Система базовых станций (BSS)

 

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

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

 

Система коммутации каналов (CSS)

 

CSS представляет собой традиционную систему SS сети GSM, включающую в себя уже рассмотренные ранее узлы (см. Главу 1, раздел 1.7: «Описание компонентов сети GSM»).

При внедрении GPRS необходима модернизация программного обеспечения MSC, которая позволяет выполнять комбинированные процедуры GSM/GPRS, например, комбинированную процедуру подключения MS (Attach): IMSI/GPRS.

Внедрение GPRS не оказывает влияния на GMSC, так как этот центр участвует в установлении соединения к абонентам сети GSM от абонентов сети фиксированной связи PSTN.

HLR является базой данных, в которой содержатся все абонентские данные, в том числе данные, относящиеся к абонированию службы GPRS. Таким образом, в HLR хранятся данные как для службы коммутации каналов, так и для службы коммутации пакетов. Эта информация включает в себя, например, разрешение/запрет на использование услуг GPRS абоненту, имя узла доступа (Access Point Name – APN) провайдера службы Интернет (Internet Service Provider – ISP), а также указание на то, выделены ли для MS адреса IP. Эта информация хранится в HLR как контекстное абонирование (context subscription) протокола пакетной передачи данных PDP. В HLR может храниться до 5 контекстов PDP на одного абонента. Доступ к хранящейся в HLR информации осуществляется из SGSN. При роуминге обращение за информацией может осуществляться в HLR, не связанный с собственным узлом SGSN.

Для работы HLR в сети GPRS необходима модернизация его программного обеспечения.

Центр аутентификации (AUC)

 

AUC не требует какой-либо модернизации при работе с GPRS. Новым свойством с точки зрения AUC в сети GPRS является только новый алгоритм шифрования, который определен для GPRS как А5.

Служба коротких сообщений – взаимодействующий MSC (SMS-IW-MSC) позволяет MS с функциями GPRS передавать и принимать SMS через радиоканалы GPRS. SMS-IW-MSC не изменяется при внедрении GPRS.

 

Система коммутации пакетов (PSS)

 

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

 

Терминалы GGSN

 

Существуют три класса MS, которые могут работать с GPRS.

Класс А: MS класса А одновременно поддерживает GPRS и другие службы GSM. Это означает, что MS одновременно выполняет функции подключения (attach), активизации, мониторинга, передачи информации и т.д. как для передачи речи, так и для пакетной передачи данных. MS класса А одновременно может обслуживать вызов для речевой службы и принимать пакетные данные.

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

 

Класс С: MS класса С поддерживает только неодновременные операции, например, attach. Если MS этого класса поддерживает как службы GSM, так и службы GPRS, она может получать вызовы только от выбранной по умолчанию или назначенной оператором службы. Не назначенные или не выбранные службы являются недоступными.

 

Другие объекты

 

Биллинговый шлюз (Biling Gateway – BGw).

BGw облегчает внедрение GPRS в сети мобильной связи путем реализации функций, упрощающих управление начислением оплаты для GPRS в биллинговой системе. В частности, очень полезной является функция Advanced Processing – усовершенствованная обработка биллинговой информации.

Критерии начисления оплаты при пользовании услугами GPRS фундаментально отличаются от тех критериев, которые применяются для служб с коммутацией каналов. В частности, они основаны на объеме переданной/полученной информации, не на времени занятия каналов. Сессия GPRS может быть активной в течение достаточно длительного периода времени, тогда как реальная передача данных осуществляется в короткие промежутки времени при наличие свободных радиоресурсов. В этом случае время занятия радиоресурсов является несущесвтенным критерием для начилсения полаты в сравнении с обхемом данных.

Информация о начислении оплаты может быть получена от SGSN и GGSN, использующих интерфейсы, отличающиеся от интерфейсов MSC и для этой информации создаются отчеты CDR нового типа. Некоторыми новыми типами CDR являются:

· S-CDR, связанные с использованием радиосети и переданные от SGSN.

· G-CDR, связанные с использованием внешних сетей передачи данных и переданные от GGSN.

· CDR, связанные с использованием службы коротких сообщений, основанной на GPRS.

Во время одной сессии GPRS может быть сгенерировано несколько S-CDR и G-CDR.

BGw позволяет начислять оплату за услуги передачи данных с минимальным влиянием на уже существующие биллинговые системы. BGw может либо трансформировать данные в тот формат, который распознается существующей биллинговой системой, либо может использоваться для создания нового биллингового приложения, специально адаптированного для начисления оплаты за объем. Это позволяет внедрять службы передачи данных очень быстро и осуществлять начисление оплаты за пользование услугами немедленно, в реальном режиме времени.

 

Узлы поддержки GPRS

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

 

Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN)

SGSN расположен в сети GPRS, как показано на рис. 4.2. Этот узел взаимодействует с BSC, MSC/VLR, SMS-G и HLR. Этот узел подключается к базовой сети передачи данных (backbone network) для организации связи с GGSN и другими SGSN.

 

 

 

Рис. 4.2 Интерфейсы SGSN

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

 

Функции SGSN.

В составе сети GPRS узел SGSN выполняет следующие функции. Управление мобильностью (ММ). Узел SGSN реализует функции протокола ММ в MS и по сетевым интерфейсам. Процедурами ММ, поддерживаемыми по этому интерфейсу, являются подключение IMSI как для вызовов GPRS, так и для вызовов с коммутацией каналов, обновление зоны маршрутизации, обновление комбинированной зоны маршрутизации и зоны местоположения, передача пейджинговых сигналов.

Протокол ММ позволяет сети поддерживать перемещающихся абонентов. ММ позволяет MS перемещаться из одной соты в другую, перемещаться из одной зоны маршрутизации SGSN в другую, перемещаться между узлами SGSN в пределам сети GPRS.

Понятие «зона местоположения» (LA) не используется в GPRS. Аналогом этого понятия в GPRS является зона маршрутизации (Routing Area – RA). RA состоит из одной или нескольких сот. В первой реализации RA была эквивалентна LA.

ММ позволяет абонентам передавать и получать данные во время перемещения в пределах своей сети PLMN, а также при перемещении в другую сеть PLMN. SGSN поддерживает стандартный интерфейс Gs в направлении MSC/VLR для MS классов A и B, что позволяет выполнять следующие процедуры:

- Комбинированное подключение/отключение GPRS/IMSI. Процедура «IMSI attach» осуществляется через SGSN. Это позволяет объединять/комбинировать действия и таким образом экономить радиоресурсы. Эти действия зависят от класса MS.

- Комбинированный пейджинг. Если MS зарегистрирована одновременно как IMSI/GPRS терминал, (работа в режиме I), MSC/VLR выполняет пейджинг через SGSN. Сеть также может координировать предоставление служб с коммутацией каналов или с коммутацией пакетов. Координация пейджинговой операции означает, что сеть передает пейджинговые сообщения для служб с коммутацией каналов по тем же каналам, которые используются для служб с коммутацией пакетов, то есть пейджинговый канал GPRS или канал трафика GPRS.

- Комбинированные обновление метоположения (зоны местоположения LA или зоны маршрутизации RA) для служб с коммутацией каналов GSM и служб с коммутацией пакетов GPRS. MS выполняет функции обновления местоположения отдельно, передавая информацию о новой LA в MSC и новой RA в SGSN. По интерфейсу Gs оба узла: MSC и SGSN могут обмениваться информацией об обновлении местоположения абонента, позволяя тем самым друг другу выполнять обновление. Это позволяет экономить на функциях сигнализации по радиоинтерфейсу.

Управление сеансами (Session Management – SM)

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

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

SGSN затем сохраняет данные, которые включают в себя:

- Идентификатор контекста PDP - индекс, используемый для указания на конкретный контекст PDP.

- Тип PDP. Это тип контекста PDP. В настоящее время поддерживается IPv4.

- Адрес PDP. Это адрес мобильного терминала. Это либо адрес IPv4, если абонент указывает его при заключения контракта на предоставление услуг пакетной передачи данных, либо это пустое множество при использовании динамического режима назначения адреса.

- Имя узла доступа (APN). Это сетевой идентификатор внешней сети, например: wap.beeline.ru

- Определенное качество обслуживания (QoS). Это профиль QoSЮ, на который может подписаться абонент.

Контекст PDP должен быть активным в SGSN до того, как какой-либо блок пакетной передачи данных (PDU) может быть передан в MS или получен из MS.

Когда в SGSN поступает сообщение о запросе на активизацию контекста PDP, он запрашивает функцию управления разрешением. Эта функция ограничивает число регистраций в пределах одного узла SGSN и контролирует качество в пределах каждой зоны. Затем SGSN проверяет, разрешен ли абоненту доступ к конкретной сети ISP или корпоративной сети передачи данных.

 

Начисление оплаты

Эта функция обеспечивает оператора достаточной информацией о действиях абонента и позволяет составлять счета на основе объема переданной информации (объем переданных данных, SMS), а также о продолжительности сеанса передачи данных (время включения/регистрации, продолжительность активного состояния контекста PDP).

Возможности службы GPRS по начислению оплаты полностью соответствуют спецификациям ETSI для S-CDR (SGSN), G-CDR (GGSN) и SMS CDR.

CDR содержит все обязательные поля и следующие опциональные поля:

- S-CDR: отметку о классе MS, информацию о зоне маршрутизации RA, код зоны, идентификатор соты, информацию о смене SGSN в процессе сеанса, диагностическую информацию, номер последовательности в отчете, идентификатор узла.

- G-CDR: флаг динамического адреса, диагностическую информацию, номер последовательности в отчете, идентификатор узла.

- У всех CDR имеются идентификаторы, благодаря этому можно отсортировать все CDR, относящиеся к одному сеансу управления мобильностью ММ и связанные с соответствующими сеансами PDP, что является важным с точки зрения выставления счетов. Это распространятеся на все CDR от всех узлов GPRS.

CDR в узлах GPRS сначала подпадают в буфер временного хранения, в котором хранятся около 15 минут, затем они записываются на жесткий диск. Емкость диска для хранения данных о начислении оплаты приблизительно рассчитана на хранение данных о начислении оплаты, эквивалентных 72 часам.

Оператор может конфигурировать следующие параметры:

- пункт назначения (например, биллинговая система);

- максимальный объем памяти на диске для хранения CDR;

- максимальное время хранения CDR;

- таймер буферизации в оперативной памяти (RAM);

- объем буферизации в оперативной памяти (RAM);

- метод извлечения данных.

 

Выбор GGSN

 

SGSN выбирает GGSN (включая сервер доступа) на основе протокола пакетной передачи данных (PDP), имени узла доступа (APN) и данных о конфигурации. Он использует сервер доменного имени (Domain Name Server) в базовой сети для установления идентичности SGSN, обслуживающего запрашиваемый APN. Затем SGSN устанавливает тоннель с помощью тоннельного протокола GPRS (GTP) для подготовки GGSN к дальнейшей обработке.

 

 

 

Рис. 4.3 Выбор GGSN

 

 

Функции GPRS

 

Маршрутизация

 

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

Функции маршрутизации строго говоря не являются частью стандарта по GPRS ETSI, но они составляют существенную часть сети GPRS. Путем интеграции маршрутизации в узлы GPRS эти узлы позволяют освободить операторов от усилий по интеграции маршрутизаторов в действующие сети. GPRS поддерживает следующие протоколы маршрутизации: RIP v2, OSPF v2, BGP v4 (протокол внешней маршрутизации).

Статическая маршрутизация также поддерживается интерфейсами GPRS. В настоящее время в узлах рекомендуется использовать комбинацию статической маршрутизации и OSPF v2.