Context Response 52 SGSN Context Acknowledge 53-239 Dự trữ. Không được gửi 240 Data Record Transfer Request 241 Data Record Transfer Response 242-254 255 Dự trữ. Không được gửi T-PDU Bảng 4.4. Các dạng bản tin báo hiệu. 4.1.2.3 Các phần tử thông tin trong bản tin báo hiệu Mỗi bản tin chứa một số phần tử thông tin tuỳ theo kiểu bản tin báo hiệu. Các bản tin này có thể là bắt buộc, tuỳ chọn hoặc có điều kiện. Mỗi phần tử thông tin chỉ xuất hiện một lần trong mỗi bản tin báo hiệu trừ các phần tử Authentification 19 Triplet, PDP Context, Flow Label Data II thì một phần tử thông tin có thể xuất hiện nhiều lần. 20