4. СТРУКТУРА ПРОТОКОЛОВ GPRS

Для передачи как абонентских данных, так и сигнальной информации навсех интерфейсах GSM/GPRS используют многоуровневую систему протоколов, основанную на принципах 7-уровневой модели взаимодействия открытых систем. Многоуровневую структуру протоколов, используемую для передачи абонентских данных, принято называть плоскостью передачи (Transmission Plane), а для передачи сигнальной информации - сигнальной плоскостью (Signalling Plane).

Протоколы передачи сообщений предназначены для передачи пользовательской информации в виде IP или Х.25 дейтаграм (пакетов) от MS к внешним сетям и обратно. Структура этих протоколов представлена на рис. 4.1. Она включает также процедуры управления, связанные с передачей информации, например, управление потоком, обнаружение и исправление ошибок.

Рис. 4.1. Структура протоколов для передачи абонентской информации

Протоколы интерфейса Gn между SGSN и GGSN в значительной степени построены с использованием стандартных Интернет-прогоколов (IP). Узлы магистрали (GSN) имеют локальные Интернет-адреса, что делает их невидимыми как для внешних сети, так и для MS. По этому же принципу построены и интерфейсы Gp между GSN различных PLMN. Структура протоколов Gn - интерфейса включает в себя:

GTP (GPRS Tunnelling Protocol). Организует туннель для передачи пакетов данных и сигнализации конкретных абонентов. Осуществляет инкапсуляцию на передающей стороне и декалсуляцию на приемной стороне пакетов данных (Packet Date Unit - PDU).

UDP/TCP (User Datagram Protocol/Transmission Control Protocol). Стандартные протоколы Интернет. UDP и TCP используют для передачи инкапсулированных GTP пакетов данных между GSN. UDP обеспечивает передачу дейтаграм (пакетов) без подтверждения принятых данных. При этом UDP вводит определенную защиту данных от ошибок при приеме. Этот протокол используют, например, при передаче пакетов Интернет. TCP обеспечивает прием сообщений с подтверждением, когда протоколы более высокого уровня (например, Х.25) ориентированы на соединение.

IP (Internet Protocol). Используется GSN для маршрутизации пользовательских данных и сигнальной информации. В настоящее время используют IP версий 4 и 6.

L2, L1 — канальный и физический уровни. Спецификации GSM не определяют протоколы этих уровней. Реализация этих уровней между GSN (Gn - интерфейс) находится в компетенции оператора. На интерфейсе Gi реализация L1 и L2 должна быть основана на соглашении между оператором FLMN и внешней пакетной сети,

Gb - интерфейс обеспечивает установление логического соединения между SGSN и MS, а также транспортировку пакетов между SGSN и BSC.

SNDCP (SubNeiwork Dependent Convergence Protocol). Промежуточный протокол, устанавливающий точки входа к протоколам более высокого уровня и к точкам доступа к более низкому LLC уровню. Обеспечивает компрессию, сегментацию и десегментацию, мультиплексирование и демультиплексирование пакетов данных. Компрессии подвергают абонентские данные и заголовки пакетов (опционально). Сегментация необходима для ограничения размеров пакетов, транспортируемых нижестоящим LLC уровнем через радиоинтерфейс.

LLC (LogicaS Link Control). Обеспечивает логическое соединение SGSN и MS. С точки зрения LLC уровня логическое соединение между SGSN и MS поддерживается даже, если в данный момент отсутствует физическое соединение на более низком RLC/MAC уровне (пакеты данных в данный момент не передают). Физическое соединение устанавливают только, если на LLC уровне появляются данные для передачи. LLC имеет несколько точек доступа для передачи различных типов данных. LLC уровень обеспечивает необходимую степень качества обслуживания (Quality of Service - QoS) и высоконадежную шифрацию передаваемых пакетов. Важно отметить, что LLC уровень реализован независимым от протоколов нижележащих уровней радиоинтерфейса. В дальнейшем это позволит использовать подсистему коммутации GSM/GPRS сети so вновь развертываемых UMTS сетях.

BSSGP (BSS GPRS Protocol). Транспортирует LLC-фреймы, а также информацию о маршрутизации и QoS между блоком PCU BSS и SGSN. Коррекцию ошибок на этом уровне не производят.

FR (Frame Relay). Протокол Frame Relay мультиплексирует пакеты многих пользователей на одной физической линии. В этом его отличие от А-интерфейса, где выделенный канальный ресурс предоставляют абонентам независимо от их активности. Сигнализация и данные идут по одному каналу. Для передачи пакетов одного пользователя образуют виртуальное соединение между SGSN и BSC. LLC-фреймы различных абонентов уплотняют статистически в этих виртуальных соединениях. Максимальное поле информации в Frame Relay - 1600 октетов. Протокол позволяет обнаруживать ошибки при передаче, но не исправляет их.

L1bis. Физический уровень на Gb-интерфейсе. Его реализуют посредством технологии ИКМ-30.

Протоколы 2-го уровня радиоинтерфейса.

RLC/MAC (Radio Link Control / Medium Access Control). RLC и MAC в совокупности выполняют функции канального уровня. Они тесно связаны между собой и служат для обеспечения высоконадежной передачи данных на радиоинтерфейсе. RLC уровень при передаче сегментирует LLC-фреймы на RLC/MAC блоки, которые затем поступают на MAC уровень. При приеме RLC восстанавливает LLC-фреймы из RLC/MAC блоков. RLC также выполняет функции мультиплексирования, для того, чтобы более одной MS могли использовать один физический канал, а одна MS моглазанять до 8 TS. При передаче с подтверждением RLC уровень обеспечивает повторную передачу RLC/MAC блоков. Функции MAC уровня заключаются в управлении сигнальными процедурами через Um интерфейс, необходимыми для получения доступа к сети на радиоинтерфейсе (запрос и выделение радиоканала), включая постановку пакетов в очередь в соответствии с их приоритетом.

GSM RF (Radio Frequency). GSM RF - это физический уровень, используемый для передачи пакетов данных через радиоинтерфейс Um.

Функции Relay в SGSN и BSS означает передачу пакетов от интерфейса Gb к Gn и от Um к Gb соответственно.

Рассмотрим теперь структуру протоколов, используемых для передачи сигнальной информации (Signaling Plane), и служащих для поддержки следующих функций:

1. управление подключением к GSM/GPRS сети и отключением от нее ("GPRS attach" и "GPRS detach");
2. управление атрибутами данных при установлении сетевого соединения и активации PDP адресов (например, Х.25 или IP);
3. управление маршрутизацией установленного соединения с учетом мобильности абонента;
4. поддержка выделения сетевых ресурсов в соответствии с запросами абонентов;
5. реализация дополнительных услуг.

Сигнальные протоколы между MS и SGSN (рис. 4.2) дополнительно крассмотренным выше функциям GSM RF, RLC/MAC и LLC уровней включают уровень GMM/SM (GPRS Mobility Management and Session Management).

Рис. 4.2. Структура протоколов для передачи сигнальной информации между MS и SGSN

GMM/SM протокол, с одной стороны, поддерживает функции управления мобильностью (Mobility Management - ММ), такие как "GPRS attach" и "GPRS detach", обновление данных при смене зон локализации и маршрутизации (LA Update, RA Update), функции безопасности. С другой стороны, задача GMM/SM состоит в управлении активацией и деактивацией PDP-контекстов.

Для передачи сигнализация между GSN (Gn интерфейс) использует те же протоколы (рис. 4.3), что и при передаче абонентской информации: L1, L2, IP, UDP и GTR. При этом GTP туннелирует как абонентские данные, так и сигнальную информацию, передаваемую между GSN.

Рис. 4.3. Структура протоколов для передачи сигнальной информации между GSN

Интерфейсы Gr, Gf, Gd и Gc реализованы на основе системы ОКС №7. Структура их протоколов (рис. 4.4) совпадает со структурой протоколов подсистемы коммутации классической GSM. Прикладная часть поддержки мобильности (МАР - Mobile Application Part) представляет собой специфическое программное обеспечение сетей GSM. Более низкие уровни и подуровни (ТСАР - Transaction Capabilities Appiication Part, SCCP - Signaling Connection Control Part, MTP - Message Transfer Part) - это стандартные протоколы ОКС №7.

Рис. 4.4. Структура протоколов для передачи сигнальной информации на интерфейсах Gr, Gf. Gd, Gc

Специфический обмен сигнальной информацией происходит между SGSN и MSC/VLR (Gs интерфейс). Используя этот интерфейс, "классическая GSM" может осуществлять процедуры IMSI attach/detach и пейджинг MS через подсеть GPRS, что значительно более эффективно. Возможно также выполнение комбинированного обновления данных о местоположении (RA/ LA Update) и решение некоторых других задач. На Gs интерфейсе использована специальная прикладная часть BSSAP+ ОКС №7 (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Структура протоколов для передачи сигнальной информации между SGSN и MSC/VLR