Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

t được mức của điện thoại cố định. Hai nhược điểm cơ bản của hệ thống GSM là: chuyển mạch kênh hiện tại không thích ứng được với các tốc độ số liệu cao, và trong hệ thống GSM một kênh vẫn ở trạng thái mở ngay cả khi không có lưu lượng đi qua nó. Sự phát triển của mạng Internet cũng đòi hỏi khả năng hỗ trợ truy cập Internet và thực hiện thương mại điện tử di động. Nhìn chung các thuê bao di động hiện nay, đặc biệt với điện thoại di động GSM, thực tế không thể vượt qua được ngưỡng 9,6Kbs (nhỏ hơn nhiều so với 56,6Kpbs mà một kết nối Internet truyền thống có thể đạt được). Để giải quyết những vấn đề trên. ITU đã đưa ra một chuẩn chung cho thông tin di động thế hệ 3 trong một dự án gọi là IMT-2000. Chuyển sang thế hệ thứ ba là quá trình tất yếu, nhưng chí phí đầu tư quá lớn nên đòi hỏi có một giải pháp quá độ mà có thể chấp nhận cả từ phía nhà sản xuất, nhà khai thác và khách hàng. Đó chính là công nghệ thế hệ 2G mà tiêu biểu là Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS. GPRS đã khắc phục được các nhược điểm chính của thông tin chuyển mạch kênh truyền thống bằng cách chia nhỏ số liệu thành từng gói nhỏ rồi truyền đi theo một trật tự quy định và chỉ sử dụng các tài nguyên vô tuyến khi một người dùng thực sự cần phát hoặc thu. Trong khoảng thời gian khi không có số liệu này được phát, kết nối tạm ngừng họat động nhưng nó lập tức kết nối lại ngay khi có yêu cầu. Thông qua việc sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến như vậy, hàng trăm khách hàng có thể đồng thời chia sẻ một băng thông và được một cell duy nhất phục vụ. Tốc độ dữ liệu trong GPRS có thể tăng lên tới 171Kb/s bằng cách sử dụng 8TS TDMA với tốc độ tối đa của một khe là 21.4Kb/s. Tốc độ này hơn 10 lần tốc độ cao nhất của một hệ thống GSM hiện nay và gấp đôi tốc độ truy nhập Internet theo cách truyền thống. Chính vì vậy, đã có nhiều nhà sản xuất hàng đầu thế giới đưa ra thị trường các sản phẩm về GPRS, trong đó phải kể đến NOKIA, ERICSSON, và NOTEL. ở Việt Nam hiện nay, việc khai thác mạng Internet đã đưa các dịch vụ thông tin điện tử tới người sử dụng, thương mại điện tử cũng đã được cung cấp và ngày càng thu hút số lượng khách hàng lớn. Thông tin di động với kỹ thuật GSM cũng đã và đang phát triển mạnh mẽ thông qua số lượng thuê bao, vùng phủ sóng và số lượng dịch vụ đang cung cấp cho khách hàng. Thực tế cho thấy việc sử dụng các dịch vụ số liệu phải theo phương thức chuyển mạch kênh, gây lãng phí tiềm năng mạng, nhất là phần vô tuyến. Điều đó không thể đáp ứng nhu cầu đa dạng hiện nay khi đưa vào khai thác các dịch vụ thông tin hình ảnh, Internet, thương mại điện tử. Do những yếu tố về kinh tế và kỹ thuật đã nêu trên, yêu cầu phát triển dịch vụ GPRS là một trong những cách tốt nhất để sớm đưa hệ thông thông tin di động nước ta tiến lên thế hệ thứ 3 trong tương lai. 1.2 Các dịch vụ của GPRS Dịch vụ Các dạng dịch vụ Đặc điểm Điểm tới điểm (Point- to- Point) PtP: Dịch vụ mạng không kết nối (ONS). PtP: Dịch vụ mạng hướng kết nối (CONS) Khả năng truyền dữ liệu gói giữa hai điểm đầu cuối thông tin thông qua dịch vụ không kết nối như Internet hoặc thông qua dịch vụ hướng kết nối như X25. Điểm tới đa điểm (Point- to- MultiPoint) PtM- Multicast (PtM- M) Truyền dữ liệu gói từ một điểm đến một vùng địa lý. PtM- IP- Multicast (PtM- M) Dịch vụ Muticast được định nghĩa như trong giao thức IP. PtM- Group Call (PtM- G) Truyền dữ liệu gói đến một nhóm các điểm thu nhận được định nghĩa trước trong vùng địa lý. Bảng 1.1: Các dịch vụ mạng GPRS 1.3 Các tính năng mới trong GPRS Các tốc độ dữ liệu của người sử dụng cao hơn trong mỗi kênh lưu lượng TCH ở giao diện vô tuyến: từ 9.05Kb/s; 13.4Kb/s; 15.6Kb/s cho tới 21.4Kb/s với bốn kiểu mã hoá khác nhau (CS1, CS2, CS3, CS4) kết hợp với sử dụng nhiều kênh lưu lượng (8 lênh lưu lượng có thể được sử dụng cho một người dùng). Các kênh vô tuyến mới được sử dụng, khả năng ấn định các kênh này là mềm dẻo từ 1 đến 8 TS vô tuyến có thể được sử dụng cho một máy phát. Nhiều người sử dụng chia sẻ các khe thời gian, các kênh hướng xuống và các kênh hướng lên xác định độc lập. Các tài nguyên vô tuyến chỉ được sử dụng khi truyền dữ liệu. Cải tiến hiệu quả truy cập tới cùng các tài nguyên vô tuyến vật lý. Tính cước dựa trên dữ liệu được truyền. Các tốc độ của người dùng cao hơn khi truy cập tới Internet hoặc các mạng dữ liệu khác. 1.4 Các chức năng chính của GPRS 1.4.1 Các chức năng điều khiển truy cập mạng Đăng ký: Sự phân công tĩnh hoặc động giữa định danh di động và giao thức dữ liệu gói (PDP) của người dùng, địa chỉ của người dùng trong mạng PLMN và điểm truy cập của người dùng tới mạng chuyển mạch gói bên ngoài. Nhận thực và uỷ quyền: Tạo hiệu lực của các yêu cầu dịch vụ của người dùng. Chấp thuận: Tính toán các tài nguyên mạng theo yêu cầu QoS, giới hạn, dự trữ các tài nguyên sẵn có. Lọc các bản tin: Lọc các bản tin không chấp thuận hoặc không yêu cầu. Thích nghi với các đầu cuối: Thích nghi các gói dữ liệu từ đầu cuối theo dạng thích hợp với mạng GPRS. Lưu trữ các thông tin tính cước. 1.4.2 Các chức năng điều khiển và định tuyến gói Chuyển tiếp: Các nút với các chức năng chuyển tiếp được sử dụng để chuyển tiếp các bản tin. Định tuyến: Xác định nút cho các bước nhảy kế tiếp trong tuyến đi tới nút đích. ánh xạ và biên dịch địa chỉ: Chuyển đổi một địa chỉ theo giao thức của mạng bên ngoài thành địa chỉ của mạng hiện tại. Địa chỉ này có thể được sử dụng cho việc định tuyến trong PLMN. Đóng gói: Thêm các thông tin điều khiển vào dữ liệu để định tuyến các gói giữa các nút hoặc nút và MS. Truyền dẫn: Chuyển giao các đơn vị dữ liệu đã dược đóng gói trong mạng PLMN tới các điểm mà tại đó sẽ mở gói các đơn vị dữ liệu này. Truyền dẫn dữ liệu theo hai hướng điểm- điểm. Nén dữ liệu: Tối ưu hoá việc sử dụng đường truyền vô tuyến. Mật mã: bảo vệ dữ liệu của người dùng và báo hiệu qua đường truyền vô tuyến. 1.4.3 Quản lý di động Xác định vị trí MS trong mạng PLMN và với một mạng PLMN khác. 1.4.4 Quản lý tuyến logic Thiết lập các tuyến logic: Khi MS kết nối vào các dịch vụ GPRS. Duy trì tuyến logic: Giám sát tình trạng của tuyến logic. Giải phóng tuyến logic: Ngừng sử dụng các tài nguyên vô tuyến đã được sử dụng trong kết nối logic. 1.4.5 Quản lý tài nguyên vô tuyến Quản lý Um: Quản lý việc thiết lập các kênh vật lý và xác định các tài nguyên vô tuyến được phân phối cho GPRS. Lựa chọn Cell: Lựa chọn Cell tối ưu nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu của Cell và tránh tắc nghẽn. Truyền dẫn trên Um: Trao đổi dữ liệu gói giữa MS và BSS với quá trình điều khiển truy nhập phương tiện truyền dẫn qua kênh vô tuyến, ghép kênh các gói trên kênh vô tuyến vật lý, phân biệt gói trong MS, phát hiện và sửa lỗi, điều khiển luồng. Quản lý đường truyền giữa BSS và SGSN: Thiết lập và giải phóng tĩnh hoặc động các đường truyền dựa trên tải tối đa trong mỗi Cell. 1.4.6 Quản lý mạng Các chức năng khai thác, vận hành bảo dưỡng phù hợp với GPRS. 1.4.7 Một số ứng dụng của GPRP GPRS cung cấp một loạt các dịch vụ mới đáng chú ý cho người sử dụng. Khả năng di động: Cho phép duy trì truyền thông dữ liệu và thoại không đổi trong khi người dùng di chuyển. Tính tức thời: Cho phép người dùng có thể kết nối khi cần bất chấp vị trí và phiên đăng nhập dài. Khả năng định vị: Cho phép người dùng có được các thông tin thích hợp để xác định vị trí hiện thời của họ. Kết hợp các đặc tính trên sẽ tạo ra ứng dụng rộng rãi cho người dùng như: Trong mạng máy tính không dây: Các ứng dụng: Văn phòng lưu động, Thư điện tử, Nhắn tin thời gian thực, Truy cập Internet, Truyền file, Giao dịch tài chình, Thẻ tín dụng, Thương mại điện tử.... Trong quản lý lưu lượng: Di động GPRS trên ô tô, Quản lý nhanh, Điều khiển tàu hoả, Dẫn đường, Thu phí xa lộ tự động... Trong đo lường từ xa: Thống kê định kỳ, Chỉ thị lỗi, Báo động, Điều khiển từ xa... Các ứng dụng khác: Tin tức, dự báo thời tiết, Xổ số trực tuyến... Chương II: Cấu trúc mạng GPRS 2.1 Cấu trúc tổng thể của mạng GPRS Các tài nguyên vô tuyến được cấp phát linh động trong GPRS. Việc sử dụng này dường như mâu thuẫn với cấu trúc chuyển mạch kênh, với các kênh tốc độ 16Kb/s hoặc 64Kb/s trong GSM. Trong trường hợp kết nối người dùng có tốc độ từ vài byte/s tới hơn 100Kb/s và ngược lại gây khó khăn trong việc cấp phát tài nguyên trong chế độ cố định. Do vậy phải sử dụng một hạ tầng chuyển mạch gói trong mạng GPRS nhưng trong mạng này còn có cả phần chuyển mạch kênh. Khả năng có một phần chuyển mạch kênh trung gian trong mạng GSM thực sự không có ý nghĩa bởi vì tính linh hoạt, mềm dẻo của truyền dẫn gói trên giao diện vô tuyến và trong các mạng dữ liệu như Internet, Intranet....ETSI khuyến nghị phương thức chuyển mạch gói và thiết bị chuyển mạch gói trong mạng GPRS. Mạng GPRS sử dụng lại các thành phần mạng trong GSM hiện tại nhưng có thêm một số phần tử mạng , giao diện, giao thức mới. Phần tử mạng GSM Các sửa đổi hay nâng cấp cho GPRS Đầu cuối thuê bao (TE) Toàn bộ các đầu cuối thuê bao mới cần thiết cho các dịch vụ GPRS. Nó tương thích với GSM đối với các cuộc gọi. BTS Nâng cấp phần mềm trên BTS hiện tại. BSC BSC đòi hỏi nâng cấp phần mềm, giống như cần thêm một phần cứng mới là PCU (Packet Control Unit). Mạng lõi (Core Network) Triển khai GPRS đòi hỏi cài đặt các phần tử mạng lõi mới được gọi là SGSN và GGSN Các cơ sở dữ liệu (VLR, HLR...) Các cơ sở dữ liệu liên quan trong mạng đòi hỏi nâng cấp phần mềm để sử dụng các cuộc gọi và các chức năng đưa ra bởi GPRS Bảng 2.1. Một số yêu cầu cho mạng GPRS * Kiến trúc mạng GPRS và các giao diện (hình 2.2) TE: Thiết bị đầu cuối ME: Đầu cuối di động BSS: Phân hệ trạm gốc SGSN: Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS GGSN: Nút hỗ trợ cổng giao tiếp GPRS MSC/VLR: Tổng đài di động/ Bộ ghi định vị tạm trú HLR: Bộ ghi định vị thường trú EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị SMS-GMSC: Tổng đài cổng di động cho dịch vụ tin ngắn SMS-IWMSC: Tổng đài liên kết di động cho dịch vụ tin ngắn SM-SC: Trung tâm dịch vụ tin ngắn Billing System: Hệ thống lập hoá đơn PDN: Mạng dữ liệu gói CFG: Cổng chức năng tính cước BG: Cổng giao tiếp SMS-GMSC SMS-IWMSC SM-SC MSC/VLR HLR SGSN GGSN PDN BSS MT TE CFG EIR Billing System SGSN Other PLMN GGSN SGSN TE C E Gd D Gs Gc Gi Gn A Gb Um R Gn Gp Ga Gf Ga Signalling Interface Signalling and Data Transfer Interface Hình 2.2 Kiến trúc tổng thể mạng GPRS và các giao diện 2.2 Các thành phần trong mạng GPRS Do việc sử dụng lại các thành phần trong mạng GSM hiện tại nên trong mạng GPRS vẫn có các phần tử là MSC, HLR, VLR, BSS, EIR. Ngoài ra còn có thêm một số nâng cấp về phần cứng SGSN, GGSN, MS, BSS và một số nâng cấp về phần mềm. 2.2.1 Thiết bị di động MS (Mobile Station) Các thiết bị di động trong GPRS được chia thành 3 lớp A,B,C. Lớp thiết bị A hỗ trợ đồng thời các dịch vụ GPRS và GSM. Sự hỗ trợ gồm các hoạt động đồng thời: vào mạng, hoạt hoá, giám sát và truyền dẫn. Một thiết bị lớp A có thể phát hoặc thu nhận đồng thời các cuộc gọi trên hai dịch vụ. Trên các dịch vụ chuyển mạch kênh hiện có, các mạch ảo GPRS sẽ được treo hoặc thiết lập trạng thái bận. Lớp thiết bị B có thể giám sát đồng thời các kênh GPRS và GSM nhưng chỉ hỗ trợ một dịch vụ tại một thời điểm. Một thiết bị lớp B có thể hỗ trợ đồng thời các quá trình:vào mạng, hoạt hoá, giám sát nhưng không truyền dẫn. Trong thiết bị lớp A thì các mạch ảo không bị ngắt khi có lưu lượng chuyển mạch kênh mà chỉ bị treo hoặc bận. Do đó người dùng có thể nhận hoặc truyền các cuộc gọi lần lượt trên chế độ gói hoặc trên chế độ chuyển mạch kênh. Lớp thiết bị C chỉ hỗ trợ việc truy cập không đồng thời. Người dùng phải lựa chọn loại dịch vụ để kết nối tới. Do đó, một thiết bị lớp C có thể thu hoặc truyền các cuộc gọi liên lạc từ dịch vụ mà người dùng chọn. Dịch vụ này nếu không được chọn thì sẽ không thực hiện được. Khả năng hỗ trợ cho dịch vụ tin ngắn là tuỳ chọn. 2.2.2 Nút cổng giao tiếp hỗ trợ GPRS- GGSN Đây là nút mạng mới trong mạng GPRS. GGSN tương đương với GMSC trong GSM. Các đặc điểm của GGSN: Thủ tục GTP tạo kênh truyền dẫn: GTP là thủ tục của GPRS, được thiết kế để tạo kênh truyền dẫn dữ liệu của người dùng và báo hiệu giữa các nút GPRS trong mạng đường trục GPRS. GTP đóng gói các đơn vị dữ liệu sử dụng các giao thức PDP điểm- điểm. Các kênh truyền GTP và các đường dẫn có thể được thiết lập giữa hai GSN dùng bất cứ loại giao diện vật lý nào mà nó cung cấp IP như Gn, Gp. Các chức năng điều khiển truy nhập mạng: Các chức năng cung cấp trong GGSN để thực hiện chức năng truy nhập mạng được GPRS quy định kèm theo sự kiểm tra và nhận thực MS thông qua RADIUS. Quản lý di động: Được dùng để giữ liên lạc vùng hiện thời của MS trong PLMN hay trong PLMN khác. GGSN cung cấp việc quản lý di động trong cùng SGSN như được đề cập ở GPRS. Liên mạng Internet, Intranet: GGSN cung cấp liên mạng chạy trên giao thức IP. Liên mạng được yêu cầu bất cứ khi nào PLMN cung cấp GPRS và bất cứ mạng khác liên kết để thực hiện yêu cầu dịch vụ của GPRS. Định tuyến gói tin và chuyển tiếp: Các chức năng chính được thực hiện là chuyển tiếp, đóng gói, tạo kênh truyền và uỷ nhiệm DHCP. Với GPRS, một kênh truyền GPRS được xác định bởi một cặp SGSN-GGSN, và đặc tả bởi số nhận dạng kênh truyền (Tunel ID). Tất cả các bản tin liên quan đến người dùng được định tuyến bên trong mỗi kênh truyền bằng mọi cách đến nhà cung cấp dịch vụ Internet/ Intranet. Việc chọn GGSN được thực hiện bởi SGSN và tuỳ thuộc vào đích đến mong muốn. Quản lý mạng đường trục: Các chức năng quản lý mạng cung cấp các cơ cấu để hỗ trợ các chức năng hoạt động, quản trị và quản lý liên quan đến GPRS. Quản lý dữ liệu cước: Chức năng thu thập dữ liệu này cần thiết để hỗ trợ quá trình tính cước trong GPRS. Chất lượng dịch vụ: Trong GPRS, chất lượng dịch vụ được kết hợp với bối cảnh PDP. Chất lượng dịch vụ được xem như là thông số độc lập với nhiều thuộc tính về trao đổi dữ liệu. Nó xác định chất lượng dịch vụ mong muốn theo các thuộc tính: Lớp quyền ưu tiên; Lớp trễ; Lớp thông lượng dữ liệu cực đại; Lớp thông lượng dữ liệu trung bình. 2.2.3 Nút dịch vụ hỗ trợ GPRS- SGSN SGSN là một phần tử mạng mới trong mạng GPRS. Nó có một số đặc điểm sau: Phục vụ MS thông qua giao diện Gb. Thiết lập và điều khiển một mô tả quản lý di động . Thiết lập bối cảnh PDP để sử dụng cho quá trình định tuyến. Giao diện Gp cung cấp chức năng bảo mật hơn cho giao diện của giao diện Gn dùng cho quá trình truyền thông liên PLMN. Qua giao diện Gs với MSC/VLR hỗ trợ chức năng vào mạng và rời mạng thông qua SGSN. Điều này tạo ra sự tổ hợp của quá trình vào mạng và rời mạng GPRS/IMSI. Do đó tiết kiệm được tài nguyên vô tuyến. Kết hợp cả hai quá trình cập nhật vùng định vị (LA) và vùng định tuyến (RA) bao gồm các quá trình cập nhật có tính chu kỳ sẽ tiết kiệm tài nguyên vô tuyến. Bản tin cập nhật kết hợp LA, RA được gửi từ MS tới SGSN. Sau đó SGSN chuyển tiếp bản tin cập nhật LA tới VLR. Tìm gọi dành cho một kết nối chuyển mạch kênh CS thông qua SGSN. Các thủ tục cảnh báo các dịch vụ phi GPRS. Thủ tục định danh. Thủ tục cập nhật thông tin về quản lý tuyến. 2.2.4 Phân hệ trạm gốc BSS 2.2.4.1 Phân chia chức năng giữa BSC và BTS Các chuẩn về GPRS không mô tả chi tiết sự phân chia các chức năng giữa BSC và BTS. Tuỳ theo cách thực hiện thì các chức năng có thể thuộc về BTS hoặc BSC. Ngoài các chức năng có trong GSM thì BSC có một số chức năng mới thuộc về hai phần mới trong nút mạng này: Đơn vị điều khiển giao thức PCU (Packet Control Unit). Đơn vị điều khiển kênh CCU (Channel Control Unit). 2.2.4.2 Đơn vị điều khiển giao thức PCU và đơn vị điều khiển kênh CCU PCU là phần mới dùng trong GPRS. PCU có thể đặt ở BTS hoặc BSC hoặc GSN. PCU có một số đặc điểm: Kết hợp LLC và RLC, phân đoạn LC với RLC. Điều khiển truy nhập kênh truyền. Cấp phát kênh số liệu ở hướng xuống và hướng lên. Điều khiển việc truyền lại và ARQ. Một PCU chỉ phục vụ một BSC và chỉ có một PCU trong một BSC. PCU cần lập các quá trình xử lý cho tất cả các cuộc gọi: Lựa chọn các gói sẽ gửi tiếp; Điều khiển luồng: Điều khiển thay đổi Cell theo hướng mạng. Một cách thực hiện PCU: BSC PCU BTS SGSN Abis DL2 Gb n*16 Kb/s Hình 2.3. Một cách thực hiện PCU PCU bao gồm: Phần mềm trung tâm và các thiết bị phần cứng với phần mềm cục bộ. PCU có thể có nhiều bộ xử lý cục bộ (RPP). Một RPP được định cấu hình đến cả hai hướng giao diện Abis và giao diện Gb hoặc chỉ là Abis. RPP phân phối các khung PCU giữa giao diện Abis và Gb. Nếu chỉ có một RPP thì nó sẽ làm việc với cả hai hướng: Abis và Gb. Nếu có nhiều RPP thì mỗi RPP có thể chỉ làm việc với Abis hoặc cả hai. Các RPP truyền thông với nhau thông qua mạng Ethernet. PCU kết nối tới các thiết bị ở phía Gb qua chuyển mạch nhóm (chuyển mạch tốc độ thấp). Các RPP nối tới chuyển mạch thông qua DL2, tới CP qua bus nối tiếp RP. 2.2.4.3 Đơn vị điều khiển kênh CCU CCU có các chức năng: Mã hóa kênh, sửa lỗi trước FEC, chèn xen. Đo lường vô tuyến (Chất lượng tín hiệu thu, mức công suất, sự sớm định thời). 2.2.5 Bộ định vị thường trú HLR Các thông tin lưu giữ trong HLR: IMSI: ( International Mobile Subscriber Identifier)- là khoá nhận dạng chính. MSISDN: Dùng cho dịch vụ tin ngắn. SGSN number: Địa chỉ trong mạng SS7 của SGSN hiện đang phục vụ MS. SGSN Address: Địa chỉ IP của SGSN hiện đang phục vụ MS. Các tham số SMS: Có liên quan đến MS. Loại bỏ MS khỏi GPRS: Thông báo về MS và bối cảnh PDP bị loại bỏ cho SGSN. MNSG: Khi không tìm thấy qua một SGSN thì MS sẽ bị đánh dấu là không tìm thấy cho GPRS ở SGSN có thể cả ở GGSN. Danh sách các GGSN: Chỉ số GSN và địa chỉ IP tối ưu của GGSN được kết nối khi trạng thái tích cực của MS được phát hiện và MNRG được thiết lập. Chỉ số GSN là chỉ số của GGSN hoặc GSN có giao thức hội tụ. Kiểu PDP: Kiểu giao thức dữ liệu gói X25, IP... Địa chỉ PDP: Địa chỉ theo giao thức dữ liệu gói. Trường này có thể bỏ trống nếu sử dụng quá trình đánh địa chỉ động. Kiểu QoS của thuê bao: Dùng cho bối cảnh PDP được thiết lập ở mức mặc định nếu không có yêu cầu về một dạng QoS riêng biệt. Địa chỉ VPLMN: Mô tả MS chỉ được sử dụng điểm truy cập dịch vụ APN trong Domain của HPLMN hay không được sử dụng cả Domain của VPLMN. Tên điểm truy cập VPN: Là một nhãn phù hợp với các chuẩn về DSN nhằm mô tả điểm dịch vụ của các mạng dữ liệu gói. Các chức năng mới trong HLR: Chèn xen dữ liệu về các thuê bao. Xoá các dữ liệu về các thuê bao. Gửi thông tin định tuyến cho SMS. Báo cáo tình trạng truyền SM. Gửi thông tin định tuyến cho GPRS. Báo cáo lỗi. 2.2.6 Bộ ghi định vị tạm trú VLR MSC/VLR kết nối với SGSN nhờ giao diện Gs. Để hỗ trợ giao diện Gs thì MSC/VLR phải nâng cấp phần mềm. Gs được dùng cho kết nối với các đầu cuối. Các đầu cuối này sử dụng cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói GPRS. Có hai hoạt động chính trên giao diện Gs: Cập nhật kết hợp vùng định vị LA và vùng định tuyến RA: Khi MS sử dụng cả hai dịch vụ GSM và GPRS thì quá trình cập nhật LA, RA được thực hiện cùng một cách để tiết kiệm tài nguyên vô tuyến nếu MS được hỗ trợ chế độ hoạt động mạng. Khi MS vào một vùng định tuyến mới trong quá trình hoạt động mạng I (Mode I), MS sẽ gửi bản tin yêu cầu cập nhật vùng định tuyến tới SGSN. Tiếp đó SGSN đưa quá trình cập nhật LA tới MSC/VLR bằng cách biên dịch RAI thành một chỉ số VLR. MSC/VLR trả lại tuỳ chọn 1 VLR TMSI tới MS qua SGSN. SGSN và MSC/VLR báo cáo độc lập với nhau về vùng định tuyến mới của MS cho HLR. Tìm gọi chuyển mạch kênh trên GPRS: MSC/VLR thực hiện tìm gọi cho các hoạt động chuyển mạch kênh qua SGSN. Trong Mode I, quá trình tìm gọi cho CS và GPRS cùng được thực hiện. Nghĩa là mạng gửi bản tin tìm gọi cho các dịch vụ chuyển mạch kênh trên cùng kênh như sử dụng các dịch vụ chuyển mạch gói. MSC/VLR cũng hỗ trợ gửi SMS trên GPRS. MSC/VLR có thể yêu cầu SGSN để nhận thông tin về liên hệ vô tuyến tiếp theo với MS. Điều này có thể sử dụng để bắt đầu quá trình truyền SMS. Nếu gửi một SMS qua GSM không thành công thì MSC/VLR có thể truyền lại SMS đó khi SGSN thông báo cho MSC/VLR về liên hệ vô tuyến với MS. 2.2.7 Trung tâm nhận thực AUC Thủ tục nhận thực cho GPRS tương tự như GSM. Sự thay đổi trong bảo mật cho GPRS chỉ liên quan đến quá trình bảo mật và không yêu cầu nâng cấp trong AUC. Trong GPRS, thuật toán A5 mới cho quá trình mật mã được xây dựng có nghĩa là SGSN phải hỗ trợ cho thuật toán này. 2.2.8 Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR Kết nối với SGSN qua giao diện Gf. EIR trong GPRS có chức năng tương tự như trong GSM. 2.2.9 Tổng đài cổng di động cho dịch vụ tin ngắn SMS-GMSC và tổng đài liên kết di động cho dịch vụ tin ngắn SMS-IWMSC SGSN kết nối với SMS-GMSC và SMS-IWMSC thông qua giao diện Gd. Gd là một giao diện dựa trên MAP (Mobile Aplication Protocol). Nút mạng này cho phép gửi và nhận các tin ngắn (SM) trên các kênh vô tuyến GPRS. 2.2.10 Cổng chức năng tính cước (CGF) CGF (Charging Gateway Funtion) là phần tử mạng đường trục. CGF kết nối với GGSN và SGSN thông qua giao diện Ga và được nối với hệ thống lập hoá đơn (Billing System). CGF có nhiệm vụ lưu trữ thông tin tính cước từ các phần tử mạng khác (SGSN, GGSN, BG...). Giao diện Ga giữa CGF và các phần tử SGSN, GGSN, BG... là giao diện chuẩn, giao diện giữa CGF và hệ thống lập hoá đơn có thể thực hiện độc lập. CGF có thể xử lý dữ liệu trước khi đưa đến hệ thống lập hoá đơn. 2.2.11 Hệ thống hỗ trợ hoạt động OSS OSS cung cấp khả năng hỗ trợ quản lý cho tất cả các phần tử mạng có chức năng GPRS trong mạng GSM. OSS HLR SGSN GGSN MSC BSC BTS Hình 2.4. Các phần tử mạng trong GPRS. OSS cung cấp các hoạt động hỗ trợ cho SGSN và GGSN. Quản lý lỗi: Kiểm soát các cảnh báo như đăng nhập, xử lý sau, chuyển tới các hệ thống của nhiều nhà cung cấp. Chức năng này được tích hợp với các chức năng quản lý lỗi OSS khác. Cảnh báo được hiển thị bằng các danh sách và các biểu tượng của phần tử mạng trên bản đồ địa lý thay đổi theo màu sắc, khuôn dạng và kích thước khi có các cảnh báo mới. Quản lý hoạt động: Giao diện mở OSS để nhận dữ liệu hoạt động có thể thích nghi để thu nhận dữ liệu từ SGSN và GGSN. Quản lý cấu hình: Cấu hình và vận hành của SGSN và GGSN được thực hiện với trình duyệt Web của OS. Các file có thể được lưu trữ giữa OSS và các GSN với các chức năng điều khiển file chuẩn. OSS hỗ trợ các chức năng GPRS trong MSC, VLR, AUC: Các dịch vụ GPRS cần tới MSC, VLR, AUC do vậy các chức năng quản lý lỗi, quản lý hoạt động và quản lý cấu hình được tích hợp đầy đủ với các chức năng OS khác để quản lý vùng và các phần tử mạng. OSS hỗ trợ các chức năng GPRS trong BSS. Quản lý lỗi: Quá trình kiểm soát có liên quan đến GPRS được tích hợp đầy đủ với các chức năng quản lý lỗi khác cho BSC và BTS. OSS có khả năng phân tích và xử lý để đưa ra những lưu ý đặc biệt đối với các vấn đề của GPRS. Quản lý hoạt động: Các hoạt động thống kê cho các chức năng khác trong BSS. Tất cả các thống kê về GPRS có thể được chuyển cho nhà khai thác dưới dạng đồ thị. Quản lý cấu hình: Chức năng thiết lập tham số cho các chức năng trong BSC và BTS được gần với các chức năng quản lý cấu hình OSS khác. Sự tích hợp này cho phép nhân chia tối ưu dung lượng vô tuyến giữa mọi người dùng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói trong mạng. 2.2.12 Mạng đường trục trong GPRS Giao tiếp giữa các nút mạng SGSN, GGSN và các phần tử mạng dữ liệu bên ngoài thông qua mạng đường trục GPRS và các giao diện dữ liệu chuẩn. Có hai loại mạng đường trục trong GPRS: Mạng đường trục nội bộ PLMN: Là mạng IP kết nối các GSN trong cùng một mạng PLMN. Mạng đường trục liên PLMN: Là mạng IP kết nối các GSN và các mạng đường trục nội bộ PLMN thuộc các mạng PLMN khác nhau. Mỗi mạng đường trục nội bộ là một mạng IP riêng chỉ dành riêng cho dữ liệu và báo hiệu. Mạng IP riêng là mạng trong đó một số cơ cấu điều khiển truy nhập được áp dụng nhằm đạt một mức độ bảo mật yêu cầu. Hai mạng đường trục nội bộ được liên kết với nhau thông qua giao diện Gp sử dụng các cổng tiếp giáp BG (Border Gateway) và một mạng đường trục liên PLMN được cho bởi một thoả thuận chuyển mạng bao gồm tính bảo mật của BG. Tuy nhiên, BG không được quy định trong phạm vi và mục tiêu của GPRS. Đường trục liên PLMN có thể là mạng dữ liệu gói tức là một mạng Internet hoặc một đường dành riêng. Packet Data Network Inter-PLMN Backbone SGSN GGSN BG BG GGSN Intra-PLMN Backbone Intra-PLMN Backbone SGSN SGSN Gp Gi Gi Hình 2.5. Mạng đường trục nội bộ và mạng đường trục liên PLMN Kết nối giữa BSS và SGSN thông qua giao diện Gb. Giao diện này là giao tiếp giữa SGSN với một hoặc nhiều BSS. Gb dựa trên các kết nối điểm-điểm gọi là kết nối ảo dịch vụ mạng. Kỹ thuật Frame Relay- FR được sử dụng như một mạng truyền dẫn. Nghĩa là kết nối ảo dịch vụ mạng được xắp xếp vào một kết nối ảo vĩnh viễn FR. Giữa SGSN và BSS có thể có một hoặc nhiều kết nối ảo dịch vụ mạng và do đó có nhiều kết nối ảo vĩnh viễn FR. Kết nối ảo vĩnh viễn FR có thể được cung cấp bằng kết nối trực tiếp điểm- điểm giữa SGSN và BSS hoặc bằng một mạng FR trung gian. 2.3 Quá trình đánh chỉ số, địa chỉ, chỉ số nhận dạng Ngoài các chỉ số nhận dạng, đánh địa chỉ như trong GSM như: IMSI, TMSI, MSISDN, MSRN... thì trong mạng GPRS còn sử dụng thêm một số chỉ số khác. 2.3.1 Nhận dạng các MS Chỉ số nhận dạng liên kết tạm thời TLLI (Temprorary Logical Link Identifier). Một TLLI được MS hoặc SGSN tạo ra dựa trên P-TMSI hoặc được tạo ra trực tiếp. TLLI gồm 32 bit được đánh số từ 0-31 (Bit 0 có trọng lượng thấp nhất). Chỉ số TLLI cục bộ (Local TLLI) do MS tạo ra, MS này có một giá trị P-TMSI hợp lệ: Bit 31, 30 đặt bằng 1. Bit 0-29 đặt bằng bit 0-29 của P-TMSI. Chỉ số TLLI ngoài (Foreign TLLI) do MS tạo ra: Bit 31=”1”, bit 30=”0”. Bit 0-29 đặt bằng bit 0-29 của P-TMSI. MS tạo ra một TLLI ngẫu nhiên (Random TLLI): Bit 31=”1”, bit 27-30 đặt bằng “1”, các bit còn lại đặt ngẫu nhiên. SGSN tạo ra TLLI bổ trợ (Auxiliary TLLI): Bit 31=”0”, bit 28-30 đặt bằng “1”, bit 27=”0”, các bit còn lại đặt ngẫu nhiên. Bit 31 Bit 30 Bit 29 Bit 28 Bit 27 Bit 26 Type of TLLI 1 1 T T T T Local TLLI 1 0 T T T T Foreign TLLI 0 1 1 1 R R Random TLLI 0 1 1 1 A A Auxiliary TLLI 0 1 1 0 X X Reserved 0 1 0 X X X Reserved 0 0 X X X X Reserved Bảng 2.6: Cấu trúc TLLI 2.3.2 Xác định địa chỉ của MS 2.3.2.1 Địa chỉ IPv4 Địa chỉ MS theo giao thức IPv4 được sử dụng khi người dùng thuê bao dịch vụ truy cập mạng dựa trên giao thức IP. Địa chỉ này dùng để truy cập vào các mạng dữ liệu gói bên ngoài (PDN). Các mạng này có thể là mạng công cộng hoặc mạng riêng, kiểu địa chỉ sử dụng là kiểu địa chỉ tĩnh hoặc động. Tên logic IPv4: Trong mạng IP tất cả các địa chỉ IP có tên logic dựa trên quá trình biến đổi DNS. Nghĩa là các máy chủ WWW có thể kiểm tra các máy khách có sử dụng máy chủ có địa chỉ IP để đặt tên ánh xạ dành riêng. Với địa chỉ tĩnh ánh xạ có thể được cố định: Ví dụ: hannu-kari.gprs.sonera.fi biến đổi thành 141.200.44.151 Với địa chỉ IP động quá trình ánh xạ phức tạp hơn: Ví dụ: host123-sub33.gprs.sonera.fi biến đổi thành 141.200.33.123. 2.3.2.2 Địa chỉ X25 Được sử dụng khi người dùng thuê bao dịch vụ truy cập X.25. Tương tự như trong IP, địa chỉ X.25 có thể là địa chỉ mạng công cộng hoặc là mạng riêng và địa chỉ tĩnh hoặc động. 2.3.2.3 Địa chỉ IPv6 Có khả năng được sử dụng ở thông tin di động trong tương lai vì: Có khoảng địa chỉ rất rộng (mã hoá bằng 128 bit). Định tuyến dữ liệu hiệu quả hơn trong mạng cố định. Có nhiều phương thức đánh địa chỉ. Tên logic tương tự như IPv4. 2.3.3.Nhận dạng vùng định vị và trạm gốc 2.3.3.1 Nhận dạng vùng định tuyến RAI LAI RAC RAI Hình 2.7 Cấu trúc của RAI LAI: Nhận dạng vùng định vị, tương tự như trong GSM. RAC (Routing Area Code): Mã vùng định tuyến, là một mã có chiều dài cố định 1 octet, xác định một vùng định tuyến RA trong một vùng định vị LA. Các SGSN phục vụ vùng định tuyến RA nào đó có thể được xác định bằng cách sử dụng chức năng DNS trong mạng đường trục và trong quá trình quy ước tên logic. Tên logic của một vùng định tuyến: RACxxxx.LACyyyy.MNCzzzz.MCCwwww.GPRS Trong đó: x,y,z.w được mã hoá dạng số hệ 16. 2.3.3.2 Số nhận dạng Cell (CI- Cell identifier) và số nhận dạng toàn cầu Cell (CGI- Cell Global Identifer). MCC MNC LAC CI LAI CGI Hình 2.8 Cấu trúc của CGI BSS và các Cell thuộc về BSS đó được nhận dạng trong vùng định vị hoặc vùng định tuyến bằng cách thêm một số nhận dạng Cell vào số nhận dạng vùng định vị hoặc vùng định tuyến. CI có chiều dài cố định là 2octet và được mã hoá ở hệ đếm 16. CGI bao gồm LAI và CI. CI là chỉ số duy nhất trong một vùng định vị. 2.3.4 Địa chỉ GSN GSN Address Address Type Address Length Address 2 bit 4-6 octet 6 bit Hình 2.9. Cấu trúc địa chỉ GSN Địa chỉ GSN bao gồm: Address Type: Kiểu địa chỉ, là một mã cố định (2 bit) để nhận dạng kiểu địa chỉ được sử dụng trong trường địa chỉ (Address). Address Length: Chiều dài địa chỉ, là một mã cố định (6bit) chỉ thị độ dài của trường địa chỉ (Address). Address: Địa chỉ GSN có độ dài thay đổi. Có thể là địa chỉ IPv4, IPv6. Nếu Address Type=0 và Address Length=4: địa chỉ IPv4. Nếu Address Type=1 và Address Length=16: địa chỉ IPv6. Tên logic của GSN: Cho phép tham khảo tới một GSN bằng cách biên dịch tên logic địa chỉ IP vật lý. Quá trình này được thực hiện nhờ GPRS DNS server. Ví dụ: Tên logic của SGSN: SGSNxxxx.MNCyyyy.MCCzzzz.GPRS. Trong đó x,y,z là các số hệ 16. 2.3.5 Số nhận dạng thiết bị di động quốc tế và chỉ số phiên bản phần mềm (IMISV) TAC FAC SRN SVN 2 digits 6 digits 6 digits 2 digits IMEI 16 digits Hình 2.11. Cấu trúc IMISV IMISV bao gồm: TAC: Mã công nhận kiểu. FAC: Mã lắp ráp lần cuối. SNR: Số xeri máy. SVR: Chỉ số phiên bản phần mềm của ME. 2.3.6 Chỉ số nhận TMSI gói (P-TMSI). Có tính năng tương tự như TMSI trong phần chuyển mạch kênh. P-TMSI làm giảm các trường hợp khi các nhận dạng thực MS được gửi trên giao diện vô tuyến. P-TMSI sử dụng để tạo TLLI trong một số trường hợp. Xác nhận P-TMSI: SGSN tạo sự xác nhận (một giá trị mà chỉ có SGSN và MS biết). Lý do cần xác nhận P-TMSI là: Các bản tin cập nhật RA được gửi dưới dạng không mật mã. Người truy cập bất hợp pháp có thể gửi các bản tin cập nhật RA giả với mục đích làm rối loạn cho người dùng hợp pháp. Với quá trình xác nhận P-TMSI th._.ì nó có khả năng nhận thực người dùng trong suốt quá trình xử lý cập nhật RA ngay cả khi không có mật mã. Chương III: Giao diện vô tuyến 3.1 Kênh logic dữ liệu gói. Các kênh logic dữ liệu gói được xắp xếp vào các kênh vật lý dành cho dữ liệu gói. Kênh vật lý dành cho dữ liệu gói được gọi là kênh dữ liệu gói (PDH). 3.1.1 Kênh điều khiển chung PCCCH (Packet Common Control Channel) PCCCH gồm các kênh logic dùng báo hiệu điều khiển chung dữ liệu gói. Kênh điều khiển truy cập ngẫu nhiên PRACH (Packet Random Access Channel) được sử dụng ở hướng lên. MS sử dụng PRACH để khởi đầu quá trình truyền dữ liệu hoặc thông tin báo hiệu. Kênh PRACH được xắp xếp vào cụm kênh truy cập AB. Kênh nhắn tin PPCH (Packet Paging Channel) được sử dụng ở hướng xuống. PPCH sử dụng các nhóm tìm gọi một MS trước khi truyền gói theo hướng xuống. PPCH sử dụng các nhóm tìm gọi để cho phép sử dụng chế độ DRX. PPCH có thể được sử dụng cho tìm gọi trong cả dịch vụ chuyển mạch gói lẫn chuyển mạch kênh. Tìm gọi cho dịch vụ chuyển mạch kênh trên PPCH được ứng dụng cho các MS lớp A và B trong chế độ vận hành mạng I. Kênh cho phép truy cập PAGCH (Packet Access Grant Channel) được sử dụng ở hướng xuống. PAGCH chỉ sử dụng trong giai đoạn thiết lập kênh truyền gói để thông báo kênh được chỉ định cho một MS trước khi truyền gói. Kênh thông báo PNCH (Packet Notification Channel): được sử dụng ở hướng xuống. PNCH được sử dụng để gửi một thông báo quảng bá điểm-đa điểm (Point-to-Multi Point Multicast) đến một nhóm trước khi truyền gói PTM-M. Chế độ DRX giám sát PNCH. Hơn nữa, một chỉ thị bản tin PTM-M mới có thể được gửi trên các kênh tìm gọi riêng rẽ với mục đích thông báo cho các MS quan tâm đến PTM-M khi các MS này lắng nghe PNCH. 3.1.2 Kênh điều khiển quảng bá PBCCH (Packet Broadcast Control Channel) Chỉ có ở hướng xuống, PBCCH quảng bá thông tin hệ thống. Nếu PBCCH không được cấp phát thì thông tin hệ thống cho dữ liệu gói sẽ được quảng bá trên BCCH. 3.1.3 Kênh lưu lượng, Kênh lưu lượng dữ liệu gói PDTCH (Packet Data Traffic Channel) PDTCH là kênh được cấp phát cho truyền dữ liệu. Được dành riêng tạm thời cho một hoặc một nhóm MS trong trường hợp PTM-M. Nếu sử dụng nhiều khe thời gian một MS có thể sử dụng nhiều kênh PDTCH song song để truyền gói riêng rẽ. Tất cả các kênh lưu lượng gói đều là kênh song hướng (uplink-PTDCH/U, downlink-PTDCH/D). 3.1.4 Các kênh điều khiển riêng Kênh điều khiển liên kết PACCH (Packet Associated Control Channel): PACCH truyền thông tin báo hiệu tới một MS đã xác định. Thông tin báo hiệu bao gồm thông tin điều khiển công suất và thông tin trả lời. PACCH cũng mang các bản tin chỉ định, chỉ định lại kênh truyền bao gồm: chỉ định dung lượng các kênh PTDCH và việc chiếm kênh PACCH. PACCH chia sẻ tài nguyên với các kênh PTDCH, đó là quá trình chỉ định hiện tại cho một MS. Hơn nữa, MS đang chỉ sử dụng dịch vụ chuyển mạch gói thì có thể tìm gọi các dịch vụ chuyển mạch kênh trên PACCH. Kênh điều khiển sớm định thời, hướng lên PTCCH/U (Packet Timing Advance Channel/ Uplink) để truyền các cụm truy nhập ngẫu nhiên để cho phép đánh giá sự sớm định thời của một MS trong chế độ truyền gói. Kênh điều khiển sự sớm định thời, hướng xuống PTCCH/D (Packet Timing Advance Channel/ Downlink) để truyền các quá trình cập nhật thông tin sớm định thời tới nhiều MS. Một kênh PTCCH/D được sử dụng với nhiều PTCCH/U. 3.2 Sắp xếp các kênh logic vào kênh vật lý. Các kênh logic khác nhau có thể được sắp xếp trên cùng kênh vật lý. Việc chia sẻ kênh vật lý dựa trên các khối của 4 cụm liên tiếp, trừ kênh PTCCH. Các kênh PRACH cà PTCCH/U được sắp xếp vào cụm truy cập AB. Tất cả các kênh logic khác các khối vô tuyến bao gồm 4 cụm NB. Chỉ trừ một số bản tin ở kênh PACCH hướng lên bao gồm 4 cụm AB liên tục.. 3.2.1 Các kênh điều khiển chung PCCCH. Tại một thời điểm, các kênh logic PCCCH được sắp xếp vào nhiều kênh vật lý hơn các kênh logic CCCH. PCCCH không được cấp phát vĩnh cửu trong cell. Khi PCCCH không được cấp phát thì CCCH sẽ được sử dụng để khởi đầu quá trình truyền gói. Một MS có thể sử dụng chỉ một tập con các kênh PCCCH, tập con này được sắp xếp vào kênh vật lý. Kênh PCCCH được sắp xếp vào một hoặc nhiều kênh vật lý theo một đa khung 52 khung. Trong trường hợp của PCCCH thì PBCCH và PDTCH chia sẻ cùng các kênh vật lý (PDCH). Việc tồn tại và cấp phát kênh PCCCH được quảng bá trong cell. Kênh truy cập ngẫu nhiên PRACH: PRACH được sắp xếp vào một hoặc nhiều kênh vật lý. Các kênh vật lý hướng lên chứa PRACH được MS tìm thấy nhờ sự quảng bá thông tin trên PBCCH và BCCH. PRACH được xác định bàng cờ trạng thái hướng lên USF đánh dấu tự do. USF được quảng bá liên tục trên kênh hướng xuống tương ứng. Hơn nữa, một phần cố định được xác định trước của cấu trúc đa khung cho PDCH có thể được sử dụng chỉ cho PRACH và thông tin về quá trình sắp xếp trên kênh vật lý được quảng bá trên PBCCH. Trong suốt các chu kỳ này MS không phải giám sát USF được quảng bá đồng thời ở hướng xuống. Kênh tìm gọi PPCH: được sắp xếp vào một hoặc nhiều kênh vật lý. Sự sắp xếp chính xác trên mỗi kênh vật lý tuân theo một luật xác định trước sử dụng cho PCH. Các kênh vật lý chứa PPCH được MS tìm thấy nhờ quảng bá thông tin trên PBCCH. Kênh cho phép truy cập PAGCH: được sắp xếp vào một hoặc nhiều kênh vật lý. Sự sắp xếp chính xác trên mỗi kênh vật lý tuân theo một luật xác định trước. Các kênh vật lý mà PAGCH sắp xếp vào cũng tuân theo một luật định trước trên kênh vật lý được MS tìm thấy dựa vào sự quảng bá thông tin trên PBCCH. Kênh thông báo PNCH: được sắp xếp vào một hoặc nhiều khối trên PCCCH. Quá trình sắp xếp chính xác tuân theo một luật định trước. Sự sắp xếp được MS nhận ra nhờ sự quảng bá thông tin trên kênh PBCCH. 3.2.2 Kênh điều khiển quảng bá PBCCH. Được sắp xếp vào một hoặc nhiều kênh vật lý. Sự sắp xếp chính xác trên mỗi kênh vật lý tuân theo một luật xác định trước dành cho kênh BCCH. Sự có mặt của PCCCH và sự có mặt của kênh PBCCH được chỉ thị trong BCCH. 3.2.3 Kênh điều khiển sớm định thời PTCCH. Có hai loại đa khung được sử dụng để mang PTCCH. Trên PTCCH/U sử dụng các cụm truy cập AB, trên PTCCH/D sử dụng cụm bình thường NB kết hợp thành một khối vô tuyến. 3.2.4 Các kênh lưu lượng PDTCH. Kênh lưu lượng dữ liệu gói: Một PDTCH được sắp xếp vào một kênh vật lý. Có 8 DTCH với các khe thời gian khác nhau nhưng có cùng tần số có thể được cấp phát cho MS ở cùng một thời điểm. Kênh điều khiển liên kết PACCH. PACCH được cấp phát động bằng khối dựa trên cùng kênh vật lý mang các kênh PDTCH. Tuy nhiên, việc cấp phát một khối PACCH được sử dụng trên kênh vật lý chỉ mang một PCCCH khi MS thăm dò để phúc đáp một bản tin chỉ định ban đầu. PACCH là một kênh song hướng, nó cấp phát động cho cả hướng lên và hướng xuống bất chấp việc chỉ định PDTCH ở hướng lên và hướng xuống. Khi kênh PDTCH được chỉ định ở hướng lên, MS giám sát liên tục các khe thời gian hướng xuống tương ứng để xem xét khả năng xuất hiện của PACCH. MS có thể sử dụng việc chỉ định kênh hướng lên cho việc gửi các khối PACCH khi cần thiết. Trong trường hợp cấp phát động mở rộng, nếu các kênh do mạng chỉ định mà không cho phép MS sử dụng nhiều TS giám sát USF trên tất cả các kênh PDCCH được chỉ định thì các khối PACCH sẽ được sắp xếp vào một PDCH trong các PDCH đã được chỉ định. Khi kênh PDTCH được chỉ định ở hướng xuống, mọi sự xuất hiện của một khối PACCH hướng lên được xác định bằng cách thăm dò nhờ một khối trong các khối ưu tiên hướng xuống (truyền trên cùng PDCH). Mạng có thể sử dụng việc chỉ định hướng xuống để gửi các khối PACCH khi cần. Trong suốt quá trình cấp phát hướng lên, một MS sử dụng cấp phát cố định phải giám sát TS chứa PACCH được chỉ định trong khi tất cả các khối hướng lên không chỉ định các TS liên tục. Số lượng các TS liên tục phụ thuộc vào khả năng sử dụng nhiều TS của MS. Mạng sẽ truyền một khối PACCH tới một MS sử dụng cấp phát cố định chỉ trong khoảng trống có cùng kích thước khi cấp phát hướng lên với PACCH. Trong khi truyền dẫn hướng xuống mạng sẽ không gửi dữ liệu tới MS trong lúc truyền các TS chứa PACCH hướng lên hoặc trong một số TS đến trước và sau khối PACCH hướng lên. Số lượng TS đến trước và sau các TS chứa PACCH phụ thuộc vào khả năng sử dụng nhiều TS của MS bán song công. 3.2.5 Chia sẻ kênh hướng xuống Các kênh logic khác nhau có thể được ghép hướng xuống trên cùng kênh vật lý (PDCH). Kiểu bản tin cho phép phân biệt các kênh logic. Chỉ số nhận dạng MS cho phép phân biệt các kênh PDTCH và PACCH được chỉ định cho các MS khác nhau. Trong chế độ truyền kép, mạng có thể cấp phát một PDCH dành riêng cho MS. Ngay cả trường hợp cấp phát độc quyền mạng sẽ sử dụng chỉ số nhận dạng MS và kiểu bản tin. 3.2.6 Chia sẻ kênh hướng lên. Tương tự như trường hợp hướng xuống chỉ không có cấp phát độc quyền. 3.3 Giao diện vô tuyến Um. 3.3.1 Các nguyên tắc quản lý tài nguyên vô tuyến. 3.3.1.1 Cấp phát tài nguyên cho GPRS. a. Khái niệm chủ tớ (Master- Slave) Có ít nhất một kênh PDCH hoạt động như một kênh chủ chứa các kênh điều khiển chung mang tất cả các báo hiệu điều khiển cần thiết cho việc khởi đầu quá trình truyền gói (PCCCH) khi báo hiệu hiện tại không được CCCH mang. Kênh PDCH có thể là kênh dữ liệu người dùng và báo hiệu riêng (PDTCH và PACCH). Các kênh PDCH khác hoạt động như các kênh tớ được sử dụng để truyền dữ liệu của người dùng và cho báo hiệu riêng. b. Khái niệm dung lượng theo yêu cầu GPRS không cần các PDCH được cấp phát vĩnh viễn. Việc cấp phát dung lượng cho GPRS có thể dựa trên sự cần thiết truyền gói hiện tại, tại đó yêu cầu nguyên lý “dung lượng theo yêu cầu”. Nhà khai thác có thể quyết định cung cấp tài nguyên vật lý vĩnh viễn hoặc tạm thời cho dung lượng GPRS. Khi các PDCH bị tắc nghẽn do lưu lượng của GPRS và nhiều tài nguyên cần trong Cell, mạng có thể cấp phát thêm các kênh vật lý như PDCH. Tuy nhiên, kênh PDCH không chứa kênh PCCCH. Khi không có kênh PCCCH được cấp phát trong cell thì tất cả các MS truy cập nhờ CCCH. Để đáp ứng một yêu cầu về kênh gửi trên CCCH từ MS muốn truyền gói GPRS, mạng có thể chỉ định các tài nguyên trên PDCH cho truyền dữ liệu hướng lên. Sau khi truyền MS có thể trở lại kênh CCCH. Khi PCCCH được cấp phát trong một cell, tất cả các MS đã truy cập vào mạng sẽ theo dõi kênh này. PCCCH có thể được cấp phát hoặc như kết quả của yêu cầu tăng lên trong quá trình truyền dữ liệu gói hoặc khi nào đủ kênh vật lý trong một cell. Thông tin về PCCCH được quảng bá trên BCCH. Khi dung lượng PCCCH không đủ, mạng có khả năng cấp phát thêm các tài nguyên PCCCH trên một hoặc nhiều PDCH. Nếu mạng giải phóng PCCCH cuối cùng thì MS thực hiện lại quá trình lựa chọn cell. c. Các thủ tục hỗ trợ dung lượng theo yêu cầu Số lượng kênh PDCH được cấp phát trong cell có thể tăng hoặc giảm theo yêu cầu với các nguyên tắc sau: - Giám sát tải: Tính năng giám sát tải có thể giám sát tải của các kênh PDCH và số lượng các kênh PDCH được cấp phát trong một cell có thể tăng, giảm theo yêu cầu. Chức năng giám sát tải có thể được thực hiện như một phần chức năng lớp MAC, chức năng cấp phát kênh chung trong BSC sử dụng cho các dịch vụ GSM. - Cấp phát động các kênh PDCH: Các kênh chưa sử dụng có thể được cấp phát như các kênh PDCH để tăng chất lượng dịch vụ tổng thể GPRS. Dựa trên yêu cầu về tài nguyên vô tuyến cho các dịch vụ có quyền ưu tiên cao hơn thì có thể cấp phát lại các kênh PDCH. d. Giải phóng kênh PDCH không mang kênh PCCCH Việc giải phóng nhanh kênh PDCH là một đặc tính quan trọng để chia sẻ động cùng các tài nguyên vô tuyến cho các dịch vụ chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Có các khả năng sau: Đợi tất cả các chỉ định để kết thúc kênh PDCH đó. Khai báo riêng biệt tất cả người dùng mà có sự chỉ định trên PCH đó. Các bản tin chỉ định hướng lên và hướng xuống có thể được sử dụng với mục đích này. Phía mạng phải thông báo trên các kênh PACCH riêng biệt cho mỗi MS có liên quan. Quảng bá thông báo về quá trình cấp phát lại: phương thức nhanh và đơn giản để quảng bá bản tin giải phóng PDCH trên tất cả các kênh PDCH có cùng sóng mang với kênh PDCH đã được giải phóng. Tất cả MS giám sát khả năng xuất hiện kênh PACCH trên kênh vật lý và thông báo. Trong thực tế có thể kết hợp các phương thức. 3.3.1.2 Cấu trúc đa khung PDCH. Cấu trúc đa khung của PDCH bao gồm 52 khung TDMA được chia thành 12 khối, mỗi khối có 4 khung, 2 khung trống, 2 khung dành cho kênh PTCCH. 52 khung TDMA B0 T B1 B2 B3 X B4 B5 B9 X B10 B11 B6 T B7 B8 Trong đó: X: khung trống. T: khung dùng cho PTCCH. B0-B11: Các khối vô tuyến. Hình 3.1. Cấu trúc đa khung cho PDCH. Sắp xếp các kênh logic vào các khối theo thứ tự sau: B0,B6,B3,B9,B1,B7,B4,B10,B2,B8,B5,B11. Một PDCH chứa PCCCH được chỉ thị trên BCCH. Kênh PDCH này là kênh duy nhất chứa các khối PBCCH. Trên hướng xuống của PDCH, khối đầu tiên (B0) được sử dụng là PBCCH. Nếu cần thiết có thể sử dụng thêm 3 khối nữa trên cùng PDCH cho PBCCH. Một số kênh PDCCH thêm vào chứa PCCCH được chỉ thị trên PBCCH. Trên một số kênh PDCH chứa PCCCH (có hoặc không có PBCCH) có tới 12 khối trong danh sách theo thứ tự các khối được sử dụng cho PAGCH, PNCH, PDTCH hoặc PACCH ở hướng xuống. Các khối còn lại sử dụng cho PPCH, PAGCH, PNCH, PDTCH hoặc PACCH ở hướng xuống. Trong tất cả các trường hợp việc sử dụng các khối được chỉ thị bằng kiểu bản tin. Trên kênh PDCH hướng lên chứa PCCCH tất cả các khối trong đa khung có thể sử dụng như các kênh PRACH, PDTCH, hoặc PACCH. Khối đầu tiên chỉ sử dụng cho PRACH. MS có thể lựa chọn hoặc bỏ qua USF (xem như trạng thái FREE) hoặc sử dụng USF để xác định PRACH bằng cách tương tự đối với các khối khác. Việc sắp xếp các kênh vào đa khung được điều khiển bằng các tham số, các tham số này được quảng bá trên PBCCH. Trên PDCH không chứa PCCCH, tất cả các khối có thể sử dụng cho PDTCH hoặc PACCH. Việc sử dụng hiện thời được chỉ định bằng kiểu bản tin. Hai khung được sử dụng cho PTCCH và hai khung trống cũng như các khung PTCCH có thể được MS sử dụng để đo lường tín hiệu và xác định BSIC. 3.3.1.3 Cấu trúc đa khung cho kênh bán tốc PDCH/H Cấu trúc đa khung cho kênh bán tốc PDCH/H gồm 52 khung TDMA chia thành 6 khối (mỗi khối 6 khung) và hai khung trống. Kênh PDCH/H không sử dụng cho kênh PCCCH. Trên PDCH/H tất cả các khối được sử dụng cho PDTCH hoặc PACCH. Việc sử dụng các khối được chỉ thị bằng kiểu bản tin. PDCH/H chỉ được cấp phát cho MS cùng kết hợp với một TCH/H ở kênh con khác trong kênh vô tuyến. 3.3.1.4 Sắp xếp thông tin PBCCH Một MS khi đã truy cập vào GPRS sẽ không cần giám sát BCCH nếu đang tồn tại PBCCH. Tất cả các thông tin cần thiết cho GPRS và một số thông tin cho các dịch vụ chuyển mạch kênh sẽ được quảng bá trên PBCCH. Để thuận tiện cho quá trình sử dụng MS, mạng được yêu cầu truyền các bản tin thông tin hệ thống (PSI) trong các đa khung riêng biệt và các khối PBCCH riêng biệt trong các đa khung. Khi không có kênh PCCCH được cấp phát , MS dựa vào CCCH và thu tất cả các thông tin hệ thống trên BCCH. Vài thông tin hệ thống riêng biệt cần thiết trong trường hợp này sẽ được quảng bá trên BCCH. 3.3.2 Các chế độ sử dụng tài nguyên vô tuyến RR (Radio Resource) 3.3.2.1 Chế độ trống gói (Packet Idle Mode) Chế độ này không được sử dụng cho một MS hỗ trợ chế độ truyền kép DTM mà đang có kết nối RR. Một MS hỗ trợ DTM đang có một kết nối RR và không được cấp phát tài nguyên thì ở trong chế độ chuyên dụng. Trong chế độ trống không có TBF, các lớp cao hơn có thể yêu cầu truyền các LLC PDU. Các PDU này có thể khởi đầu quá trình thiết lập TBF và chuyển tới chế độ truyền gói. Trong chế độ này MS lắng nghe PBCCH và lắng nghe kênh con tìm gọi dành chế độ nhóm tìm gọi MS. Nếu không có PCCCH trong cell thì MS lắng nghe BCCH và các kênh con tìm gọi thích hợp. MS lớp A có thể đồng thời sử dụng các chế độ dịch vụ khác nhau. MS lớp B hoặc lớp C đều ra khỏi chế độ trống trước khi chuyển vào chế độ chuyên dụng, chế độ thu theo nhóm hoặc phát theo nhóm. 3.3.2.2 Chế độ truyền gói (Packet Tranfer Mode) Không dùng chế độ này cho MS hỗ trợ chế độ truyền kép DTM mà đang có kết nối RR. MS có hỗ trợ DTM với kết nối RR đang sử dụng và với tài nguyên được cấp phát. Nghĩa là đang ở chế độ truyền kép. ở chế độ này MS được cấp phát tài nguyên vô tuyến cung cấp một TBF trên một hoặc nhiều kênh vật lý. MS có khả năng truyền liên tục một hoặc nhiều LLC PDU. Cùng lúc TBF được thiết lập ở hướng ngược lại khả năng truyền LLC PDU có thể bằng chế độ truyền có phúc đáp lớp RLC hoặc không có phúc đáp. Khi lựa chọn một cell, MS rời khỏi chế độ truyền gói chuyển vào chế độ trống. ở đó MS được chuyển giao sang cell mới. Sau đó nhận thông tin hệ thống và trở lại chế độ truyền gói trong cell mới. Trong khi hoạt động ở chế độ truyền gói, MS lớp A có thể vào các chế độ dịch vụ RR khác nhau. MS lớp B và lớp C rời khỏi cả chế độ trống và chế độ truyền gói trước khi vào chế độ chuyên dụng, thu hoặc truyền theo nhóm. 3.3.2.3 Chế độ truyền kép (Dual Tranfer Mode) Trong chế độ truyền kép MS đang có kết nối RR và được cấp phát tài nguyên vô tuyến để cung cấp chế độ TBF trên một hoặc nhiều kênh vật lý. Có thể truyền liên tục một hoặc nhiều LLC PDU. Cùng lúc các TBF có thể thiết lập theo hướng ngược lại. Quá trình truyền các LLC PDU có thể sử dụng chế độ truyền lớp RLC có phúc đáp hoặc không có phúc đáp. Trong chế độ truyền kép MS thực hiện tất cả các nhiệm vụ của chế độ chuyên dụng. Các lớp cao hơn có thể yêu cầu: Giải phóng tất cả các tài nguyên gói để khởi đầu quá trình chuyển sang chế độ chuyên dụng. Giải phóng tất cả các tài nguyên RR để khởi đầu quá trình chuyển sang chế độ trống và chế độ gói. Khi chuyển sang cell mới MS rời khỏi chế độ truyền kép vào chế độ chuyên dụng. MS có thể chuyển giao sang cell mới và nhận các bản tin thông tin hệ thống gửi trên ACCH, tiếp đó vào chế độ truyền kép trong cell mới. 3.3.2.4 Chuyển đổi giữa các chế độ hoạt động RR Có 4 trạng thái RR chế độ MS trong chế độ hoạt động của MS lớp A không hỗ trợ DTM. Bốn trạng thái này là sự tổ hợp của thiết bị có hai chế độ chuyển mạch với hai trạng thái RR. Trên phần chuyển mạch kênh: Chế độ trống và chế độ chuyên dụng. Trên phần chuyển mạch GPRS: Chế độ trống gói và chế độ truyền gói. Dedicated/Packet Transfer Idle/ Packet Transfer Dedicated/Packet Idle Idle /Packet Idle Packet Access TBF release RR release RR establishment RR establishment RR release TBF release Packet Access Hình 3.3. Các chế độ chuyển đổi RR và chuyển đổi chế độ MS lớp A (không hỗ trợ DTM) Đối với chế độ A có hỗ trợ DTM và MS lớp B có 3 chế độ: Chế độ trống gói. Chế độ truyền gói. Chế độ chuyên dụng. Đối với MS lớp A có hỗ trợ DTM thì có thêm chế độ RR: chế độ truyền kép. Chế độ này có thể chỉ được đưa vào qua thủ tục yêu cầu gói trong lúc MS ở chế độ chuyên dụng. Dual Transfer Dual Transsfer Dedicated Dual Transsfer Packet release TBF release Packet access RR realese RR establishment PDCH assignment RR realese Packet request Class A Class B Hình 3.4. Các chế độ hoạt động RR và chuyển đổi chế độ MS lớp A (hõ trợ DTM) và lớp B. Đối với MS lớp C thì chỉ truy cập mạng GSM hoặc GPRS. Khi truy cập mạng GSM (rời mạng GPRS) có hai chế độ RR: chế độ trống và chế độ chuyên dụng. Khi truy cập mạng GPRS (rời mạng GSM) có hai chế độ RR: chế độ trống và chế độ truyền gói. 3.3.3 Phân lớp của giao diện vô tuyến Giao diện vô tuyến GPRS có thể được mô hình hoá thành một phân cấp các lớp logic với các chức năng riêng biệt. Lớp vật lý được chia thành hai lớp con riêng biệt: Lớp vật lý vô tuyến (Physical RF): Thực hiện điều chế cao tần dòng bit thu được từ lớp liên kết vật lý. Lớp này cũng giải điều chế để thu. được dòng bit và truyền nó tới lớp liên kết vật lý. Lớp liên kết vật lý (Physical Link): Cung cấp các dịch vụ chế độ truyền thông tin trên kênh vật lý giữa MS và mạng. Các chức năng này bao gồm: tạo khung dữ liệu, mã hoá khung dữ liệu, phát hiện sửa lỗi truyền dẫn trên đường truyền vật lý. Lớp này sử dụng dịch vụ của lớp vật lý vô tuyến. Các lớp cấp thấp của lớp liên kết dữ liệu (Data Link): Các lớp này cung cấp các dịch vụ truyền thông tin trên lớp vật lý của giao diện vô tuyến GPRS. Các chức năng này bao gồm các thủ tục sửa lỗi sau được thực hiện bằng quá trình truyền lại có lựa chọn các khối có lỗi. Chức năng điều khiển truy nhập phương tiện truyền dẫn được chia sẻ giữa các MS và mạng. Lớp RLC/MAC sử dụng các dịch vụ của lớp liên kết vật lý. Lớp trên của RLC/MAC như LLC sử dụng các dịch vụ do lớp này cung cấp. SNDCP LLC RLC MAC Phys. Link Phys. RF MS Um MS SNDCP LLC RLC MAC Phys. Link Phys. RF Hình 3.5. Mô hình tham khảo MS- Mạng 3.3.4. Lớp vật lý vô tuyến Lớp này được sử dụng như nền tảng cho GPRS với một số chức năng như: điều chế, giải điều chế... 3.3.5 Lớp liên kết vật lý Hoạt động trên lớp vật lý vô tuyến và cung cấp kênh vật lý giữa MS và mạng. 3.3.5.1 Các dịch vụ của lớp Mục đích của lớp là vận chuyển thông tin qua giao diện vô tuyến GSM bao gồm thông tin RLC/MAC . Lớp này hỗ trợ nhiều MS trên cùng một kênh vật lý. Cung cấp quá trình truyền thông giữa MS và mạng. Điều khiển các chức năng cung cấp các dịch vụ cần thiết để duy trì khả năng truyền thông trên kênh vô tuyến vật lý giữa mạng và MS. Các quá trình chuyển giao không được sử dụng trong GPRS mà được thay bằng quá trình MS lựa chọn lại cell. 3.3.5.2 Các chức năng của lớp. Mã hoá sửa lỗi trước(FEC): Cho phép phát hiện sửa lỗi các từng mã được phát và cảnh báo các từ mã sai. Chèn xen một khối vô tuyến vào 4 cụm trong các khung TDMA liên tục. Thực hiện thủ tục phát hiện tắc nghẽn. Các chức năng điều khiển lớp liên kết vật lý: Các thủ tục đồng bộ bao gồm xác định và hiệu chỉnh sự sớm định thời của MS để điều chỉnh các thay đổi truyền sóng. Các thủ tục giám sát và nâng cao chất lượng tín hiệu trên đường truyền vô tuyến. Các thủ tục lựa chọn và lựa chọn lại cell. Các thủ tục điều khiển công suất phát. Các thủ tục tiết kiệm năng lượng cho MS, ví dụ thu gián đoạn (DRX). 3.3.5.3 Cấu trúc khối vô tuyến (Radio Block). Một khối vô tuyến sử dụng cho truyền dữ liệu bao gồm:MAC header, RLC header, khối dữ liệu RLC. Radio Block MAC header RLC header RLC Data BSC Hình 3.6. Cấu trúc khối vô tuyến cho truyền dữ liệu Phần tiêu đề MAC: Chứa các trường điều khiển. Các trường này khác nhau ở hướng lên và hướng xuống. Phần này có chiều dài 8 bit. Phần tiêu đề RLC: Chứa các trường điều khiển. Các trường này khác nhau ở hướng lên và hướng xuống. Phần này có chiều dài thay đổi. Trường dữ liệu RLC: Chứa các octet của một hoặc nhiều LLC PDU. Chuỗi kiểm tra khối BCS được sử dụng để phát hiện lỗi. Một khối vô tuyến sử dụng cho truyền bản tin báo hiệu gồm có: một tiêu đề MAC và một khối điều khiển RLC/MAC. Khối này luôn được truyền trên 4 cụm bình thường NB. Radio Block MAC Header RLC/MAC Control Message BCS Hình 3.7. Cấu trúc khối vô tuyến cho truyền dữ liệu Tiêu đề MAC chứa các trường điều khiển, các trường này khác nhau ở hướng lên và hướng xuống và có chiều dài cố định. Khối điều khiển RLC/MAC chứa một bản tin điều khiển RLC/MAC. BCS được sử dụng để phát hiện lỗi. 3.3.5.5 Mã hoá kênh Trong GPRS sử dụng 4 kiểu mã hoá kênh CS-1,CS-2,CS-3,CS-4 cho các kênh lưu lượng dữ liệu gói. Tất cả các kênh điều khiển gói trừ PRACH và PTCCH/D luôn được mã hoá theo kiểu CS-1. Đối với các cum truy cập trên PRACH có hai kiểu mã hoá được sử dụng riêng. CS-1 là bắt buộc cho GPRS. a. Mã hoá kênh PTCCH Bốn kiểu mã hoá được sử dụng trong các khối vô tuyến GPRS mang các khối dữ liệu RLC. Bước đầu tiên là thêm vào BSC để phát hiện lỗi. Đối với CS-1,CS-2,CS-3 bước tiếp theo bao gồm tiền mã hoá (trừ CS-1), thêm 4 bit đuôi và một lần nữa mã hoá bán tốc để phát hiện lỗi, sau đó trích bit để được tốc độ mã hoá theo yêu cầu. Còn đối với CS-4 không có mã hoá phát hiện lỗi. Radio Block USF Puncturing Rate 1/2 convolution coding 456 bit BCS Hình 3.8. Quá trình mã hoá theo kiểu CS-1,CS-2,CS-3 No coding Block code Radio Block 456 bit Hình 3.9. Quá trình mã hoá theo kiểu CS-4. Các tham số mã hoá: Chiều dài của mỗi trường. Số lượng các bit được mã hoá. Số lượng các bit được trích bỏ. Tốc độ dữ liệu bao gồm RLC header và thông tin RLC. Scheme Code Rate USF Pre-code USF Radio.Block Excl.USF and BCS BCS Tail Coded bits Prunctured bits Data Rate (Kb/s) CS-1 1/2 3 3 181 40 4 456 0 9.05 CS-2 ằ2/3 3 6 268 16 4 588 132 13.4 CS-3 ằ3/4 3 6 312 16 4 676 220 15.6 CS-4 1 3 12 428 16 - 456 - 21.4 Bảng 3.10. Các tham số mã hoá CS-1 có cùng kiểu mã hoá như SACCH trong GSM. Nó chứa mã xoắn bán tốc cho FEC và một mã FRIE 40 bit cho BCS. CS-2,CS-3 được trích bit, có cùng tốc độ mã hoá xoắn như CS-1 cho FEC, CS-4 không có FEC. Có 4 kiểu mã hoá đều sử dụng 16 bit CRC cho BCS. CRC được tính toán dựa trên toàn bộ khối dữ liệu không được mã hoá bao gồm cả MAC header. USF có 4 trạng thái biểu thị bằng 3 bit nhị phân trong MAC header. Đối với CS-1 toàn bộ khối vô tuyến được mã hoá xoắn, USF cần được giải mã như phần dữ liệu. Tất cả các kiểu mã hoá khác phát ra cùng 12 bit mã hoá cho USF. USF có thể được giải mã như mã khối hoặc như phần dữ liệu. b. Mã hoá kênh PACCH,PBCCH,PAGCH,PPCH,PNCH và PTCCH Mã hoá các kênh trên sử dụng kiểu mã hoá CS-1. Kênh PTCCH hướng lên dùng kiểu mã hoá tương tự như của PRACH. c. Mã hoá kênh PRACH Có hai kiểu cụm truy cập có thể được truyền trên PRACH: Cụm truy cập 8bit và một cụm truy cập 11bit gọi là cụm truy cập mở rộng. MS sẽ hỗ trợ cả hai loại cụm này. 3.3.5.6 Quá trình lựa chọn lại cell Trong chế độ trống gói và chế độ truyền gói trong GPRS, MS thực hiện quá trình lựa chọn lại cell, trừ MS trong chế độ chuyên dụng tại đó mạng xác định lại cell cho các thủ tục chuyển giao. Tiêu chuẩn lựa chọn lại cell mới là C31,C32 được cung cấp để hoàn chỉnh tiêu chuẩn lựa chọn lại cell trong GSM. C31 là tiêu chuẩn về cường độ tín hiệu dùng để quyết định lựa chọn lại cell được ưu tiên có được sử dụng hay không. Các cell thực hiện tiêu chuẩn C31 thì cell nào có mức ưu tiên cao nhất sẽ được chọn. Nếu có nhiều hơn một cell có mức ưu tiên cao nhất thì cell nào có giá trị C32 cao hơn sẽ được chọn. C32 là tiêu chuẩn cải tiến của C2. C32 áp dụng một giá trị độ lệch và trễ riêng rẽ cho từng cell. Các giá trị trễ áp dụng cho quá trình lựa chọn lại cell, yêu cầu cập nhật lại cell hoặc vùng định tuyến. Thủ tục lựa chọn lại cell dùng cho MS truy cập vào GPRS nếu một PBCCH tồn tại trong cell đang phục vụ MS đó. Nếu PBCCH không được cấp phát thì MS sẽ thực hiện thủ tục lựa chọn lại cell theo tiêu chuẩn C2. a. Đo lường cho quá trình lựa chọn lại cell MS đo lường cường độ tín hiệu trên các tần số BCCH của cell và các cell lân cận, tính toán trung bình mức thu trên mỗi tần số. MS sẽ kiểm tra BSIC của các cell chỉ có các kênh với cùng BSIC mà được quảng bá cùng BA-GPRS trên PBCCH sẽ được xem xét cho quá trình lựa chọn lại cell. Khi số lượng kênh PDCH hướng xuống được chỉ định cho các loại MS sử dụng nhiều TS không cho phép các kênh này đo lường trong khung TDMA, mạng sẽ cung cấp các cửa sổ đo lường để đảm bảo MS có thể thực hiện đo lường theo yêu cầu. Mạng cung cấp các khoảng không tích cực trong suốt quá trình cấp phát tĩnh để cho MS đo lường công suất cell kề bên và phát hiện BSIC. b. Quảng bá thông tin Kênh PBCCH quảng bá các tham số về lựa chọn cell của GPRS cho cell phục vụ và các cell cận kề được đề cập đến trong danh sách BA-GPRS. Một danh sách BA-GPRS xác định các cell cận kề (bao gồm cả BSIC) được sử dụng để xem xét quá trình lựa chọn lại cell GPRS. 3.3.5.7 Sự sớm định thời Thủ tục sớm định thời sử dụng để thu được giá trị chính xác của sự sớm định thời mà MS phải tuân theo khi truyền các khối vô tuyến hướng lên. Thủ tục này không được sử dụng ở chế độ truyền kép mà được sử dụng ở chế độ chuyên dụng. Thủ tục sớm định thời gồm hai phần: Khởi đầu quá trình đánh giá sự sớm định thời. Cập nhật liên tục sự sớm định thời. a. Khởi đầu quá trình đánh giá sự sớm định thời Dựa trên cụm truy cập mang bản tin yêu cầu kênh thủ tục Packet Uplink Assigment hoặc Packet Downlink Assigment mang giá trị của sự sớm định thời được đánh giá cho MS. MS sử dụng giá trị này cho truyền dẫn hướng lên cho tới khi thủ tục cập nhật liên tục sự sớm định thời cho một giá trị mới. Có hai trường hợp đặc biệt Khi sử dụng bản tin Packet Queuing Notification thì giá trị ước lượng ban đầu trở nên quá cũ để gửi bản tin Packet Downlink (Uplink) Assigment. Khi bản tin Packet Downlink (Uplink) Assigment được gửi không có giá trị tìm gọi ưu tiên mà không có sự sớm định thời hợp lệ. Mạng có thể thực hiện: Sử dụng bản tin Packet Polling Request để khởi đầu quá trình truyền bản tin Packet Control Acknowledgement. Bản tin này được định dạng bằng 4 cụm truy cập. Từ đó sự sớm định thời được đánh giá. Gửi bản tin Packet Downlink (Uplink) Assigment không có thông tin sớm định thời. ở trường hợp này MS chỉ có thể bắt đầu truyền dữ liệu hướng lên sau khi sự sớm định thời đạt được bằng thủ tục cập nhật liên tục sự sớm định thời. Bit thăm dò trong bản tin Packet Downlink (Uplink) Assigment có thể được thiết lập để khởi đầu quá trình truyền bản tin Packet Control Acknowledgement. Trường hợp này có thể được sử dụng nếu thông tin hệ thống chỉ thị bản tin Packet Control Acknowledgement có chứa các cụm truy cập. Trong trường hợp thông tin sự sớm định thời không được cung cấp trong bản tin chỉ thị thì MS không được phép truyền các cụm bình thường NB ở hướng lên cho tới khi MS nhận được một giá trị sớm định thời hợp lệ trong bản tin Packet Timing Advance/Power Control hoặc thủ tục cập nhật liên tục sự sớm định thời. b. Cập nhật liên tục sự sớm định thời MS trong chế độ truyền gói sẽ sử dụng thủ tục cập nhật sự sớm định thời liên tục. Thủ tục này được truyền trên kênh PTCCH đã được cấp phát cho MS. Truyền gói hướng lên: Trong bản tin Packet Uplink Assigment, MS chỉ định chỉ dẫn sự sớm định thời TAI và PTCCH. ở hướng xuống trong bản tin Packet Downlink Assigment, MS được chỉ định TAI và PTCCH. TAI xác định rõ kênh con PTCCH mà MS sử dụng. Trên hướng lên MS sẽ gửi cụm truy cập của PTCCH đã được chỉ định. PTCCH được mạng sử dụng để phát hiện sự sớm định thời. Mạng phân tích cụm truy cập thu được và xác định các giá trị sớm định ._.M RF L1 bis MS Gb BSS Um SGSN Hình 4.31. Mặt phẳng báo hiệu MS-SGSN. Thủ tục GMM/SM: Thủ tục này hỗ trợ chức năng quản lý di động như kết nối mạng, rời mạng GPRS, bảo mật, cập nhật RA,LA, hoạt hoá bối cảnh PDP, ngưng hoạt bối cảnh PDP. 4.4.2 Báo hiệu SGSN-HLR MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 L1 MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 L1 SGSN Gr HLR Hình 4.32. Mặt phẳng báo hiệu MS-SGSN. Trong đó: MAP: Giao thức hỗ trợ trao đổi báo hiệu với HLR. TCAP, SCCP, MTP3, MTP2 là các giao thức để hỗ trợ cho MAP. 4.4.3 Báo hiệu SGSN-MSC/VLR BSSAP+ SCCP MTP3 MTP2 L1 BSSAP+ SCCP MTP3 MTP2 L1 MSC/VLR Gs SGSN Hình 4.31. Mặt phẳng báo hiệu SGSN-MSC/VLR. 4.4.4. Báo hiệu SGSN-EIR MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 L1 MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 L1 SGSN Gf EIR Hình 4.33. Mặt phẳng báo hiệu SGSN-EIR. 4.4.5 Báo hiệu SGSN-SMS-GMSC hoặc SGSN-SMS-IWMSC MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 L1 MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 L1 SGSN Gd SMS-MSC Hình 4.34. Mặt phẳng báo hiệu SGSN-SMS-GMSC hoặc SGSN-SMS-IWMSC. 4.4.6. Báo hiệu GSN-GSN. GTP UDP IP L2 L1 GTP UDP IP L2 L1 GSN Gn GSN . Hình 4.34. Mặt phẳng báo hiệu GSN-GSN. Trong đó: GTP: Giao thức này thiết lập kênh truyền dữ liệu người dùng và bản tin báo hiệu giữa các SGSN và GGSN, giữa các SGSN trong mạng đường trục GPRS. UDP: Giao thức này dùng để trao đổi các bản tin báo hiệu giữa các GSN. 4.4.7 Báo hiệu GGSN-HLR Tuyến báo hiệu tuỳ chọn này cho phép một GGSN trao đổi thông tin báo hiệu với một HLR. Có hai cách thực hiện báo hiệu này: Nếu trong GGSN có giao diện SS7 thì giao thức MAP có thể được sử dụng giữa GGSN và HLR. Nếu không có giao diện SS7 tại GGSN, một số GSN có giao diện SS7 được thiết lập trong mạng PLMN. Ví dụ như GGSN có thể sử dụng như bộ chuyển đổi giao thức GTP-to-MAP cho phép báo hiệu giữa GGSN và HLR. 4.4.7.1 Báo hiệu GTP và HLR dựa trên giao thức MAP MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 L1 MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 L1 GGSN Gc HLR Hình 4.34. Mặt phẳng báo hiệu GTP vad HLR dựa trên MAP. 4.4.7.2 Báo hiệu GTP và HLR dựa trên GTP và MAP GSN Gn GGSN GTP UDP IP L2 L1 UDP SCCP IP MTP3 L2 MTP2 L1 L1 Interworking MAP GTP TCAP MAP TCAP SCCP MTP3 MTP2 L1 Gc HLR Hình 4.35. Mặt phẳng báo hiệu GGSN dựa trên GTP và MAP. Trong đó: GTP: giao thức thiết lập kênh truyền các bản tin báo liệu giữa GGSN và GSN chuyển đổi giao thức trong mạng đường trục. Interworking: Cung cấp liên kết giữa GTP và MAP trong báo hiệu GGSN-HLR. 4.5. Kết nối với mạng dữ liệu gói PDN sử dụng giao thức IP GPRS hỗ trợ kết nối với các mạng dựa trên giao thức IP. Các mạng này có thể là Intranet hoặc Internet. 4.5.1 Mô hình kết nối với PDP PLMN GPRS Network IP Network TE TE Gi Hình 4.36. Kết nối với mạng IP Khi kết nối với mạng IP thì GPRS có thể sử dụng IPv4 hoặc IPv6. Điểm kết nối với mạng IP được gọi là điểm tham khảo Gi. GGSN dùng cho kết nối với mạng IP là điểm truy cập của mạng dữ liệu GPRS. Trương trường hợp này mạng GPRS được xem như một mạng IP hoặc mạng con. Trong mạng IP, việc kết nối với các mạng con được thông qua các IP Router. Điểm tham khảo Gi nằm giữa GGSN với mạng IP. Đối với mạng IP thì GGSN được xem như một router bình thường. Các lớp L1,L2 trong giao thức được dành cho các nhà khai thác thực hiện. Các nhà khai thác thoả thuận việc kết nối với mạng IP. Trong GGSN không thực hiện quá trình nén dữ liệu hoặc tiêu đề. 4.5.2 Truy cập Intranet, Internet qua GRPS Truy cập Intranet, Internet có liên quan đến những chức năng đặ thù như nhận thực người dùng, uỷ quyền người dùng, mật mã giữa MS và Intranet/ISP, cấp phát địa chỉ động trong không gian địa chỉ của PLMN/Intranet/ISP. Với mục đích này GPRS cần có khả năng: Truy cập trong suốt tới Internet. Truy cập không trong suốt tới Internet/ISP. 4.5.2.1 Truy cập trong suốt tới Internet Operator Specific IP Network GGSN DHCP DSN Gi PLMN GPRS Network Firewall/Proxy External IP Network Hình 4.37. Một mô hình kết nối với PDN ở trường hợp trong suốt. Trong trường hợp này: MS được gán một địa chỉ trong không gian địa chỉ của nhà khai thác. Địa chỉ được gán trong subscription là địa chỉ tĩnh hoặc trong quá trình hoạt hóa bối cảnh là địa chỉ động. Địa chỉ này sử dụng cho việc truyền gói giữa Internet và GGSN và trong GGSN. MS không cần gửi yêu cầu nhận thực trong quá trình hoạt hoá bối cảnh PDP và GGSN không cần trong một số phần của quá trình nhận thực và uỷ quyền người dùng. Trường hợp truy cập trong suốt cung cấp ít nhất một dịch vụ ISP cơ bản. Do vậy có thể có một dịch vụ để tạo ra một kênh truyền với mạng Intranet. Cấu hình ở mức người dùng có thể được thực hiện giữa TE và Intranet, giữa TE với mạng GPRS là trong suốt đối với thủ tục này. Truyền thông giữa GPRS và Intranet có thể thực hiện trên bất cứ mạng nào kể cả những mạng không bảo mật như Internet. Không có giao thức bảo mật cụ thể giữa GPRS và Intranet bởi sự bảo mật đảm bảo nền tảng end-to-end giữa MS và Intranet bằng “giao thức Intranet”. PPP or L2 GPRS Bearer Intranet Protocol IP PPP or L2 Internet Protocol IP PPP or L2 IP IP GPRS BearerL2 MT TE GGSN Intranet Hình 4.38. Truy cập trong suốt tới Intranet. Quá trình nhận thực người dùng và mật mã dữ liệu được thực hiện trong “giao thức Intranet” nếu một trong hai quá trình đó là cần thiết. “Giao thức Intranet” có thể cũng mang địa chỉ IP của không gian địa chỉ Internet. Một thí dụ của “giao thức Intranet” là IPSec. Nếu IPSec được sử dụng thì phần tiêu đề nhận thực IPSec hoặc tiêu đề bảo mật có thể được sử dụng cho nhận thực người dùng và bảo mật dữ liệu. ở đây có quá trình thiết lập kênh truyền với IP riêng trong IP công cộng. 4.5.2.2 Truy nhập không trong suốt Intranet hoặc ISP MS được gán địa chỉ trong không gian địa chỉ Intranet/ISP. Địa chỉ được gán trong subscription là địa chỉ tĩnh hoặc trong quá trình hoạt hoá bối cảnh PDP là địa chỉ động. Địa chỉ này sử dụng cho việc truyền gói giữa Intranet/ISP và GGSN và trong GGSN. ở đây yêu cầu liên kết giữa GGSN và một server cấp phát địa chỉ như: RADIUS, DHCP....Server này nằm trong Internet/ISP. MS gửi yêu cầu nhận thực trong quá trình hoạt hoá bối cảnh PDP và GGSN yêu cầu nhận thực người dùng dựa vào một server như RADIUS, DHCP... Các tuỳ chọn về cấu hình giao thức có thể bị hạn chế (nếu MS yêu cầu trong quá trình hoạt hoá bối cảnh PDP) dựa vào một server như RADIUS, DHCP... PPP/L2 Phy. Layer PPP/L2 SM Phy.Layer Lower Layer SM GTP Lower Layer Lower Layer GTP DHCP/ RADIUS UDP IP Lower Layer Lower Layer DHCP/ RADIUS UDP IP Lower Layers TE MT SGSN GGSN ISP Hình 4.39. Mặt phẳng báo hiệu trong trường hợp không trong suốt. Quá trình truyền thông giữa GPRS và Intranet có thể được thực hiện trên bất kỳ mạng nào kể cả những mạng không bảo mật như Internet. Trong trường hợp bảo mật kém giữa GGSN và Intranet/ISP thì có thể có mọt giao thức bảo mật cụ thể giữa GGSN và Intranet/ISP. Giao thức bảo mật này được thoả thuận giữa nhà khai thác GPRS và nhà quản trị Intranet/ISP. Chương V: Truyền dữ liệu trên mạng GPRS 5.1 Quản lý di động 5.1.1 Các trạng thái của quá trình quản lý di động Các hoạt động của MM có liên quan đến thuê bao GPRS được đặc trưng bằng một trong 3 trạng thái MM khác nhau. Trong trường hợp truy cập đích danh, trạng thái MM có liên quan đén các hoạt động MM của một thuê bao. Trạng thái MM không phụ thuộc vào số lượng và trạng thái của các bối cảnh PDP cho thuê bao này. Trong trường hợp truy cập vô danh: trạng thái MM liên quan đến các hoạt động MM của MS có số nhận dạng TLLI bổ trợ. Trạng thái trống (IDLE): Thuê bao không liên kết với quá trình quản lý di động. Bối cảnh trong MS và SGSN nắm giữ thông tin định tuyến hoặc định vị không hợp lệ của thuê bao. Các thủ tục quản lý di động liên quan đến thuê bao không được thực hiện. MS thực hiện quá trình xử lý hoặc chọn mạng GPRS, lựa chọn, lựa chọn lại cell. Trường hợp này không có khả năng thực hiện truyền dữ liệu từ/đến MS. MS được xem như không liên lạc. Để thiết lập bối cảnh MM trong MS hoặc GPRS, MS thực hiện quá trình kết nối mạng GPRS (GPRS Attach). Trạng thái chờ (STANDBY): Thuê bao được liên kết với quá trình quản lý di động. MS và SGSN thiết lập bối cảnh MM cho thuê bao (sử dụng IMSI). Trạng thái này có thể thực hiện trao đổi thông tin báo hiệu hoặc tìm gọi. MS có thể nhận các tìm gọi cho các dịch vụ chuyển mạch kênh quá SGSN nhưng không có khả năng truyền, nhận dữ liệu. MS thực hiện các thủ tục cập nhật RA, lựa hcọn và lựa chọn lại cell. MS thực thi các thủ tục MM để thông báo cho SGSN khi MS vào vùng RA mới. MS không thông báo cho SGSN về việc thay đổi cell trong một vùng RA. Do đó, thông tin định vị trong bối cảnh SGSN MM chưa thể có chỉ số RAI cho các MS. MS có thể khởi đầu quá trình hoạt hoá và ngưng hoạt hoá các bối cảnh PDP trong trạng thái STANDBY. Một bối cảnh PDP sẽ được hoạt hoá trước khi truyền hoặc nhận dữ liệu cho bối cảnh PDP này. SGSN có thể phải gửi dữ liệu hoặc thông tin báo hiệu cho một MS. SGSN sẽ gửi mật bản tin yêu cầu tìm gọi trong RA mà MS trong đó nếu PPF được thành lập. Nếu PPF được xoá thì không thực hiện quá trình tìm gọi. Trạng thái MM trong MS cũng thay đổi thành READY khi dữ liệu hoặc thông tin báo hiệu được MS gửi đi, trạng thái MM của SGSN thay đổi thành READY khi nhận được dữ liệu từ MS. MS mạng hoặc khởi đầu thủ tục rời mạng (Deâtch) để chuyển sang trạng thái IDLE. Các bối cảnh MM và PDP bị xoá bỏ. Trạng thái sẵn sàng (READY): Bối cảnh MM trong SGSN tương ứng với bối cảnh MM trong STANDBY được mở rộng bằng thông tin định vị thuê bao ở mức cell. MS thực hiện các thủ tục MM để cung cấp cho mạng thông tin về cell hiện thời. MS thực hiện lựa chọn, hoặc chon lại cell cục bộ hoặc có thể điều khiển quá trình lựa chọn hoặc lựa chọn lại cell. MS có thể hoạt hoá hoặc ngưng hoạt hoá các bối cảnh PDP trong trạng thái READY cho dù tài nguyên vô tuyến có được cấp phát hay không, bối cảnh MM còn trong trạng thái READY ngay khi không có dữ liệu để truyền. Trạng thái READY được giám sát bằng một đồng hồ. Mọt bối cảnh MM chuyển từ READY sang STANDBY khi đồng hồ này bị vượt quá. Để chuyển từ READY sang IDLE thì MS khởi đầu thủ tục rời mạng (Detach). 5.1.2 Chuyển đổi trạng thái Quá trình chuyển từ một trạng thái sang trạng thái tiếp theo phụ thuộc vào trạng thái hiện tại và sự kiện xảy ra (Ví dụ GPRS Attach). STANDBYYBY IDLE READY STANDBYYBY IDLE READY GPRS Attach Implicit Detach Or Cancel Location PDU Reception PDU Transmision GPRS Detach GPRS Attach READY Timer expiry Or Force to STANDBY GPRS Detach Or Cancel Location MM State Modle of MS MM State Modle of MS Hình 5.1. Mô hình trạng thái trong quản lý di động. Chuyển từ IDLE sang READY: GPRS Attach: Quá trình MS yêu cầu truy cập và một tuyến liên kết logic tới một SGSN được khởi đầu. Các bối cảnh MM được thiết lập ở MS và SGSN. Từ STANDBY sang IDLE: Implicit Detach: Các bối cảnh MM và PDP trong SGSN trở lại trạng thái IDLE và INACTIVE. Các bối cảnh MM và PDP trong SGSN có thể bị xoá. Bối cảnh PDP trong SGSN bị xoá. Cancel Location: SGSN nhận bản tin MAP Cancel Location từ HLR và loại bỏ các bối cảnh MM và PDP. Từ STANDBY sang READY. PDU transmission: MS gửi 1 LLC-PDU tới SGSN, trả lời một bản tin tìm gọi. PDU reception: SGSN nhận 1 LLC-PDU từ MS. Từ READY sang STANDBY. READY timer expiry: bối cảnh MS và SGSN trở lại trạng thái STANDBY. Force to STANDBY: SGSN chỉ thị một sự trở lại ngay lập tức trạng thái STANDBY trước khi đồng hồ READY kết thúc. Abôrmal RLC Condition: Bối cảnh M trong SGSN trở lại trạng thái STANDBY khi có vấn đề truyền gói trên giao diện vô tuyến hoặc trong trường hợp ngừng không thể khôi phục được một quá trình truyền trên giao diện vô tuyến. Từ READY sang IDLE: GPRS Detach: MS hoặc mạng yêu cầu các bối cảnh MM trở lại trạng thái IDLE và bối cảnh PDP trở lại trạng thái INACTIVE. SGSN có thể xoá bối cảnh MM và PDP. Các bối cảnh PDP trong SGSN sẽ bị xoá. Cancel Location: SGSN nhận một bản tin MAP Cancel Location từ HLR và loại bỏ các bối cảnh MM và PDP. 5.1.3 Quan hệ giữa SGSN và MSC/VLR Có một sự kết hợp giữa SGSN và MSC/VLR để tạo ra mối qua hệ giữa SGSN và MSC/VLR. Sự kết hợp này được tạo ra khi VLR lưu trữ chỉ số của SGSN và ngược lại. Sự liên kết này được dùng cho các MS có cả 2 quá trình truy cập GPRS và GSM. Sự kết hợp hỗ trợ các hoạt động sau: Truy cập và rời mạng IMSI sang SGSN. Điều này tạo ra khả năng kết nối và rời mạng kết hợp GPRS và IMSI, tiết kiệm được tài nguyên vô tuyến. Kết hợp cập nhật RA và LA gồm cập nhật có tính chu kỳ, do vậy tiết kiệm được tài nguyên vô tuyến. Tìm gọi cho chuyển mạch kênh thông qua SGSN. Các thủ tục cảnh báo các dịch vụ phi GPRS. Thủ tục nhận dạng. Thủ tục thông tin MM. 5.1.4 Chức năng kết nối mạng (Attach) Chức năng này kết nối mạng được thiết lập với SGSN. MS thiết lập thông qua quá trình kết nối mạng IMSI qua SGSN với thủ tục cập nhật kênh kết hợp LA/RA nếu chế độ mạng là chế độ I. Trong chế độ II, III hoặc nếu MS không kết nối mạng thì MS tạo quá trình kết nối như trong GSM. Một MS lớp A có kết nói mạng IMSI mà đang bận ở kết nối chuyển mạch kênh sẽ sử dụng thủ tục kết nối mạng GPRS (không kết hợp) khi nó đang thực hiện quá trình kết nối mạng GPRS. Trong thủ tục kết nối mạng, MS cung cấp số nhận dạng của nó và chỉ thị kiểu kết nối mạng để được thực thi. Số nhận dạng cung cấp cho mạng là P-TMSI hoặc IMSI. P-TMSI và RAI (được kết hợp với P-TMSI) sẽ được cung cấp nếu MS có một giá trị P-TMSI hợp lệ. Nếu MS không có P-TMSI hợp lệ, MS sẽ cung cấp IMSI. Các kiểu khác nhau của kết nối mạng là kết nối mạng GPRS và kết nối kết hợp GPRS và ISMI. Tại lớp RLC/MAC, MS sẽ nhận dạng bản thân nó bằng TLLI cục bộ hoặc TLLI ngoài nếu MS đã kết nối GPRS và đang kết nối IMSI. Mặt khác MS sẽ nhận dạng bản thân với một TLLI ngoài hoặc một TLLI ngẫu nhiên nếu không có P-TMSI hợp lệ. TLLI ngoài hoặc TLLI ngẫu nhiên được sử dụng như một chỉ số nhận dạng trong suốt thủ tục két nối mạng cho đến khi có một P-TMSI mới được cấp phát. Sau khi thực thi kết nối GPRS, trạng thái MS là READY và các bối cảnh MM được thiết lập trong MS và SGSN. Tiếp đó MS có thể hoạt hoá bối cảnh PDP. MS có kết nối TMSI mà chỉ hoạt động trong chế độ lớp C sẽ tuân theo thủ tục kết nối TMSI bình thường trước khi nó sử dụng kết nối GPRS. Một MS dạng này sẽ luôn rời mạng GPRS trước khi kết nối IMSI. Nếu mạng hoạt động ở chế độ I, thì MS mà thực hiện cả kết nối GPRS và IMSI sẽ thực hiện các thủ tục cập nhật kết hợp LA.RA. Nếu trong chế độ II, III thì một MS đã kết nối GPRS có khả năng kết nối GPRS lẫn IMSI sẽ thực hiện thủ tục cập nhật RA: Hoặc truy cập các kênh điều kiện chung phi GPRS cho các hoạt động trong chuỷen mạch kênh. Hoặc hoạt động chuyển mạch kênh không được yêu cầu, phụ thuộc vào thông tin hệ thống xác định quá trình rời mạng có rõ ràng sẽ không sử dụng để tránh tất cả các báo hiệu chuyển mạch kênh hoặc thực hiện một quá trình rời mạng IMSI quá các kênh điều kiện chung phi GPRS. 5.1.5 Chức năng rời mạng Chức năng này cho phép một MS thông báo với mạng là MS muốn tạo ra một quyền rời mạng GPRS hoặc IMSI từ phía mạng. Có những kiểu rời mạng khác nhau: IMSI. GPRS avf kết hợp của GPRS và IMSI (chỉ do MS khởi đầu). MS rời mạng GPRS có thể chính xác hoặc không chính xác. Rời mạng chính xác: mạng hoặc MS yêu cầu rời mạng một cách cụ thể. Rời mạng không chính xác: mạng ngắt kết nối với MS mà không thông báo cho MS. MS có thể tạo một quá trình rời mạng IMSI bằng một hoặc hai cách sau phụ thuộc vào nếu nó có rời mạng GPRS hay không. MS đã rời mạng GPRS gửi một bản tin yêu cầu rời mạng tới GPRS để chỉ thị một quá trình rời mạng IMSI. Thủ tục rời mạng IMSI có thể kết hợp với rời mạng GPRS. MS không kết nối với GPRS tạo quá trình rời mạng IMSI như trong GSM. Trong bản tin yêu cầu rời mạng từ phía MS chỉ có một chỉ thị cho biết lí do rời mạng là vì tắt máy hay không. Chỉ thị này có thể cho biết bản tin chấp nhận rời mạng có cần phúc đáp hay không. Trong bản tin yêu cầu hướng mạng có thể là một chỉ thị để báo cho MS là mạng cần khởi đầu lại thủ tục rời mạng GPRS và ngưng hoạt hoá các bói cảnh PDP đã hoạt hoá trước đây. 5.2 Chức năng quản lý vị trí Chức năng quản lý vị trí gồm có: Cung cấp các công cụ để lựa chọn cell và mạng PLMN. Cung cấp một công cụ cho mạng biết về vùng định tuyến cho các MS đang ở trong trạng thái STANDBY và READY. Cung cấp một công cụ cho mạng biết về nhận dạng cell cho các MS đang ở trong trạng thái READY. Các thủ tục: PLMN sẽ cung cấp thông tin cho MS để: Phát hiện MS khi nó vào một cell mới hoặc một RA mới. Xác định MS khi nó thực hiện các cập nhật RA theo chu kỳ. MS phát hiện một cell mới bằng cách so sánh số nhận dạng cell (CI) với CI lưu trong bối cảnh MM của MS. MS phát hiện RA mới bằng cách so sánh có chu kỳ RAI lưu lượng trong bối cảnh MM của nó với RAI nhận được từ cell mới. MS sẽ xem hiện tượng trễ trong các đo lường cường độ tín hiệu. Khi MS ở trong một cell mới, có thể là một RA mới, nó chỉ thị một trong ba khả năng: Một cập nhật về cell cần có. Một cập nhật về RA cần có. Một cập nhật về RA và LA cần có. Trong tất cả 3 khả năng trên MS lưu CI trong bối cảnh MM của nó. Nếu MS vào một PLMN mới, MS sẽ cập nhật thêm một RA hoặc chuyển về trạng thái IDLE. Các bản tin yêu cầu cập nhật RA sẽ được gửi không mật mã, trừ trường hợp cập nhật RA liên SGSN thì GGSN mới sẽ có khả năng xử lý yêu cầu này. 5.3 Trao đổi và định tuyến gói Trạng thái INACTIVE mô tả dịch vụ dữ liệu cho một địa chỉ PDP của một thuê bao. Dịch vụ này không được hoạt hoá. Bối cảnh PDP chứa thông tin không định tuyến hoặc không ánh xạ để xử lý các PDP PDU liên quan đến địa chỉ PDP nói trên. Không có dữ liệu được trao đổi. Một sự thay đổi vị trí của thuê bao dẫn đến không cập nhật bối cảnh PDP trong trạng thái INACTIVE ngay cả khi thuê bao kết nối tới GPRS MM. Các PDP PDU kết cuối tại MS được thu trong trạng thái này ở GGSN có thể khởi đầu thủ tục hoạt hoá bối cảnh PDP cho địa chỉ PDP của GGSN. Mặt khác, các PDU kết cuối trong GGSN đúng với giao thức mạng dữ liệu bên ngoài. MS khởi đầu quá trình chuyển từ INACTIVE sang ACTIVE bằng sự khởi đầu thủ tục hoạt hoá bối cảnh PDP. 5.3.2 Trạng thái hoạt động (ACTIVE) Trong trạng thái này bối cảnh PDP được hoạt hoá trong MS, SGSN và GGSN. Bối cảnh PDP chứa thông tin định tuyến và ánh xạ để trao đổi các PDP PDU giữa MS và SGSN theo một kiểu địa chỉ PDP cụ thể. Trạng thái ACTIVE được chấp nhận chỉ khi trạng thái MM của thuê bao là STANDBY hoặc READY. Một bối cảnh PDP được hoạt hoá cho một MS được chuyển sang trạng thái INACTIVE khi thủ tục ngưng hoạt hoá được khởi đầu. Tất cả các bối cảnh PDP được hoạt hoá được chuyển sang trạng thái INACTIVE khi trạng thái MM chuyển sang trạng thái IDLE. READY STANDBY Deactive PDP Context Or MM state change to IDLE Active PDP Context Hình 5.2. Mô hình trạng thái chức năng PDP. 5.3.3 Các chức năng hoạt hoá, sửa đổi, ngưng hoạt hoá bối cảnh PDP. Các chức năng này chỉ đầy đủ ở mức phân hệ mạng (NSS) và trong MS, không lên quan trực tiếp đến BSS. MS ở trong trạng thái STANDBY hoặc READY sẽ có thể khởi đầu các chức năng này ở bất kỳ thời điểm nào để hoạt hoá hoặc ngưng hoạt hoá một bối cảnh PDP. Dựa trên việc thu một bản tin yêu cầu hoạt hoá bối cảnh PDP, SGSN sẽ khởi đầu các thủ tục để thiết lập các bối cảnh PDP. Dựa trên việc thu một bản tin yêu cầu ngưng hoạt hoá bối cảnh PDP, SGSN sẽ khởi đầu các thủ tục để ngưng hoạt hoá bối cảnh PDP. MS không phải nhận bản tin chấp nhận hoạt hoá (ngưng hoạt hoá) bối cảnh PDP trước khi tạo ra bản tin yêu cầu hoạt hoá (ngưng hoạt hoá) bối cảnh PDP. Chỉ có thể có một yêu cầu có thể được tồn tại cho mọi NSAPI. Một SGSN có thể quyết định sửa đổi các tham số đã được thoả thuận trong thủ tục hoạt hoá một hoặc nhiều bối cảnh PDP. Các tham số có thể sửa đổi là: QoS và Radio Priority. SGSN có thể yêu cầu MS sửa đổi các tham số bằng cách gửi bản tin yêu cầu sửa đổi bối cảnh PDP. 5.3.4 Định tuyến và trao đổi gói Định tuyến và trao đổi gói giữa một TE di động và một mạng bên ngoài (Giữa hai điểm tham khảo R và Gi). Định tuyến và trao đổi gói giữa một TE di động và mạng GPRS (Giữa hai điểm tham khảo R và Gi qua giao diện Gp). Định tuyến và trao đổi gói giữa các TE (Giữa các điểm tham khảo trong các MS khác nhau). Các PDP PDU được định tuyến và trao đổi giữa GGSN và MS như các N-PDU. Nếu PDP là PPP, kích thước cực đại của mối N-PDU là 1502 octet. Các trường hợp khác, kích thước cực đại của N-PDU là 1500 octet. Khi MS hoặc GGSN nhận một PDP PDU khác sẽ được định tuyến và truyền như một N-PDU. Còn nếu lớn hơn thì PDP PDU sẽ bị phân đoạn, huỷ bỏ hoặc từ chối tuỳ thuộc vào kiểu PDP và cách thực hiện. Giao thức dữ liệu gói trong MS có thể giới hạn kích thước cực đại của các PDP PDU để định tuyến và trao đổi (do bộ nhó của MS bị giới hạn) giữa SGSN và MS. Các PDP PDU được trao đổi bằng SNDCP. Giữa GGSN và SGSN các PDU được định tuyến và trao đổi bằng TCP/IP hoặc UDP/IP. Giao thức GTP trao đổi dữ liệu qua các kênh. 5.3.5 Chuyển tiếp dữ liệu Chức năng chuyển tiếp của nút mạng là trao đổi chính xác các PDU nhận từ một liên kết đến một liên kết. Tại SGSN và GGSN chức năng chuyển tiếp lưu trữ tất cả các PDP PDU hợp lệ cho tới khi các PDU này được chuyển tới nút mạng tiếp theo hoặc khi đạt tới thời gian lưu trữ cực đại. Thời gian lưu trữ cực đại phụ thuộc vào cách thực hiện và bị ảnh hưởng của kiểu PDP, QoS của PDP PDU, tình trạng tiêu thụ tài nguyên, các điều kiện bộ đệm. Việc huỷ bỏ giúp cho tài nguyên tránh các trao đổi vô ích đặc biệt là các tài nguyên vo tuyến. Chức năng chuyển tiếp trong SGSN và GGSN gắn thêm các số thứ tự vào các PDP PDU nhận được từ SNDCP và từ Gi. Trong SGSN có thể thực hiện việc đánh số và sắp xếp lại thứ tự các PDP PDU trước khi chuyển các PDU này tới các SNDCP. Trong GGSN cũng thực hiện đánh số, sắp xếp lại các PDP PDU trước khi chuyển các PDP PDU tới Gi. 5.3.6 Thích nghi đầu cuối gói Chức năng này thực hiện thích nghi các gói nhận và truyền từ TE theo một kiểu cho phù hợp với quá trình truyền dẫn trong GSM. Một đầu cuối di động (MT) cung cấp các giao tiếp chuẩn khác nhau cho TE: MT giao tiếp nối tiếp không đồng bộ và hỗ trợ PAD (thiết bị đóng mở gói). PAD không nằm trong MT mà nằm trong TE. MT giao tiếp nối tiếp đồng bộ. 5.4 Nhận thực và mật mã 5.4.1 Mật mã thông tin (Ciphering) Thông tin qua lớp LLC sẽ được mật mã để bảo mật và khi lớp LLC nhận được thông tin đã mật mã từ phía phát thì nó giải mã các thông tin này. MS BTS+BSC SGSN GPRS GSM Hình 5.3. Phạm vi mật mã trong GPRS. 5.4.1.1 Thuật toán mật mã Thuật toán mật mã có 3 tham số đầu vào và một tham số đầu ra. Đầu vào: Khoá mật mã Kc. Đầu vào phụ thuộc khung (Input). Hướng trao đổi (Direction). Đầu ra: Ouput. Kc Ciphering Algorithm Input Direction Output Uncipher Frame MS or SGSN Kc Cipher Frame Ciphering Algorithm Input Direction Output Decipher Frame SGSN or MS Ä Ä Hình 5.4. Môi trường mật mã GPRS Parameter Length Giải thích Kc 64bit Tham số LLGMM-ASSIGN-REQ nhận được từ GMM. Input 32bit Một tham số phụ thuộc kiểu khung: - Nếu là khung thông tin I thì Input đặt bằng một giá trị ngẫu nhiên tại thời điểm thiết lập kết nối LLC và tăng lên 1 cho mỗi khung. - Nếu là khung thông tin và báo hiệu UI thì Input là một gía trị không lặp liên quan đến tiêu đề của khung. Ciphering Algorithm Thuật toán mật mã GPRS được xác định bằng tham số Ciphering Algorithm trong hàm LLGM-ASSIGN-REQ nhận được từ GMM. Output Max 1523 octet Đầu ra của thuật toán mật mã. Uncipher Frame Max 1523 octet Khung I hoặc UI của lớp LLC được mật mã. Ciphered Frame Max 1523 octet Khung I hoặc UI đã được mật mã. Chỉ có trường thông tin và trường PCS được mật mã hoá. Khung được mật mã được tạo ra bằng phép toán XOR giữa Output và trường thông tin và FCS của khung không mật mã. Diciphered Frame Max 1523 octet Khung I hoặc UI của lớp LLC được giải mật mã. Khung này được tạo ra bằng cách XOR Output với phần được mật mã của khung mật mã. Direction 1 bit =0: Hướng truyền khung LLC từ MS sang SGSN. =1: Hướng truyền khung LLC từ SGSN sang MS. Bảng 5.5. Các tham số mật mã 5.4.1.2 Tham số Input Đối với khung UI: Input=((IOV-UIÄSX)+LFN+OC)mod 232. Đối với khung I: Input=(IOV-I+LFN+OC)mod 232. Trong đó: IOV-UI: là một giá trị 32 bit ngẫu nhiên do SGSN tạo ra. IOV-I: là một giá trị 32 bit ngẫu nhiên do SGSN tạo ra. LFN: chỉ số khung LLC trong tiêu đề khung LLC. LFN có chiều dài 9bit. Đối với khung I thì LFN=N(S) còn khung UI thì LFN=N(U). OC: bộ đếm tràn kiểu nhị phân được tính toán duy trì độc lập ở phía phát và thu. SX: là tham số 32 bit: SX=227.SAPI +223. +: Cộng nhị phân. 5.4.2 Nhận thực Quá trình nhận thức và mật mã hoá tương tư như tronh GSM chỉ có thuật toán A5 là thuật toán mới cho quá trình mật mã và giải mã. No: số siêu khung (thời gian). A3: thuật toán nhận thực mà phát ra SRES, sử dụng RAND và Ki. A5: thuật toán mật mã chuỗi, thuộc về MS, mà phát ra thông tin dưới dạng mật mã, sử dụng Kc. A8: thuật toán tạo ra khoá mật mã phát ra Kc, sử dụng RAND và Ki. RAND (Random Number): số ngẫu nhiên. CKSN (Ciphering Key Sequence Number): Số trình tự mã hoá. Ki (Individual Subscriber Authentication Key): khoá nhận thực thuê bao riêng biệt được gán ngẫu nhiên cùng với A3, A8.SRES=A3(RAND,Ki)=Signed Response Kc=A8(RAND,Ki,A5)=Ciphering Key: Khoá mật mã (là một trình tự của các ký tự mà điều khiển thao tác mã hoá và giải mã). Ki A3 A8 Bộ ba gồm: - RAND Kc SRES Bộ ba: CKSN -RAND -Kc -SRES SRES=? Kiểm tra sự nhận thực BSS A5, No A3 A8 A5 Ki Số siêu khung No SRES=A3(RAND,Ki) Kc=A8(RAND, Ki,A5) RAND+CKSN SRES+CKSN Thông tin đã được bảo mật HLR AUC MS (1) VLR (6) Kc (2) (4) (3) (5) (7) (7) Hình 5.6. Thủ tục nhận thực Bộ ba từ AUC qua HLR đến VLR. Bộ ba này được gán cho CKSN. VLR phát (RAND+CKSN) dưới dạng không mật mã qua MSC, BSS đến MS. Trong SISM của MS tính ra SRES=A3(RAND,Ki). MS phát (SRES +CKSN) dưới dạng không mật mã về VLR. ứng với CKSN xác định, hai giá trị SRES được so sánh kết quả: Nếu trùng thì nhận thực. Nếu không trùng thì không nhận thực. VLR phát Kc (trong bộ ba) đến BSS. ở giao diện vô tuyến, BSS và MS tính ra thuật toán mật mã để truyền tin. Cả hai bên có cùng một ngôn ngữ có các bản tin trao đổi để định thời bắt đầu. Quá trình trao đổi này xảy ra tự động trong suốt đối với người sử dụng. Sau quá trình này, truyền báo hiệu liên lạc và truyền kênh đã được cấp phát. 5.5 Quá trình truyền dữ liệu trên GPRS 5.5.1 Quá trình truyền dữ liệu của một MS trong HPLMN với một PDN bên ngoài Trong quá trình này thì: TID và NSAPI nhận dạng bối cảnh PDP của MS trong SGSN. TID nhận dạng bối cảnh PDP trong SGSn và GGSN. Để truyền các gói từ MS, một SGSN cần có một sự chuyển đổi TLLI+NSAPI thành địa chỉ GGSN+TID. Để truyền gói tới MS, một SGSN cần có một sự chuyển đổi TID thành TUI+NSAPI. MS BSS SGSN GGSN External PDN Context: TLLI+NSAPI-->GGSN+TID SNDCP PDU(TLLI,NSAPI,PDP PDU) Context: TID-->PDP context (PDP address) PDP PDU Context: PDP address-->TID-->SGSN+TID PDP PDU GTP PDU(TID,PDP PDU) Context:TID-->TLLI+NSAPI+RAI+CI SNDCP PDU(TLLI,NSAPI,PDP PDU) GTP PDU(TID,PDP PDU) Hình 5.7. Truyền dữ liệu MS trong HPLMN với một PDN. 5.5.2 Quá trình truyền dữ liệu của một MS chuyển vùng với một PDN MS chuyển vùng yới một PLMN khác và SGSN đang phục vụ MS nằm trong mạng được chuyển vùng tới (VPLMN) còn GGSN lại ở trong mạng PLMN chủ (HPLMN). Một GTP PDU kết cuối ở MS được chuyển từ GGSn sang SGSN qua mạng đường trục nội bộ trong HPLMN tới mạng đường trục liên PLMN và kết thúc tại mạng đường trục của VPLMN. Quá trình chuyển các gói có thể được tối ưu nếu địa chỉ PDP được VPLMN chỉ định động. MS BSS SGSN GGSN External PDN Context: TLLI+NSAPI-->GGSN+TID SNDCP PDU(TLLI,NSAPI,PDP PDU) Context: TID-->PDP context (PDP address) PDP PDU Context: PDP address-->TID-->SGSN+TID PDP PDU GTP PDU(TID,PDP PDU) Context:TID-->TLLI+NSAPI+RAI+CI SNDCP PDU(TLLI,NSAPI,PDP PDU) GTP PDU(TID,PDP PDU) PDN GGSN Hình 5.8. Truyền dữ liệu của một MS chuyển vùng với một mạng PDN. 5.5.3 Quá trình truyền dữ liệu từ MS đến MS qua cùng một SGSN. Quá trình truỳen dữ liệu này dựa trên quá trình truyền dữ liệu của MS từ và tới một mạng PDN. Khi một GGSN nhận được một GTP PDU nà mở gói GTP PDU nó thu được địa chỉ MS đích cùng trong một mạng GPRS. Tiếp đó PDP PDU mà MS gửi đi bằng cách tương tự PDP PDU nhận được từ một mạng PDN. Trong trường hợp các giao thức hướng kết nối như X.25 thì trong GGSN cần có khả năng chuyển đổi DTE/DCE. MS1 BSS1 SGSN1 GGSN1 PDN Context: TLLI1+NSAPI1-->GGSN+TID1 SNDCP PDU(TLLI1,NSAPI1,PDP PDU) Context: TID1-->PDP context1 (PDP address1) Context: PDP address2-->TID2-->SGSN+TID2 GTP PDU(TID,PDP PDU) Context:TID2-->TLLI2+NSAPI2+RAI2+CI2 SNDCP PDU(TLLI2,NSAPI2,PDP GTP PDU(TID1,PDP PDU) BSS2 MS2 SGSN2 Hình 5.9. Truyền dữ liệu từ MS đến MS qua cùng một SGSN. 5.5.4 Quá trình truyền dữ liệu MS-MS qua các GGSN khác nhau Quá trình này dựa trên quá trình truyền dữ liệu giữa các MS qua cùng một GGSN nhưng khác với trường hợp trên là GGSN không điều khiển lưu lượng đi của MS1 và lưu lượng đến của MS2. Khi GGSN1 thu được địa chỉ đích từ PDPPDU và xác định được mạng con cần đưa các PDU tới, bảng định của GGSN này có một “đường tắt” tới GGSN2. Thay vì định tuyến các PDPPDU qua mạng PDN, GGSN có khả năng định tuyến qua mạng đường trục liên PLMN. Nếu GGSN1 không biết “đường tắt” tà một nhà khai thác đến các nhà khai thác khác thì các PDPPDU được truyền qua mạng PDN. Đối với GGSN1 thì MS2 được xem như một nút mạng cố định bình thường. Trong trường hợp các giao thức hướng kết nối X.25 thì trong GGSN thực hiện quá trình chuyển đổi DTE/DCE. MS1 BSS1 SGSN1 GGSN1 PDN Context: TLLI1+NSAPI1-->GGSN+TID1 SNDCP PDU(TLLI1,NSAPI1,PDP PDU) Context: TID1-->PDP context1 (PDP address1) Context: PDP address2-->TID2-->SGSN+TID2 GTP PDU(TID,PDP PDU) Context:TID2-->TLLI2+NSAPI2+RAI2+CI2 SNDCP PDU(TLLI2,NSAPI2,PDP GTP PDU(TID1,PDP PDU) BSS2 MS2 SGSN2 GTP PDU Hình 5.10. Truyền dữ liệu MS-MS qua các GGSN khác nhau. ._.