Đề tài Nghiên cứu cấu trúc mạng GPRS trên nền mạng thông tin di động GMS thế hệ thứ 2

lời mở đầu Hiện nay trờn thế giới mọi mặt của đời sống xó hội đều phỏt triển, khụng những về kinh tế, khoa học tự nhiờn mà cũn rất nhiều lĩnh vực khỏc. Ngành thụng tin liờn lạc được coi là ngành mũi nhọn cần phải đi trước một bước, làm cơ sở cho cỏc ngành khỏc phỏt triển. Nhu cầu trao đổi, cập nhật thụng tin của con người ở mọi nơi mọi lỳc ngày càng cao. Thụng tin di động ra đời và phỏt triển đó trở thành một loại hỡnh dịch vụ, phương tiện thụng tin phổ biến, đỏp ứng nhu cầu của cuộc sống hiện đại. Cỏc hệ thống thụng tin di động đang phỏt triển rất nhanh cả về qui mụ, dung lượng và đặc biệt là cỏc loại hỡnh dịch vụ mới để đỏp ứng tốt hơn nhu cầu của người sử dụng. ở Việt Nam, mạng di động số thế hệ thứ hai (2G), sử dụng cụng nghệ GSM, đang được phỏt triển rộng khắp cỏc tỉnh và thành phố. GSM với tốc độ 9,6 kbps chỉ ỏp dụng được cỏc dịch vụ thoại và dịch vụ bản tin ngắn, hạn chế nhiều dịch vụ phi thoại yờu cầu tốc độ cao như hỡnh ảnh, văn bản và đặc biệt là nhu cầu truy nhập Internet... Trong khi trờn thế giới, rất nhiều nước đó tiến lờn thế hệ điện thoại di động thứ ba (3G). Thế hệ thứ ba này cú tốc độ truyền dẫn cao hơn, cung cấp được nhiều loại hỡnh dịch vụ, đỏp ứng được nhu cầu hiện nay. Việc xõy dựng, phỏt triển mạng điện thoại di động thứ ba ở Việt Nam hiện nay là thực sự cần thiết. Nhưng nếu đầu tư thẳng lờn 3G thỡ cần lượng vốn bỏ ra rất lớn mà lại lóng phớ cơ sở hạ tầng mạng di động sẵn cú. Vỡ vậy, để tiến tới thế hệ thụng tin di động thứ ba này cần qua một bước trung gian gọi là thế hệ thụng tin di động 2,5G; đú là dịch vụ thụng tin di động vụ tuyến chuyển mạch gúi GPRS (General Packet Radio Service). Triển khai GPRS cho phộp vẫn tận dụng cơ sở mạng GSM sẵn cú, đồng thời cú thể đỏp ứng nhu cầu truyền dữ liệu tốc độ lớn, từng bước xây dựng mạng điện thoại thế hệ thứ ba. Đó là lý do tôi chọn đề tài “Nghiờn cứu cấu trỳc mạng GPRS trờn nền mạng thụng tin di động GMS thế hệ thứ hai ” cho đồ ỏn tốt nghiệp của mỡnh. Hy vọng đồ ỏn này sẽ cú thể ỏp dụng trực tiếp vào việc phỏt triển mạng điện thoại di động của Việt Nam trong điều kiện hiện tại. Đề tài gồm cỏc nội dung: Chương I: Tổng quan hệ thống thụng tin di động GSM. Chương II: Cỏc đặc điểm cấu trỳc chức năng mạng GPRS. Chương III: Cỏc thủ tục trao đổi bỏo hiệu trong mạng GPRS. Chương IV: Triển khai GPRS trờn nền mạng GSM ở Việt Nam. Qua thời gian học tập, nghiờn cứu; được sự hướng dẫn tận tỡnh của cỏc thầy cụ giỏo trường Đại học Bỏch khoa Hà nội. Bản đồ ỏn tốt nghiệp đến nay đó hoàn thành. Do khả năng và thời gian cú hạn nờn sẽ khụng trỏnh khỏi những thiếu sút. Rất mong nhận được sự gúp ý của cỏc thầy cụ giỏo và bạn bố đồng nghiệp để em cú thể vững vàng thờm kiến thức khi ra trường. Em xin chõn thành cảm ơn cỏc thầy cụ giỏo trong khoa Điện tử – Viễn thụng, bạn bố đồng nghiệp, đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sõu sắc tới Thầy giỏo TS. Phạm Văn Bỡnh - bộ mụn Mạch và xử lý tớn hiệu, người đó tận tỡnh chỉ bảo hướng dẫn em hoàn thành đồ ỏn này. Hà Nội, ngày thỏng năm 2009 Sinh viờn thực hiện Nguyễn Văn Thịnh Chương I: tổng quan hệ thống thông tin di động gsm Giới thiệu về mạng thông tin di động GSM 1- Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) GSM trước đây được biết như Groupe Spéciale Mobile (nhóm di động đặc biệt), là nhóm đã phát triển nó, được thiết kế từ sự bắt đầu như một dịch vụ tế bào số quốc tế. Giao tiếp vô tuyến của GSM dựa trên công nghệ TDMA. ý định ban đầu là các thuê bao GSM có khả năng di chuyển qua các biên giới quốc gia sẽ nhận được các dịch vụ di động và các tính năng đi theo cùng với họ. Kiểu GSM của Châu Âu hiện nay hoạt động ở tần số 900 MHz cũng như tần số 1800 MHz. ở Bắc Mỹ, GSM sử dụng cho dịch vụ PCS 1900 tại vùng đông bắc California và Nevada. Do PCS 1900 sử dụng tần số 1900 MHz, nên các điện thoại không có khả năng kết nối hoạt động với điện thoại GSM hoạt động trong các mạng ở tần số 900 MHz hay 1800 MHz. Tuy nhiên vấn đề này có thể khắc phục được với các máy điện thoại đa băng hoạt động trong nhiều tần số. Vào đầu năm 1980, thị trường hệ thống điện thoại tế bào tương tự đã phát triển rất nhanh ở Châu Âu. Mỗi một nước đã phát triển một hệ thống tế bào độc lập với các hệ thống của các nước khác. Sự phát triển không được hợp tác của các hệ thống thông tin di động quốc gia có nghĩa là sẽ không có khả năng cho thuê bao sử dụng cùng một máy di động cầm tay khi di chuyển trong Châu Âu. Không chỉ các thiết bị di động bị hạn chế khai thác trong biên giới quốc gia, mà còn có một thị trường rất hạn chế đối với mỗi kiểu thiết bị, vì thế tiết kiệm chi phí có thể không thực hiện được. Ngoài một thị trường trong nước đầy đủ với các mẫu chung, có thể không có một nhà chế tạo nào cạnh tranh được trên thị trường thế giới. Hơn nữa, chính phủ các nước nhận thức rõ là các hệ thống thông tin không tương thích có thể cản trở tiến trình để đạt được một tầm nhìn chiến lược của họ về một Châu Âu với nền kinh tế thống nhất. Với những cân nhắc nêu trên, hội nghị điện thoại điện báo gồm 26 quốc gia Châu Âu (CEPT) đã thành lập một nhóm nghiên cứu gọi là Groupe Spéciale Mobile vào năm 1982 để nghiên cứu và phát triển một hệ thống thông tin liên Châu Âu. Đến năm 1986 tình hình trở nên sáng sủa vì một số mạng tế bào tương tự hiện tại có thể sử dụng hết dung lượng vào năm 1990. CEPT khuyến nghị rằng hai khối tần số trong băng tần 900 MHz được dự trữ cho hệ thống mới. Tiêu chuẩn GSM chỉ rõ các băng tần từ 890 đến 915MHz cho băng thu và từ 935 đến 960 MHz cho băng phát với mỗi băng được chia thành các kênh 200 MHz. Hệ thống thông tin di động được CEPT đưa ra đã đáp ứng được các tiêu chuẩn như sau: Cung cấp âm thoại chất lượng cao. Hỗ trợ chuyển vùng quốc tế. Hỗ trợ các thiết bị đầu cuối cầm tay. Hỗ trợ một loạt các dịch vụ và các thiết bị mới. Cung cấp hiệu quả phổ tần số. Cung cấp khả năng tương thích với ISDN. Cung cấp chi phí dịch vụ và đầu cuối thấp. Vào năm 1989, việc phát triển các đặc tính kỹ thuật của GSM đã được chuyển từ CEPT đến Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI). ETSI được thành lập vào năm 1988 để thiết lập các tiêu chuẩn viễn thông cho Châu Âu và hợp tác với các tổ chức tiêu chuẩn khác, các lĩnh vực liên quan đến truyền hình và công nghệ thông tin văn phòng. ESTI đã ấn bản các đặc tính kỹ thuật giai đoạn 1 của GSM vào năm 1990. Dịch vụ thương mại đã bắt đầu vào giữa năm 1991. Đến năm 1993 đã có 36 mạng GSM tại 22 nước, và thêm 25 nước đã lựa chọn hoặc bắt đầu GSM. Từ đó, GSM đã được chấp nhận ở Nam Phi, úc, và rất nhiều nước vùng Trung Đông và Viễn Đông. Tại Bắc Mỹ, GSM được dùng để thực hiện PCS. Đến cuối năm 1998 đã có 323 mạng GSM ở 118 nước phục vụ cho 138 triệu thuê bao. Hiện nay, hệ thống GSM được gọi là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobilephone). Mạng thông tin di động GSM là mạng thông tin di động số Cellular gồm nhiều ô (cell). Cell là đơn vị nhỏ nhất của mạng, có hình dạng (trên lý thuyết) là một tổ ong hình lục giác. Trong mỗi cell có một đài vô tuyến gốc BTS (Base Transceiver Station) liên lạc với tất cả các trạm di động MS (Mobile Station) có mặt trong cell. Khi MS di chuyển ra ngoài vùng phủ sóng của cell, nó phải được chuyển giao sang làm việc với BTS của cell khác. Đặc điểm của hệ thống thông tin di động Cellular là việc sử dụng lại tần số và diện tích của mỗi cell khá nhỏ. Mỗi cell sử dụng một nhóm tần số kênh vô tuyến. Các chữ cái A, B, C,...vừa là tên của cell, vừa biểu thị một nhóm xác định các tần số vô tuyến được sử dụng trong cell đó. Nhóm tần số được sử dụng nhiều lần cho các cell với khoảng cách đủ lớn, công suất phát đủ nhỏ để nhiễu lẫn nhau không đáng kể. Thông thường, một cuộc gọi di động không thể kết thúc trong một cell nên hệ thống thông tin di động cellular phải có khả năng điều khiển và chuyển giao (handover) cuộc gọi từ cell này sang cell lân cận mà cuộc gọi được chuyển giao không bị gián đoạn. 2 – Các chức năng của hệ thống GSM Các đặc tính chủ yếu của hệ thống GSM như sau: Có thể phục vụ được một số lớn các dịch vụ và tiện ích cho thuê bao cả trong thông tin thoại và truyền số liệu. * Đối với thoại có thể có các dịch vụ: - Chuyển hướng cuộc gọi vô điều kiện - Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động bận - Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế - Giữ cuộc gọi - Thông báo cước phí - Nhận dạng số chủ gọi... * Đối với dịch vụ số liệu: - Truyền số liệu - Dịch vụ nhắn tin: các gói thông tin có kích cỡ 160 ký tự có thể lưu giữ . Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng sẵn có: * PSTN – Publich Switched Telephone Network (Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng). * ISDN – Integrated Service Digital Network (mạng số tổ hợp dịch vụ) bởi các giao diện theo tiêu chuẩn chung. Cho phép các thuê bao lưu động (roaming) ở các nước với nhau cùng sử dụng hệ thống GSM một cách hoàn toàn tự động. Nghĩa là thuê bao có thể mang máy di động đi mọi nơi và mạng sẽ tự động cập nhật thông tin về vị trí của thuê bao đồng thời thuê bao có thể gọi đi bất cứ nơi nào mà không cần biết thuê bao khác đang ở đâu. Sử dụng băng tần 900 MHz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữa hai phương pháp TDMA, FDMA. Giải quyết sự hạn chế dung lượng. Thực chất dung lượng sẽ tăng lên nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật chia ô nhỏ, do vậy số thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên. Tính linh hoạt cao nhờ sử dụng các loại máy thông tin di động khác nhau: máy cầm tay, máy xách tay, máy đặt trên ô tô... Tính bảo mật: Mạng kiểm tra sự hợp lệ của mỗi thuê bao GSM bởi thẻ đăng ký SIM (Subcriber Identity Module). Thẻ SIM sử dụng mật khẩu PIN (Personal Identity Number) để bảo vệ quyền sử dụng của người sử dụng hợp pháp. SIM cho phép người sử dụng sử dụng nhiều dịch vụ và cho phép người dùng truy nhập vào các PLMN (Public Land Mobile Network) khác nhau. Đồng thời trong hệ thống GSM còn có trung tâm nhận thực AuC, trung tâm này cung cấp mã bảo mật chống nghe trộm cho từng đường vô tuyến và thay đổi cho từng thuê bao. 3- Băng tần sử dụng trong hệ thống thông tin di động GSM: Hình 1.1- Băng tần cơ bản và mở rộng của GSM Hệ thống GSM làm việc trong băng tần 890 – 960MHz. Băng tần này được chia làm 2 phần: Băng tần lên (Uplink band): 890 – 915 MHz cho các kênh vô tuyến từ trạm di động đến hệ thống trạm thu phát gốc. Băng tần xuống (Downlink band): 935 – 960 MHz cho các kênh vô tuyến từ trạm thu phát gốc đến trạm di động. Mỗi băng rộng 25MHz, được chia thành 124 sóng mang. Các sóng mang cạnh nhau cách nhau 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt, một cho đường lên, một cho đường xuống. Các kênh này được gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa hai tần số là không đổi và bằng 45 MHz, được gọi là khoảng cách song công. Kênh vô tuyến này mang 8 khe thời gian mà mỗi khe thời gian là một kênh vật lý để trao đổi thông tin giữa trạm thu phát và trạm di động. Ngoài băng tần cơ sở như trên còn có băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS (Digital Cellular System). 4- Phương pháp truy nhập trong thông tin di động ở giao diện vô tuyến, MS và BTS liên lạc với nhau bằng sóng vô tuyến. Để tài nguyên tần số có hạn có thể phục vụ càng nhiều thuê bao di động, ngoài việc sử dụng lại tần số, số kênh vô tuyến được dùng theo kiểu trung kế. Hệ thống trung kế vô tuyến là hệ thống vô tuyến có số kênh sẵn sàng phục vụ ít hơn số người dùng khả dĩ. Phương thức để sử dụng chung các kênh gọi là phương pháp đa truy nhập: người dùng khi có nhu cầu thì được đảm bảo về sự truy nhập vào trung kế. Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access): phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau. người dùng được cấp phát một kênh trong tập hợp các kênh trong lĩnh vực tần số. Phổ tần số được chia thành 2N dải tần số kế tiếp, cách nhau một khoảng bảo vệ. Mỗi dải tần được gán cho một kênh liên lạc, N dải dành cho liên lạc hướng lên, N dải còn lại cho liên lạc hướng xuống. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access): khi có yêu cầu một cuộc gọi thì một kênh vô tuyến được ấn định. Các thuê bao khác nhau dùng chung 1 kênh nhờ cài xen thời gian. Mỗi thuê bao được cấp một khe trong cấu trúc khung tuần hoàn 8 khe. Đa truy nhập theo mã CDMA (Code Division Multiple Access): Là phương pháp trải phổ tín hiệu, thực hiện là gán cho mỗi MS một mã riêng biệt cho phép nhiều MS cùng thu, phát độc lập trên mặt băng tần nên tăng dung lượng cho hệ thống. Hiện tại công nghệ CDMA đang được triển khai tại một số quốc gia. Tại Việt Nam hiện có mạng thông tin di động S-Fone của công ty Cổ phần viễn thông Sài Gòn (SPT) đang sử dụng công nghệ này.và EVN Telecom của cụng ty viễn thụng điện lực Ngoài ra còn có phương pháp truy nhập theo không gian SDMA. Mạng GSM sử dụng phương pháp TDMA kết hợp FDMA. Cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM 1- Cấu trúc hệ thống Hệ thống thông tin di động gồm nhiều phần tử chức năng. Mạng GSM được phân chia thành các phân hệ: Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem) Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS (Operation and Support System) Máy di động MS (Mobile Station) Hình 2.1- Mô hình hệ thống thông tin di động PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng ISDN : Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng Phân hệ chuyển mạch NSS bao gồm các khối chức năng: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile Switching Center) Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register) Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register) Trung tâm nhận thực AuC (Authentication Center) Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identification Register) Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng GMSC (Gateway Mobile Switching Center). Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm các khối chức năng: Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Center) Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station) Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS bao gồm các khối chức năng: Trung tâm quản lý mạng NMC (Network Management Center) Trung tâm quản lý và bảo dưỡng OMC (Operation & Maintenance Center) Trạm di động MS: Thiết bị di động ME (Mobile Equipment) Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identity Module) 2- Chức năng các phần tử trong mạng GSM 2.1- Phân hệ chuyển mạch NSS Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của hệ thống chuyển mạch là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM và các mạng khác. Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC MSC là một tổng đài thực hiện tất cả các chức năng chuyển mạch và báo hiệu của MS nằm trong vùng địa lý do MSC quản lý. MSC khác với một tổng đài cố định là nó phải điều phối cung cấp các tài nguyên vô tuyến cho thuê bao và MSC phải thực hiện thêm ít nhất hai thủ tục: Thủ tục đăng ký Thủ tục chuyển giao MSC một mặt giao tiếp với BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài. MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng (GMSC), có chức năng tương tác IWF (InterWorking Function) để thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của GMS và các mạng ngoài. Phân hệ chuyển mạch giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số bộ điều khiển trạm gốc BSC. Bộ ghi định vị thường trú HLR HLR là một cơ sở dữ liệu quan trọng trong mạng có chức năng quản lý thuê bao. Một PLMN có thể có một hoặc nhiều HLR phụ thuộc vào lượng thuê bao. HLR lưu hai loại số gán cho mỗi thuê bao di động, đó là: + MSISDN: số danh bạ (số thuê bao) Cấu trúc: MSISDN = CC + NDC + SN CC: Mã quốc gia (Việt nam: 84) NDC: Mã mạng (Vinaphone: 91, Mobiphone: 90) SN: Số thuê bao trong mạng (gồm 7 số) VD: 84.91.2037878 + IMSI: Số nhận dạng thuê bao dùng để báo hiệu trong mạng Cấu trúc: IMSI = MCC + MNC + MSIN MCC: Mã quốc gia (Việt nam: 452) MNC: Mã mạng (Vinaphone: 02, Mobiphone: 01) MSIN: Số thuê bao trong mạng (gồm 7 số) VD: 84.91.2037878 - 452.02.2037878 Như vậy, với một số MSISDN sẽ tương ứng với một số IMSI và chỉ tồn tại một số IMSI duy nhất trong toàn hệ thống GSM. IMSI được sử dụng để MS truy nhập vào cơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu chứa các thông tin sau: Thông tin thuê bao dịch vụ thoại và phi thoại mang (bearer service). Giới hạn dịch vụ (giới hạn roaming) Các dịch vụ hỗ trợ. HLR chứa các thông số của dịch vụ này; tuy nhiên nó còn có thể được lưu trong card thuê bao. Như vậy, HLR không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng ngàn thuê bao. Khi mạng có thêm một thuê bao mới, thì các thông tin về thuê bao sẽ được đăng ký trong HLR. Trung tâm nhận thực AuC AuC kết nối với HLR, cung cấp các thông số hợp thức hoá và các khoá mã để đảm bảo chức năng bảo mật. Bộ ghi định vị tạm trú VLR VLR là cơ sở dữ liệu lớn thứ hai trong mạng, lưu trữ tạm thời số liệu thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và lưu trữ số liệu về vị trí của thuê bao. Khi MS vào một vùng định vị mới, nó phải thực hiện thủ tục đăng ký. MSC quản lý vùng này sẽ tiếp nhận đăng ký của MS và truyền số nhận dạng vùng định vị (LAI) nơi có mặt thuê bao tới VLR. Một VLR có thể phụ trách một hoặc nhiều vùng MSC. Các thông tin cần để thiết lập và nhận một cuộc gọi của MS được lưu trong cơ sở dữ liệu của VLR. Đối với một số dịch vụ hỗ trợ, VLR có thể truy vấn các thông tin từ HLR: IMSI (nhận dạng máy di động quốc tế), MSISDN (ISDN của máy di động), số chuyển vùng của thuê bao MS (MSRN), số nhận dạng thuê bao di động tạm thời (TMSI), số nhận dạng thuê bao di động nội bộ (LMSI) và vùng định vị nơi đăng ký MS. VLR cũng chứa các thông số gán cho mỗi MS và được nhận từ VLR. Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR Thực thể chức năng này chứa một hoặc nhiều cơ sở dữ liệu lưu trữ các IMEI (số nhận dạng thiết bị) sử dụng trong hệ thống GSM. EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu, nhờ vậy MSC có thể kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị. Trung tâm chuyển mạch dịch vụ cổng GMSC Để thiết lập một cuộc gọi phải định tuyến đến tổng đài mà không cần biết vị trí hiện thời của thuê bao. GMSC có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời. GMSC có giao diện báo hiệu số 7 để có thể tương tác với các phần tử khác của hệ thống chuyển mạch. 2.2 - Phân hệ trạm gốc BSS BSS thực hiện kết nối các MS với các tổng đài, do đó liên kết người sử dụng máy di động với những người sử dụng dịch vụ viễn thông khác. BSS cũng phải được điều khiển nên được kết nối với OSS. Trạm thu phát gốc BTS BTS giao diện với MS xử lý các tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ). Bộ điều khiển trạm gốc BSC BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ BTS và MS như ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao. Một BSC có thể quản lý nhiều BTS. Số lượng BTS mà BSC có thể quản lý phụ thuộc vào lưu lượng của BTS. 2.3 - Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS OSS thực hiện chức năng khai thác, bảo dưỡng và quản lý toàn hệ thống. Trung tâm quản lý mạng NMC NMC được đặt tại trung tâm của hệ thống, chịu trách nhiệm cung cấp chức năng quản lý cho toàn bộ mạng. - Giám sát các nút trong mạng - Giám sát các trạng thái các bộ phận của mạng - Giám sát trung tâm bảo dưỡng và khai thác OMC của các vùng và cung cấp thông tin đến các bộ phận OMC. Trung tâm quản lý và khai thác OMC OMC cung cấp chức năng chính để điều khiển và giám sát các bộ phận trong mạng (các BTS, MSC, các cơ sở dữ liệu...).OMC có các chức năng: quản lý cảnh báo, quản lý sự cố, quản lý chất lượng, quản lý cấu hình và quản lý bảo mật. 2.4 - Trạm di động MS MS là thiết bị đầu cuối chứa các chức năng vô tuyến chung, xử lý giao diện vô tuyến và cung cấp các giao diện với người dùng (màn hình, loa, bàn phím...). Một trạm di động gồm hai phần chính: - ME (Mobile Equipment - thiết bị di động): là phần cứng được dùng để thuê bao truy nhập vào mạng. ME chứa kết cuối di động (MT) phụ thuộc vào ứng dụng và các dịch vụ, có thể kết hợp các nhóm chức năng thích ứng đầu cuối (TA) và thiết bị đầu cuối (TE) khác nhau. - SIM (Subscriber Identity Module – modun nhận dạng thuê bao): gắn chặt với người dùng trong vai trò một thuê bao duy nhất, có thể làm việc với nhiều ME khác nhau. SIM là một card điện tử thông minh được cắm vào ME để nhận dạng thuê bao và tin tức bảo vệ loại dịch vụ mà thuê bao đăng ký. SIM có phần cứng và phần mềm cần thiết với bộ nhớ có thể lưu trữ thông tin. Có hai loại thông tin là thông tin cố định và thông tin thay đổi: + Thông tin cố định: * Số nhận dạng thuê bao MSISDN, IMSI. Thuê bao sẽ được kiểm tra tính hợp lệ trước khi truy nhập vào mạng thông qua số nhận dạng IMSI được thực hiện bởi trung tâm nhận thực AuC. * Mã khoá cá nhân Ki. + Thông tin thay đổi: * Số hiệu nhận dạng vùng định vị LAI * Số nhận dạng thuê bao tạm thời TMSI Một số TMSI sẽ tương ứng với một IMSI được cấp phát tạm thời để tăng tính bảo mật cho quá trình báo hiệu giữa MS và hệ thống. TMSI sẽ thay đổi khi MS cập nhật lại vị trí. III. Mạng báo hiệu và các khía cạnh mạng 1 - Các giao thức báo hiệu trong hệ thống GSM Mạng thông tin di động GSM sử dụng hệ thống báo hiệu số 7 (báo hiệu kênh chung) để thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi. Báo hiệu số 7 là mạng dữ liệu chuyển mạch gói được thiết kế để trao đổi báo hiệu. Các giao thức giữa BSC-BTS-MS Các giao thức này sử dụng trong các giao diện Um và Abis theo chuẩn của ETSI. Các giao thức này hỗ trợ các chức năng của BTS và BSC như sau: Gửi các thông tin của mạng và cell. Thông tin được cập nhật từ BSC, truyền liên tục tới BTS và lưu trong BTS. Nhắn tin: được khởi tạo từ MSC cho phép BSC hoạt động thông qua BSSMAP. BSC lần lượt cho phép các BST trong một vùng định vị hoạt động. Các BTS gửi các cuộc gọi nhắn, kiểm tra tín hiệu trả lời và gửi thông báo tới BSC. BTS cũng nhận các cuộc gọi từ MS và gửi tới BSC. Cung cấp và giải phóng kênh điều khiển (SDCCH). BSC thực hiện các chức năng này, BTS sẽ xử lý trao đổi các thông tin tới /từ MS. Cung cấp và giải phóng kênh lưu lượng (TCH) để thiết lập, xoá và chuyển giao. BSC thực hiện các chức năng này và BTS xử lý các khối kênh liên quan. Nhận định hoàn thành việc chuyển giao. BTS báo với BSC khi nó đã phát hiện có tín hiệu của MS trên kênh lưu lượng mới. Điều khiển mã/giải mã. BTS thực hiện chức năng kích hoạt và giải phóng việc mã hoá theo yêu cầu của BSC. Điều khiển các mã thoại và thích ứng tốc độ của các kênh thông tin. Thiết bị thích ứng tốc độ mã hoá - TRAU thường được đặt trong BSC nhưng được điều khiển bởi BTS xác định các kênh lưu lượng. Kiểm tra chất lượng truyền dẫn và độ dài tín hiệu trong các kênh hướng lên đang hoạt động và ở chế độ idle (rỗi). Kiểm tra được thực hiện ở BTS và được thông báo tới BSC. Giao diện vô tuyến cũng bao gồm các chức năng được tự động xử lý bởi BTS. Thông tin đồng bộ và số nhận dạng MS được gửi liên tục tới BTS. Chức năng điều khiển tần số được xử lý bởi BTS, các tín hiệu điều khiển này được gửi liên tục từ BTS. Giao diện vô tuyến cũng có các chức năng: mã hoá kênh, ghép kênh, quản lý burst, TDMA và điều chế. Các giao thức giữa MSC-BSC và MSC-MS: Giao thức báo hiệu BSSAP chứa các phần tử sau: các bản tin BSSMAP, DTAP và INTIAL MS. * Các bản tin DTAP trao đổi giữa MSC và MS để đăng ký và nhận thực khi MS tắt. Các bản tin TDAP được chuyển qua BSC và BTS. Các bản tin khởi tạo MS (IMSI) được truyền giữa MSC và MS để cập nhật vị trí và nhắn tin. BSSMAP là giao thức được sử dụng giữa MSC và BSC để nhắn tin, thực hiện cuộc gọi, chuyển giao, cung cấp, duy trì các kênh lưu lượng và để mã hoá trong BTS, MS. Giao thức này cũng được dùng để duy trì các khe thời gian trên các kênh PCM giữa MSC và BSC. Các giao thức giữa các trung tâm chuyển mạch di động MSC Khi thực hiện chuyển giao giữa các MSC, MAP được sử dụng báo hiệu chuyển giao trong khi ISUP được sử dụng để thiết lập và xoá các kết nối. Các giao thức giữa GMSC và MSC ISUP được sử dụng giống như trong PSTN/ISDN. Các giao thức giữa MSC và HLR, VLR, AuC và EIR MAP được sử dụng cho tất cả các báo hiệu. Nó hỗ trợ đăng ký, báo hiệu các số roaming, nhận thực và nhận dạng thiết bị. Các giao thức với các mạng ngoài Sử dụng TUP, ISUP và các giao thức liên quan tới kênh. 2. Các giao diện trong hệ thống GSM A bis: BSC – BTS Um (vô tuyến): MS-BTS A: BSC – MSC E: MSC – MSC B: MSC – VLR F: MSC – EIR C: MSC – HLR G: VLR – VLR D: VLR – HLR H: HLR – AuC 3 - Các khía cạnh mạng 3.1 - Quản lý tài nguyên vô tuyến Quản lý tài nguyên vô tuyến là một lớp chức năng trong quản lý mạng, được xem xét thông qua việc thiết lập một kênh truyền giữa MS và MSC. Các phần tử chức năng chính là MS, BSS và MSC. RR quản lý một phiên RR là thời gian mà thiết bị di động ở một trạng thái xác định sử dụng các kênh vô tuyến. Một phiên RR được khởi tạo từ MS thông qua một thủ tục truy nhập mạng hoặc cho cuộc gọi đi hoặc nhận bản tin nhắn. Khi nào một kênh được cung cấp cho MS hay phân kênh nhắn sẽ được xử lý trong lớp RR. Hơn nữa, lớp RR cũng quản lý cả các đặc tính vô tuyến như điều khiển công suất, truyền nhận gián đoạn và định thời. * Chuyển giao (Handover) Trong mạng cellular, các kênh vô tuyến và cố định không được cấp phát lâu dài cho một cuộc gọi. Cuộc gọi sẽ được chuyển sang một kênh hoặc một cell khác, được gọi là chuyển giao. Việc kiểm tra và thực hiện chuyển giao tạo nên một trong những chức năng cơ bản của lớp RR. Có 4 loại chuyển giao khác nhau trong hệ thống GSM, được thực hiện giữa: Các kênh (các khe thời gian) trong cùng một cell Các cell (BTS) do một BSC điều khiển Các cell dưới sự điều khiển của nhiều BSC khác nhau nhưng thuộc cùng một MSC Các cell của các MSC khác nhau Hai loại chuyển giao đầu tiên gọi là chuyển giao cục bộ. Để tiết kiệm băng thông báo hiệu, việc chuyển giao chỉ do BSC mà không cần MSC quản lý và chỉ thông báo cho MSC khi hoàn thành chuyển giao. Hai loại chuyển giao còn lại là chuyển giao ngoài do các MSC quản lý. Chuyển giao có thể được khởi tạo từ MS hoặc từ MSC. Trong khi các khe thời gian ở trạng thái chờ, MS quét kênh điều khiển quảng bá (BCCH) trong 16 cell lân cận, chọn ra 6 cell tốt nhất để phục vụ chuyển giao dựa trên độ dài tín hiệu nhận được. Thông tin này được truyền tới BSC và MSC ít nhất 1 giây một lần. Chuyển giao trong cùng một BSC: ở trường hợp này BSC phải thiết lập một đường nối đến BTS mới, dành riêng một TCH của mình và ra lệnh cho MS phải chuyển đến 1 tần số mới đồng thời cũng chỉ ra một TCH mới. Tình huống này không đòi hỏi thông tin gì đến phần còn lại của mạng. Sau khi chuyển giao MS phải nhận được các thông tin mới và các ô lân cận. Nếu như việc thay đổi đến BTS mới cũng là thay đổi vùng định vị thì MS sẽ thông báo cho mạng về LAI của mình và yêu cầu cập nhật vị trí. Chuyển giao giữa hai BSC khác nhau nhưng cùng một MSC/VLR: Trường hợp này cho thấy sự chuyển giao trong cùng một vùng phục vụ nhưng giữa hai BSC khác nhau. Mạng can thiệp nhiều hơn khi quyết định chuyển giao. BSC phải yêu cầu chuyển giao từ MSC/VLR. Sau đó có một đường nối thông mới (MSC/VLR Û BSC mới Û BSC mới) phải được thiết lập nếu có TCH rỗi. TCH này phải được dành cho chuyển giao. Sau đó khi MS nhận được lệnh chuyển đến tần số mới và TCH mới. Ngoài ra, sau khi chuyển giao MS được thông báo về các ô lân cận mới. Nếu việc thay đổi BTS cùng với việc thay đổi vùng định vị MS sẽ gửi đi yêu cầu cập nhật vị trí trong quá trình cuộc gọi hay sau cuộc gọi. Chuyển giao giữa hai vùng phục vụ MSC/VLR: Đây là trường hợp chuyển giao phức tạp nhất nhiều tín hiệu được trao đổi trước khi thực hiện chuyển giao. Ta sẽ xét 2 MSC/VLR, gọi MSC/VLR cũ (tham gia cuộc gọi trước khi chuyển giao) là tổng đài phục vụ và MSC/VLR mới là tổng đài đích. Tổng đài cũ sẽ gửi yêu cầu chuyển giao đến tổng đài đích. Sau đó, tổng đài đích sẽ đảm nhận việc chuẩn bị nối ghép tới BTS mới. Sau khi thiết lập đường nối giữa hai tổng đài cũ sẽ gửi đi lệnh chuyển giao đến MS. 3.2 - Quản lý di động Quản lý di động cũng là một lớp chức năng, là lớp trên lớp RR, xử lý các chức năng di động của thuê bao và thực hiện nhận thực và bảo mật. Quản lý vị trí liên quan tới các thủ tục cho phép hệ thống biết vị trí hiện tại của thiết bị di động để thực hiện định tuyến các cuộc gọi. * Cập nhật vị trí MS được thông báo có một cuộc gọi đến bởi một bản tin ngắn được gửi qua kênh PAGCH của cell. Một phần của kênh được sử dụng để nhắn trong mỗi cell trong mạng, một phần được dùng để MS truyền các bản tin cập nhật vị trí ở cấp độ cell tới mạng. Do đó các bản tin nhắn được gửi chính xác tới một cell nhưng sẽ rất lãng phí băng thông do số lượng các bản tin cập nhật vị trí lớn. Một giải pháp được thực hiện trong GSM là nhóm các cell thành các vùng định vị LA (Location Area). Chỉ khi LA thay đổi, MS mới gửi các bản tin cập nhật và các MS được nhắn trong các cell của vùng định vị. Các thủ tục cập nhật và định tuyến cuộc gọi thực hiện trong MSC, VLR và HLR. Khi MS vào một LA mới hoặc PLMN của một nhà vận hành khác, nó phải đăng ký với mạng để chỉ ra vị trí hiện tại của mình. Thông thường, bản tin cập nhật vị trí được gửi tới MSC/VLR mới mà lưu các thông tin về vùng định vị, sau đó gửi các thông tin này tới HLR của thuê bao. Thông tin được gửi tới HLR là địa chỉ SS7 của VLR mới, nó có thể là số định tuyến. Nếu thuê bao được phép sử dụng dịch vụ, HLR gửi một tập các thông tin cần cho việc điều khiển cuộc gọi tới MSC/VLR mới và gửi một bản tin tới MSC/VLR cũ để xoá đăng ký cũ. Để đảm bảo độ tin cậy, GSM thực hiện một thủ tục cập nhật vị trí định kỳ. Thủ tục này liên quan tới cập nhật vị trí là gán và tách IMSI (IMSI attach/detach). Thực hiện detach chỉ ra rằng mạng không thể đạt tới MS nữa và không phải cấp phát các kênh và gửi bản tin nhắn. Một Attach tương tự như cập nhật vị trí thông báo cho mạng MS trở lại trạng thái hoạt động. * Nhận thực và bảo mật Vì tài nguyên vô tuyến có thể được truy nhập bởi bất kỳ người nào, nên việc nhận thực người sử dụng là thành phần rất quan trọng trong mạng di động. Nhận thực được thực hiện giữa SIM card trong MS và trung tâm nhận thực AuC. Mỗi thuê bao có một khoá bảo mật, được lưu đồng thời trong SIM và AuC. Trong khi nhận thực AuC sẽ phát số ngẫu nhiên tới MS. Cả MS và AuC sau đó sử dụng số ngẫu nhiên này cùng với mã bảo mật của thuê bao và thuật toán mã hoá để phát một đáp ứng được ký hiệu (SRES) lại AuC. Nếu số được gửi từ MS giống với số được tính toán trong AuC, thuê bao sẽ được nhận thực. Một cấp bảo mật khác được thực hiện trong MS, mỗi thiết bị GSM được nhận dạng bởi số IMEI và được nhận thực bởi số này. 3.3 – Quản lý truyền thông Quản lý truyền thông (CM) là lớp trên cùng, phục vụ điều khiển cuộc gọi, quản lý dịch vụ hỗ trợ và quản lý dịch vị bản tin ngắn. Mỗi chức năng được xem xét là một phân lớp trong lớp CM. Các chức năng của một phân lớp bao gồm thiết lập, lựa chọn một dịch vụ và xoá một cuộc gọi. * Định tuyến cuộc gọi Không giống như định tuyến một cuộc gọi trong mạng cố định mà thiết bị được kết nối với bộ phận trung tâm, người sử dụng GSM có thể chuyển vùng quốc gia và quốc tế. Số quay trực tiếp để đạt tới thuê bao di động được gọi là MSISDN, được định nghĩa bởi kế hoạch đánh số E.164. Một cuộc gọi kết cuối di động được gửi tới chức năng GMSC. GMSC là một bộ chuyển mạch kết nối với HLR lấy các thông tin định tuyến. Do đó nó có một bảng các MSISDN tới HLR tương ứng. Thông tin định tuyến được gửi lại GMSC là số roaming di động (MSRN). Các MSRN liên quan tới kế hoạch đánh số vùng địa lý, không được cung cấp cho thuê bao. Thủ tục định tuyến thường được sử dụng nhất bắt đầu với việc truy vấn HLR của thuê bao bị gọi để lấy MSRN. HLR chỉ lưu các địa chỉ SS7 VLR hiện tại của thuê bao mà không có MSRN. HLR do đó phải truy vấn VLR hiện tại của thuê bao mà cung cấp tạm thời MSRN. MSRN này được gửi lại HLR và GMSC, sau đó cuộc gọi được định tuyến tới MSC mới. Tại MSC mới, IMSI tương ứng MSRN được kiểm tra và thiết bị di động được nhắn trong vùng định vị hiện tại đang có mặt. IV. giao tiếp vô tuyến Giao tiếp vô tuyến là tên gọi chung của đấu nối giữa MS và BTS. Giao tiếp sử dụng khái niệm TDMA với một khung TDMA cho một tần số mang. Một khung, gồm 8 khe thời gian (Time Slot - TS). 1- Khái niệm về các kênh vô tuyến : Mạng GSM/PLMN được dành 124 kênh sóng mang, sóng này ở dải tần: Đường lên ( MS - BTS ) : 890 - 915 MHz . Đường xuống ( BTS - MS ) : 935 - 960 MHz . Băng tần đường lên 890,2 – 914,8 MHz và đường xuống 935,2 – 959,8 MHz. Mỗi tần số sóng mang cách nhau 200 KHz, trên mỗi sóng mang thực hiện ghép kênh theo thời gian, thực hiện ghép khung TDMA ta có số kênh bằng: 124 x 8 (TS) = 992 kênh. 1.1- Kênh vật lý: Kênh vật lý là một khe thời gian ở một tần số vô tuyến dành để truyền tải thông tin ở đường vô tuyến của GSM. Mỗi một kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành các khung TDMA dài 4,615 ms gồm có 8 khe thời gian (một khe dài 577 ms). Tại BTS, các khung TDMA ở các kênh tần số ở cả đường lên và đường xuống đều được đồng bộ, mỗi MS được cấp một khe thời gian có cùng số thứ tự ở hướng lên hay hướng xuống để truyền bán song công. Về mặt thời gian, các kênh vật lý ở một kênh tần số được tổ chức theo cấu trúc khung, đa khung, siêu đa khung, siêu siêu khung như hình vẽ: Hình 4.1- Tổ chức khung, đa khung 1.2 - Kênh logic: Các kênh logic mang các thông tin điều khiển, báo hiệu giữa BTS và MS. Các kênh logic này được đặt vào các kênh vật lý nói trên. Có thể chia các kênh logic này gồm hai loại kênh: Các kênh lưu lượng (TCH) và các kênh báo hiệu điều khiển. Kênh lưu lượng (TCH - Traffic Channel): Các kênh lưu lượng này gồm hai loại được định nghĩa như sau: Bm hay TCH toàn tốc (TCH/F - Traffic Channel at Fullrate): Kênh này mang thông tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ khoảng 22,8 Kbps. Lm hay TCH bán tốc (TCH/H - Traffic Channel at Halfrate): Kênh này mang thông tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ khoảng 11,4 Kbps. Kênh báo hiệu điều khiển : Các kênh báo hiệu điều khiển được chia làm ba loại: Kênh điều khiển quảng bá, kênh điều khiển chung, kênh dành riêng. - Kênh điều khiển quảng bá (BCCH - Broadcast Common Control Channel): Kênh phát quảng bá các thông tin chung về ô. Các bản tin này gọi là thông tin hệ thống, BCCH chỉ sử dụng cho đường xuống. - Các kênh điều khiển chung (CCCH - Common Control Channel) gồm: Kênh tìm gọi (PCH - Paging Channel) sử dụng cho đường xuống để tìm gọi máy di động. Kênh thâm nhập ngẫu nhiên (RACH - Random Access Channel) được MS dùng để yêu cầu cung cấp một kênh dành riêng SDCCH. Kênh cho phép thâm nhập (AGCH - Access Grant Channel) chỉ được sử dụng ở đường xuống để chỉ định một kênh SDCCH cho MS. - Các kênh điều khiển dành riêng (DCCH-Dedicated Control Channel) gồm: Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình (SDCCH - Stand Alone DCCH) chỉ được sử dụng dành riêng cho báo hiệu với một MS. Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH - Slow Associcated Control Channel) liên kết với một TCH hay một SDCCH. Kênh điều khiển liên kết nhanh (FACCH - Fast Associcated Control Channel) liên kết với một TCH. FACCH làm việc ở chế độ lấy lén bằng cách thay đổi lưu lượng tiếng hay số liệu bằng báo hiệu. Kênh quảng bá (CBCH - Cellular Broadcast Channel): Chỉ được dùng đường xuống để phát quảng bá các bản tin ngắn (SMSCB) cho các tế bào CBCH sử dụng cùng kênh vật lý như kênh SDCCH. 2- Sắp xếp các kênh logic ở các kênh vật lý: Xét một BTS với n sóng mang (truyền song công, mỗi sóng mang Co, ...,Cn) có 8 khe thời gian Ts. Với Co đường xuống, TSo được dùng chỉ định sắp xếp các kênh điều khiển. BCCH CCCH đường xuống F S B C F S C C F S C C F S C C 0 1 2 .......... 7 0 1 2 .......... 7 0 1 2 .......... Các khung TDMA Ghép các BCH và CCCH ở TS0: 0 1 2 .......... 7 0 1 2 .......... 7 0 1 2 - TsO ở sóng mang Co, đường lên xuống chứa các kênh FCCH, SCH và BCCH, nó được dùng để thâm nhập BCCH, FCCH, SCH, FCH, AGCH đường xuống riêng RACH ở đường lên. 51 khung TDMA liên tiếp R R R R R R R R R .......................... - Đối với TS1 được sử dụng để sắp xếp các kênh điều khiển dành riêng lên các kênh vật lý, do tốc độ bit trong quá trình thiết lập cuộc gọi và đăng ký khá thấp nên có thể 8 SDCCH ở một TS1, sử dụng TS hiệu quả hơn. Các cách ghép kênh ở TS1: - CDCCH + SACCH đường xuống. - SDCCH + SACCH đường lên. ở TS1 thông tin của khe sẽ được sử dụng cho các kênh lưu thông TCH. TS2 - TS7 gọi là kênh thông tin lưu không logic với chu kỳ lặp lại là 26 TS. TS0: Là các kênh điều khiển logic, chu kỳ lặp lại là 51 Ts. TS1: Các kênh điều khiển logic, chu kỳ lặp lại là 102 Ts. - Với các sóng mang C1 - CN dành cho TS0 - TS7 đều là TCH. - Mỗi ô chỉ có 1 Co và chỉ có sau TCH ( TS2 - TS7 ). - Với sóng mang bổ xung, cả TS có thể sử dụng cho TCH. V. Các dịch vụ trong GSM Các dịch vụ trong GSM thông thường là dịch vụ chuyển mạch kênh. Giao diện vô tuyến sau khi đã thực hiện sửa sai là 12 Kbps (hoặc 13 Kbps cho thoại). Tốc độ tối đa cho người sử dụng là 9,6 Kbps giữa MS và MSC. Trong nền tảng đó, GSM có các nhóm dịch vụ sau: 1. Dịch vụ thoại: Là dịch vụ quan trọng nhất của GSM . Nó cho phép các cuộc gọi hai hướng diễn ra giữa người sử dụng GSM với thuê bao bất kỳ ở một mạng điện thoại nói chung nào . Dịch vụ cuộc gọi khẩn là một loại dịch vụ khác bắt nguồn từ dịch vụ thoại. Nó cho phép người dùng có thể liên lạc với các dịch vụ khẩn cấp như cảnh sát hay cứu hoả mà có thể có hay không SIM Card trong máy di động. Một dịch vụ khác nữa là VMS, cho phép các bản tin thoại có thể được lưu trữ rồi lấy ra ở thời điểm bất kỳ. 2. Dịch vụ số liệu: GSM được thiết kế để đưa ra rất nhiều dịch vụ số liệu. Các dịch vụ số liệu được phân biệt với nhau bởi người sử dụng phương tiện (người sử dụng điện thoại PSTN, ISDN hoặc các mạng đặc biệt ...), bởi bản chất các luồng thông tin đầu cuối (dữ liệu thô, Fax, Videotex, Teletex ...), bởi phương tiện truyền dẫn (gói hay mạch , đồng bộ hay không đồng bộ ...) và bởi bản chất thiết bị đầu cuối. Các dịch vụ này chưa thực sự thích hợp với môi trường di động. Một trong các vấn đề đó là do yêu cầu thiết bị đầu cuối khá cồng kềnh, chỉ phù hợp với mục đích bán cố định hoặc thiết bị đặt trên ô tô. 3. Dịch vụ bản tin ngắn: Dịch vụ bản tin ngắn khá phù hợp với môi trường di động. Các bản tin ngắn độ dài vài octet có thể được tiếp nhận bằng thiết bị đầu cuối rất nhỏ. Có hai loại dịch vụ bản tin ngắn: - Dịch vụ bản tin ngắn truyền điểm - điểm (giữa hai thuê bao). Loại này cũng chia làm hai loại: + Dịch vụ bản tin ngắn kết cuối di động, điểm - điểm (SMS - MO/PP): cho phép người sử dụng GSM nhận các bản tin ngắn. + Dịch vụ bản tin ngắn khởi đầu từ Mobile, điểm - điểm (SMS MI/PP): cho phép người sử dụng GSM gửi bản tin đến người sử dụng GSM khác. - Dịch vụ bản tin ngắn phát quảng bá: cho phép bản tin ngắn gửi đến máy di động trong một vùng địa lý nhất định. 4. Các dịch vụ phụ: Các dịch vụ sửa đổi và làm phong phú thêm các dịch vụ cơ bản, chủ yếu cho phép người sử dụng lựa chọn cuộc gọi đến và đi sẽ được mạng xử lý như thế nào hoặc cung cấp cho người sử dụng các thông tin cho phép sử dụng dịch vụ hiệu quả hơn. Các dịch vụ thường là: - Chặn hướng cuộc gọi (CB). - Giữ cuộc gọi (CH). - Chuyển cuộc gọi (CF). - Hiển thị số máy chủ gọi (CLIP). - Cấm hiển thị số máy chủ gọi (CLIR). - Đợi cuộc gọi (CW). - Tính cước cho thuê bao. - Hội nghị (MPTY). - Nhóm thuê (CUG). - Cho phép thuê bao chuyển vùng. - Cho phép thuê bao chuyển mạng. VI. kết luận Chương I đã giới thiệu tổng quan về mạng thông tin di động GSM: đặc điểm, kiến trúc logic và các thủ tục trao đổi báo hiệu giữa các phần tử trong mạng. GSM là thế hệ di động thứ hai có tốc độ tối đa là 9,6 kbps, dựa trên cơ sở kỹ thuật chuyển mạch kênh. Với tốc độ như vậy chỉ áp dụng được các dịch vụ thoại và dịch vụ bản tin ngắn (SMS), không thể áp dụng với các dịch vụ phi thoại yêu cầu tốc độ cao. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng về tốc độ, chất lượng và các loại hình dịch vụ, thế hệ thông tin di động thứ ba (3G) ra đời nhằm đáp ứng những gì mà thế hệ thông tin di động thứ hai chưa thực hiện được. Một trong những bước tiến để từ GSM lên 3G là thế hệ di động thứ 2,5G (GPRS). GPRS là mạng di động được triển khai trên nền mạng GSM nhưng có tốc độ cao hơn do đó có nhiều dịch vụ hơn. Chương II và III sẽ đề cập tổng quan về mạng GPRS. Chương II: các đặc điểm cấu trúc chức năng mạng GPrs Giới thiệu Cùng với dịch vụ thoại truyền thống được đưa vào khai thác trên mạng GSM đầu những năm 80, trong thời gian từ đó đến nay, các nhà khai thác cũng như người sử dụng đều nhận thấy các dịch vụ chuyển mạch kênh hiện nay trên thực tế không hoàn toàn phù hợp với một số những ứng dụng. Các dịch vụ số liệu đã ra đời và từng bước đưa ra áp dụng cho hệ thống GSM. Đó là hai dịch vụ: - Dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD. - Dịch vụ số liệu chuyển mạch gói GPRS. Dịch vụ HSCSD truyền số liệu vẫn dựa trên nguyên tắc chuyển mạch kênh của hệ thống GSM hiện nay, chỉ nâng cấp thêm một số phần mềm mới và hoàn toàn không có thay đổi lớn nào về thiết bị phần cứng. Dịch vụ GPRS ra đời dựa trên nền mạng GSM nhưng cơ chế truyền trong mạng dựa trên nguyên tắc chuyển mạch gói, phù hợp với các ứng dụng trong đó lưu lượng truyền đi dưới dạng burst. Sau đây ta chỉ nghiên cứu về dịch vụ chuyển mạch gói GPRS. 1. GPRS là gì? GPRS (General Packet Radio Service) là một chuẩn dữ liệu gói trong hệ thống GSM do uỷ ban truyền thông Châu Âu (ETSI) đưa ra. GPRS cung cấp một nguyên tắc truyền dần các gói tin trong truyền thông vô tuyến giữa các thiết bị di động của GSM với các mạng chuyển mạch gói khác. GPRS được triển khai trên nền mạng GSM là mạng chuyển mạch kênh. Chuyển mạch gói cắt dữ liệu thành các gói tin rồi truyền độc lập đến người sử dụng. GPRS được hình thành theo hai phase và ta sẽ đề cập tới mạng GPRS phase 2. Phase 1 (giai đoạn 1) bao gồm: Các dịch vụ điểm - điểm Hạ tầng mạng GPRS Giao diện vô tuyến Quản lý di động Bảo mật Chất lượng dịch vụ QoS Dịch vụ SMS (dịch vụ bản tin ngắn) Các nút hỗ trợ GPRS và các mạng bạckbone GPRS. Phase 2 (giai đoạn 2) bao gồm: Các dịch vụ điểm - đa điểm Các dịch vụ hỗ trợ. Bằng cách thêm chức năng GPRS vào mạng PLMN, các thuê bao có thể sử dụng hiệu quả các tài nguyên vô tuyến để truy nhập trực tiếp vào các mạng công cộng dựa trên giao thức Internet (IP, X.25). Người sử dụng dịch vụ GPRS đăng ký vào một APN (tên một điểm truy nhập) và được cấp một địa chỉ giao thức tiêu chuẩn (IP, X.25). Thiết bị di động của GPRS có thể dùng từ một đến 8 kênh trên giao diện không gian tuỳ thuộc vào kiểu thiết bị MS GPRS, các kênh này được cấp phát động cho MS khi tiến hành thu phát các gói tin. Trong mạng GPRS, các kênh đường lên và đường xuống được phục vụ tách riêng nên MS có thể sử dụng được nhiều khe thời gian đồng thời. Do đó dung lượng đường lên và đường xuống có thể thay đổi khác nhau. Việc ấn định nguồn kênh trong mạng GPRS linh hoạt tuỳ theo nhu cầu sử dụng và khả năng cho phép của nguồn kênh. Các gói tin có thể được gửi trên các khoảng thời gian rỗi giữa hai lần hội thoại. Mạng GPRS cũng hỗ trợ dịch vụ bản tin ngắn SMS và các truy nhập ngầm định. 2. Các đặc điểm của mạng GPRS * Tốc độ truyền dữ liệu cao hơn Tốc độ của GPRS có giới hạn từ 14,4 kbps (sử dụng một khe thời gian) đến 115 kbps (sử dụng tổng hợp các khe thời gian). Tuy nhiên tốc độ cực đại theo lý thuyết có thể đạt được là 171,2 kbps khi sử dụng đồng thời 8 khe thời gian cho một thiết bị di động. Tốc độ này lớn gấp ba lần tốc độ truyền dữ liệu qua các mạng cố định và mười lần so với các mạng GSM hiện nay. Bằng cách gán chức năng GPRS cho phép thông tin được truyền nhanh hơn, hiệu quả hơn, cước phí sử dụng dịch vụ GPRS sẽ ít hơn. Nhưng trung bình tốc độ chỉ khoảng 56 kbps, phụ thuộc vào việc cấp phát tài nguyên cho từng thuê bao. Tốc độ dữ liệu cao hơn cho phép thuê bao sử dụng thêm nhiều dịch vụ. * Luôn luôn kết nối Không giống như các dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh, truy nhập mạng GPRS không cần thủ tục thiết lập kết nối mạng trước khi gửi và nhận dữ liệu. Đặc tính này cho phép dữ liệu được gửi và nhận ngay khi có nhu cầu. Kiến trúc Publich/Subcriber là một mô hình ứng dụng hoàn hảo cho môi trường GPRS, cho phép các ứng dụng tự động đưa thông tin tới người sử dụng. Ví dụ như ứng dụng trong thị trường chứng khoán, người sử dụng di động yêu cầu được thông báo ngay khi nào cổ phiếu lên tới một giá cổ phần xác định. Server sẽ đưa thông tin này tới người sử dụng mà không cần thiết lập một cuộc gọi chuyển mạch kênh yêu cầu có thông báo đó. Giải pháp kết nối liên tục này của GPRS đã làm tăng lợi ích của các ứng dụng và làm phong phú thêm nhiều nhu cầu của người sử dụng. Tuy nhiên cũng có một vấn đề khi thực hiện kết nối liên tục là MS không ở trạng thái truyền nhận dữ liệu gói trong khi server muốn truyền bản tin. Chẳng hạn như một MS đang ở trong trạng thái thoại mà không ở trạng thái kết nối dữ liệu. Trong trường hợp này, phải có một đường truyền dữ liệu đan xen. Có thể dịch vụ SMS được sử dụng để thông báo cho người sử dụng di động biết rằng họ sẽ nhận một bản tin. Khi nhận được thông báo, người sử dụng sẽ chuyển MS từ trạng thái thoại sang trạng thái dữ liệu để nhận bản tin ứng dụng. * Tính trực tiếp Các phương tiện GPRS kết nối khi thông tin được gửi và nhận trực tiếp. Đối với mạng Internet, muốn truy nhập cần có một modem kết nối. Nhưng đối với mạng GPRS, không cần modem kết nối quay số vẫn có thể truy nhập vào các mạng công cộng và các mạng cơ vụ. * Đánh địa chỉ IP động Trong hệ thống GSM, mục tiêu thiết kế để phục vụ thoại di động là chính. Còn đối với GPRS, mục tiêu chính của nó là tạo ra khả năng truy nhập tới các mạng dữ liệu tiêu chuẩn (IP, X.25). Các mạng này coi GPRS là chỉ là một thành phần mạng con thông thường. Do đó mạng GPRS cũng sử dụng một cơ chế đánh địa chỉ giao thức Internet (IP Addressing). Tuy nhiên các địa chỉ này có hạn do đó giới hạn số lượng người sử dụng Internet cũng như các mạng không dây thế hệ 3G. Một phương pháp để giải quyết vấn đề này là cấp phát động các địa chỉ IP cho các thiết bị di động. Như vậy người sử dụng di động sẽ có một địa chỉ mạng dữ liệu tĩnh hoặc động và lưu lượng dữ liệu sẽ luôn sử dụng gateway do địa chỉ này chỉ dẫn. Một địa chỉ tĩnh (địa chỉ IP) có thể dùng tuỳ chọn. Trong trường hợp đó, địa chỉ này được cấp lâu dài cho một thuê bao. Nó sẽ hướng tới một gateway của mạng chủ, gói dữ liệu sẽ luôn được định tuyến qua mạng chủ. Một địa chỉ động cấp phát cho người sử dụng chỉ trong thời gian một kết nối. * Các dịch vụ được ưu tiên hoá Khi một thiết bị kết nối tới mạng GPRS, một thông số QoS (chất lượng dịch vụ) luôn đi kèm kết nối này. Nó chỉ ra khả năng đáp ứng yêu cầu của khách hành về tốc độ dữ liệu. GPRS có chức năng cho phép làm tăng hoặc giảm phần tài nguyên của mạng ấn định cho GPRS dựa trên khả năng phân bổ động và được điều hành bởi nhà điều hành mạng. GPRS có một số chỉ tiêu về chất lượng dịch vụ QoS. Nó có thể cung cấp cho khàch hàng các loại QoS khác nhau. Mức độ ưu tiên của dịch vụ: cao/ trung bình/ thấp. Độ trễ Độ tin cậy Thông lượng: tốc độ bit tối đa và tốc độ bit trung bình. * Hỗ trợ nhiều ứng dụng Một đặc điểm quan trọng khi sử dụng GPRS là tăng tốc độ gắn liền với nhiều loại ứng dụng được hỗ trợ. Tốc độ của mạng chuyển mạch kênh GSM là 9,6 kbps với thời gian thiết lập cuộc gọi lớn và độ dài bản tin nhắn bị giới hạn là 160 kí tự, không đáp ứng được nhiều ứng dụng không dây cần tốc độ cao. Mạng GPRS dựa trên IP cho phép thuê bao truy nhập tất cả các ứng dụng Internet như các dịch vụ email, chat qua mạng di động; các dịch vụ hình ảnh động; các dịch vụ cung cấp thông tin (gia cả thị trường chứng khoán, thời tiết, mua vé xem phim,...); truyền file. GPRS cung cấp chức năng Internet di động bằng cách phối hợp hoạt động giữa mạng Internet và mạng GPRS. 3. Một số ứng dụng của GPRS Chat: cho phép người sử dụng di động sử dụng ngay các nhóm chat Internet hiện có mà không cần thiết lập một nhóm chat của riêng mình. Các dịch vụ thông tin về văn bản và đồ họa: nội dung thông tin trong các dịch vụ này là giá cổ phiếu, kết quả thể thao, bản tin thời tiết, tin tức thời sự, các thông tin về giao thông, bản đồ và kết quả sổ xố,... Hình ảnh tĩnh: như tranh, ảnh (được scan hoặc từ máy camera số), bưu thiếp,... Chia sẻ tài liệu và cộng tác làm việc từ xa: cho phép mọi người ở những nơi làm việc khác nhau cùng sử dụng một tài liệu về vấn đề liên quan tới chuyên môn như ngành y tế, báo chí, phòng chữa cháy,... Audio reports: cho truyền thông quảng bá và phân tích, các clip hình ảnh và âm thanh chất lượng cao (ví dụ để phục vụ cảnh sát làm bằng chứng), yêu cầu kích thước file lớn cần có tốc độ truyền cao. Email tập thể: cho phép các nhân viên có thể truy nhập hệ thống email cục bộ từ LAN của họ trong một cơ quan. LAN: cho phép mọi nhân viên ứng dụng bằng máy tính cá nhân trong toàn công ty. Internet email: hầu hết người sử dụng Internet email không được thông báo có thư mới trên máy di động. Họ phải quay số định kỳ để check mail. Tuy nhiên bằng cách kết nối Internet sử dụng cơ chế cảnh báo như SMS hay GPRS, người sử dụng sẽ được thông báo khi có thư mới. Xác định vị trí: ứng dụng tích hợp trong hệ thống vệ tinh để xác định vị trí bằng dịch vụ di động phi thoại. Truyền file: download dữ liệu qua mạng di động hoặc download các phần mềm ứng dụng,... 4. Các điểm khác nhau của mạng GPRS với GSM: Băng thông của mạng GPRS lớn hơn nên tốc độ cao hơn. Kết nối trực tuyến tới mạng Internet. Hỗ trợ các dịch vụ Internet từ xa với các dữ liệu văn bản, hình ảnh (email, chat, hình ảnh động), các dịch vụ cung cấp thông tin như giá cả thị trường chứng khoán, thời tiết,... với tốc độ cao. Chất lượng cao hơn vì tài nguyên vô tuyến và băng thông chỉ được sử dụng khi thực sự truyền dữ liệu. Tính cước theo khối lượng byte sử dụng, khác với GSM tính cước theo thời gian kết nối. Hỗ trợ các giao thức Internet và X.25. Bổ xung các phần tử mới vào cấu trúc mạng GSM: GGSN, SGSN và gateway tính cước. Không chỉ dùng GSM MS, có thể sử dụng các thiết bị khác: máy tính cầm tay, được kết nối với các máy điện thoại gán GPRS hoặc các modem ngoài hoặc modem card PC. II. Kiến trúc tổng quan 1. Các giao diện và điểm tham chiếu Trong GSM, có nhiều giao diện giữa các thực thể mạng (giao diện A, B, C, D, E, F, G, H). Mạng GPRS triển khai trên nền mạng GSM nên ngoài các giao diện đó còn được bổ sung một số giao diện mới, đó là các giao diện G. Các kết nối của hệ thống GPRS tới các phần tử mạng và chuyển mạch NSC của hệ thống GSM được thực hiện thông qua mạng báo hiệu số 7 (gồm Gc, Gd, Gf, Gr, Gs). Các điểm tham chiếu và các giao diện khác được thực hiện thông qua mạng backbone Intra-PLMN (Gn), Inter-PLMN (Gp) hoặc các mạng ngoài Gi. Trong mạng GPRS có hai điểm tham chiếu khác nhau: Gi dành riêng cho GPRS, R được dùng chung cho cả mạng GPRS và GSM. Gi: điểm tham chiếu giữa GGSN và mạng bên ngoài. Hệ thống GPRS sẽ hỗ trợ cho việc kết nối với nhiều kiểu mạng dữ liệu khác nhau và điều này giải thích tại sao Gi không phải là một giao diện chuẩn hoá mà chỉ đơn thuần là một điểm tham chiếu. R: có chức năng kết nối thiết bị đầu cuối TE tới đầu cuối di động MT. Các giao diện trong kiến trúc logic mạng GPRS Gb: gữa SGSN và BSS để trao đổi thông tin báo hiệu và lưu lượng người dùng. Giao diện Gb cho phép nhiều người sử dụng được dùng chung các tài nguyên vật lý. Nguồn tài nguyên chỉ được cung cấp khi người sử dụng truyền hay nhận dữ liệu. Khác với giao diện A, người sử dụng chiếm độc quyền nguồn tài nguyên đã được cấp trong suốt thời gian cuộc gọi dù có hay không truyền dữ liệu. Frame Relay dựa trên các NS (Network Service) tạo ra khả năng điều khiển lưu lượng cho giao diện này. Gc: giữa GGSN và HLR. GGSN có thể yêu cầu thông tin vị trí từ HLR thông qua giao diện này. Gd: giữa SMS-GMSC và SGSN để sử dụng dịch vụ SMS hiệu quả hơn. Gf: giữa SGSN và EIR cho phép SGSN truy vấn các thông tin về thiết bị trong EIR. MS được phân loại theo 3 danh sách: black list (cho các MS bị mất trộm), gray list (cho các MS đang được theo dõi), và white list (cho các MS còn lại). Gn: giữa hai GSN trong cùng một PLMN, là một giao diện báo hiệu và dữ liệu trong mạng trục Intra-PLMN. Giao thức đường hầm (GPT) của GPRS được dùng trong Gn (và Gp) thông qua mạng trục IP cơ sở. Gp: giữa hai GSN trong các mạng PLMN khác nhau. Gp cung cấp chức năng giống như giao diện Gn. Nhưng ngoài ra cùng với BG và firewall, nó còn cung cấp tất cả các chức năng cần thiết cho việc kết nối liên mạng của mạng Inter-PLMN như chức năng bảo mật, định tuyến,... Gr: giữa GS và HLR, cho phép SGSN truy vấn các thông tin về thuê bao trong HLR. HLR có thể được cài đặt trong một mạng PLMN khác với mạng của SGSN. Gs: giữa SGSN và MSC. SGSN có thể gửi thông tin vi trí tới MSC hoặc nhận các yêu cầu nhắn tin từ MSC thông qua giao diện này. Gs làm tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng và tài nguyên vô tuyến khi có sự kết hợp giữa mạng GSM và GPRS. Um: giữa MS và phần cố định của GPRS. Giao diện này cũng giống giao diện Um của GSM nhưng có một số thay đổi cho phù hợp với GPRS. 2. Các phần tử trong mạng GPRS GPRS được áp dụng một cách logic trên cấu trúc mạng GSM bằng việc thêm vào hai nút hỗ trợ GPRS (GSN): nút hỗ trợ phục vụ GPRS (SGSN), nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN). Trong một mạng GPRS có thể có nhiều GSN. SGSN (Serving GPRS Support Node): Có cùng mức với MSC Lưu giữ vị trí của từng MS Thực hiện các chức năng quản lý di động Thực hiện nhận thực Thực hiện mã hoá Cung cấp điều khiển truy nhập SGSN liên kết với hệ thống trạm gốc BSS bằng frame Relay (giao diện Gb) truyền các gói dữ liệu tới các thiết bị di động trong vùng phục vụ của nó. SGSN cũng giao diện với HLR để lấy các thông tin về thuê bao. SGSN có chức năng phát hiện thiết bị di động mới vào vùng phục vụ và duy trì các thông tin về vị trí trong vùng phục vụ đó. Trong quá trình kết nối với mạng (GPRS attach), SGSN thiết lập chức năng quản lý di động chứa các thông tin liên quan di động và bảo mật cho MS. Khi kích hoạt PDP context, SGSN thiết lập PDU PDP context để định tuyến tới GGSN phục vụ thuê bao GPRS. SGSN có thể gửi thông tin vị trí tới MSC/VLR và nhận các yêu cầu nhắn tin từ MSC/VLR qua giao diện Gs. GGSN (Gateway GPRS Support Node): Cung cấp chức năng liên kết hoạt động với các mạng chuyển mạch gói ngoài và kết nối với các SGSN qua mạng đường trục GPRS-IP, dựa vào địa chỉ PDP. GGSN chuyển đổi các gói dữ liệu GPRS đến từ SGSN thành khuôn dạng giao thức dữ liệu gói (PDP) như X.25, IP và truyền các gói này trong mạng. GGSN có thể kết nối với mạng GPRS khác để phục vụ chuyển vùng. Khi dữ liệu được truyền từ mạng PDP tới mạng GSM, địa chỉ PDP đầu vào sẽ chuyển thành địa chỉ đích GSM. Các gói được đánh địa chỉ lại này gửi từ GGSN tới SGSN tương ứng. Để hỗ trợ chức năng định tuyến cho người sử dụng, GGSN lưu các địa chỉ của SGSN trong thanh ghi dịch vị trí. Hơn nữa, GGSN cũng thực hiện chức năng nhận thực và tính cước. GGSN có thể yêu cầu cung cấp thông tin vị trí từ HLR qua giao diện Gc. GGSN là điểm đầu tiên của kết nối PDN với mạng PLMN (điểm tham chiếu Gi). Các chức năng của SGSN và GGSN có thể được kết hợp trong cùng một nút vật lý hoặc là các nút khác nhau. SGSN và GGSN có chức năng định tuyến IP và kết nối với các bộ định tuyến IP. SGSN và GGSN ở các mạng PLMN khác nhau sẽ được kết nối qua giao diện Gp. Giao diện này có chức năng của giao diện Gn và bổ sung chức năng bảo mật phục vụ truyền thông liên mạng PLMN. Backbone Network – Mạng đường trục GPRS Mạng đường trục là mạng IP cơ sở. Có hai loại mạng đường trục GPRS: Mạng đường trục PLMN cục bộ (Intra-PLMN Backbone Network): là mạng IP liên kết nối các GSN trong cùng một mạng PLMN. Mạng đường trục PLMN liên mạng (Inter-PLMN Backbone Network): Là mạng IP liên kết nối các GSN trong các mạng PLMN khác nhau. Mạng Intra-PLMN Backbone là một mạng IP riêng biệt chỉ dành cho dữ liệu và báo hiệu GPRS. Mạng IP riêng biệt là mạng IP mà sử dụng một cơ chế điều khiển truy nhập nào đó để đạt được mức bảo mật theo yêu cầu. Hai mạng Intra-PLMN Backbone được kết nối qua giao diện Gp sử dụng Border Gateway (BG) với một mạng Inter-PLMN. Mạng Inter-PLMN Backbone được lựa chọn theo yêu cầu chuyển vùng (roaming), bao gồm chức năng bảo mật BG. Thông thường BG bao gồm một firewall có chức năng bảo vệ mạng và một bộ định tuyến (router) phục vụ việc lựa chọn mạng. BG không được định nghĩa trong phạm vi mạng GPRS. Inter-PLMN Backbone là một mạng IP cơ sở, ví dụ mạng IP cá nhân hay mạng Internet công cộng sử dụng kênh thuê riêng (leased line). Hình II.3: Mạng đường trục PLMN MSC/HLR HLR được nâng cấp, chứa các thông tin định tuyến và dữ liệu thuê bao GPRS. HLR có thể truy nhập với SGSN qua giao diện Gr và với GGSN qua giao diện Gc. Đối với việc roaming của MS, cần có HLR nằm trong mạng PLMN khác với mạng PLMN hiện thời của SGSN. Toàn bộ các thuê bao MS đều sử dụng HLR nằm trong mạng chủ PLMN (HPLMN). MSC/ VLR có thể được cải tiến nhằm tăng tính hiệu quả trong việc phối hợp các dịch vụ GPRS với các dịch vụ phi GPRS, cũng như cải thiện chức năng bằng việc sử dụng giao diện Gs, trong đó nó sử dụng các thủ tục BSSAP+ là một phần thủ tục BSSAP thông thường. SMS-GMSC và SMS-IWMSC Việc nhắn tin cuộc gọi chuyển mạch kênh có thể được thực hiện hiệu quả hơn thông qua SGSN, như vậy nó có thể kết hợp việc cập nhật dữ liệu vị trí cho cả các thuê bao GPRS và non-GPRS. SMS-GMSC và SMS-IWMSC được kết nối tới SGSN cho phép MS gửi và nhận SM qua các kênh vô tuyến GPRS. Máy di động GPRS (GPRS MS) GPRS MS có thể hoạt động trong 3 lớp tuỳ vào dịch vụ mà MS sử dụng và khả năng hoạt động của MS. Lớp A: MS sử dụng đồng thời dịch vụ GPRS và dịch vụ chuyển mạch kênh GSM. Ví dụ: tại cùng một thời điểm nó có khả năng thực hiện các cuộc gọi GSM thông thường đồng thời tiếp nhận dữ liệu GPRS. Lớp B: MS khai báo sử dụng đồng thời dịch vụ GPRS và dịch vụ GSM, nhưng MS chỉ có thể sử dụng một dịch vụ tại một thời điểm. Lớp C: MS chỉ sử dụng dịch vụ GPRS. 3. Cấu trúc giao thức GPRS Truyền dẫn trong GPRS bao gồm một cấu trúc giao thức phân lớp, cung cấp việc chuyển giao thông tin người sử dụng theo các thủ tục điều khiển chuyển giao thông tin (điều khiển luồng, phát hiện, sửa lỗi). Hệ thống GPRS đưa ra một tập hợp các giao thức mới so với GSM. Việc kết nối giữa các phần tử mạng mới được thực hiện với các giao thức mới riêng của GPRS. Tuy nhiên, GPRS triển khai trên nền mạng GSM nên một số giao thức vốn có của GSM vẫn được dùng tại các lớp thấp trong phân lớp giao thức. GSM RF là lớp vật lý thông thường của GSM. RLC (điều khiển liên kết vô tuyến): cho phép thiết lập một đường kết nối vô tuyến tới các lớp cao hơn (đủ độ tin cậy). MAC (điều khiển truy nhập): kiểm soát việc cấp phát và ghép kênh, RLC và MAC kết hợp tạo thành giao thức lớp 3 của giao diện Um. LLC (điều khiển kết nối logic): thiết lập một liên kết logic (có tính bảo mật và tin cậy) giữa MS và SGSN với các lớp trên. Nó hoàn toàn độc lập với các giao thức lớp thấp. Lớp LLC có hai kiểu chuyển giao: acknowledged và unacknowledged. LLC mang cả các gói SNDCP, SMS và báo hiệu. SNDCP (giao thức chuyển đổi độc lập nhân mạng): thực hiện sắp xếp và nén giữa lớp mạng và các lớp thấp. Nó cũng thực hiện chức năng phân đoạn, tập hợp và ghép kênh. IP (giao thức Internet): là giao thức mạng đường trục GPRS được sử dụng để định tuyến dữ liệu người sử dụng và điều khiển báo hiệu. Mạng đường trục GPRS ban đầu dựa trên giao thức IP version.4, sau sử dụng IP version.6. Relay (chuyển tiếp): trong hệ thống trạm gốc, chức năng này chuyển các PDU (đơn vị dữ liệu gói) điều khiển kênh logic giữa các giao diện Um và Gb. Trong SGSN, chức năng này chuyển các PDU giữa các giao diện Gb và Gn. BSSGP (giao thức GPRS của hệ thống trạm gốc): lớp này thực hiện chức năng định tuyến và vận chuyển thông tin về QoS giữa BSS và SGSN. BSSGP không thực hiện chức năng sửa lỗi. NS (dịch vụ mạng): lớp này thực hiện việc truyền dẫn các BSSGP PDU qua giao diện Gb, có chức năng dự phòng phân tải cho phần Relay. NS dựa trên kết nối Frame Relay giữa BSS và SGSN, có thể qua nhiều hop và qua một mạng gồm nhiều nút chuyển mạch Frame Relay. L1 bis, L1 và L2: là giao thức OSI lớp 1 tuỳ thuộc vào nhà sản xuất thiết bị. TCP/UDP: mang các GTP PDU trong GPRS backbone dành cho các giao thức cần một kênh dữ liệu tin cậy (X.25). UDP mang các GTP PDU dành cho các giao thức không cần kênh dữ liệu tin cậy (IP). TCP cung cấp chức năng điều khiển luồng và bảo vệ chống suy hao và gián đoạn các GTP PDU. GTP: giao thức này tạo tunnel (đường hầm) cho dữ liệu người sử dụng và báo hiệu giữa các GSN trong GPRS backbone. Các GDP PDU sẽ được đóng gói bởi GTP. Các chức năng của GPRS Phần này đưa ra các chức năng logic được thực hiện trong mạng GPRS. Trong đó một nhóm chức năng lại gồm nhiều chức năng riêng biệt. Các chức năng điều khiển truy nhập mạng Các chức năng chuyển giao và định tuyến gói Các chức năng quản lý di động Các chức năng quản lý kênh logic Các chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến Các chức năng quản lý mạng 1- Các chức năng điều khiển truy nhập mạng Truy nhập mạng là một phương thức mà một người sử dụng kết nối với mạng để có thể sử dụng các dịch vụ và các phương tiện của mạng đó. Giao thức truy nhập là một tập xác định các thủ tục cho phép khai thác các dịch vụ và phương tiện mạng. Người sử dụng truy cập GPRS có thể từ bên di động hoặc bên cố định của mạng GPRS. Giao diện phía mạng cố định có thể hỗ trợ nhiều giao thức truy nhập tới các mạng dữ liệu ngoài (X.25, IP). Phần quản lý của mỗi PLMN có thể yêu cầu các thủ tục điều khiển truy nhập riêng cho phép người truy nhập mạng hay giới hạn thuê bao sử dụng các dịch vụ. Ngoài việc truyền dẫn dữ liệu theo chuẩn PTP (điểm-điểm), PTM (điểm-đa điểm) GPRS hỗ trợ thêm loại truy nhập ngầm định (anonymous) tới mạng. Dịch vụ này cho phép MS trao đổi các gói dữ liệu với host xác định trước được đánh địa chỉ bởi các giao thức liên mạng đã được xác định. Tuy nhiên chỉ có một số địa chỉ đích PDP nhất định sử dụng trong dịch vụ này. IMSI hoặc IMEI sẽ không được sử dụng khi truy nhập mạng do bảo mật ngầm định cao. Do đó các chức năng nhận thực và mã hoá không được xét trong kiểu truy nhập ngầm định. Chức năng đăng ký (Regitration Function) Đăng ký là phương thức mà người sử dụng dùng IP Mobile (nhận dạng di động) để liên kết với các giao thức và địa chỉ của gói dữ liệu trong mạng PLMN cũng như liên kết với các điểm truy nhập ra mạng PDP ngoài. Kết nối này có thể là liên kết tĩnh (được lưu trữ trong HLR), hoặc động (được ấn định theo yêu cầu cần thiết). Chức năng nhận thực và cấp phép (Authentication and Authoisation Fuction) Chức năng này thực hiện việc nhận dạng và nhận thực người yêu cầu dịch vụ, hợp thức hoá loại yêu cầu dịch vụ để đảm bảo rằng thuê bao được phép sử dụng các dịch vụ mạng. Chức năng nhận thực được thực hiện kết hợp với chức năng quản lý di động. Chức năng điều khiển tiếp nhận (Admission Control Function) Mục đích của điều khiển tiếp nhận là xác định các tài nguyên mạng nào cần cung cấp theo đúng yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS). Nếu các tài nguyên này được phép thì nó phải tiến hành đặt trước. Điều khiển tiếp nhận được thực hiện kết hợp với các chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến của mạng để đảm bảo những yêu cầu sử dụng tài nguyên vô tuyến trong mỗi cell. Chức năng giám sát bản tin (Message Screening Function) Chức năng này được thực hiện bởi chức năng lọc gói tin trong các rounter và các firewall cho phép truyền hay loại bỏ các bản tin không hợp lệ, tránh sự xâm nhập trái phép từ bên ngoài. Chức năng tương thích đầu cuối (Packet Terminal Adaptation Function) Chức năng này thực hiện thích ứng các gói dữ liệu nhận từ (truyền tới) thiết bị đầu cuối với phương thức truyền qua mạng GPRS. Chức năng thu thập dữ liệu tính cước (Charging Data Collect Function) Chức năng này thu thập các dữ liệu cần thiết để tính cước thuê bao hoặc tính cước lưu lượng. Cước phí được tính bằng số lượng byte sử dụng, khác với tính theo thời gian kết nối trong mạng GSM. Thông tin tính cước do các SGSN và các GGSN thu thập. SGSN lưu thông tin tính cước của mỗi thuê bao liên quan tới việc sử dụng mạng vô tuyến; trong khi GGSN lưu các thông tin tính cước liên quan tới việc dùng mạng dữ liệu bên ngoài của mỗi thuê bao. Trên cơ sở đó, nhà khai thác mạng GPRS sẽ sử dụng các thông tin này để tạo ra hoá đơn tính cước cho từng thuê bao. Thông tin tính cước tối thiểu mà SGSN thu thập bao gồm các thông tin sau: Mức độ sử dụng giao diện vô tuyến: thông tin tính cước về số lượng dữ liệu được truyền theo hướng MS phát đi và MS thu về, được phân loại theo QoS và các giao thức người sử dụng. Mức độ sử dụng địa chỉ giao thức gói dữ liệu: thông tin tính cước ghi lại thời gian MS sử dụng các địa chỉ giao thức gói dữ liệu PDP của MS. Mức độ sử dụng tài nguyên chung của GPRS: thông tin tính cước sẽ mô tả mức độ sử dụng của thuê bao đối với các tài nguyên khác nhau có liên quan tới GPRS cũng như các hoạt động trong mạng GPRS của MS. Vị trí của MS: các thông tin về HPLMN, VPLMN và có thể thêm các thông tin vị trí với độ chính xác cao hơn. Thông tin tính cước tối thiểu mà GGSN thu thập bao gồm các thông tin tính cước sau: Địa chỉ đích và nguồn của thông tin trao đổi: trong đó mức độ chính xác của thông tin này được xác định bởi nhà khai thác GPRS. Mức độ sử dụng mạng dữ liệu ngoài: các thông tin về khối lượng dữ liệu gửi đi và nhận từ các mạng dữ liệu ngoài. Mức độ sử dụng các địa chỉ giao thức dữ liệu gói: thông tin tính cước lưu lại thời gian MS sử dụng các địa chỉ giao thức dữ liệu gói PDP của MS. Vị trí của MS: các thông tin về HPLMN, VPLMN và có thể thêm các thông tin vị trí với độ chính xác cao hơn. 2- Chức năng định tuyến và truyền dẫn gói “Tuyến”: được định nghĩa gồm các nút yêu cầu sử dụng cho truyền tải các bản tin trong cùng một mạng hoặc giữa các mạng PLMN. Một tuyến phải có nút gốc (phát bản tin), có hoặc không có các nút chuyển tiếp và một nút đích (nhận bản tin). “Định tuyến”: là quá trình xác định và sử dụng một số nguyên tắc thích hợp để lựa chọn tuyến sẽ truyền một bản tin trong một mạng hoặc giữa các mạng PLMN. Chức năng chuyển tiếp (Relay Function) Chức năng chuyển tiếp là một phương thức mà một nút mạng chuyển các đơn vị dữ liệu gói PDU nhận được từ một nút rồi chuyển tới một kênh đầu ra thích hợp cho nút tiếp theo trong tuyến. SGSN và GGSN gán thêm số thứ tự vào các PDU. SGSN có thể sắp xếp lại các PDU trước khi chuyển tới SNDCP; GGSN có thể sắp xếp lại các PDU trước khi truyền tới điểm tham chiếu Gi. Chức năng định tuyến (Rounting Function) Chức năng định tuyến sử dụng địa chỉ đích trong bản tin để xác định nút nhận bản tin và sử dụng các dịch vụ lớp dưới để đưa các bản tin này tới GSN. Chức năng định tuyến sẽ lựa chọn đường truyền cho hop tiếp theo trong tuyến. Các chức năng định tuyến và truyền dẫn gói: Định tuyến và truyền dẫn gói giữa thiết bị di động và mạng ngoài. Định tuyến và truyền dẫn gói giữa thiết bị di động và mạng PLMN GPRS khác. Định tuyến và truyền dẫn gói giữa các thiết bị di động khác nhau. Các PDP PDU sẽ được định tuyến và truyền giữa MS và GGSN như các đơn vị dữ liệu mạng (N-PDU). Các PDP PDU được truyền giữa SGSN và MS bởi giao thức SNDCP, giữa SGSN và GGSN bởi giao thức TCP/IP hoặc giao thức UDP/IP. Dữ liệu được truyền bởi giao thức Tunnelling qua đường hầm. Một đường hầm được xác định bởi số nhận dạng (TID) và địa chỉ SGN. Chức năng phiên dịch và sắp xếp địa chỉ (Address Translation and Mapping Function) Phiên dịch địa chỉ là sự chuyển đổi một địa chỉ loại này thành một địa chỉ loại khác. Chức năng phiên dịch và sắp xếp địa chỉ chuyển đổi địa chỉ giao thức mạng ngoài thành địa chỉ mạng nội bộ nhằm phục vụ cho việc định tuyến các gói tin trong mạng PLMN hoặc giữa các mạng PLMN. Chức năng đóng gói (Encapsulation Function) GPRS truyền trong suốt PDP PDU giữa mạng ngoài và MS. Các PDP được đóng gói và tách gói nhằm phục vụ định tuyến trong mạng. Đóng gói cho phép gắn thêm thông tin điều khiển và địa chỉ vào một PDU. Tách gói là quá trình ngược lại: tách địa chỉ và thông tin điều khiển từ gói để lấy ra đơn vị dữ liệu ban đầu. Chức năng đóng gói được thực hiện giữa các SGN trong backbone và giữa các SGSN và MS. Chức năng Tunnelling Tunnelling là một phương thức truyền dẫn các PDU đã được đóng gói trong hoặc giữa các mạng PLMN từ một điểm đóng gói tới một điểm tách gói. Tunnel (đường hầm) là một giao tuyến hai chiều kết nối điểm-điểm nhưng chỉ có điểm cuối của tunnel là được xác định. Chức năng nén (Compression Function) Chức năng này cho phép sử dụng tối ưu dung lượng của phần vô tuyến bằng cách truyền đi các SDU càng nhỏ (nén) càng tốt mà vẫn đảm bảo nội dung trong nó. Chức năng mã hoá (Ciphering Function) Cho phép bảo mật dữ liệu và dữ liệu của người sử dụng qua các kênh vô tuyến và bảo vệ mạng PLMN từ những người xâm phạm. Chức năng quản lý tên miền (Domain Name Server) Là chức năng Internet chuẩn đảm bảo thống nhất tương ứng giữa tên gọi, chức năng và địa chỉ của các GSN trong mạng. 3- Các chức năng quản lý di động Chức năng này thực hiện tương tự như trong hệ thống GSM. Các chức năng quản lý di động được sử dụng để theo dõi vị trí hiện tại của MS trong mạng PLMN hoặc trong mạng PLMN khác. Một hoặc một số cell tạo thành một vùng định tuyến (routing area), một số vùng định tuyến tạo thành một vùng định vị (location area). Mỗi vùng định tuyến được phục vụ bởi một SGSN. Việc theo dõi vị trí của MS phụ thuộc vào trạng thái quản lý di động như sau: Khi MS trong trạng thái STANBY (chờ): vị trí của MS được biết ở cấp một vùng định tuyến. Khi MS trong trạng thái READY (sẵn sàng): vị trí của MS được biết ở cấp một cell. 3.1- Các trạng thái của MS GPRS có 3 trạng thái quản lý di động khác nhau: Trạng thái IDLE (rỗi) Trạng thái này được sử dụng khi thuê bao MS không hoạt động (không khai báo kết nối mạng GPRS). trong trạng thái IDLE của GPRS, thuê bao không được gán chức năng quản lý di động (MM). Các context của MS và SGSN không chứa các thông tin định tuyến và thông tin vị trí thuê bao. Việc nhắn tin và truyền dữ liệu không thực hiện được nhưng MS có thể nhận dữ liệu trong dịch vụ PTM-M (dịch vụ điểm-đa điểm: là dịch vụ trong đó bản tin được phát tới tất cả các thuê bao hiện thời trong một vùng địa lý). Để thiết lập các MM context trong MS và SGSN, MS phải thực hiện thủ tục khai báo kết nối mạng (GPRS attach). Trạng thái STANBY (chờ): Trong trạng thái này, thuê bao đã khai báo kết nối mạng và được quản lý di động. Lúc này mạng biết MS đang nằm ở một vùng định tuyến nào. MS có thể nhận các trang nhắn tin báo hiệu, dữ liệu và có thể cả các trang nhắn của dịch vụ chuyển mạch kênh. Trạng thái này chưa thể truyền và nhận dữ liệu. MS thực hiện lựa chọn vùng định tuyến GPRS (routing area) và chọn cell cục bộ. MS sử dụng các thủ tục di động để khai báo cho SGSN khi vào vùng định tuyến mới, nhưng không cần thông báo khi thay đổi cell trong cùng một vùng định tuyến. Do đó, thông tin về vị trí của MS trong MM context của SGSN chỉ chứa số nhận dạng vùng định tuyến RAI (Routing Area Identifier). Nếu hết thời gian STANBY, MS chuyển về trạng thái IDLE và việc quản lý di dộng hết hiệu lực. Nếu MS cần gửi dữ liệu thì nó chuyển sang trạng thái READY. Trạng thái READY (sẵn sàng) MS thực hiện các thủ tục quản lý di động và mạng biết thuê bao đang ở cell nào. SGSN gửi dữ liệu tới MS mà không cần tìm gọi MS và MS gửi dữ liệu tới SGSN bất cứ lúc nào. MS có thể kích hoạt hoặc giải phóng PDP context, MM context vẫn được duy trì trong trạng thái READY dù MS có hay không được cung cấp tài nguyên vô tuyến thậm chí khi không có dữ liệu được truyền. Trạng thái READY được giám sát bởi một bộ định thời. Một phiên MM sẽ chuyển từ trạng thái READY sang trạng thái STANBY khi bộ định thời READY kết thúc. Hình II.5: Mô hình quản lý di động 3.2- Chức năng gán/tách GPRS (GPRS attach/detach) GPRS attach và GPRS detach là chức năng quản lý di động nhằm thiết lập hay kết thúc kết nối tới mạng GPRS. SGSN đóng vai trò tiếp nhận yêu cầu attach/detach và xử lý chúng. Việc khai báo kết nối mạng (GPRS attach), thuê bao di động chuyển sang trạng thái READY và nội dung quản lý di động được thiết lập, MS được nhận thực, khoá mã đựoc tạo ra, đường kết nối có mã hoá được thiết lập và MS được cấp phát một TLLI (nhận dạng kênh logic tạm thời). SGSN nhận các thông tin về thuê bao từ HLR, sau khi thực hiện một GPRS attach, SGSN sẽ luôn bám theo vị trí của MS. Lúc này MS có thể nhận và gửi SMS nhưng không thu phát được số liệu. Để chuyển giao số liệu, MS trước tiên phải thực hiện việc kích hoạt nội dung giao thức số liệu gói (PDP context). Khi thuê bao muốn kết thúc một kết nối tới mạng GPRS thì nó thực hiện GPRS detach. Việc thực hiện GPRS detach cho phép MS chuyển sang trạng thái IDLE và ngắt toàn bộ nội dung quản lý di động. Các loại tách khác nhau: tách IMSI, tách GPRS và tách kết hợp GPRS/IMSI (chỉ thực hiện trong MS). Có hai kiểu để MS kết thúc kết nối tới mạng: Mạng (SGSN) gửi yêu cầu tách tới MS hoặc MS gửi tới SGSN yêu cầu tách hoàn toàn. Mạng ngắt kết nối mà không thông báo cho MS khi đạt tới định thời di động hoặc khi có lỗi vô tuyến không thể khôi phục gây ra mất kết nối kênh logic. MS có thể thực hiện GPRS detach từ mạng theo chế độ mặc định khi thời gian STANBY hết hiệu lực, nhưng thông thường việc tách GPRS từ MS. 3.3- Chức năng bảo mật Có các chức năng bảo mật sau: - Chống lại việc sử dụng không hợp pháp dịch vụ GPRS. - Bảo mật nhận dạng người sử dụng(nhận dạng tạm thời và mã hoá). - Bảo mật dữ liệu người sử dụng (mã hoá). Hệ thống GPRS sử dụng cơ chế bảp mật cơ bản giống trong GSM. Việc nhận thực thuê bao trong GPRS được thực hiện tại SGSN cũng như MSC/VLR trong GSM. TLLI được dùng để bảo mật nhận dạng thuê bao. Sự liên hệ tương ứng giữa IMSI với TLLI chỉ có MS và SGSN được biết. Chức năng mã hoá giữa MS và GSN khác với GSM, nó được tối ưu cho lượng chuyển mạch gói. Việc bảo mật đối với mạng backbone được thực hiện dựa trên các tính chất riêng của mạng cá nhân (private network), nó tránh được khả năng người lạ bên ngoài xâm nhập vào. Cơ chế vật lý đảm bảo tính bảo mật được thực hiện bởi nhà khai thác. 3.4- Chức năng quản lý vị trí Các chức năng quản lý vị trí: - Cung cấp cơ chế chọn cell và PLMN. - Cung cấp cơ chế để mạng nhận biết vùng định tuyến (RA) của MS trong trạng thái STANBY và READY. Các thủ tục quản lý sẽ kiểm soát sự thay đổi cell hay vùng định tuyến, đồng thời định kỳ cập nhật thông tin về vùng định tuyến của MS. Nếu một MS trong thời gian dài không thay đổi vị trí thì mạng phải nhận được thông báo MS vẫn nằm trong khả năng nhận biết của mạng. Do đó việc cập nhật vùng định tuyến phải được thực hiện theo chu kỳ nhất định. Khi MS vào cell mới và có thể vào vùng định tuyến mới thì MS phải thực hiện một trong ba thủ tục sau: cập nhật cell, cập nhật vùng định tuyến hoặc cập nhật kết hợp cell và vùng định tuyến. Có hai kiểu cập nhật vùng định tuyến: Cập nhật trong một SGSN (Intra-SGSN Routing Area Update). Cập nhật giữa các SGSN (Inter-SGSN Routing Area Update). SGSN có thể quản lý vài vùng định tuyến và nếu vùng định tuyến mới thuộc về sự quản lý của một SGSN khác thì kiểu cập nhật Inter-SGSN được sử dụng. Nếu vùng định tuyến mới vẫn thuộc sự quản lý của SGSN cũ thì kiểu cập nhật Intra-SGSN được sử dụng. Thông thường, SGSN cũ sẽ chuyển các gói tin của người sử dụng tới SGSN mới cho tới khi nó nhận được thông báo xóa vị trí từ HLR thì thôi. 3.5- Chức năng quản lý thuê bao Chức năng này thực hiện một cơ chế thông báo cho các nút của GPRS khi dữ liệu thuê bao GPRS của một người sử dụng thay đổi. Bất cứ khi nào dữ liệu thuê bao GPRS thay đổi trong HLR và sự thay đổi tác động đến dữ liệu được lưu trong SGSN thì SGSN sẽ thông báo sự thay đổi này bằng cách: Thực hiện thủ tục chèn dữ liệu thuê bao (Insert Subscriber Data): bổ xung hoặc sửa đổi dữ liệu thuê bao trong SGSN. Hoặc thực hiện thủ tục xoá dữ liệu thuê bao (Delete Subscriber Data): xoá dữ liệu thuê bao trong SGSN. 4- Các chức năng quản lý kênh kết nối logic Các chức năng quản lý kênh logic liên quan tới việc duy trì một kênh thông tin giữa một MS và PLMN qua giao diện vô tuyến. Các chức năng này thực hiện điều phối các thông tin trạng thái liên kết giữa MS và PLMN cũng như giám sát quá trình chuyển giao dữ liệu qua kênh logic. * Chức năng thiết lập kênh logic Thiết lập kênh logic được thực hiện khi MS khai báo sử dụng dịch vụ GPRS (GPRS attach). * Chức năng giám sát kênh logic Thực hiện việc giám sát tình trạng kênh logic và điều khiển khi thay đổi trạng thái kênh. * Chức năng giải phóng kênh logic Thực hiện ngắt kết nối logic, giải phóng các tài nguyên liên quan tới kết nối logic. 5- Các chức năng quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến Các chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến liên quan tới việc ấn định và duy trì các tuyến thông tin vô tuyến. Nguồn tài nguyên vô tuyến của GSM được chia sẻ giữa các dịch vụ của chuyển mạch kênh (thoại, số liệu) và các dịch vụ chuyển mạch gói GPRS. 5.1- Chức năng quản lý Um Chức năng này quản lý một số kênh vật lý được sử dụng trong mỗi cell và xác định số lượng các tài nguyên vô tuyến cung cấp để sử dụng các dịch vụ GPRS. Số lượng các tài nguyên vô tuyến dành cho GPRS có thể thay đổi từ cell này tới cell khác phụ thuộc nhu cầu người sử dụng, hoặc được chỉ định bởi nhà vận hành mạng PLMN. 5.2- Chức năng lựa chọn cell Chức năng này cho phép MS lựa chọn cell tối ưu để thiết lập một đường truyền tới mạng PLMN. Việc này liên quan tới việc kiểm tra và xác định chất lượng tín hiệu từ các cell lân cận cũng như việc phát hiện và tránh tắc nghẽn trong các cell. 5.3- Chức năng Um – Tranx Chức năng này cung cấp khả năng chuyển giao gói dữ liệu qua giao diện vô tuyến giữa MS và BSS, bao gồm các thủ tục: Điều khiển truy nhập qua các kênh vô tuyến Ghép các gói tin trên qua các kênh vô tuyến chung. Phân bổ gói trong MS. Phát hiện và sửa lỗi. Các thủ tục điều khiển lưu lượng trao đổi. 5.4- Chức năng quản lý đường kết nối Chức năng này quản lý các đường truyền thông giữa BSS và các nút SGSN. Việc thiết lập và giải phóng các tuyến này có thể là động (dựa vào tổng lưu lượng dữ liệu) hoặc cố định (dựa vào tải cực đại trong mỗi cell). 6- Quản lý mạng Chức năng này cung cấp các cơ chế để hỗ trợ chức năng khai thác và bảo dưỡng (O&M) liên quan tới GPRS như quản lý lỗi, cấu hình, chỉ tiêu, bảo mật...được thực hiện từ xa hoặc tại chỗ. Trong hệ thống GPRS phase 1, chức năng O&M của nó độc lập với chức năng O&M của GSM và sẽ có một giải pháp quản lý ít tập trung. Mỗi phần tử mạng GPRS sẽ có nút quản lý độc lập của nó. Trong cấu trúc O&M của GPRS phase 2, một nút quản lý mạng có chức năng kiểm soát toàn bộ các phần tử mạng nhưng việc quản lý mạng GSM và GPRS vẫn riêng rẽ. Chương III: các thủ tục trao đổi báo hiệu trong mạng GPRS Kiến trúc mạng GPRS dựa trên nền mạng GSM và bổ sung thêm hai nút mới là SGSN và GSN. Chương này sẽ đề cập về các thủ tục trao đổi giữa các phần tử trong mạng GPRS. Sự trao đổi báo hiệu và truyền dẫn dữ liệu giữa các GSN với nhau và giữa các GSN với MSC, HLR, VLR...Thủ tục trao đổi giữa các GSN sử dụng một giao thức mới, giao thức GTP. GTP bao gồm các thủ tục báo hiệu và truyền dẫn dữ liệu. Cũng như trong mạng thông tin di động GSM, trao đổi dữ liệu và báo hiệu giữa các GSN và các phần tử khác dùng hệ thống báo hiệu số 7. Giao thức GTP 1- Giới thiệu GTP – GPRS Tunneling Protocol là một giao thức truyền dẫn trong mạng GPRS giữa các nút hỗ trợ GSN. GTP bao gồm các thủ tục trao đổi và truyền dẫn dữ liệu. Các thủ tục xử lý và trao đổi này dựa trên các bản tin và các phần thông tin chứa trong các bản tin đó. GTP được sử dụng cho giao diện Gn (là giao diện giữa các GSN trong một PLMN) và giao diện Gp (là giao diện giữa các GSN trong các PLMN khác nhau). GTP cũng có thể được dùng đối với giao diện giữa các phần tử chức năng mạng và gateway tính cước trong PLMN. GTP cho phép các gói đa giao thức được truyền theo kiểu đường hầm (tunnel) trong backbone PLMN. Đối với báo hiệu, GTP xác định một giao thức quản lý và điều khiển tunnel cho phép SGSN cung cấp khả năng truy nhập mạng cho MS. Báo hiệu được dùng để thiết lập, sửa và xoá các tunnel. Đối với truyền dẫn, GTP sử dụng một cơ chế tunnneling cung cấp một dịch vụ truyền tải các gói dữ liệu thuê bao. Việc lựa chọn tuyến truyền dẫn độc lập với dữ liệu thuê bao mà được “tunnelled” để yêu cầu hoặc không yêu cầu kênh kết nối tin cậy. Giao thức GTP chỉ được thực hiện bởi SGSN và GGSN. Một SGSN có thể kết nối với nhiều GGSN và ngược lại, một GGSN có thể kết nối với nhiều SGSN để truyền lưu lượng tới nhiều MS khác nhau. 2- GTP Header Các bản tin báo hiệu và dữ liệu của GTP trao đổi giữa các phần tử trong mạng bao gồm hai phần: GTP header (tiêu đề) và Information Elements (các phần thông tin). GTP Header bao gồm 20 octet (đơn vị độ dài bản tin), độ dài này là cố định đối với tất cả các bản tin. Các trường trong phần này luôn phải có trong bản tin nhưng nội dung của nó khác nhau phụ thuộc vào bản tin báo hiệu hay các T-PDU. Spare: Các bit không được sử dụng sẽ được bên gửi thiết lập bằng 1. PT (Protocol Type-kiểu giao thức): bit này chỉ ra là bản tin GTP (PT=1) hay bản tin GTP’ (PT=0). SNN: là cờ chỉ ra có chứa số thứ tự SNDCP N-PDU hay không. Message type: chỉ ra loại bản tin GTP. Length: chỉ thị độ dài (số octet) của bản tin GTP (G-PDU), chứa phần header của GTP. Sequence Number: là chỉ số thông dịch của bản tin báo hiệu và là số tuần tự tăng của các T-PDP. SNDCP N-PDU Number: được sử dụng trong thủ tục cập nhật vùng định tuyến để truyền dữ liệu giữa MS và SGSN. TID (Tunnel Identifier): là số nhận dạng tunnel, xác định các MM và PDP context. Flow Label: xác định luồng GTP. Luồng báo hiệu liên kết với các GTP tunnel nhưng riêng biệt với nhau. Giữa một cặp GSN-GSN có thể tồn tại nhiều đường kết nối, trên mỗi đường có thể truyền một hay nhiều tunnel. GTP là phương thức thiết lập, sử dụng, điều khiển và xoá các tunnel, cho phép phát hiện kịp thời khi có lỗi kết nối giữa các GSN. Các loại bản tin báo hiệu giữa hai GSN Giá trị loại bản tin (Message type) Bản tin báo hiệu 0 Chưa được sử dụng 1 Yêu cầu Echo 2 Đáp ứng Echo 3 Version not supported 4 Yêu cầu nút trực tiếp 5 Đáp ứng nút trực tiếp 6 Yêu cầu Redirection 7 Đáp ứng Redirection 8-15 Chưa được sử dụng 16 Yêu cầu thiết lập PDP context 17 Đáp ứng thiết lập PDP context 18 Yêu cầu cập nhật PDP context 19 Đáp ứng cập nhật PDP context 20 Yêu cầu xoá PDP context 21 Đáp ứng xoá PDP context 22 Yêu cầu thiết lập AA PDP context 23 Đáp ứng thiết lập AA PDP context 24 Yêu cầu xoá AA PDP context 25 Đáp ứng xóa AA PDP context 26 Xác định lỗi 27 Yêu cầu khai báo PDU 28 Đáp ứng khai báo PDU 29 Yêu cầu từ chối khai báo PDU 30 Đáp ứng từ chối khai báo PDU 31 Chưa được sử dụng 32 Yêu cầu gửi thông tin định tuyến cho GPRS 33 Đáp ứng yêu cầu gửi thông tin định tuyến cho GPRS 34 Yêu cầu thông báo lỗi 35 Đáp ứng thông báo lỗi 36 Yêu cầu theo dỗi vị trí của MS 37 Đáp ứng yêu cầu theo dõi vị trí của MS 38-47 Chưa được sử dụng 48 Yêu cầu nhận dạng 49 Đáp ứng nhận dạng 50 Yêu cầu context của SGSN 51 Đáp ứng context của SGSN 52 SGSN context Acknowledge 53-239 Chưa được sử dụng 240 Yêu cầu truyền bản tin dữ liệu 241 Đáp ứng truyền bản tin dữ liệu 242-254 Chưa được sử dụng 255 T-PDU Trong các bản tin báo hiệu, GTP Header được sử dụng như sau: SNN thiết lập bằng 0. Message Type được thiết lập bằng một giá trị duy nhất đối với mỗi loại bản tin báo hiệu. Length chỉ thị độ dài (số octet) của bản tin báo hiệu. SNDCP B-PDU Number: trường này không được sử dụng trong bản tin báo hiệu. Nó được thiết lập bằng 255 ở phía phát và phía thu không quan tâm tới giá trị này. Sequence Number: là số chỉ thị bản tin của một đường truyền hoặc một tunnel, có giá trị từ 0 đến 65535. Nếu một số cho trước được sử dụng sẽ xác định rõ ràng một bản tin yêu cầu báo hiệu GTP gửi trên đường truyền hay đường hầm đó. Trường này trong bản tin đáp ứng sẽ sao lại giống trong bản tin yêu cầu báo hiệu. TID được thiết lập bằng 0 trong các bản tin quản lý đường, bản tin quản lý vị trí và bản tin quản lý di động. Trong các bản tin quản lý tunnel, TID sẽ chỉ ra các phiên MM và phiên PDP ở nút GSN đích. Trong các bản tin báo hiệu đường truyền (Path Management) và các bản tin quản lý vị trí (Location Management), Flow Label không được sử dụng và được thiết lập bằng 0. Trong bản tin quản lý tunnel (Tunnel Management) và bản tin quản lý di động (Mobile Management), Flow Label bằng một giá trị theo yêu cầu và chỉ ra luồng GTP. Phần thông tin (Information Element) có độ dài không cố định phụ thuộc vào từng loại bản tin báo hiệu. Các bản tin báo hiệu 1- Các bản tin quản lý đường kết nối (Path Management) Các bản tin quản lý đường kết nối giữa một cặp GSN bao gồm: yêu cầu/ đáp ứng Echo (Echo Request/Response). Bản tin Echo Request được gửi tới một GSN khác để xác nhận sự tồn tại của GSN đó (nếu không xác định được GSN coi như đường kết nối tới GSN đó lỗi). Khi thiết lập một đường kết nối giữa hai GSN, bắt buộc phải gửi bản tin này. Mỗi GSN sẵn sàng nhận bản tin này bất cứ lúc nào và phải gửi lại bản tin đáp ứng (trả lời). 2- Các bản tin quản lý Tunnel (Tunnel Management) Bản tin quản lý Tunnel là các bản tin quản lý và điều khiển được sử dụng để thiết lập, cập nhật và xoá các tunnel. Các tunnel này định tuyến các T-PDU (T-PDU là gói ban đầu. Ví dụ như một khối dữ liệu IP, từ MS hoặc một nút mạng ngoài. T-PDU là tải dữ liệu được ‘tunnelled’ trong GTP tunnel) giữa MS và các mạng dữ liệu ngoài thông qua SGSN và GGSN. Các loại bản tin quản lý tunnel: 2.1- Yêu cầu/ Đáp ứng khởi tạo PDP context (Create PDP Context Request/Response) Bản tin Request được gửi từ SGSN tới GGSN trong thủ tục kích hoạt một phiên giao dịch GPRS PDP context. Địa chỉ IP của GGSN được SGSN gửi đến là địa chỉ IP đầu tiên trong bảng các địa chỉ IP do DNS (server) cung cấp. Trong khi ‘chờ’ nhận đáp ứng, SGSN có thể nhận các G-PDU từ GGSN nhưng không chuyển các G-PDU này tới MS. Nếu yêu cầu được chấp nhận thì một tunnel được khởi tạo giữa PDP context trong SGSN và PDP context trong GGSN. Nếu không thành công, SGSN sẽ gửi lại bản tin này tới địa chỉ IP tiếp theo trong bản địa chỉ. Bản tin đáp ứng được gửi lại từ GGSN tới SGSN. Khi SGSN nhận được bản tin đáp ứng với giá trị Cause là ‘Request Accepted’ (chấp nhận yêu cầu), SGSN sẽ kích hoạt PDP context và truyền các T-PDU tới (từ) mạng dữ liệu ngoài từ (tới) MS. PDP context không được khởi tạo trong GGSN nếu Cause khác ‘Request Accepted’. 2.2- Yêu cầu/Đáp ứng cập nhật PDP context (Update PDP Context Request/Response) Bản tin Request được gửi từ SGSN tới GGSN trong thủ tục cập nhật định tuyến Inter-SGSN hoặc trong thủ tục sửa đổi PDP context hoặc phân bổ lại các context do phải chia sẻ tải. Bản tin này cũng được dùng khi muốn thay đổi QoS và đường truyền. Khi MS chuyển sang một SGSN mới quản lý, SGSN sẽ thực hiện gửi bản tin này. Bản tin Response được gửi lại từ GGSN tới SGSN. Nếu SGSN nhận bản tin này với giá trị Cause là ‘Request Accepted’, nó sẽ ngắt PDP context. 2.3- Yêu cầu/Đáp ứng xoá PDP context (Delete PDP Context Request/Response) Bản tin Request được gửi từ SGSN tới GGSN trong thủ tục ngắt kết nối mạng GPRS hoặc trong thủ tục giải phóng PDP context; hoặc được gửi từ GGSN đến SGSN trong thủ tục giải phóng PDP context được khởi tạo bởi GGSN. Khi tắc nghẽn, bản tin này thực hiện theo mức ưu tiên thông qua các bản tin quản lý tunnel. 2.4- Yêu cầu/ Đáp ứng khởi tạo AA PDP context (Creat AA PDP Context Request/Response) SGSN gửi bản tin này tới GGSN trong thủ tục kích hoạt PDP context truy nhập ngầm định (Anomynous Access). Nó được sử dụng để tạo một tunnel giữa PDP context trong SGSN và PDP context trong GGSN. Quá trình gửi bản tin và nhận các bản tin phúc đáp cũng như truyền/nhận bản tin Create PDP context Request/Response. 2.5- Yêu cầu/Đáp ứng xóa AA PDP context (Delete AA PDP Context Request/Response) Bản tin xóa AA PDP context được gửi từ SGSN tới GGSN trong thủ tục giải phóng AA PDP context. GGSN có thể gửi yêu cầu tới SGSN nếu phát hiện ra việc sử dụng dịch vụ không hợp pháp, nó sẽ giải phóng PDP context đang hoạt động. Trường Cause biểu thị SGSN sẽ gửi yêu cầu số nhận dạng thực (như IMSI hoặc số IMEI) của MS ngầm định hay không. Nếu trong bản tin, giá trị Cause khác ‘Request Accepted’, PDP context vẫn giữ ở trạng thái active (không bị xoá). 2.6- Dấu hiệu lỗi (Error Indication) SGSN gửi bản tin này tới GGSN nếu PDP context hoặc MM context không tồn tại hay PDP context ở trạng thái không tích cực khi nhận một G-PDU. Bản tin này cũng được gửi từ SGSN mới tới SGSN cũ nếu PDP context không tồn tại khi nhận G-PDU. Ngược lại, GGSN cũng gửi bản tin này nếu không tồn tại PDP context khi nhận G-PDU. GGSN và SGSN cũ sẽ xóa PDP context của nó và thông báo với phần tử vận hành và bảo dưỡng mạng khi nhận được bản tin Error Indication. SGSN gửi thông báo tới MS khi một PDP context đã được xóa do nhận được bản tin này. Sau đó MS yêu cầu thiết lập lại PDP context. 2.7- Yêu cầu khai báo PDU (PDU Notification Request) Khi nhận một T-PDU, GGSN sẽ kiểm tra PDP context đã được thiết lập đối với địa chỉ PDP đó chưa. Nếu PDP context chưa được thiết lập từ trước, GGSN sẽ vận chuyển các T-PDU bằng cách khởi tạo các thủ tục kích hoạt PDP từ mạng. SGSN dựa trên thông tin thuê bao trong GGSN để quyết định truyền T-PDU tới MS hay không. GGSN gửi bản tin PDU Notification Request tới SGSN xác định vị trí hiện tại của thuê bao. Khi nhận bản tin này, SGSN thông báo cho MS kích hoạt PDP context. IMSI được chèn vào phần IMSI của TID trong GTP Header của bản tin. Phần thông tin End User Address chứa loại PDP và địa chỉ PDP mà SGSN yêu cầu MS để kích hoạt. Nếu GGSN nhận yêu cầu khởi tạo PDP context trước bản tin khai báo PDU, GGSN sẽ xử lý bản tin này và không quan tâm đến bản tin khai báo PDU. Nếu SGSN nhận bản tin khai báo PDU sau khi gửi bản tin yêu cầu khởi tạo PDP context nhưng trước khi nhận bản tin đáp ứng, SGSN sẽ chỉ gửi bản tin PDU Notification Response với giá trị của trường Cause là ‘Request Accepted’ mà không xử lý và đợi bản tin Response. Bản tin đáp ứng được gửi từ GGSN đến SGSN. 3- Các bản tin quản lý vị trí (Location Management) Các bản tin quản lý vị trí hỗ trợ khi sử dụng thủ tục kích hoạt PDP context được yêu cầu từ mạng hoặc nút GGSN không có giao diện MAP của hệ thống báo hiệu số 7 (như giao diện Gc). GTP được sử dụng để truyền các bản tin báo hiệu giữa GGSN với một nút GTP-MAP protocol-converting GSN (GSN chuyển đổi giao thức GTP thành MAP) trong mạng backbone của GPRS. GSN sẽ chuyển đổi các bản tin báo hiệu GTP thành các bản tin MAP. Các bản tin MAP được gửi và nhận từ HLR. Khi nhận một T-PDU, GGSN sẽ kiểm tra PDP context đã được thiết lập cho địa chỉ PDP này chưa. Nếu không có PDP context được thiết lập từ trước, GGSN sẽ lưu T-PDU này đồng thời thực hiện thủ tục PDP context Activation. Khi hoàn thành thủ tục, GGSN truyền T-PDU. Hình III.4: Báo hiệu giữa GGSN và HLR qua bộ chuyển đổi giao thức GTP-MAP trong GSN 3.1- Gửi thông tin định tuyến đối với yêu cầu/đáp ứng của GPRS GGSN gửi thông tin yêu cầu về thông tin định tuyến tới GTP-MAP Protocol-converting GSN để lấy địa chỉ IP của SGSN. IMSI được sử dụng để có địa chỉ IP này. Nếu GGSN nhận bản tin yêu cầu kích hoạt PDP context sau khi nhận bản tin này nhưng trước khi nhận bản tin đáp ứng, GGSN sẽ xử lý bản tin yêu cầu khởi tạo PDP context như một sự khởi tạo context thông thường và không quan tâm tới bản tin đáp ứng. Bản tin Response do GTP-MAP Protocol-converting GSN gửi tới GGSN. Giá trị trong trường Cause của bản tin chỉ ra có chấp nhận yêu cầu hay không. 3.2- Yêu cầu/đáp ứng báo lỗi (Failure Report Request/Response) GGSN gửi bản tin này tới GSN chuyển đổi để tạo cờ MNRG cho IMSI trong HLR. IMSI chỉ ra MNRG nàp sẽ được thiết lập. Bản tin đáp ứng được gửi lại từ GGSN. Trường MAP Cause chứa giá trị cause MAP từ HLR và không chứa giá trị nào nếu giá trị của trường cause không phải là ‘Request Accepted’. 3.3- Yêu cầu/Đáp ứng khai báo vị trí hiện tại của MS (Note MS GPRS Presence Request/Response). GTP-MAP protocol converting GSN gửi bản tin này tới GGSN và thông báo rằng MS kết nối lại với mạng GPRS. GGSN dùng IMSI trong bản tin này và tìm tất cả các PDP context của IMSI. MNRG sẽ bị xoá và địa chỉ IP của SGSN sẽ được lưu trong mỗi PDP context được tìm thấy. 4- Các bản tin quản lý di động (Mobile Management) Các bản tin quản lý di động là các bản tin báo hiệu được gửi giữa các SGSN trong thủ tục GPRS attach và thủ tục cập nhật định tuyến giữa các SGSN. SGSN mới nhận địa chỉ của SGSN cũ từ RAI cũ. Trong trường hợp này, mục đích của báo hiệu là chuyển giao dữ liệu liên quan tới MS từ SGSN cũ sang SGSN mới. 4.1- Yêu cầu/Đáp ứng nhận dạng Nếu MS khi thực hiện kết nối lại với mạng GPRS nhưng đã thay đổi SGSN sau khi tách, khi đó SGSN mới sẽ gửi bản tin Identification Request tới SGSN cũ để yêu cầu IMSI, P-TMSI và RAI trong SGSN cũ. P-TMSI Signature được cung cấp bởi MS tới SGSN mới để kiểm tra việc nhận dạng. Nếu MS đã cung cấp P-TMSI Signature, nó sẽ chứa thông số này trong bản tin Identification Request. Bản tin đáp ứng được gửi từ SGSN cũ tới SGSN mới. 4.2- Yêu cầu/Đáp ứng Context của SGSN (SGSN context Request/Response). Bản tin này được gửi từ SGSN mới tới SGSN cũ để nhận các MM và PDP context của MS. MS được nhận dạng bởi RAI và TILI trong SGSN cũ. Trường Flow Label Signalling chỉ ra một nhãn luồng cho các bản tin báo hiệu do SGSN mới lựa chọn. SGSN cũ sẽ lưu nhãn luồng này trong phần GTP Header của tất cả các bản tin báo hiệu gửi từ SGSN cũ tới SGSN mới liên quan tới các PDP context được yêu cầu. SGSN mới sẽ nhận bản tin đáp ứng SGSN context Response từ SGSN cũ. 4.3- SGSN Context Acknowledge Bản tin này thông báo với SGSN cũ rằng SGSN mới sẵn sàng nhận dữ liệu. Chỉ sau khi nhận bản tin này, SGSN cũ sẽ gửi các gói dữ liệu. Nếu bất cứ một trong các PDP context có thông số QoS chỉ ra có một đường truyền connection-oriented tin cậy được sử dụng truyền các T-PDU qua bộ định tuyến cũ nhưng chưa thiết lập kết nối, SGSN cũ sẽ thiết lập kết nối tới SGSN mới sau khi nhận bản tin Acknowledge này. Các T-PDU liên quan tới các PDP context yêu cầu một kênh kết nối tin cậy sẽ được gửi trên đường truyền connection-oriented và các T-PDU khác sẽ được gửi trên đường truyền connectionless. Nếu nguồn tài nguyên connection-oriented không còn, tất cả các T-PDU đều được truyền trên đường truyền connectionless. 5- Các phần tử thông tin (Element Information) Một bản tin báo hiệu chứa nhiều phần tử thông tin. Trong các phần tử thông tin, các trường có thể để trống, khi đó các bit sẽ được truyền với giá trị xác định (ví dụ như toàn bit 1). Ví dụ khuôn dạng một bản tin báo hiệu: Bản tin yêu cầu khởi tạo PDP context: Phần thông tin Mức yêu cầu Quality of Service Profile Bắt buộc Recovery Tuỳ chọn Selection Mode Bắt buộc Flow Label Data 1 Bắt buộc Flow Label Signalling Bắt buộc MSISDN Bắt buộc End User Address Bắt buộc Access Point Number Bắt buộc Protocol Configuration Options Tuỳ chọn SGSN Address for Signalling Bắt buộc SGSN Address for Traffic Bắt buộc Private Extension Tuỳ chọn Bản tin đáp ứng khởi tạo PDP context: Phần thông tin Mức yêu cầu Cause Bắt buộc Quality of Service Profile Tuỳ thuộc Reordering Required Tuỳ thuộc Recovery Tuỳ chọn Flow Label Data 1 Tuỳ thuộc Flow Label Signalling Tuỳ thuộc Charging ID Tuỳ thuộc End User Address Tuỳ thuộc Protocol Configuration Options Tuỳ chọn SGSN Address for Signalling Tuỳ thuộc SGSN Address for Traffic Tuỳ thuộc Charging Gateway Address Tuỳ chọn Private Extension Tuỳ chọn * Cause Trong bản tin yêu cầu, giá trị Cause chỉ ra lý do yêu cầu. Trong bản tin đáp ứng, Cause chỉ ra chấp nhận hay từ chối yêu cầu. * IMSI IMSI là số nhận dạng thuê bao của MS được sử dụng cho báo hiệu trong PLMN. Nó được lưu trữ trong SIM cũng như trong HLR (đăng ký hệ thống) và trong VLR (đăng ký tạm thời). IMSI là thông tin nhận dạng duy nhất của thuê bao tới mạng GSM. IMSI gồm mã nước, mã mạng di động và số nhận dạng MS. * RAI (số nhận dạng vùng định tuyến) Mỗi vùng định tuyến có một chỉ số phục vụ định tuyến. * QoS Profile QoS Profile chứa giá trị các thông số QoS được cung cấp. * Reordering Required (sắp xếp lại trật tự) Xác định việc sắp xếp lại các T-PDU hay không. * Authentication Triplet (bộ ba nhận thực) Authentication Triplet bao gồm RAND, SPES và Kc. * MAP Cause Là giá trị mà GTP-MAP Protocol-converting GSN chuyển tiếp trong suốt từ HLR tới GGSN. * P-TMSI Signature Phần tử thông tin này được cung cấp bởi MS, bản tin yêu cầu cập nhật vùng định tuyến và bản tin yêu cầu kết nối mạng tới SGSN để kiểm tra nhận dạng. * MS Validated Phần tử thông tin này chỉ ra SGSN mới có nhận thực MS thành công hay không. * Recovery Phần tử thông tin này chỉ ra GSN ngang hàng đã khởi động lại. * Selection Mode Phần tử thông tin này chỉ ra nguồn gốc của APN trong bản tin. * Flow Label Data I Chứa nhãn luồng truyền dữ liệu được yêu cầu bởi bên nhận. * Flow Label Signalling Chứa nhãn luồng truyền báo hiệu được yêu cầu bởi bên nhận. * Flow Label Data II Chứa nhãn luồng truyền dữ liệu giữa SGSN cũ và SGSN mới. * Charging ID Khi PDP context thiết lập, GGSN phát Charging ID để tính cước. Mỗi context được kích hoạt, một charging ID được phát đi. * End User Address Phần tử thông tin này cung cấp các thông tin giao thức của mạng dữ liệu ngoài. Giá trị trường Length là 2 với một địa chỉ PDP rỗng. PDP type cung cấp giao thức người sử dụng được sử dụng giữa mạng ngoài và MS. Địa chỉ PDP là địa chỉ mà PDP context của MS được nhận dạng từ mạng dữ liệu ngoài. * MM Context Phần tử thông tin này chứa các thông số về quản lý di động. * PDP Context Chứa các thông số quản lý phiên được cung cấp cho một địa chỉ mạng ngoài cần thiết để truyền giữa các SGSN trong thủ tục vùng định tuyến giữa các SGSN. Các bản tin quản lý phiên được điều khiển bởi PDP context này. * Access Point Number Đây là thông tin từ MS hoặc SGSN được GGSN sử dụng để phân biệt truy nhập tới các mạng ngoài khác nhau sử dụng cùng một kiểu PDP. Access Point Name chứa tên logic là số nhận dạng mạng APN. * Protocol Configuration Options Chứa các lựa chọn giao thức mạng ngoài cần để truyền giữa GGSN và MS. * GSN Address Chứa địa chỉ của GSN. * MSISDN Là số để nhận dạng thuê bao di động, theo khuyến nghị của CCITT về sơ đồ đánh số (gồm số mã nước, mã số đích quốc gia, và số thuê bao). * Charging Gateway Address Chứa địa chỉ IP của Charging Gateway. * Private Extension Chứa các thông tin nhà khai thác. III. Báo hiệu giữa GSN và các phần tử khác trong mạng SGSN thực hiện các chức năng định tuyến, quản lý di động, nhận thực, quản lý phiên, bảo mật và tính cước. Khi mạng hoạt động, SGSN thực hiện trao đổi báo hiệu với các phần tử trong mạng MSC/HLR, HLR/AuC, EIR thông qua thông qua mạng báo hiệu SS7 thông qua các giao diện: Gd: giữa SMS-GMSCvà SGSN cho phép sử dụng hiệu quả dịch vụ SMS. Gr: giữa SGSN và HLR. Cho phép SGSN truy nhập tới các thông tin về thuê bao trong HLR. Gs: giữa SGSN và MSC. SGSN có thể gửi dữ liệu vị trí tới MSC hoặc nhận các yêu cầu nhắn tin từ MSC thông qua giao diện này tuỳ chọn. GGSN cũng có chức năng định tuyến, bảo mật, quản lý phiên và quản lý di động. Nó trao đổi thông tin báo hiệu với HLR thông qua giao diện Gc và với mạng ngoài thông qua giao diện Gi. 1- Các giao thức của báo hiệu số 7 * L1: Định rõ các đặc tính vật lý, đặc tính điện và các đặc tính chức năng đường báo hiệu đấu nối các thành phần của SS7. Đường báo hiệu là kênh truyền dẫn dữ liệu hai chiều tốc độ 64 kbps. * MTP (phần chuyển giao tin báo): cung cấp phương tiện truyền dẫn tin cậy thông tin người sử dụng qua mạng báo hiệu. Người sử dụng MTP là ISUP, TUP, SCCP và DUP. Các cấp chức năng của MTP: - MTP mức 2: chức năng kênh báo hiệu, cung cấp một đường truyền số liệu cho chuyển giao tin cậy các bản tin báo hiệu. Các chức năng kênh báo hiệu: phát hiện lỗi, sửa lỗi, đồng bộ ban đầu kênh báo hiệu, giám sát lỗi kênh báo hiệu, điều khiển luồng. - MTP mức 3: chức năng mạng báo hiệu, cung cấp điều khiển chuyển giao các bản tin báo hiệu. Chức năng mạng bao gồm: + Điều khiển các bản tin báo hiệu + Quản lý mạng báo hiệu * SCCP (phần điều khiển và kết nối báo hiệu): SCCP bổ xung các chức năng cho phần MTP phục vụ cho cả kết nối định hướng connection-oriented và không kết nối connectionless qua mạng báo hiệu SS7. Các chức năng chính của SCCP được cài đặt trong phần mềm: - Điều khiển kết nối định hướng: thiết lập, truyền dữ liệu và giám sát các