Întrucât serviciul de date GPRS este construit pe rețeaua GSM existentă, nu este necesară o modernizare radicală a infrastructurii de rețea existente. În ceea ce privește noua funcționalitate și schimbarea principiului interfeței cu rețelele externe, de fapt ele reprezintă o extensie a rețelei GSM existente. Descrieți pe scurt structura generalizată și scopul funcțional al elementelor de bază ale rețelei GPRS.
La nivel structural, sistemul GPRS poate fi împărțit în 2 părți (Figura 10.5): un subsistem de stații de bază și o rețea de bază GPRS (Rețea centrală GPRS). Subsistemul stațiilor de bază include toți controlorii și stațiile de bază ale sistemului GSM, care acceptă transferul de pachete de date la nivel de software și hardware. Miezul rețelei GPRS include elemente de rețea complet noi, concepute pentru prelucrarea pachetelor de date și furnizarea de comunicații cu rețelele de date, în primul rând cu Internetul.
Fig. 10.5. Structura generalizată a sistemului GPRS
Elementul principal de rețea este SGSN (Nod de suport GPRS Serving), un nod de suport GPRS. Acest element de rețea are grijă de toate funcțiile de procesare a informațiilor despre pachete și de conversia cadrelor GSM în formate utilizate de protocoalele TCP / IP ale Internetului.
Cel de-al doilea element important al rețelei GPRS este gateway-ul GPRS-GGSN (Gateway GPRS Support Node). Acesta oferă o conexiune cu GPRS rețele de date de pachete :. Internet, Intranet, X25, etc. GGSN conține toate informațiile necesare cu privire la rețelele în care abonații GPRS pot accesa, precum și parametrii de conectare.
În plus față de aceste elemente, GPRS Core include alte elemente: DNS (server nume domeniu), încărcare Gateway (Gateway pentru comunicarea cu sistemul de facturare), Gatewaj Border (gateway frontieră) și alte elemente auxiliare.
După cum sa menționat mai devreme, atunci când se creează o rețea GPRS, funcțiile BSC \ BTS devin mai complexe. BSC conține un PCU suplimentar (unitatea de control a pachetelor), iar BTS include o nouă unitate CCU (codec unitate canal). În acest caz, BSC:
- Oferă canale abonaților rețelei de pachete în conformitate cu cerințele QoS;
- asigură fragmentarea și asamblarea cadrelor pentru transmisia lor prin canale radio;
- asigură controlul calității transmisiei pe canalele radio.
Controlerul de pachete PCU asigură distribuirea pachetelor de date către BTS. PCU interfețează cu controlerul stației de bază BSC și este responsabil pentru direcționarea traficului de date direct de la BSC către SGSN. HLR conține date suplimentare despre abonații cărora li se oferă serviciile GPRS (context PDP de bază).
Sistemul GPRS are o scalabilitate bună - atunci când apar noii abonați, operatorul poate crește numărul SGSN, iar cu creșterea traficului total - poate adăuga noi GGSN-uri către sistem. În interiorul rețelei backbone GPRS (între SGSN și GGSN), datele sunt transmise în mod transparent folosind un protocol așa-numit așa-numit tunel de la GTP (GPRS Tunneling Protocol). Protocolul de tunelizare GTP funcționează pe un protocol IP standard în mod transparent, adică utilizatorii și sarcinile aplicației "nu știu" despre existența acestui protocol.
În viitor (când sistemul este orientat spre Internet mobil), este posibil să se adauge un nod special de suport pentru Internet (IGSN) (Internet GPRS Support Node).
Tehnologia GPRS, suprapusă peste rețeaua GSM, permite resurselor radio ale GSM să fie distribuite dinamic și individual, după cum este necesar. Dacă mulți utilizatori GPRS sunt conectați simultan la o celulă GSM și nu sunt capabili să susțină un astfel de volum de trafic, stația de bază GPRS va utiliza resursele radio ale celulelor GSM vecine. Astfel, utilizatorii GPRS sunt deserviți simultan de mai multe celule GSM, când este necesar.
Pentru gestionarea de control al serviciului și GPRS sistem răspunde MDC-R / G (Operare și întreținere Center - Radio / GSN - centru de control și de întreținere a nodului de radio / GPRS în Figura 10.5 nu este prezentat.), Care este o interfață între sistem și personalul acesteia.
După cum sa spus deja, nodul SGSN este responsabil pentru înregistrarea sau, mai degrabă, "atașarea" rețelei (atașați GPRS). Când utilizatorul GPRS efectuează un apel, stația mobilă trimite o Solicitare atașată pentru a avea acces la rețea, care conține un număr de parametri. Această solicitare este trimisă SGSN care interacționează cu alte noduri SGSN sau GGSN dacă este necesar să acceseze un alt tip de rețea externă (IP sau X.25).
În timpul sesiunii de comunicare, SM poate fi în state diferite. Datele despre abonat legate de GPRS sunt stocate în HLR, SGSN, GGSN, MSC / VLR și, de asemenea, în MS (parțial pe cartela SIM). Toate datele referitoare la abonat pot fi împărțite în două grupuri de date: asociate cu mobilitatea abonatului; Determinarea posibilității de a trimite informații ambalate.
Primul grup de date se numește contextul managementului mobilității (Managementul Mobil (MM-Context)). Contextul MM este stocat în MS și SGSN și, după cum se va arăta mai jos, poate fi în una din cele trei stări: IDLE, STANDBY sau READY [3,26,78,80,97,100].
Al doilea grup de date se numește context de protocol de pachete de date sau un context PDP (context PDP). În Sec. 10.4, conținutul contextului PDP a fost luat în considerare în cadrul profilului sesiunii. După cum se va vedea mai jos, contextul PDP al fiecărui abonat poate fi în una din cele două stări: INACTIVE sau ACTIVE.
Un abonat poate avea mai multe abonamente diferite la serviciile GPRS și, în consecință, datele despre acesta vor fi stocate în mai multe contexte PDP. PDP-urile au același nivel ierarhic ca și serviciile de bază (Basic Services - BS) atunci când comută canale. Serviciile suplimentare (servicii suplimentare - SS) pot fi activate atât la nivelul serviciilor de bază (SS1), cât și la nivelul abonamentului PDP (SS2).
IDLE - modul inactiv, liber. În starea IDLE, abonatul nu este conectat la GPRS, iar procedurile MM nu pot fi efectuate. Rețeaua nu are informații fiabile despre locația MS și nu poate asigura livrarea de pachete. Din punctul de vedere al rețelei, MS nu este disponibil. Nu există niciun context MM al acestui abonat în SGSN. Singurele informații despre abonat pe care le are rețeaua sunt datele despre abonament din HLR. MS pe pagini, precum și schimbul de date cu SM nu sunt posibile.
În timpul staționării MS monitorizează PBCCH canal de transmisie (sau BCCH, PBCCH dacă este disponibil) pentru a obține informații de sistem, de rețea și de selecție a celulei GPRS, dar cu privire la acțiunile lor nu au informat rețeaua.
Pentru a seta contextele MM în MS și SGSN, MS trebuie să efectueze procedura GPRS Attach. Dacă această procedură este finalizată cu succes, sistemul se comută la starea READY pe părțile MS și SGSN.
Modul standby-standby. Aparatul este înregistrat (atașat) în sistemul GPRS, dar pentru o perioadă lungă de timp (determinat de un cronometru special) nu funcționează cu transmisia de date. Locația abonaților STANDBY este cunoscută în cadrul RA (zona de rutare). RA este mai mică decât LA în GSM (fiecare LA este împărțită în mai multe RA, dar RA este mai mare decât o celulă tipică și constă din mai multe celule elementare). Zona RA este necesară pentru a căuta un abonat în rețea prin sistemul GPRS, unde căutarea este efectuată de SGSN. În starea STANDBY, abonatul este conectat la GPRS. MS și SGSN au contexte MM, care este inerent comparabilă cu stabilirea unei conexiuni în rețele cu comutare de circuite.
MS primește canalul de emisie PBSCH (sau BCCH) pentru a obține informații de sistem, precum și canalul de paginare PRCDN (sau PCH). Se poate accepta trimiterea paginilor pentru transmiterea datelor sau pentru informațiile de semnalizare. De asemenea, este posibilă recepționarea paginilor pentru serviciile cu comutare de circuite prin SGSN. Cu toate acestea, recepția și transmiterea pachetelor de date în starea STANDBY nu este posibilă.
MS controlează RA, efectuează selectarea și re-selecția celulelor GPRS. La introducerea noii RA, MS execută procedura de actualizare MM pentru a informa SGSN despre schimbarea locației. Stația mobilă SGSN nu informează despre schimbarea celulei în cadrul aceleiași RA. Prin urmare, în starea STANDBY, informația de localizare a MS în contextul MM al SGSN constă doar din RAI. SGSN salvează aceste informații și le folosește pentru a face paginile MS.
MS în starea STANDBY are capacitatea de a activa sau dezactiva contextul PDP. Contextul PDP trebuie să fie activat înainte de a trimite sau primi acest context PDP.
Dacă SGSN are date sau informații de semnalizare pentru MS în starea STANDBY, acesta trimite o Solicitare de Paging către RA unde este localizat SM. Atunci când SM răspunde la paginare, statul MM din SM se modifică la READY și la SGSN după primirea acestui răspuns. Dacă nu există informații despre locație pentru SM, nu este trimisă o solicitare de paginare. În plus, starea MM în MS este schimbată în READY când SM trimite date sau informații de semnalizare. În consecință, starea în SGSN este schimbată în READY când aceste date sunt primite de SGSN.
Pentru a trece la starea IDLE, MS inițiază procedura de detașare GPRS. Timer Co La rândul său, SGSN poate efectua proceduri implicite (implicite) detach GPRS al abonatului este declanșat (Mobile Inaccesibil temporizator), atunci când într-un ceas de timp setat, și nici apeluri de pachete transmise în ambele direcții. În acest caz, contextul MM este transferat în starea IDLE, apoi este șters (vezi Anexa 1).
Modul READY - gata. Terminalul abonatului este înregistrat în sistem, resursa canalului este alocată și este activă.
Când abonatul este în modul READY, SGSN cunoaște poziția sa într-o celulă. În acest caz, căutarea abonatului este efectuată într-o anumită celulă și nu în zona de rutare RA.
Luați în considerare procedura de conectare a unei stații mobile la rețeaua GPRS. În Fig. 10.6 și Fig. Figura 10.7 ilustrează procedurile pentru atașarea GPRS și detașarea GPRS [101].
Fig. 10.6. Procedura pentru trecerea la modul de conectare GPRS
Fig. 10.7. Procedura de trecere la modul detașare GPRS
1. La primirea cererii de conectare, SGSN solicită informații despre profilul utilizatorului din nodul HLR și verifică în baza sa de date prezența informațiilor de autentificare ale abonatului. În lipsa acestor informații, SGSN trimite o cerere către registrul HLR, care returnează un răspuns care conține:
- o lungime de autentificare (RAND) de 128 biți, folosită în algoritmii A3 și A8 pentru a genera cheia de criptare și autentificarea abonatului;
- O cheie de autentificare pe 32 de biți a abonatului care este generată pe baza unei chei individuale stocate atât pe stația mobilă, cât și pe HLR;
- Cheia de criptare a datelor, obținută și pe baza cheii individuale a abonatului.
2. Numărul aleator recepționat este transmis stației mobile, care, pe baza sa, generează o cheie de criptare și o cheie de autentificare. Deoarece cheile individuale stocate în HLR și stația mobilă sunt identice, atât cheile de criptare, cât și cheile de autentificare trebuie să coincidă, ceea ce înseamnă că abonatul serviciilor GPRS plătite a fost eligibil pentru solicitare.
3. După identificarea abonatului, se realizează identificarea echipamentului, care trimite SGSN un identificator IMEI. SGSN verifică acest echipament utilizând registrul EIR.
4. După autentificarea abonatului și a echipamentului, are loc procedura de determinare a locației abonatului în RA / LA (folosind registrele HLR și VLR), după care stația mobilă este conectată la rețeaua GPRS.
Dacă stația mobilă nu a putut să se autentifice, SGSN trimite un mesaj atașat la stația mobilă.
Când dispozitivul mobil este oprit sau în afara ariei de acoperire GPRS, contextul este dezactivat și dispozitivul este deconectat de la rețea.
- Stare INACTIVĂ.
- Starea ACTIVE.
Procedura de activare a contextului PDP este următoarea [79, 80, 91, 101].
1. Terminalul mobil generează o cerere de activare a contextului PDP către SGSN.
5. GGSN generează un răspuns la crearea unui context PDP.
6. Se creează o conexiune virtuală (tunel GTP) între SGSN și GGSN.
9. Activarea contextului este completă prin confirmarea MS de către rețea. După activarea contextului, MS poate schimba mesajele cu rețeaua corespunzătoare.
Trecerea de la starea ACTIVE la starea INACTIV poate avea loc în două cazuri. În primul caz, acest lucru se întâmplă atunci când MS dezactivează contextul PDP corespunzător. Cel de-al doilea caz apare când procedura de detașare GPRS este efectuată sau când expiră cronometrul de stare STANDBY. În acest caz, toate contextele PDP active trec la starea INACTIVE.
În cazul roamingului GPRS-abonat, se efectuează următoarea procedură, legată de rutarea datelor. Sunt posibile două scenarii. SGSN în ambele cazuri este folosit de oaspeți (VSGSN - Visited SGSN), iar GGSN poate fi utilizat fie de către oaspeți (VGGSN - Visited GGSN), fie acasă (HGGSN - Home GGSN). În acest din urmă caz, trebuie să existe o coloană vertebrală GPRS (InterPLMN GPRS BackBone - linie GPRS între diferite rețele mobile) între operatorii de acasă și clienți pentru transferul de trafic între HGGSN și abonatul mobil. În plus, este nevoie ca BG (Border Gateway) de ambele părți să protejeze rețelele de atacurile din afară.