Рейтинг@Mail.ru

NetCloud

Простыми словами о сетевых технологиях

Передача данных по GPRS

GPRS (General Packet Radio Service) — пакетная радиосвязь общего пользования. GPRS использует общий физический ресурс радиоинтерфейса GSM совместно с коммутацией каналов. GPRS можно рассматривать как технологию, наложенную на сеть GSM. Это позволяет использовать одну и ту же физическую среду в сотах как для передачи речи с коммутацией каналов, так и для передачи данных с коммутацией пакетов. Ресурсы GPRS могут выделяться под передачу данных динамически в периоды, когда отсутствует сеанс передачи информации с коммутацией каналов.

Для GPRS предназначены те же физические каналы, но эффективность их использования намного больше по сравнению с традиционной GSM с коммутацией каналов, поскольку несколько пользователей GPRS могут использовать один и тот же таймслот. Это позволяет повысить использование каналов. Кроме того, GPRS использует ресурсы только в период передачи и приема данных.

Архитектура сети GPRS

На приведенном ниже рисунке показана структура системы GPRS. Поскольку GPRS является новой технологией сети GSM, для нее используется существующая инфраструктура GSM с некоторыми модификациями. Решение для системы GPRS разрабатывалось таким образом, чтобы можно было быстро и с небольшими затратами внедрять GPRS на сети.

test_gprs

В сети GSM появляются два новых узла: Обслуживающий узел поддержки GPRS – Serving GPRS Support Node (SGSN) и Шлюзовой узел поддержки GPRS – Gateway GPRS Support Node (GGSN). Эти два узла физически могут быть реализованы на базе одного оборудования. Возможно гибкое внедрение GPRS, сначала, например, внедрение комбинированного узла GPRS, который представляет собой комбинацию узлов SGSN и GGSN. На следующей стадии они могут быть разделены на узлы SGSN и GGSN.

Интерфейсы SSGN называются интерфейсы G (Gb, Gr и т.д.), все они определены стандартами ETSI. Стандартизация позволяет стыковать оборудование различных производителей. Интерфейсы к узлам сети UMTS (3G) называются интерфейсы I (Iu, Iur и т.д.).

Терминалы GPRS

Существуют три класса MS, которые могут работать с GPRS.
Класс А: MS класса А одновременно может зарегистрирована в сети GPRS и в сети GSM. MS класса А может также одновременно передавать/принимать речевую информацию и данные с коммутацией пакетов.

Класс В: MS класса В одновременно может зарегистрирована в сети GPRS и в сети GSM, но в каждый момент времени может принимать/передавать информацию либо службы с коммутацией каналов, либо службы с коммутацией пакетов.

Класс С: MS класса С может быть зарегистрирована в один момент времени либо в сети GSM либо в сети GPRS.

Система базовых станций BSS

Система GPRS по радиоинтерфейсу взаимодействует с MS, передавая и принимая радиосигналы через систему BSS. BSS управляет передачей и приемом радиосигналов для всех видов сообщений: речи и данных, передаваемых в режиме коммутации каналов и коммутации пакетов. При внедрении GPRS для базовых станций BTS требуется дополнительное программное обеспечение.

BSS используется для разделения данных, передаваемых в режиме коммутации каналов и в режиме коммутации пакетов, поскольку только сообщения, передаваемые в режиме коммутации каналов направляются в MSC. Пакеты перенаправляются в новые узлы коммутации пакетов GPRS.

Система коммутации каналов CSS

CSS представляет собой традиционную систему SS сети GSM, включающую в себя уже рассмотренные ранее узлы. При внедрении GPRS необходима модернизация программного обеспечения MSC, которая позволяет выполнять комбинированные процедуры GSM/GPRS, например, комбинированную процедуру подключения MS (Attach): IMSI/GPRS.

Внедрение GPRS не оказывает влияния на GMSC.

HLR является базой данных, в которой содержатся все абонентские данные, в том числе, относящиеся к услугам GPRS. Таким образом, в HLR хранятся данные, как для службы коммутации каналов, так и для службы коммутации пакетов. Эта информация включает в себя, например, разрешение/запрет на использование услуг GPRS абоненту, текстовое имя точки доступа (Access Point Name – APN) провайдера службы Интернет (Internet Service Provider – ISP), а также указание на то, выделен ли для MS фиксированный IP адрес.

Информация о GPRS хранится в HLR в виде подписки на PDP (Packet Data Protocol) контекст. В HLR может храниться до 5 PDP контекстов на одного абонента. Доступ к хранящейся в HLR информации осуществляется из SGSN. При роуминге обращение за информацией может осуществляться в HLR, не связанный с собственным узлом SGSN.

Система коммутации пакетов PSS

PSS является новой системой, разработанной специально для GPRS. Эта система основана на Интернет протоколе (IP). Она включает в себя новые узлы пакетной коммутации, в общем известные как GSN (GPRS Support Node). В настоящее время существуют два вида узлов GPRS: Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN) и Шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN). Интерфейсы SGSN связывают его со стандартными узлами сети GSM, такими, как MSC/BSC, а интерфейсы GGSN связывают этот узел в с внешними сетями пакетной передачи данных, такими, как сеть Интернет или корпоративная сеть Интернет.

Узлами поддержки GPRS являются SGSN и GGSN, каждый из которых выполняет специфические функции в составе сети GPRS. Ниже описываются эти конкретные индивидуальные функции.

SGSN расположен в сети GPRS, как показано на рисунке ниже. Этот узел взаимодействует с BSC, MSC/VLR, SMS-G и HLR. Этот узел подключается к внутренней сети передачи.

test_gprs2

SGSN обслуживает всех абонентов GPRS, физически расположенных в пределах зоны обслуживания SGSN. SGSN выполняет в GPRS функции, аналогичные тем, которые выполняет MSC в сети GSM. То есть этот узел управляет функциями подключения, отключения MS, обновления информации о местоположении и т.д. Абоненты GPRS могут быть обслужены любым узлом SGSN в сети в зависимости от их местоположения.

В составе сети GPRS узел SGSN выполняет следующие функции. Управление передвижением MS (ММ – Mobility Management). Процедурами ММ, поддерживаемыми по этому интерфейсу, являются подключение IMSI как для вызовов GPRS, так и для вызовов с коммутацией каналов, обновление зоны местоположения, комбинированное обновление зоны местоположения для GSM и GPRS, передача сигналов пейджинга.

Процедуры ММ позволяют сети контролировать перемещающихся абонентов. ММ позволяет MS перемещаться из одной соты в другую, перемещаться из одной зоны маршрутизации SGSN в другую, перемещаться между узлами SGSN в пределах сети GPRS.

Понятие Location Area не используется в GPRS. Аналогом этого понятия в GPRS является зона Routing Area – RA. Оба этих термина означают зону местоположения, но LA – для GSM, а RA – для GPRS. RA состоит из нескольких сот и может быть меньше или равна LA. В первой реализации RA была эквивалентна LA.





Создание сеанса связи с передачей пакетов в GPRS называется активация PDP контекста.

Процедуры SM включают в себя активацию контекста протокола пакетной передачи данных (PDP), деактивацию этого контекста и его модификацию.

PDP контекст используется для установления и разъединения виртуального канала передачи данных между терминалом, подключенным к MS и GGSN.

Когда в SGSN поступает сообщение о запросе на активизацию PDP контекста, он запрашивает функцию управления разрешением доступа. Эта функция ограничивает количество зарегистрированных пользователей в пределах одного узла SGSN и контролирует качество в пределах каждой зоны. Затем SGSN проверяет, разрешен ли абоненту доступ к конкретной сети ISP (Internet Service Provider) или корпоративной сети передачи данных (посредством проверки списка разрешенных APN).

Функции маршрутизации интегрированы в оба узла: SGSN и GGSN. Это стандартные функции маршрутизатора IP и дополнительные функции для распределения внутренней нагрузки, как для полезной, так и для трафика управления. Маршрутизатор таким образом способен обрабатывать как общий трафик IP, так и специальные протоколы GPRS.

GGSN обеспечивает интерфейс в направлении внешней IP сети с пакетной передачей данных. GGSN обеспечивает функции доступа для внешних устройств, таких, как маршрутизаторы ISP и серверы RADIUS, обеспечивающие функции безопасности. С точки зрения внешней сети IP GGSN действует как маршрутизатор для адресов IP всех абонентов, обслуживаемых сетью GPRS. Направление пакетов к нужному SGSN и преобразование протоколов также обеспечивается узлом GGSN.

Физические каналы в GPRS

Для поддержки GPRS в соте должны быть назначены группы каналов для соединений с коммутацией пакетов (PS). Физические каналы, назначенные для GPRS, называются каналами пакетной передачи данных, или PDCH.

Если таймслот используется для передачи пакетных данных, то он входит в общий ресурс пакетных каналов (PSD – Packet Switch Domain). Если таймслот используется для коммутации каналов, то он входит в CSD (Circuit Switch Domain).

В соте каналы PDCH будут сосуществовать с каналами обслуживания трафика для CS. Ответственным за назначение каналов PDCH является блок управления пакетной передачей PCU (Packet Control Unit).

Один и тот же канал PDCH могут совместно использовать несколько пользователей GPRS. Транзакция по передаче/приему пакетов называется TBF – Temporary Block Flow. MS может располагать одновременно двумя TBF, один из их которых используется в направлении uplink, а другой – в направлении downlink. Каждый TBF определяется номером, который называется TFI – Temporary Flow Identity.

При назначении TBF для MS резервируется один или несколько PDCH. В GPHS существует возможность объединять несколько PDCH, это объединение называется PSET и может использоваться одной или несколькими MS. В PDCH могут быть объединены несколько таймслотов (пока до 4-х) на одной частоте. До резервирования канала система должна убедиться в том, что в PSD есть один или несколько свободных каналов PDCH.

Логические каналы в GPRS

В системе GSM определено свыше 10 типов логических каналов. Эти каналы используются для передачи различных типов информации. Так, например, пейджинговый канал PCH используется для передачи вызывного сообщения, а по широковещательному каналу управления BCCH передается информация о системе.

Для GPRS определена новая совокупность логических каналов. Большинство из них имеют наименования, аналогичные и соответствующие наименованиям каналов в GSM. Наличие в сокращенном наименовании логического канала буквы «Р», означающей «Packet» и стоящей перед всеми остальными буквами, указывает на то, что это канал GPRS. Так, например, пейджинговый канал в GPRS обозначается как PPCH – Packet Paging Channel.

Новым логическим каналом системы GPRS является канал PTCCH (Packet Timing advance Control Channel). Это канал передачи информации о TA, он необходим для регулировки этого параметра. В системе GSM информация, относящаяся к этому параметру, передается по каналу SACCH.

test_gprs3

Новым логическим каналом системы GPRS является канал PTCCH (Packet Timing advance Control Channel). Это канал передачи информации о TA, он необходим для регулировки этого параметра. В системе GSM информация, относящаяся к этому параметру, передается по каналу SACCH.

Packet Paging Channel – это канал пейджинга, и используется он только в направлении downlink для передачи вызывного сигнала к MS до начала передачи пакетов. PPCH может быть использован как для установления соединения с коммутацией пакетов, так и для соединения с коммутацией каналов.

Использование канала PPCH для режима с коммутацией каналов возможно только для терминалов GPRS классов А и В в сети с режимом работы I (NOM=1).

Packet Random Access Channel, используется только в направлении uplink. PRACH используется MS для инициализации передачи в направлении uplink для передачи данных или сигнализации.

Packet Access Granted Channel используется только в направлении downlink в фазе установления соединения для передачи информации о назначении ресурса. Передается в MS до начала передачи пакетов.

Packet Notification Channel используется только в направлении downlink для передачи информации в широковещательном режиме (PTM-M – Point-to- Multipoint – Multicast) к группе MS до передачи пакета PTM-M. Для мониторинга канала PNCH должен быть назначен режим DRX. Услуги DRX не специфицированы для GPRS фазы 1.

Packet Associated Control Channel переносит информацию сигнализации во время сеанса пакетной передачи для конкретной MS. Информация сигнализации включает в себя указания для управления выходной мощностью терминала. По каналу PACCH передаются также сообщения о назначении или переназначении ресурса. Этот канал использует ресурсы совместно с каналами PDTCH, назначенными MS. Кроме того, по этому каналу может быть передано пейджинговое сообщение в сторону MS, находящейся в состоянии соединения с коммутацией пакетов, о том, что данная MS вызывается для установления соединения, например с коммутацией каналов.

Packet Timing advance Control Channel используется только в направлении uplink для передачи Access Burst, чтобы оценить временную задержку доставки информации от MS, находящейся в режиме передачи пакетов.

По этому каналу передаются пакеты данных. Если система работает в режиме PTM-M, то он временно назначается для одной MS из группы. Если система работает в мультислотовом режиме, одна MS может параллельно использовать несколько каналов PDTCH для одного сеанса передачи пакетов. Все трафиковые каналы передачи пакетов являются двунаправленными, при этом различают PDTCH/U для направления передачи uplink, и PDTCH/D для направления передачи downlink.