Luận văn Cấu trúc mạng GPRS

1



Luận văn
Cấu trúc mạng GPRS




2
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




3
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
Điểm tới điểm
(Point- to- Point)
PtP: Dịch vụ mạng
không kết nối
(ONS).
PtP: Dịch vụ mạng
hướng kết nối
(CONS)
Khả năng truyền dữ liệu gói giữa hai điểm đầu cuối
thông tin thông qua dịch vụ không kết nối như
Internet hoặc thông qua dịch vụ hướng kết nối như
X25.
Điểm tới đa điểm
(Point- to-
MultiPoint)
PtM- Multicast
(PtM- M)
Truyền dữ liệu gói từ một điểm đến một vùng địa
lý.
PtM- IP- Multicast
(PtM- M)
Dịch vụ Muticast được định nghĩa như trong giao
thức IP.

PtM- Group Call
(PtM- G)
Truyền dữ liệu gói đến một nhóm các điểm thu
nhận được định nghĩa trước trong vùng địa lý.
Bảng 1.1: Các dịch vụ mạng GPRS





4
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.




5
- 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.




6

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




7
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
(TE)
Toàn bộ các đầu cuối thuê bao mới cần thiết cho các dịch vụ
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
Network)
Triển khai GPRS đòi hỏi cài đặt các phần tử mạng lõi mới được
gọi là SGSN và GGSN
Các cơ sở dữ liệu
(VLR, HLR )
Các cơ sở dữ liệu liên quan trong mạng đòi hỏi nâng cấp phần
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




8
* Kiến trúc mạng GPRS và các giao diện (hình 2.2)
TE: Thiết bị đầu cuối
ME: Đầu cuối di động
BSS: Phân hệ trạm gốc
SGSN: Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

GGSN: Nút hỗ trợ cổng giao tiếp
GPRS
MSC/VLR: Tổng đài di động/ Bộ ghi định
vị tạm trú
HLR: Bộ ghi định vị thường trú
EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị
SMS-GMSC: Tổng đài cổng di động
cho dịch vụ tin ngắn
SMS-IWMSC: Tổng đài liên kết di
động cho dịch vụ tin ngắn
SM-SC: Trung tâm dịch vụ tin ngắn
Billing System: Hệ thống lập hoá đơn
PDN: Mạng dữ liệu gói
CFG: Cổng chức năng tính cước
BG: Cổng giao tiếp













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
SMS-GMSC

SMS
-
SM-
SC
MSC/VL
R

HLR

SGSN

GGSN
PDN

BSS

MT

TE

CFG

EIR

Billing

Syste


SGSN



Other
PLMN

GGSN

SGSN

T
E

C
E

Gd

D

Gs

Gc

Gi

Gn


Gb

U
m


Gn

Gp

Ga

Gf

Ga





9
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.

10
- 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.




11
- 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.




12
- 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:









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.
BSC
PCU BTS SGS
N

Abis
DL2
Gb
n*16
Kb/s




13
- 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.




14
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)

15
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.





16

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:










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,
Um
Gb
Gn


Gi

Application


IP/X25

SNDCP

LLC

RLC
MAC
GSM RF

Relay

RLC BSSGTP


MS

BSS
SGSN

GGSN

Network

Service
MAC
GSM RF
L1-bis

Relay

SNDCP
GTP
UDP/TCP
LLC
BSSGP

IP

L2
L1
Network

Service
L1-bis
IP/X
GTP

UDP/TC
P

IP

L2

L1





17
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.





Hình 4.2. Chồng giao thức mặt phẳng báo hiệu.
4.1.2.1 Tiêu đề khung GTP trong báo hiệu

octet 8 7 6 5 4 3 2 1
1 Version PT 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
GTP

Pa
th Protocol

GTP

Path Protocol

GSN
GSN
Gn,Gp





18

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
Type (Dec)
Signalling Message
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 Dự trữ. Không được gửi
16 Create PDP Context Request




19
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 Dự trữ. Không được gửi
255 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




20
Triplet, PDP Context, Flow Label Data II thì một phần tử thông tin có thể xuất hiện
nhiều lần.




21

Hình 4.5 GTP header và các phần tử thông tin.
Các phần tử thông tin trong GTP sử dụng các định dạng mã hoá là TLV (Type,
Length, Value) hoặc TV (Type, Value). Trong các bản tin báo hiệu thì các phần tử
thông tin sẽ được sắp xếp theo trường Type có chỉ số tăng dần. Trường Length chứa
chiều dài phần tử thông tin. Các bit trong trừng này được truyền đi với giá trị đã xác
định, phía thu không tính toán các bit này. Bit có trọng lượng cao nhất trong trường
Type của định dạng TV bằng “0”, của TLV bằng “1”.




Hình 4.6 Trường Type


Giá tr
ị tr
ư
ờng
Type
(Hệ 10)
Ph
ần tử thông tin

S
ố octet

1 Cause 2

2 IMSI 9
3 RAI 7
4 TLLI 5
5 P-TMSI 5
6 QoS Profile 4
8 Reordering Required 2
9 Authentification Triplet 29
11 MAP Cause 2
12 P-TMSI Signature 4
13 MS Validated 2
0

8

1

1

Định dạng TV

1

8

1

1

Đ
ịnh dạng

TLV

GTP header

Các phần tử thông tin
8
1
-
20


21-n
octet






22
14 Recovery 2
15 Selection Mode 2
16 Flow Label Data I 3
17 Flow Label Signalling 3
18 Flow Label Data II 4
127 Charging ID 5
128 End User Address Tuỳ thuộc kiểu địa chỉ
129 MM Context Tuỳ thuộc số bộ ba nhận
thực
130 PDP Context Tuỳ thuộc số bộ ba nhận

thực
131 Access Point Name Tuỳ thuộc vào giá trị APN
132 Protocol Configution Options Tuỳ thuộc giao thức
133 GSN Address Tuỳ thuộc kiểu địa chỉ
251 Charging Gateway Address 7
255 Private Extention 7
Bảng 4.7 Giá trị trường Type
 Bối cảnh MM:
Chứa các tham số về quản lý di động MS và bảo mật cần thiết cho quá trình
chuyển giao giữa các SGSN trong thủ tục cập nhật vùng định tuyến liên SGSN.
 Bối cảnh PDP:
Chứa các tham số về quản lý phiên SM (session management). SM được định
nghĩa cho một địa chỉ mạng dữ liệu gói. Bối cảnh PDP dùng cho chuyển giao giữa
các SGSN trong bản tin cập nhật vùng định tuyến.
4.1.3 Mặt phẳng truyền dẫn
Các kênh truyền dẫn được sử dụng để truyền dẫn các T-PDU đã được đóng
gói giữa một cặp GSN xác định cho các MS riêng biệt. Số nhận dạng TID trong
GTP header sẽ cho biết một T-PDU thuộc về kênh nào. Theo cách này các gói sẽ
được GTP ghép và giải ghép giữa một cặp GSN-GSN xác định. TID được sử dụng
trong bản tin êu cầu tạo bối cảnh PDP khi báo hiệu.
Kích thước của T-PDU cực đại có thể truyền dẫn mà không cần phân đoạn ở
GGSN hoặc MS là 1503octet. GGSN sẽ phân đoạn, từ chối hoặc huỷ bỏ các T-PDU




23
vượt quá kích thước cực đại. Quyết định phân đoạn hay huỷ bỏ tuỳ theo giao thức
trên mạng dùng dữ liệu gói.

24
4.1.3.1 Chồng giao thức (Protocol Stack)







Hình 4.8. Chồng giao thức trong mặt phẳng truyền dẫn.
Giao thức GTP truyền dẫn các T-PDU thông qua các mạng đường trục GPRS.
Các T-PDU được truyền dẫn trong một kênh giữa các cặp GSN. T-PDU được đóng
gói trong G-PDU. G-PDU là một gói với GTP header và một T-PDU. Path Protocol
xác định tuyến truyền có thể sử dụng TCP/IP hoặc UDP/IP. GTP header xác định
kênh truyền. Nhiều kênh truyền có thể được ghép trên một tuyến truyền.
4.1.3.2 GTP header trong truyền dẫn
- Cờ SNN: GTP header có chứa trường SNDCP N-PDU nếu cờ LNF=”1”.
- Message Type: Thiết lập bằng 255 để báo rằng đây là T-PDU.
- Length: Kích thước của T-PDU không kể phần tiêu đề.
- Sequence Number: Dùng để quyết định có huỷ bỏ hay không một T-PDU thu
được. GSN thiết lập trường này bằng 0 cho T-PDU đầu tiên trong một kênh truyền
và tăng dần cho mỗi T-PDU tiếp theo. Sau khi đạt tới 65535 thì quay trở lại 0. Khi
cần trao đổi dữ liệu giữa các GSN thì GSN phía thu sẽ đặt bộ đếm bằng 0. Bộ đếm
này xác định “số thứ tự cần thiết”. Dựa trên giá trị nhận được và “số thứ tự cần
thiết”, GSN có thể quyết định có huỷ bỏ hay không T-PDU nhận được. GSN sẽ sắp
xếp lại các T-PDU thu được theo thứ tự nếu cờ Order trong bối cảnh PDP được thiết
lập. Trong trường hợp này, nếu thấy cần thiết GSN phía thu sẽ xem xét số lượng

cựa đại của các khung thu được và thời gian dài nhất đã trôi qua để khẳng định T-
PDU đã bị mất.
- SNDCP N-PDU Number: Chỉ sử dụng nếu và chỉ nếu cờ SNN bằng “1”.
Trong trường hợp này SGSN cũ sẽ sử dụng trường này trong thủ tục cập nhật vùng
End User Protocol

GTP

Path Protocol


End User Protocol


GTP

Path Protocol


GSN
GSN
Gn,Gp




25
định tuyến liên SGSN để thông báo cho SGSN mới chỉ số N-PDU được chỉ định
cho T-PDU. Nếu một chỉ số N-PDU không được SNDCP chỉ định cho T-PDU hoặc
nếu T-PDU được truyền dẫn sử dụng quá trình không phúc đáp ngang hàng LLC thì

SNN=”1”.
- Flow Label: Chỉ thị luồng mà T-PDU thuộc về đó. Trường này được phía thu
của luồng chọn trong suốt thủ tục hoạt hoá bối cảnh, cập nhật bối cảnh hoặc thay
đổi SGSN.
- TID: Chứa nhận dạng kênh truyền T-PDU. TID được SGSN sử dụng để tìm
kiếm bối cảnh MM và PDP.
4.1.4 Giao thức IP sử dụng trong GTP
4.1.4.1 Phân đoạn IP
Phân đoạn có thể tránh được, một số trường hợp không sử dụng phân đoạn:
- Phân đoạn không có hiệu quả do IP header hoàn chỉnh bị thu đúp trong mỗi
fragment.
- Nếu một fragment bị mất thì toàn bộ gói này sẽ bị huỷ. Đây là lí do vì sao sử
dụng đường truyền không có fragment. Bằng cách sử dụng khôi phục MTU
tuyến, ứng dụng có thể tìm thấy MTU.
Kích thước cực đại của một T-PDU có thể truyền dẫn mà không bị phân đoạn
ở GGSN hoặc MS là 64KB. Tất cả các kết nối trên mạng đường trục có các giá trị
MTU lớn hơn tổng giá trị cực đại các kích thước của header trong ts để tránh phân
đoạn trong mạng đường trục.
4.1.4.2 Truyền gói từ MS
- SGSN: Một gói truyền từ MS sẽ được đóng gói ở SGSN cùng với GTP
header, IP header, UDP hoặc TCP header. Nếu gói IP lớn hơn MTU của kết nối đầu
tiên tới GGSN thì SGSN sẽ thực hiện phân đoạn các gói IP nếu gói IP lớn hơn MTU
của bất cứ kết nối nào giữa GGSN và SGSN.
- Bộ định tuyến Router: Bất kỳ Router trên mạng đường trục có thể phân
đoạn gói IP nếu cần thiết.
- GGSN: GGSN lắp ghép lại các IP fragment nhận được từ các SGSN. Nếu
có fragment bị mất thì gói sẽ bị huỷ bỏ.