ẢO MẬT THÔNG TIN TRONG GPRS VÀ KHẢ NĂNG TƯƠNG TÁC CỦA GPRS

Kiến trúc giữa SGSN và HLR, VLR, EIR sử dụng cùng giao thức giống như trong GSM nhưng mở rộng chúng với những chức năng chỉ định trong GPRS. Giữa SGSN và HLR cũng như giữa SGSN và EIR, giao thức MAP đã tăng cường thêm một số chức năng được triển khai.

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ VÔ TUYẾN GÓI CHUNG GPRS 15

1.1 TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ VÔ TUYẾN GÓI CHUNG GPRS 15

1.2 NGUYÊN LÝ CỦA GPRS 18

1.3 TÍNH NĂNG CỦA GPRS 19

1.4 MÔ HÌNH MẠNG GPRS 21

1.4.2.1 Nút hỗ trợ GPRS 23

1.4.2.2 Các mạng trục GPRS 26

1.4.2.3 Cổng giao tiếp biên BG (Border Gateway) 28

1.4.2.4 Phần BSS 29

1.4.2.5 Bộ ghi định vị thường trú HLR và trung tâm nhận thực AUC 30

1.4.2.6 Thanh ghi nhận thực thiết bị EIR 30

1.4.2.7 MSC/VLR 30

1.4.2.8 Thiết bị đầu cuối GPRS MS 31

CHƯƠNG II CÁC GIAO DIỆN VÀ GIAO THỨC TRONG MẠNG GPRS 33

2.1 CÁC GIAO DIỆN 33

2.2 CÁC ĐIỂM CHUẨN 34

2.3 MẶT PHẲNG TRUYỀN DẪN 35

2.4 MẶT PHẲNG BÁO HIỆU 39

2.5 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN UM 45

2.6 LỚP RLC/MAC 53

2.7 LỚP LLC 57

2.8 CÁC KÊNH LOGIC TRONG MẠNG GPRS 59

2.8.1.1 Kênh quảng bá PBCCH (Packet Broadcast Control Channel – Kênh điều khiển quảng bá kiểu gói) 61

2.8.1.2 Các kênh điều khiển chung PCCCH (Packet Common Control Channels – Kênh điều khiển chung kiểu gói) 61

2.8.1.3 Các kênh điều khiển chuyên biệt kiểu gói PDCCH (Packet Delicated Control Channel) 62

2.8.1.4 Kênh lưu lượng dữ liệu gói PDTCH (Packet Data Traffic Channel) 63

2.8.2.1 Cấu trúc khung dữ liệu gói PDCH (Packet Data Channel) 63

2.8.2.2 Sắp xếp các kênh logic lênh kênh vật lý 64

2.9 QUẢN LÝ TÀI NGUỒN NGUYÊN VÔ TUYẾN 65

2.10.TRUYỀN TẢI DỮ LIỆU TRÊN GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 68

2.10.1.1 Nhắn tìm gói 68

2.10.1.2 Quá trình truyền tải dữ liệu 69

2.10.1.3 Kết thúc luồng khối tạm thời TBF (Temporary Block Flow) 69

2.10.2.1 Cấp phát tĩnh (Fixed Allocation) 70

2.10.2.2 Cấp phát động (Dynamic Allocation) 71

2.10.2.3 Truyền tải dữ liệu đường lên xuống đồng thời 72

CHƯƠNG III: QUẢN LÝ DI ĐỘNG 74

3.1 SƠ ĐỒ TRẠNG THÁI QUẢN LÝ DI ĐỘNG 74

3.1.1 Các trạng thái của máy di động và SGSN 74

3.2.THỦ TỤC TRUY NHẬP MẠNG (ATTACH PROCEDURE) 78

3.3 THỦ TỤC RỜI MẠNG (DETACH PROCEDURE) 84

3.3.2.1 Khởi tạo thủ tục từ phía GPRS 85

3.3.2.2 Khởi tạo thủ tục từ phía HLR 86

3.4 QUẢN LÝ VỊ TRÍ 86

3.4.1 Cập nhật ô 87

3.4.2.1 Cập nhật RA trong cùng SGSN (Inter- SGSN Routing Area Update) 87

3.4.2.2 Cập nhật RA thuộc các SGSN khác nhau (Intra- SGSN Routing Area Update) 88

3.4.3.1 Cập nhật LA/RA thuộc cùng SGSN 90

3.4.3.2 Cập nhật LA/RA thuộc các SGSN khác nhau 91

3.4.3.3 Thủ tục cập nhật LA/RA định kỳ 93

CHƯƠNG IV: ĐỊNH TUYẾN VÀ TRUYỀN TẢI DỮ LIỆU 94

4.1 CÁC TRẠNG THÁI CỦA PDP (PACKET DATA PROTOCOL STATES) 94

4.2 KHỞI TẠO, THAY ĐỔI VÀ HUỶ BỎ PDP CONTEXT 96

4.2.1.1 Khởi tạo từ phía thuê bao 96

4.2.1.2 Khởi tạo từ phía mạng 98

4.2.3.1 Thủ tục được khởi tạo từ máy di động 100

4.2.3.2 Thủ tục được khởi tạo từ SGSN 101

4.2.3.3.Thủ tục được khởi tạo từ GGSN 102

4.3 ĐỊNH TUYẾN VÀ TRUYỀN TẢI DỮ LIỆU 102

CHƯƠNG 5 CÁC DỊCH VỤ GPRS 103

5.1 CÁC DỊCH VỤ 103

5.2 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QOS (QUALITY OF SERVICE) 105

5.3 TÍNH CƯỚC 108

CHƯƠNG 6: BẢO MẬT THÔNG TIN TRONG GPRS VÀ KHẢ NĂNG TƯƠNG TÁC CỦA GPRS 110

6.1 XÁC THỰC THUÊ BAO VÀ BẢO MẬT TRONG MẠNG GPRS .111

6.2.KHẢ NĂNG TƯƠNG TÁC CỦA GPRS 113

6.2.3.1 Truy nhập trong suốt tới Internet 115

6.2.3.2 Truy nhập không trong suốt tới Internet 116

6.3 IPSEC 117

Mục lục các hình vẽ

VỚI HỆ THỐNG GPRS, MẠNG GSM SẼ CÓ THÊM NHIỀU GIAO DIỆN MỚI GỌI LÀ CÁC GIAO DIỆN G (G- INTERFACE) HÌNH VẼ TRÊN MÔ TẢ CẤU TRÚC LOGIC CỦA MẠNG GPRS VỚI CÁC ĐIỂM CHUẨN VÀ GIAO DIỆN CỦA NÓ 33

LÀ GIAO THỨC HỘI TỤ PHỤ THUỘC PHÂN HỆ MẠNG, ĐƯỢC SỬ DỤNG GIỮA SGSN VÀ MÁY DI ĐỘNG GIAO THỨC NÀY CHUYỂN ĐỔI CÁC N-PDU TRÊN GIAO DIỆN GN SANG DẠNG THÍCH HỢP CHO CÁC CẤU TRÚC MẠNG GPRS PHÍA DƯỚI 37 NHƯ VẬY DỮ LIỆU TRẢI QUA LẦN LƯỢT 5 LỚP NHƯ SAU: 47 VIỆC TRUYỀN MỘT KHỐI SỐ LIỆU RLC TRONG PHƯƠNG THỨC RLC/MAC KHÔNG XÁC NHẬN ĐƯỢC ĐIỀU KHIỂN BỞI SỰ ĐÁNH SỐ 128 MODUL CỦA KHỐI

SỐ LIỆU RLC TRONG MỘT TBF VÀ KHÔNG BAO GỒM SỰ PHÁT LẠI BÊN NHẬN TÁCH SỐ LIỆU NGƯỜI SỬ DỤNG TỪ CÁC KHỐI SỐ LIỆU NHẬN ĐƯỢC VÀ CỐ GẮNG BẢO TOÀN TIN TỨC NGƯỜI SỬ DỤNG BỞI ĐẶT LẠI SỐ LIỆU RLC THẤT THOÁT BỞI CÁC BIT TIN TỨC GIẢ 57

Ở LỚP TRÊN CỦA CÁC KÊNH VẬT LÝ LÀ CÁC KÊNH LOGIC NGƯỜI TA PHÂN

RA LÀM NHIỀU LOẠI KÊNH LOGIC KHÁC NHAU, MỖI LOẠI THỰC HIỆN MỘT

SỐ CHỨC NĂNG KHÁC NHAU (QUẢNG BÁ, ĐỒNG BỘ, LƯU LƯỢNG ) CŨNG GIỐNG NHƯ TRONG GSM TRUYỀN THỐNG, CÁC LOẠI KÊNH NÀY ĐƯỢC CHIA LÀM HAI NHÓM CHÍNH, ĐÓ LÀ KÊNH LƯU LƯỢNG VÀ BÁO HIỆU (ĐIỀU

KHIỂN) NHỜ VIỆC PHÂN GÓI TIN RA LÀM HAI LOẠI NHƯ VẬY MÀ KHI CÓ THAY ĐỔI VỀ PHẦN MỀM CŨNG NHƯ SỰ CỐ VỀ PHẦN CỨNG CỦA MỘT TRONG HAI PHẦN THÌ PHẦN KIA VẪN CÓ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC TỐT KHÔNG NHỮNG THẾ NHỜ CÓ VIỆC PHÂN CHIA KỂ TRÊN, MÀ NGƯỜI TA CÓ THỂ PHÂN BỘ PHẬN XỬ LÝ GÓI TIN RA LÀM HAI LOẠI BỘ PHẬN XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN VÀ BỘ PHẬN XỬ LÝ LƯU LƯỢNG TỪ ĐÓ CÓ BIỆN PHÁP TỐI ƯU HÓA PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM CHO TỪNG NHIỆM VỤ CỤ THỂ 60 TRONG MỘT Ô, CÁC KÊNH PCCCH (PACKET COMMON CONTROL CHANNELS - CÁC KÊNH ĐIỀU KHIỂN CHUNG KIỂU GÓI) KHÔNG NHẤT THIẾT PHẢI ẤN ĐỊNH MỘT CÁCH CỐ ĐỊNH TRONG TRƯỜNG HỢP CÓ PCCCH, VIỆC SẮP XẾP CÁC KÊNH NÀY LÊN CÁC KÊNH VẬT LÝ PHẢI TUÂN THEO QUY TẮC: 64 NHƯ MỘT ĐẶC TÍNH TUỲ CHỌN, MS CÓ THỂ GIÁM SÁT CÁC THÔNG SỐ QOS

VÀ THÔNG BÁO CHÚNG CHO NGƯỜI DÙNG SỰ ỨNG DỤNG ĐƯỢC CUNG CẤP Ở CÁC ĐIỂM THAM KHẢO R VÀ S CỦA NÓ, CÁC THÔNG SỐ ĐANG ĐƯỢC KIỂM SOÁT LÀ: 108

3GPP 3rd Generation Partnership Thành viên tham gia thế hệ thứ 3

5ESS Mobile Service Switching Centre Trung tâm chuyển mạch mạng

dịch vụ di động

A-BIS BSC – BTS Interface Giao diện BTS - BSC

ACCH Associated Control Channel Kênh điều khiển kết hợp

ACIR Adjacent Channel Interference Ratio Tỷ số nhiễu kênh lân cận

Technologies and Service

Công nghệ và các dịch vụ tiên tiến

ADPCM Adaptive Differential Pulse Code

AI Acquisition Indicator / Air Interface Bộ chỉ thị tín hiệu thu được hay

Giao diện vô tuyến

A-interface MSC – BSS interface Giao diện MSC và BSS

AMPS Advanced Mobile Phones Service Dịch vụ điện thoại di động tiên

tiến

ANI Automatic Number Identification Nhận dạng số gọi tự động (ISDN)

ANSI American National Standard

Institute

Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ

AP General Application Processor Bộ xử lý ứng dụng chung

AP / C Central Application Processor Bộ xử lý ứng dụng trung tâm

APDU Application Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức ứng dụng

API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng

ARS Advanced Routing Services Các dịch vụ định tuyến tiên tiến

ASCII American Standard Code for

BCCH Broadcast Control Channels Các kênh điều khiển phát quảng

bá

BSCE Base Station Central Equipment Thiết bị trung tâm của trạm gốc

Bureau of the ITU

Văn phòng phát triển của ITU

BGPv4 Border Gateway Protocolversion 4 Giao thức cổng ngoạ biên phiên

bản 4

BS Base Station or Billing Systems Trạm gốc hoặc các hệ thống tính

cước

BSSAP Base Station System Application

Part

Phần ứng dụng của hệ thống trạm gốc

BTSM Base Tranceiver Station

CCP Cell Control Function Chức năng điều khiển cuộc gọi

CDMA Code Division Multiplex Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CDPD Cellular Digital Packet Data Dữ liệu gói số hoá của mạng tế

bào

CEIR Central Equipment Identity Register Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị

trung tâm

CSPD Circuit Switched Packet Data Chuyển mạch kênh dữ liệu gói

CSPDN Circuit Switched Packet Data

Network

Mạng chuyển mạch kênh dữ liệu gói

DCCH Dedicated Control Channel Kênh diều khiển dành riêng

DCN Data Communication Network Mạng truyền thông dữ liệu

DCS Digital Communication Systems Hệ thống truyền thông số

DNIC Data Network Identification Code Mã nhận dạng mạng dữ liệu

DNS Data Network System or Domain

Name Server

Hệ thống dữ liệu hoặc tên miền máy chủ

DTX Discontinuous Transmission Truyền dẫn không liên tục

DWDM Dense Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo bước

Multiplexing sóng mật độ cao

ECTRA European Committee for

Telecommunication Regulary Affairs

Uỷ ban đối với các vấn đề quản lýviễn thông Châu âu

EDGE Enhanced Data rates for Global

Evolution

Tôc độ dữ liệu nâng cao đối với việc phát triển toàn cầu

E- GPRS Enhanced GPRS GPRS nâng cao

EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị

ESMR Enhanced Specialised Mobile Radio Vô tuyến di động chuyển dạng

Nâng cao

E - SMS Enhanced SMS Các dịch vụ tin nhắn ngắn nâng

cao

ESO European Standard Organisation Tổ chức tiêu chuẩn Châu âu

ETSI TS European Telecommunication

Standard Insatitute Technical Specification

Đặc trưng kỹ thuật tiêu chuẩn viễnthông Châu âu

FACCH Fast Association Control Channel Kênh điều khiển kết hợp nhanh

FCCH Frequency Correction Channel Kênh sửa lỗi tần số

FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số

FDM Frequency Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo tần số

FDMA Frequency Division Multiplex

Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

GERAN GSM (GPRS ) EDGE Radio Access

Global Mobile Multimeda

Quản lý di động GPRS hay Đa phương tiện di động toàn cầu

GMPCS Global Mobile Personal

Communication by Satelite

Thông tin di động cá nhân toàn cầu bằng vệ tinh

GMSC Gate Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch cổng di

HDLC High Level Data Link Control Điều khiển liên kết dữ liệu mức

HSCSD High Speed Circuit Switched Data Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ

ICP Internet Control Protocol Giao thức điều khiển Internet

ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển

IMT International Mobile

Telecommunication

Thông tin di động quốc tế

IMT 2000 IMT 2000 Tiêu chuẩn thông tin di động quốc

tế

IP – M IP – Multicast Giao thức IP đa điểm

IPsec IP security Bảo vệ giao thức Internet

ISDN Intergrated Services Digital

Network

Mạng số liên kết đa dịch vụ

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

IWMSC Interworking MSC MSC phối hợp

LADS Location Area Data Service Dịch vụ dữ liệu vùng định vị

LAPD Link Access Protocol on D- channel Giao thức truy nhập kết nối giao

LLC Location Link Control layer Lớp điều khiển liên kết logic

LMSS Land Mobile Satelite Service Dịch vụ vệ tinh di động mặt đất

MNRG MS Not Reachable for GPRS Flag Cờ trong GPRS báo không tìm

được MS

MSC Mobile Services Switching Centre Trung tâm chuyển mạch dịch vụ

di động

MSIN Mobile Station Identity Number Số nhận dạng trạm di động

MSISDN Mobile Station ISDN Number Số ISDN trạm di động

MT Mobile Terminal Thiết bị đầu cuối di động

MTP2 Message Transfer Part layer 2 Phần truyền bản tin lớp 2

MTP3 Message Transfer Part layer 3 Phần truyền bản tin lớp 3

NSDU Network Service Data Unit Khối số liệu dịch vụ mạng

NSS Network and Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch và mạng

OMC Operation and Maintenance Center Trung tâm khai thác bảo dưỡng

OMC - R OMC – Radio Trung tâm khai thác bảo dưỡng vô

tuyến

OMC - S OMC – Switching mạch Trung tâm khai thác bảo dưỡng

chuyển

OSI Open System Interconnection Liên kết hệ thống mở

OSS Operation and Support Subsystem Phân hệ khai thác và hỗ trợ

PAD Packet Assembler / Diassembler Gắn tách gói

PCN Personal Communication Network Mạng truyền thông cá nhân

PDTCH Packet Data Traffic Control

Channel

Kênh điều khiển lưu lượng gói

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

PNCH Packet Notification Channel Kênh thông báo gói

PRACH Packet Random Access Channel Kênh truy nhập gói ngẫu nhiên

PSPDN Packet Switched Public Data

Network

Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

PTM - G PTM Group Nhóm cuộc gọi điểm tới đa điểm

PTM - M PTM – Multicast Quảng bá điểm tới đa điểm

PTM - SC PTM – Service Centre Trung tâm dịch vụ PTM

SACCH Slow Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết chậm

SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển đầu nối báo hiệu

SDCCH Stand alone Dedicated Control

Channel

Kênh điều khiển dành riêng

SMS - SC SMS Service Centre Trung tâm dịch vụ bản tin nhắn

ngắn

SMS-GMSC SMS Gateway MSC MSC cổng dịch vụ SMS

SMS-IMSC SMS Interworking MSC MSC tương tác dịch vụ SMS

SNDC Subnetwork Dependent Convergent Hội tụ phụ thuộc phân hệ mạng

SSP Service Switching Point Điểm chuyển mạch dịch vụ.

TCAP Transaction Capacities Application

Part

Phần ứng dụng khả năng giao dịch

TCH/F TCH Full Rate TCH toàn tốc

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

TDMA Time Division Multiplex Access Đa truy cập phân chia theo thời

gian

TMSI Temporary Mobile Station Identity Nhận dạng trạm di động tạm thời

TLLI Temporary Logical Link Identity Nhận dạng liên kết logic tạm thời

TRAU Transcoder and Rate Adaptor Unit Khối chuyển đổi mã và thích ứng

tốc độ

VMS Vietnam Mobile Telecom Services

LỜI NÓI ĐẦU

Kể từ khi ra đời mạng thông tin di động GSM đã cho thấy những tính năng vượt trội sovới mạng thông tin vô tuyến analog Cùng với các công nghệ TDMA khác và các côngnghệ CDMA,GSM đã thúc đẩy sự phát triển chưa từng có của thị thường thông tin di độngthế giới Nhưng cũng như các công nghệ khác,sau gần 20 năm phát triển,hệ thống thống tin

di động thế hệ 2 bắt đầu bộc lộ những khiếm khuyết của nó khi nhu cầu dịch vụ truyền dữliệu và các dịch vụ băng rộng ngày càng trở nên cấp thiết Hai nhược điểm cơ bản của hệthống GSM là: chuyển mạch kênh không thích ứng được với các tốc độ số liệu cao và sựlãng phí tài nguyên do một kênh luôn ở trạng thái mở ngay cả khi không có lưu lượng điqua Sự phát triển của mạng Internet cũng đòi hỏi khả năng hỗ trợ truy cập Internet và thựchiện thương mại điện tử di động

Để giải quyết vấn đề trên,người ta đã đưa ra một chuẩn chung cho thông tin di động thế

hệ 3 Chuyển sang thế hệ 3 là quá trình tất yếu ,nhưng chi phí đầu tư quá lớn đòi hỏi cómột giải pháp quá độ mà có thể được chấp nhận từ phía nhà sản xuất,nhà khai thác và

khách hàng Đó chính là công nghệ thế hệ 2+ mà tiêu biểu là Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

Đề tài “Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS” nhằm giới thiệu dịch vụ GPRS (General

packet Radio Service) một cách tổng quan GPRS là công nghệ được phát triển dựa trênnguyên lý chuyển mạch gói triển khai trên hệ thống chuyển mạch kênh GSM phù hợp vớicác dịch vụ của mạng Internet Dịch vụ GPRS đem lại cho khách hàng một khái niệm mới

về việc truy nhập mạng Internet mọi lúc mọi nơi Nó cho phép tính cước thuê bao theo sốlượng các gói thông tin nhận và gửi đi chứ không phải tính cước bằng số thời gian kết nốimạng như trước đây GPRS là bước đầu tiên IP hóa cho mạng GSM

Ngoài ra các thuê bao di động cũng có thể sử dụng dịch vụ Wap thông qua GPRS, nhờ

có GPRS thời gian truy nhập Wap sẽ giảm xuống, tốc độ nhận và gửi thông tin thông quagiao thức ứng dụng không giây Wap cũng sẽ được cải thiện rất nhiều

Nội dung của đề tài bao gồm:

•Chương 1:Tổng quan về dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

•Chương 2:Các giao diện và giao thức trong mạng GPRS

•Chương 3:Quản lý di động

•Chương 4:Định tuyến và truyền tải dữ liệu

•Chương 5:Các dịch vụ GPRS

•Chương 6:Bảo mật thông tin trong GPRS và khả năng tương tác của GPRS

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Tiến Quyết đã địnhhướng,hướng dẫn,quan tâm giúp đỡ em trong quá trình em thực hiện và hoàn thành đồ ánnày

Vì thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp của em còn có nhiềuhạn chế Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô để hoàn chỉnh đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2009

Sinh viên thực hiện

Bùi Quang Linh

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ VÔ

TUYẾN GÓI CHUNG GPRS

1.1 TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ VÔ TUYẾN GÓI CHUNG GPRS

Hệ thống thông tin di động là hệ thống truyền thông tin (thoại, số liệu ) với đặc điểm

là người sử dụng dịch vụ thông tin di động có thể luôn mang theo thiết bị thông tin bênmình khi cần, đảm bảo liên lạc trong suốt.Với ý tưởng một mạng di động toàn cầu, hệthống GSM (Group Special Mobile/ Global System for Mobile Communication do ETSIquy định) hình thành với mục đích giải quyết vấn đề hạn chế về dung lượng của các mạng

tổ ong trước đó Và từ 1985 cho đến nay, GSM đã phát triển và thành một tiêu chuẩn thế

hệ thứ hai hàng đầu trên thế giới cả về góc độ số lượng thuê bao và vùng phủ sóng

GSM là hệ thống đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) sử dụng 8 khe thờigian trên mỗi sóng mang và hoạt động trên hai băng tần 900MHZ và 1800MHZ

Về mặt dịch vụ, GSM là một mạng số tổ hợp đa dịch vụ, ngoài dịch vụ thoại, hệ thốngcòn cung cấp các dịch vụ khác như truyền số liệu, fax, dịch vụ nhắn tin SMS Bên cạnh đómạng di động còn được phối hợp với các mạng PSTN, ISDN, mạng chuyển mạch góiPSPDN

Tuy nhiên sau khi nghiên cứu cấu trúc mạng GSM và các dịch vụ mà mạng GSM cungcấp, nhận thấy mạng thông tin di động số GSM với xuất phát điểm là cung cấp dịch vụthoại cho khách hàng đã đạt được một số thành công đáng kể vì tính tiện lợi và hiệu quả Nhu cầu được sử dụng điện thoại di động tăng cả về số lượng cũng như phạm vi sửdụng Điều này đặt ra cho các nhà khai thác những yêu cầu phải mở rộng mạng cả về chiềurộng lẫn chiều sâu Cùng với sự phát triển của cơ sở hạ tầng ở trong nước, các nhà khaithác cần phải đưa ra các giải pháp nhằm một mặt đáp ứng đầy đủ các nhu cầu của kháchhàng, mặt khác phải tiến hành một cách có hiệu quả cho mạng hiện tại và cả cho tương lai.Trước tình hình đó, mạng GSM hiện tại đã bộc lộ những mặt hạn chế cho cả người dùng vànhà khai thác

Về phía người sử dụng: để đảm bảo cho phổ của một kênh trong khoảng 200Khz, khi

sử dụng điều chế pha tối thiểu Gauss GMSK trong hệ thống GSM người ta phải giảm tốc

độ truyền bit cho kênh tiếng xuống còn 13 Kbps và kênh dữ liệu 9,6 Kbps Dịch vụ truyền

dữ liệu GSM hiện nay còn phải đòi hỏi giá cước cao khi kết nối qua PSTN/ISDN, cước phí

sử dụng mạng còn phải bị trả theo thời gian sử dụng chứ không phải theo dịch vụ sửdụng tất cả điều này là hạn chế cho người sử dụng cũng như khách hàng

Về phía nhà khai thác: hiện nay công nghệ truyền số liệu gây cho công tác quản lý tài

nguyên không mấy hiệu quả Số lượng người sử dụng bị hạn chế do phạm vị phục vụ hẹp.Dịch vụ bản tin ngắn thì không phù hợp trong nhiều ứng dụng tất cả những hạn chế củamạng hiện tại nêu trên của mạng trong tương lai sẽ không thể đáp ứng một thị trường quy

mô lớn trong lĩnh vực thông tin

Như vậy hệ thống GSM có hai nhược điểm cơ bản là : chuyển mạch kênh không thích

ứng với tốc độ số liệu cao, gây lãng phí tài nguyên mạng nhất là phần vô tuyến Do mộtkênh luôn ở trạng thái mở ngay cả khi không có dung lượng đi qua

Để tiếp tục phát triển trong tương lai, công nghệ GSM nói chung cũng như công nghệGSM 900 tại Việt Nam của hai mạng điện thoại di động chính VinaFone và MobilFonephải giải quyết tốt 3 vấn đề sau :

+ Vấn đề về dung lượng tại các thành phố lớn

+ Vấn đề phủ sóng

+ Vấn đề dịch vụ là vấn đề quan trọng nhất

Trong đó vấn đề về dịch vụ là quan trọng nhất Khi xã hội loài người đã phát triển thìnhu cầu của con người về thông tin di động ngày càng tăng đặc biệt là nhu cầu về dịch vụtruyền số liệu, các dịch vụ về băng rộng và dịch vụ Internet Các dịch vụ này yêu cầu khảnăng hỗ trợ của máy diện thoại di động trong việc truy cập Internet, thực hiện thương mạiđiện tử di động

Đó cũng là mục tiêu mà nhiều nhà khai thác đang mong muốn đạt đến và là tiền đề cho

sự ra đời của điện thoại di động thế hệ 3

Các vấn đề này sẽ được khắc phục khi triển khai ứng dụng giao thức chuyển mạch góicho mạng GSM, dịchvụ GPRS do viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) đề ra

GPRS là bước đệm trong quá trình chuyển từ thông tin di động GSM thế hệ 2 sangWCDMA thế hệ 3 sở dĩ tổ chức viễn thông các nước lựa chọn công nghệ GPRS là tránhviệc chuyển trực tiếp từ thông tin di động thế hệ 2 sang thế hệ 3 do chi phí đầu tư quá lớnđối với các nhà sản suất, nhà khai thác và khách hàng

Có thể coi GPRS là phần mở rộng của cấu trúc mạng GSM đã có sẵn từ trước GPRS sửdụng kỹ thuật gói (packet- mode) để truyền báo hiệu cũng như số liệu một cách hiệu quảnhất GPRS tối ưu hoá việc sử dụng các nguồn tài nguyên vô tuyến cũng như hạ tầngmạng Việc tách riêng các hệ thống con vô tuyến (radio - system) với hệ thống con củamạng (network Subsystem) cho phép phần hệ thống con của mạng có khả năng sử dụngcác công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau GPRS không làm thay đổi các chức năng cơbản sẵn có của GSM mà tận dụng một cách tối đa các thiết bị hiện có trong mạng GSM Mục tiêu chính của GPRS là cung cấp một chế độ truyền dẫn gói hiệu quả từ đầu đếncuối cho phép người sử dụng có thể truy nhập mạng mà không cần sử dụng thêm một thiết

bị phụ trợ nào khác với chi phí thấp

Dịch vụ này sẽ đem lại cơ hội mới cho các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di độngthông qua việc triển khai thêm các ứng dụng IP và thu hút thêm nhiều khách hàng Điểmquan trọng và cơ bản nhất của giải pháp GPRS là hệ thống sử dụng một cách hiệu quả tàinguyên vô tuyến (phổ tần) (nghĩa là nhiều khách hàng có thể cùng chia sẻ cùng băng thông

và được một cell duy nhất phục vụ) Nhằm cung cấp dịch vụ một cách mềm dẻo, với nhiềuphương thức tính cước khác nhau (tính theo thời gian truy nhập, tính theo dung lượng dữliệu trao đổi )

GPRS còn hỗ trợ giao thức IP Các hệ thống GPRS kết nối với các mạng khác bằnggiao thức Internet (IP) Đây là một giao thức được dùng phổ biến nhất trên thế giới đểtruyền số liệu vì vậy GPRS có khả năng kết nối với nhiều thiết bị/hệ thống khác nhau.Một đặc điểm khác cũng rất quan trọng của GPRS là nó sử dụng các giao diện mở Các

giao diện sử dụng trong GPRS đều là các giao diện chuẩn, do vậy người sử dụng có thể sửdụng các thiết bị do các nhà sản suất khác nhau cung cấp

Với thiết kế của mình, GPRS có khả năng hỗ trợ các kiểu truyền dẫn với lưu lượngtrung bình, kiểu cụm (burst) hay các dữ liệu với lưu lượng lớn, chất lượng dịch vụ QoSđược phân làm nhiều loại tuỳ theo yêu cầu GPRS cho phép thời gian thiết lập truyền dẫncác gói số liệu là rất ngắn, thông thường từ 0,5 tới 1 giây và việc tính cước chủ yếu dựatrên tổng số liệu được truyền đi

1.2 NGUYÊN LÝ CỦA GPRS

Trong khi hệ thống GSM truyền thống sử dụng kỹ thuật chuyển mạch kênh để kết nốicác cuộc gọi (về thực chất đây là các dịch vụ thoại), hệ thống GPRS sử dụng kỹ thuậtchuyển mạch gói chung nhưng vẫn dựa trên chuẩn GSM Do đó, cho phép cung cấp cácdịch vụ chuyển mạch gói di động trên nền hệ thống GSM có sẵn

Để truyền số liệu hiện nay người ta sử dụng hai giao thức, đó là phương thức kênh vàphương thức gói

* Sự khác nhau giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói:

Trong kỹ thuật truyền số liệu theo phương thức kênh, mạng cần thiết lập một đấu nối

vô tuyến từ trạm gốc tới trạm di động Khi đấu nối thiết lập xong, quá trình truyền số liệu

sẽ bắt đầu Trạm di động sẽ sử dụng toàn bộ kết nối giữa nó và trạm gốc trong suốt thờigian truyền số liệu dù rằng ở nhiều thời điểm chỉ có một lượng rất nhỏ số liệu được truyền.Trong phương thức truyền số liệu này, người sử dụng phải trả chi phí cho toàn bộ thời giankết nối Truyền tín hiệu theo phương thức kênh thường thích hợp cho các dịch vụ sau:+ Các dịch vụ số liệu yêu cầu băng tần cố định

+ Các dịch vụ nhạy cảm cao với trễ truyền dẫn và yêu cầu trễ truyền dẫn nhỏ

Khác với dịch vụ truyền số liệu theo phương thức kênh, trong phương thức truyền sốliệu gói, mạng chỉ truyền thông tin tới thuê bao khi có nhu cầu Do đó, cùng một kênh vôtuyến có thể được sử dụng cho nhiều trạm di động khác nhau cùng một lúc Không những

thế, tại một thời điểm, máy di động có thể sử dụng tới 8 khe thời gian Khi trạm di độngcần truyền ngay một gói tin, mạng sẽ cấp cho máy di động đó một hay nhiều khe thời giantrong số các khe thời gian còn trống Do bản chất của thông tin về số liệu thường tồn tạidưới dạng cụm nên việc cấp khe thời gian động như trên giúp cho việc sử dụng các kênh

vô tuyến trở nên hiệu quả hơn Thông tin về địa chỉ được gửi kèm trong các gói tin, do đócác gói có thể tìm được địa chỉ cần tới Truyền tín hiệu theo phương thức gói thường thíchhợp với các dịch vụ sau:

+ Các dịch vụ truyền số liệu trong đó tín hiệu thường tập trung thành các cụm

+ Các dịch vụ truyền số liệu có độ nhạy cảm cao với lỗi bit

Như vậy thấy rằng, dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS dựa trên cơ sở hạ tầng của mạngGSM dùng kỹ thuật kiểu gói để truyền dữ liệu và báo hiệu ở tốc độ cao hoặc tốc độ thấpmột cách có hiệu quả Nó chia nhỏ số liệu thành từng gói nhỏ và truyền đi theo một trật tựđược quy định và chỉ sử dụng các tài nguyên vô tuyến khi người dùng thực sự cần pháthoặc thu, trong khoảng thời gian khi không có số liệu nào được phát thu kết nối bị ngừnghoạt động nhưng nó lập tức kết nối trở lại ngay khi có yêu cầu

Số lượng các kênh số liệu gói tối đa mà một thuê bao có thể chiếm là 8 (bởi vì thiết bị

di động không có khả năng xử lý đồng thời với hai tần số sóng mang một lúc) Điều nàydẫn tới tốc độ số liệu tối đa của thuê bao di động (tính cả phần mào đầu) có thể đạt được

là 171,2 kbps.

Tốc độ GPRS có thể đạt tới 171,2 kbps nếu cùng một thời điểm sử dụng 8 kênh truyền

và với giả định rằng không phải sửa lỗi Có nghĩa là gấp 3 lần tốc độ kênh truyền hiện naycủa mạng cố dịnh và gấp 10 lần tốc độ kênh truyền chuyển mạch hiện nay mà GSM đang

sử dụng Như vậy, thông tin (dữ liệu, hình ảnh, thoại ) có thể trụyền nhanh hơn, hiệu quảhơn thông qua cơ sở hạ tầng của mạng GSM và người ta tính toán GPRS có thể có giá rẻhơn so với công nghệ truyền số liệu bằng chuyển mạch kênh hiện nay

Kết nối liên tục:

Sự kết nối tức thì cũng là một đặc tính của GPRS Người sử dụng có thể truyền nhậnthông tin ngay tức khắc khi cần thông qua mạng vô tuyến, không cần thiết phải thực hiệnquay số qua modem như hiện nay Vì vậy, người ta thường mô tả đặc tính này là alwaysconnected, đó là một ưu thế của GPRS so với chuyển mạch kênh hiện nay của mạng cốđịnh và GSM Always connected là một đặc tính quan trọng cho các ứng dụng bị giới hạn

về thời gian, chẳng hạn như các ứng dụng không cho phép bắt buộc khách hàng phải chờquá 30 giây

Các dịch vụ ưu tiên:

GPRS cho phép nhà điều hành mạng tối đa hóa việc sử dụng tài nguyên mạng một cáchđộng và linh hoạt song song với việc tính cước Nhà điều hành mạng có thể phân phốiđộng dịch vụ theo yêu cầu dựa trên Profile của thuê bao tuỳ thuộc vào chất lượng dịch vụQoS: độ ưu tiên, trễ, độ tin cậy và thông lượng

Các ứng dụng mới:

GPRS cung cấp một số dịch vụ mà trước đây không thể cung cấp được qua mạng GSM

do sự giới hạn về tốc độ chuyển mạch kênh (9,6 kbps) và giới hạn về chiều dài bản tin củadịch vụ SMS (160 ký tự) Đặc biệt là các dịch vụ Internet: Duyệt Web, thư điện tử, đolường từ xa, các ứng dụng về thương mại

Tính cước:

Có thể tính cước theo nhiều phương thức khác nhau: tính theo thời gian truy nhập, tínhtheo dung lượng dữ liệu trao đổi

Phân phối dịch vụ nhanh chóng:

GPRS sử dụng các giao diện mở Các giao diện sử dụng trong GPRS đều là các giaodiện chuẩn do vậy mở ra một thế giới các ứng dụng và dịch vụ cho các hệ thống thông tin

1.4 MÔ HÌNH MẠNG GPRS

1.4.1 Cấu trúc mạng GPRS

Như đã trình bày trước, hệ thống GPRS được xây dựng dựa trên cấu trúc hệ thốngGSM đã có sẵn Như vậy để xây dựng được hệ thống GPRS cần nâng cấp cấu trúc hệthống GSM sẵn có bằng cách thêm vào đó 3 thành phần mới của hệ thống GPRS, hay nóicách khác là nâng cấp một vài nút mạng sẵn có của hệ thống GSM Quan trọng nhất, việcnâng cấp này phải bao gồm được các nút dịch vụ của GPRS (GSN: GPRS Support Nodes),đặc biệt là các nút SGSN (Serving GSN) và GGSN (Gateway GSN), việc nâng cấp này cònbao gồm có thêm một cổng biên BG (Border Gateway) cung cấp phương thức truy nhập tớicác mạng GPRS khác thông qua tường lửa FW (Fire Wall) Thêm vào đó, hệ thống GPRScần có sự nâng cấp về phần mềm tại các nút mạng sẵn có khác của hệ thống GSM Đó làTrung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile service Switching Centre), Thanhghi vị trí tạm thời VLR (Visitor Location Register), Thanh ghi vị trí thương trú HLR(Home Location Register) do đó cũng thay đổi cả BTS (trạm thu phát gốc) Cuối cùng thì

cả phần cứng và phần mềm đều phải được nâng cấp tại các BSC (Trạm điều khiển gốc)

Đồng thời xuất hiện thêm một số giao diện mới

Về mặt logic thì trong mạng cần phải phát triển thêm hai loại nút mạng mới nhưng thực

tế người ta có thể kết hợp hai loại nút mạng này trong một nút vật lý thống nhất Vì vậyviệc phát triển dịch vụ GPRS có thể được thực hiện theo cách thức mềm dẻo như sau: khidịch vụ mới triển khai,các nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động sẽ được xây dựng

là các nút kết hợp cả hai loại nút SGSN và GGSN Trong các giai đoạn tiếp theo, khi mạng

đã phát triển,các nút này sẽ được phát triển như là những nút độc lập về mặt vật lý

Bên cạnh các nút kể trên, để cung cấp dịch vụ GPRS, cần phải có các thiết bị đầu cuối

có khả năng hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói, các máy chủ Internet (ví dụ các máy chủDSN) có khả năng kết nối với mạng GPRS

Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống GSM có hỗ trợ dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

1.4.2 Các thành phần cơ bản của mạng GPRS

GPRS không làm thay đổi cấu trúc mạng GSM, nó chỉ thêm vào mạng một vài thànhphần mới

Hình 1.2 Các giao diện và điểm chuẩn trong mạng GPRS.

1.4.2.1 Nút hỗ trợ GPRS

Một nút hỗ trợ GPRS (GSN: GPRS Support Node) có chức năng theo yêu cầu để hỗ trợcho GPRS Trong một mạng PLMN, có thể có nhiều nút hỗ trợ khác nhau Tất cả các GSNnày được nối với nhau theo giao thức IP dựa trên mạng xương sống GPRS Với mạngxương sống này, các GSN sẽ đóng gói (Encapsulate) các gói PDP và truyền chúng (theokiểu Tunnel) bằng giao thức xuyên hầm GPRS (GTP)

1.4.2.1.1 SGSN ( Serving GPRS Support Node)

Nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động SGSN là bộ phận không thể thiếu đượctrong các mạng GSM có cung cấp dịch vụ chuyển mạch gói di động SGSN không chỉ địnhtuyến các gói số liệu cho tất cả các thuê bao GPRS đang hoạt động có mặt trong vùng phục

vụ của nó mà còn thực hiện việc đăng ký, quản lý di động (Attach, Detach, quản lý vị trí),quản trị phiên nhận thực, tính cước đối với các máy di động này

Các chức năng chính của SGSN:

+ Chức năng nhận thực: SGSN nhận thực thiết bị di động đầu cuối trong suốt quá trình

thiết bị này tham gia vào mạng Sau khi nhận thực thành công, tất cả các thông tin vềthuê bao được chuyển từ HLR và VLR tới SGSN Thủ tục nhận thực được tiến hànhgiống như trong mạng GSM Một thuê bao đang tham gia mạng chỉ có thể đăng ký ởSGSN chứ không phải ở GGSN.

+ Chức năng quản lý di động: Bao gồm quản lý việc nhập mạng, rời mạng của thuê bao

GPRS, quản lý vị trí hiện diện của thuê bao trong vùng phục vụ, thực hiện các chứcnăng bảo mật, an ninh cho mạng

+ Chức năng quản trị phiên: Thiết lập hay hủy bỏ các PDP phục vụ cho việc truyền tải

các gói dữ liệu PDU giữa thuê bao GPRS và GGSN thông qua hai giao diện Gn và Gb.Khi cần kích hoạt nội dung của PDP thì SGSN thiết lập một nội dung PDP và nó đượcdùng để hỗ trợ việc định tuyến tới GGSN mà thuê bao GPRS sẽ sử dụng

+ Chức năng định tuyến: Định tuyến và truyền tải các gói tin từ/tới các vùng phục vụ của

mình Bộ định tuyến có khả năng hỗ trợ định tuyến động và tĩnh tuỳ theo sự sắp đặt củanhà quản lý Đây là một chức năng được thêm vào để điều khiển lưu lượng

+ Chức năng bảo mật: SGSN sử dụng tiêu chuẩn mới của ETSI về mã hóa để mã hóa dữ

liệu gửi đến từ MS hoặc cho MS Với GPRS, quá trình mã hóa không kết thúc ở BSC(như đối với GSM ) mà kết thúc ở SGSN

+ Chức năng nén dữ liệu: Thực hiện kỹ thuật nén dữ liệu được truyền tải giữa SGSN và

máy di động nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng các kết nối trong mạng

+ Chức năng tính cước: SGSN có thủ tục báo cáo chi tiết cuộc gọi (Call Detail Record:

CDR) để tính cước dựa trên khối lượng thông tin và khoảng thời gian của một phiên(thời gian tham gia mạng, thời gian kích hoạt nội dung của PDP) Để giảm thiểu rủi rokhi mất CDR thì SGSN lưu trữ các CDR trên một ổ cứng và dữ liệu tính cước này đượclưu trong khoảng thời gian là 72 giờ

+ SGSN hỗ trợ giao diện chuẩn:Giao diện tới SMS-GMSC (Short Message System

Gateway MSC) và SMS-IWMSC (Short Message System Interworkinh MSC) Với giaodiện này nó có thể nhận biết các bản tin SMS di động đã hoàn thành và gửi các bản tin

SMS di động gốc thông qua các kênh vô tuyến Nhờ vậy sẽ tiết kiệm được dung lượng

ít ỏi dành cho các kênh báo hiệu được dùng để truyền các bản tin SMS thông qua mạng

và cho phép SMS có thể được gửi tới tất cả các thiết bị đầu cuối theo kiểu GPRS

+ Cung cấp khả năng tương tác với mạng GSM :trong bối cảnh sử dụng chung một

nguồn tài nguyên, SGSN có thể gửi thôngtin vị trí tới MSC/VLR thông qua giao diện

Gs, và nó cũng có thể nhận về các yêu cầu nhắn tin của MSC/VLR thông qua giao diện

Gs này

1.4.2.1.2 GGSN (Gateway GPRS Support Node)

Về mặt hệ thống, GGSN có vai trò tương tự như GMSC trong GSM GGSN cung cấpmột giao diện cổng phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu giữa các thuê bao với các mạng sốliệu gói bên ngoài (PDNs) Nó thực hiện việc chuyển đổi các gói GPRS đến từ SGSN sangđịnh dạng giao thức số liệu PDP thích hợp (VD: IP hay X.25) và gửi chúng đến mạng sốliệu gói tương ứng Theo hướng ngược lại thì địa chỉ PDP của các gói dữ liệu đến đượcchuyển đổi sang địa chỉ GSM của thuê bao đích Các gói được đánh địa chỉ này lại sẽ đượcgửi tới SGSN phù hợp Để làm được điều này, GGSN sẽ lưu địa chỉ SGSN của thuê baohiện tại và các đặc tính của thuê bao này trong phần đăng ký của nó (Location Register).GGSN cũng thực hiện chức năng nhận thực và tính cước

Các chức năng chính của GGSN:

+ Cung cấp giao diện giữa mạng GPRS với các mạng dữ liệu bên ngoài Nếu nhìn từ phíacác mạng bên ngoài, GPRS có chức năng giống như một bộ định tuyến có nhiệm vụ kếtnối các thuê bao với mạng bên ngoài

+ Cung cấp khả năng chuyển đổi khuôn dạng các gói dữ liệu, địa chỉ của các gói dữ liệuđược trao đổi giữa mạng GPRS và các mạng dữ liệu khác

+ Chức năng định tuyến và truyền tải dữ liệu giữa SGSN và các mạng dữ liệu GPRS.+ Chức năng Firewall: GGSN nối với mạng IP bên ngoài Các lựa chọn lọc bỏ gói khácnhau được xây dựng để bảo vệ GGSN khỏi sự xâm nhập từ bên ngoài hoặc bảo vệ cácdịch vụ khỏi bị tấn công, bao gồm nguồn địa chỉ IP, đích địa chỉ IP, giao thức, số cổng

(port number)

+ Chức năng bảo mật: Để tăng cường tính bảo mật cho IP backbone, GGSN có thể cómột chức năng bảo mật IP

+ Chức năng quản lý di động : Giao thức quản lý di động đảm bảo cho mạng có khả năng

hỗ trợ được khi thuê bao di chuyển GGSN đảm bảo các gói được chuyển đến đúngSGSN

+ Chức năng tính cước của GGSN cũng giống như chức năng tính cước của SGSN bằngcách đếm số gói được truyền qua để có thể tính chính xác cước cho mỗi thuê bao

1.4.2.1.3 Sự kết hợp giữa SGSN và GGSN

Trong một mạng PLMN, có thể có nhiều nút hỗ trợ GSN khác nhau Tất cả các GSNnày được nối với nhau theo giao thức IP dựa trên mạng xương sống GPRS Với mạngxương sống này, các GSN sẽ đóng gói (Encapsulate) các gói PDP và truyền chúng (theokiểu Tunnel) bằng giao thức xuyên hầm GPRS (GTP)

Các chức năng của SGSN và GGSN có thể được kết hợp trong cùng một node vật lýhoặc phân ra trong các node khác nhau Cả SGSN và GGSN đều có được chức năng địnhtuyến và chúng đều có thể đấu nối với router của IP

Trong các nút mạng hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói GSN bao giờ cũng có bộ địnhtuyến Tuy nhiên, người ta có thể tách riêng các bộ định tuyến ra khỏi nút mạng GSN vàcác bộ định tuyến này đóng vai trò như là phần tử mạng độc lập

Khi SGSN và GGSN ở trong các mạng PLMN khác nhau, chúng đấu nối với nhauthông qua giao diện Gp Giao diện Gp cũng có các chức năng giống giao diện Gn (Gn làgiao diện giữa các GSN trong cùng một PLMN) nhưng ngoài ra còn có thêm các chức năngbảo mật được yêu cầu khi trao đổi thông tin giữa các PLMN khác nhau, các chức năng nàyđược đưa ra dựa trên các thoả thuận chung giữa các nhà khai thác

1.4.2.2 Các mạng trục GPRS

Có hai loại mạng trục GPRS : Intra- PLMN Backbone Network và Inter-PLMN

Mạng Intra- PLMN Backbone là một mạng IP riêng của nhà cung cấp GPRS đó Nó chỉdành cho các báo hiệu và số liệu GPRS Một mạng IP riêng là một mạng IP trong đó một

số cơ chế điều khiển truy nhập được áp dụng nhằm đạt được một mức độ đảm bảo theoyêu cầu Mạng IP riêng sử dụng địa chỉ IP riêng mà không thể truy nhập từ các mạng bênngoài Mọi kết nối trong mạng GPRS Backbone bao gồm một mạng riêng lớn bên trongvới việc sắp xếp các địa chỉ được phân chia

Inter-PLMN Backbone Packet Data network

PLMN A

SGSN BG

PLMN B

Intra-PLMN Backbone

Gi

Intra-PLMN Backbone

SGSN

GGSN

SGSN

Hình 1.4 Cách thể hiện khác của mạng Inter-PLMN Backbone

và intra-PLMN Backbone.

Hai mạng Intra- PLMN Backbone được kết nối thông qua giao diện Gp có sử dụngBorder Gateway và hình thành một mạng Inter-PLMN Backbone Border Gateway có chứcnăng bảo đảm an ninh cho mạng riêng Intra- PLMN Backbone chống lại sự tấn công vànhững người sử dụng bất hợp pháp Mạng Inter-PLMN Backbone được hình thành trênnguyên tắc thống nhất chung về Roaming và bao gồm cả sự thống nhất về chức năng.Mạng Inter-PLMN Backbone có thể là một mạng số liệu gói PDN (ví dụ: Internet côngcộng hay đường thuê riêng)

1.4.2.3 Cổng giao tiếp biên BG (Border Gateway)

Chức năng của Border Gateway không được định nghĩa trong chỉ định của GPRS.Nhiệm vụ chính của Border Gateway là định tuyến và đảm bảo thông tin một cách an toàngiữa các PLMN khác nhau qua mạng Inter-PLMN Backbone

1.4.2.4 Phần BSS

Phần BSS cung cấp tất cả các chức năng điều khiển và truyền dẫn thông tin phần vôtuyến của mạng bao gồm:

1.4.2.4.1 Khối điều khiển dữ liệu gói PCU (Packet Control Unit)

Thực hiện các chức năng vô tuyến và chức năng mạng GPRS, nó có giao diện với BSC

và SGSN Thông thường PCU được đặt tại BSC và xử lý các giao thức vô tuyến lớp thấp.Bất kỳ một ứng dụng IP hiện đang tồn tại cũng có khả năng hoạt động trên các kết nối tếbào GSM Có thể nói rằng mạng tế bào với các dịch vụ GPRS chính là sự phát triển về mặt

vô tuyến của Internet/Intranet

Chuyển đổi gói dữ liệu sang định dạng mà có thể truyền được qua di động vô tuyến:Quản trị tài nguyên vô tuyến, và thực thi việc đo chất lượng dịch vụ QoS

Cụ thể:

Dữ liệu của người sử dụng sẽ được chuyển từ BTS tới BSC thông qua đường lên Sau

đó truyền qua đường E1 tới PCU Tại PCU các khối dữ liệu RLC sẽ được sắp xếp lại trongkhối dữ liệu LLC, rồi được chuyển tới SGSN Báo hiệu BSSGP và NS (dịch vụ mạng) sửdụng giao thức chuyển tiếp khung, làm nhiệm vụ báo hiệu giữa PCU và SGSN PCU đượckết nối với GSN thông qua mạng chuyển tiếp khung FR hay mạng IP hay cũng có thể đượckết nối trực tiếp với GSN

1.4.2.4.2 Trạm điều khiển gốc BSC (Base Station Control)

Trong mạng GPRS, BSC đóng vai trò phân phối, định tuyến dữ liệu và thông tin báohiệu GPRS BSC có nhiệm vụ thiết lập, giám sát, huỷ bỏ kết nối của các cuộc gọi chuyểnmạch kênh cũng như chuyển mạch gói BSC còn cung cấp các chức năng về chuyển vùng,thiết lập các tham số của các tế bào (cell) trong mạng Một BSC có nhiệm vụ điều khiển vàphối hợp hoạt động của một số BTS ở gần nhau Nhiều BSC được kết nối và phục vụ bởimột MSC tương tự như vậy, một SGSN có thể kết nối và quản lý nhiều BSC

1.4.2.4.3 Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station)

Chức năng của BTS trong mạng GPRS cũng tương tự như trong mạng GSM BTS kếthợp với PCU để thực hiện các chức năng về vô tuyến trong mạng GPRS

1.4.2.5 Bộ ghi định vị thường trú HLR và trung tâm nhận thực AUC

Ngoài các chức năng tương tự như trong mạng GSM, trong mạng GPRS SGSN có khảnăng truy cập tới HLR thông qua giao diện Gc

Trong các hệ thống GSM có hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói, các thông tin về thuê bao

sẽ được trao đổi giữa HLR và SGSN

1.4.2.6 Thanh ghi nhận thực thiết bị EIR

EIR vẫn thực hiện chức năng như trong hệ thống GSM SGSN có khả năng truy cập tớiEIR thông qua giao diện Gf để lấy thông tin về IMEI của máy di động đang thực hiện đăng

ký với mạng

1.4.2.7 MSC/VLR

MSC/VLR có thể được tăng cường để thực hiện hiệu quả việc liên hệ giữa dịch vụchuyển mạch gói GPRS và dịch vụ chuyển mạch kênh GSM Ngoài ra, các bản tin tìm gọicủa các cuộc gọi chuyển mạch kênh GSM cũng có thể được thực hiện thông qua SGSN

Để thực hiện điều này, giao diện kết nối Gs được hình thành giữa SGSN và MSC/VLR MSC/VLR được sử dụng cho việc đăng ký và liên lạc với thuê bao nhưng không đóngvai trò gì trong việc định tuyến dữ liệu GPRS Một MSC có thể được kết nối với một hoặcnhiều SGSN tuỳ thuộc vào lưu lượng thông tin

Trong hệ thống GPRS, MSC/VLR không được dùng cho thủ tục nhận thực thuê baonhư trong hệ thống GSM mà thay vào đó là HLR Do đó SGSN sẽ nhận bộ ba thông sốdành cho việc nhận thực từ HLR/AUC

Tin nhắn trong mạng chuyển mạch có thể thực hiện hiệu quả hơn thông qua SGSN

vì có thể kết hợp với các chức năng mở rộng của GPRS SMS-GMSC và SMS-IWMSCđược nối với SGSN thông qua giao diện Gd và nó cho phép các máy di động của GPRS

gửi hay nhận SMS thông qua các kênh vô tuyến GPRS.

1.4.2.8 Thiết bị đầu cuối GPRS MS

Một trạm di động đầu cuối GPRS có thể khai thác theo một trong ba kiểu hoạt động.Kiểu hoạt động của MS phụ thuộc và các dịch vụ mà MS khai báo tới mạng (Attached to)

Kiểu hoạt động của lớp A:

Các máy di động thuộc lớp A được khai báo cho cả hai dịch vụ GPRS và GSM Nó cóthể sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đồng thời

Kiểu hoạt động của lớp B:

Các máy di động thuộc lớp B được khai báo cho cả hai dịch vụ GPRS và GSM Nókhông thể sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đồng thời (nếucuộc gọi GPRS đang thực hiện thì máy di động không thể thực hiện được cuộc gọi GSM

và ngược lại), nhưng nó có thể sử dụng hai dịch vụ này theo kiểu liên tiếp nhau

Kiểu hoạt động của lớp C:

Các máy di động thuộc lớp C có chức năng của cả GSM và GPRS nhưng nó chỉ đượcphép sử dụng một dịch vụ chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói tại một thời điểm Vìvậy, nếu máy di động đang Attach với mạng GPRS thì nó sẽ bị Detach khỏi mạng GSM và

sẽ không thực hiện hay nhận được bất cứ cuộc gọi GSM nào và ngược lại Hiện nay, hầuhết các nhà sản xuất đang chế tạo máy di động thuộc lớp B

Hình 1.5 Mô hình tham khảo GPRS.

CHƯƠNG II CÁC GIAO DIỆN VÀ GIAO THỨC

Sự kết nối giữa hệ thống GPRS với phân hệ NSS của mạng GSM được thông qua báohiệu số 7 (Các giao diện Gc, Gd, Gr, Gs) trong khi các điểm chuẩn và giao diện khác sửdụng mạng Intra - PLMN Backbone (Gn), mạng Inter - PLMN Backbone (Gp) hoặc mạngbên ngoài (Gi) Sau đây là chức năng các giao diện

•Gb: Giao diện kết nối giữa BSS và SGSN cho phép trao đổi thông tin báo hiệu và sốliệu người dùng Giao diện Gb cũng cho phép nhiều người sử dụng được dùng chungcác nguồn tài nguyên vật lý Nguồn tài nguyên cấp cho người dùng chỉ khi người dùnghoạt động (khi gửi số liệu hoặc nhận số liệu)

•Gc: Giao diện Gc là giao diện giữa GGSN và HLR Thông qua giao diện Gc, GGSNyêu cầu các thông tin vị trí từ cơ sở dữ liệu của HLR

•Gd: Giao diện Gd là giao diện giữa SMS-GMSC và SMS-IWMSC với SGSN Nó chophép trạm di động GPRS gửi và nhận các bản tin ngắn SMS trên các kênh vô tuyến củaGPRS.

•Gf: Giao diện Gf là giao diện giữa SGSN và EIR Giao diện Gf cho phép SGSN truynhập được tới thông tin thiết bị lưu ở EIR Trong EIR, các MS được chia làm ba loại(ba danh sách): danh sách đen là các MS bị mất cắp, danh sách nâu là các MS đangđược theo dõi và danh sách trắng là dành cho các MS còn lại

•Gn: Giao diện Gn là giao diện giữa các GSN trong cùng một mạng PLMN Giao diện

Gn cung cấp một giao diện dữ liệu và báo hiệu trong mạng Intra- PLMN Backbone

•Gp: Giao diện Gp là giao diện giữa hai GSN của các mạng PLMN khác nhau Giao diện

Gp cũng có các chức năng giống như giao diện Gn, ngoài ra nó còn cung cấp các chứcnăng bảo mật theo yêu cầu thông tin giữa các PLMN khác nhau, phù hợp giữa cac nhàkhai thác

• Gr: Giao diện Gr là giao diện giữa một SGSN và HLR Giao thức Gr cho phép SGSN

có thể truy cập được thông tin thuê bao lưu trữ ở HLR, mà các HLR đó có thể ở cácmạng PLMN khác với mạng PLMN của SGSN đó

•Gs: Giao diện Gr là giao diện giữa một SGSN và một MSC SGSN có thể gửi vị trí dữliệu tới MSC hoặc nhận các bản tin yêu cầu từ MSC qua giao diện này Giao diện Gs sẽtăng cường hiệu quả sử dụng tài nguyên vô tuyến và tài nguyên mạng cho kết hợpGSM/GPRS

•Um: Giao diện Um là giao diện giữa một MS và các thành phần được ấn định của mạngGPRS Um là giao diện truy nhập để MS sử dụng truy nhập vào mạng GPRS Giao diện

vô tuyến giữa MS và BTS cũng giống như giao diện đã được sử dụng trong mạng GSMtrước đó nhưng có bổ sung thêm một số đặc điểm của một mạng GPRS

2.2 CÁC ĐIỂM CHUẨN

Mỗi mạng GPRS có hai điểm chuẩn:

•Gi: Là điểm chuẩn giữa GGSN và một mạng bên ngoài Mạng GPRS kết nối với mạngbên ngoài thông qua giao diện này Hệ thống GPRS sẽ hỗ trợ cho nhiều loại mạng sốliệu chính vì Gi không được coi là một giao diện chuẩn mà chỉ đơn thuần là một điểmchuẩn.

Hình 2.2 Mô tả các đặc điểm chuẩn GPRS.

• R: Là một điểm chuẩn giữa thiết bị đầu cuối và phần cuối di động, hai phần này đượcđiểm chuẩn R kết nối với nhau Nhờ vậy mà một máy tính xách tay (thiết bị đầu cuối)truyền dữ liệu thông qua điện thoại di động GMS

Các giao thức của GPRS cung cấp chức năng điều khiển và truyền tải dữ liệu trên mặtphẳng báo hiệu và mặt phẳng truyền dẫn

2.3 MẶT PHẲNG TRUYỀN DẪN

Mặt phẳng truyền dẫn bao gồm các cấu trúc giao thức phân lớp phục vụ cho việc truyềntải dữ liệu của người sử dụng, kết hợp các thủ tục điều khiển phục vụ cho việc truyền tảinhư: điều khiển luồng, phát hiện và sửa lỗi

Mô tả chi tiết các giao thức như sau:

* Giao thức GTP ( GPRS Tunneling Protocol-Giao thức tạo đường hầm GPRS )

Giao thức này phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu giữa các GSN trong mạng đường trụcGPRS Tất cả các PTP, PDU, PDP đều được kết hợp bởi GTP GTP cũng có thể cung cấpkhả năng điều khiển luồng giữa các GSN

Mạng GPRS 2

GpGi-reference point

Các gói GTP có thể mang các gói tin IP hoặc X.25 Bởi vì có nhiều giao diện GGSN vàSGSN, GTP cung cấp cho mỗi gói một nhận dạng đường hầm (TID) để nhận dạng đíchđến.

Hình 2.3 Các giao thức truyền dẫn sử dụng trong hệ thống GPRS.

Mạng GPRS đóng gói tất cả các giao thức mạng số liệu bằng chính giao thức đóng góicủa nó, được gọi là GTP Thực hiện điều này là để đảm bảo an ninh trong mạng xươngsống và để đơn giản cơ chế định tuyến, chuyển giao dữ liệu qua mạng GPRS Để quản lýđược việc truyền các gói tin, bên cạnh mặt phẳng truyền dẫn GTP sử dụng một mặt nữa làmặt quản lý Mặt phẳng quản lý này có nhiệm vụ tạo ra, sửa đổi và xoá các ống tin trongquá trình trao đổi thông tin

* Giao thức TCP/UDP (Transmission Control Protocol/User Datagram Protocol)

TCP chuyển các khối điều khiển dữ liệu gói (PDU) của GTP trong mạng đường trụcGPRS cho các giao thức cần thiết để liên kết dữ liệu tin cậy (như X.25) TCP cung cấp khảnăng điều khiển luồng và bảo vệ chống lại sự thất thoát hay ngắt quãng các PDU của GTP.UDP chuyển các PDU của GTP cho các giao thức không cần phải có một liên kết dữ liệutin cậy (như IP) UDP cung cấp khả năng bảo vệ chống lại việc PDU của GTP bị ngắtquãng và chuyển các bản tin báo hiệu giữa các GSN

TCP được sử dụng để truyền các PDU qua giao diện Gn một cách tin cậy (có báo nhận

và truyền lại) UDP được sử dụng tại giao diện Gn để mang các GTP-PDU (tất cả thông tinbáo hiệu và dữ liệu của người sử dụng) mà không đòi hỏi sự tin cậy

* Giao thức IP (Internet Protocol)

Là giao thức được sử dụng trong mạng đường trục GPRS, phục vụ cho việc định tuyến

và truyền tải dữ liệu tại giao diện Gn

Kích thước IP datagram bị giới hạn bởi khả năng của MTU (Maximum transmissionunit) tại lớp vật lý Một IP datagram có thể lên đến 65.535 Octets, nhưng nếu MTU lớp vật

lý mà nhỏ hơn kích thước này thì cần phải phân đoạn GGSN hay SGSN trước hết phảiquyết định kích thước của MTU và sau đó thực hiện việc phân đoạn

Như vậy, các gói GTP có thể mang các gói tin IP hoặc X.25, ở phía dưới giao thức GTP

sẽ là giao thức TCP hoặc UDP Các giao thức TCP/UDP lại sử dụng các lớp mạng truyền

và định tuyến các gói tin của mình

*Giao thức SNDCP (Subnetwork Dependent Convergence Protocol)

Là giao thức hội tụ phụ thuộc phân hệ mạng, được sử dụng giữa SGSN và máy di động.Giao thức này chuyển đổi các N-PDU trên giao diện Gn sang dạng thích hợp cho các cấutrúc mạng GPRS phía dưới

Người ta sử dụng giao thức SNDCP để cắt nhỏ các gói tin IP ở phía phát trước khitruyền qua giao diện vô tuyến và ở phía thu người ta cũng sử dụng giao thức này để nối cácphần của gói tin bị cắt thành gói tin ban đầu

Giao thức phụ trách chuyển đổi các đặc tính lớp mạng và các đặc tính dưới lớp mạng.SNDCP thực hiện các chức năng như sau:

•Ghép kênh các gói dữ liệu N-PDU từ một hay nhiều ứng dụng vào một liên kết logicLLC thích hợp

•Lưu trữ đệm các N-PDU để thực hiện dịch vụ báo nhận

•Cung cấp việc quản lý thứ tự cho mỗi NSAPI

•Nén thông tin điều khiển và dữ liệu của người dùng trước khi được chuyển từ lớp mạngxuống lớp điều khiển kết nối logic LLC

•Phân mảnh và tập hợp dữ liệu: thông tin sau khi được nén sẽ được phân mảnh cho phùhợp với kích cỡ của khung LLC.

•Đưa ra các thông số điều khiển giữa các thực thể SNDCP

* Giao thức điều khiển kết nối logic (LLC- Logical Link Control)

Cung cấp liên kết dữ liệu tin cậy giữa máy đầu cuối và SGSN đang phục vụ máy đầucuối đó LLC sẽ cung cấp các dịch vụ cần thiết cho việc bảo dưỡng liên kết dữ liệu được

mã hóa giữa máy đầu cuối và SGSN LLC hỗ trợ các thủ tục

•Phục vụ truyền tải dữ liệu các PDU của LLC giữa máy đầu cuối và SGSN ở chế độ xácnhận và chế độ không xác nhận

•Phát hiện và khôi phục các PDU của LLC bị thất lạc hoặc ngắt quãng

•Điều khiển luồng và mã hóa các PDU của LLC giữa máy đầu cuối và SGSN Các kếtnối logic này được truyền mang tính trong suốt đối với BSC Tất cả các bản tin báohiệu tới BSC sẽ đi từ máy di động qua BSC tới SGSN rồi mới quay trở lại BSC

* Lớp chuyển tiếp Relay

Trong BSC chức năng này sẽ chuyển tiếp các PDU của LLC giữa giao diện Um và Gb.Tại SGSN, nó sẽ chuyển tiếp các PDU của PDP giữa các giao diện Gb và Gn

* Giao thức BSSGP (BSS GPRS Protocol)

Giao thức này định tuyến các thông tin giữa SGSN và BSS Nó vận chuyển thông tin vềcấp độ phục vụ QoS nhưng không thực hiện chức năng sửa lỗi Chức năng chính của nó làcung cấp những thông tin liên quan đến phần vô tuyến cho chức năng RLC và MAC trêngiao diện vô tuyến Nó có nhiệm vụ là giao thức cho quá trình trao đổi các luồng tín hiệuđiều khiển giữa SGSN và BSS

* Dịch vụ mạng (Network Service)

Truyền tải các khối điều khiển dữ liệu PDU dựa trên giao thức BSSGP

Lớp NS sử dụng một bảng tìm kiếm DLCI (Data Link Connection Identifier) để chỉ rađường định tuyến giữa SGSN và BSS Giá trị khởi đầu của trường DLCI được xuất phát từBVCI, NSEI và LSP do lớp BSSGP cung cấp Giá trị này thay đổi khi khung đi qua mạng

RLC thực hiện các chức năng:

•Truyền tải các LLC-PDU giữa lớp LLC và chức năng MAC

•Phân đoạn các LLC-PDU thành các khối dữ liệu RLC và tập hợp, ráp các khối dữ liệuRLC này cho vừa với các khung TDMA

•Thực hiện việc sửa lỗi bằng cách truyền lại cho những khối dữ liệu RLC bị sai

* GSM RF (Tần số vô tuyến GSM): tạo lập nên khung TDMA

2.4 MẶT PHẲNG BÁO HIỆU

Mặt phẳng báo hiệu bao gồm các giao thức điều khiển và hỗ trợ cho các chức năngtruyền dẫn, nó bao gồm:

•Điều khiển việc truy nhập mạng GPRS như nhập mạng và rời mạng

•Điều khiển thiết lập các kết nối trong mạng như quá trình khởi hoạt một địa chỉ PDP

•Điều khiển việc định tuyến trong mạng, hỗ trợ khả năng di động của MS

•Điều khiển việc ấn định, cấp phát tài nguyên

•Cung cấp các dịch vụ bổ sung

•Điều khiển các thuộc tính của một kết nối mạng đã thiết lập

•Phân đoạn các LLC-PDU thành các khối dữ liệu RLC và tập hợp, ráp các khối dữ liệuRLC này cho vừa với các khối khung TDMA.

•Thực hiện việc sửa lỗi bằng cách truyền lại cho những khối dữ liệu RLC bị sai

2.4.1 Giao diện Gb (MS-SGSN )

SGSN với một hay nhiều khối điều khiển gói PCU (Packet Control Unit) được kết nốivới nhau qua giao diện Gb Nó cho phép nhiều người sử dụng có thể cùng chia sẻ nguồn tàinguyên chung Các bản tin báo hiệu và dữ liệu người dùng có thể được gửi trên cùngnguồn tài nguyên vật lý

Hình 2.4 Mặt phẳng báo hiệu MS-SGSN

GMM/SM (GPRS Mobile Management/ Session Management - Quản lý di độngGPRS/Quản lý phiên): giao thức này hỗ trợ cho chức năng quản trị di động trong mạngGPRS như nhập mạng, rời mạng, cập nhật vùng định tuyến, cập nhật vùng định vị, khởitạo/huỷ bỏ PDP context và cập nhật vùng định tuyến RAI

Giao diện này hỗ trợ:

•Chia sẻ hạ tầng mạng: cho phép lưu lượng trên giao diện A (trong GSM) và Gb có thểcùng di trên một đường E1

•Kết hợp các liên kết: cho phép kết hợp nhiều giao diện Gb trên nhiều đường E1 về mộtđường E1

•Điều khiển luồng