Đồ án Tổng quan về mạng thông tin di động GSM - GPRS

ớc thời điểm đấu nối của đầu cuối di động MT; hơn nữa, trạm di động thậm chí có thể không nghi ngờ gì về việc nó là di động. Trạm di động thiết lập kết nối với nút dịch vụ của các thuê bao GPRS, mà sẽ được mô tả ở sau. 3.2. BSS (Base Station System) - Trạm gốc: Trạm gốc BSS (Base Station System) thu tín hiệu vô tuyến từ trạm di động và tuỳ thuộc vào việc cái gì được phát đi (tiếng nói hay dữ liệu) mà nó sẽ chuyển tiếp lưu lượng: - tới trung tâm chuyển mạch di động MSC (Mobile Switching Center) vốn là thành phần tiêu chuẩn của mạng GSM; - tới nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN- Serving GPRS Support Node) là nơi chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu đến/đi của GPRS. Thành phần của BSS bao gồm: BSC, PCU và BTS. BSC làm các chức năng sau trong GPRS: -Quản lý mobile GPRS. -Xử lý tìm gọi của GPRS. -Quảng bá thông tin GPRS. Đây là phần không thể thiếu trong các dịch vụ GPRS của các mạng di động ở Việt Nam hiện nay. BTS làm các chức năng sau: -Tách riêng cuộc gọi giữa chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói trước khi chuyển đến MSC/VLR và dữ liệu gói khi đến SGSN. -Giao diên vô tuyến cho dữ liệu gói. Khối điều khiển gói (PCU - Packet Control Unit): Khối PCU được bổ sung vào cơ sở hạ tầng của GSM, có thể coi đây là sự nâng cấp phần mềm cho BSC, PCU có quan hệ với các giao thức vô tuyến lớp thấp, nó xử lý lưu lượng dữ liệu và tách ra khỏi lưu lượng thoại GSM. Ngoài ra, PCU còn thêm chức năng tạo gói và điều khiển dộng liên kết vô tuyến. Điều này cho phép nhiều người sử dụng có thể truy cập tới nguồn tài nguyên vô tuyến giống nhau theo những phương pháp truy nhập riêng và giải phóng kênh truyền khi không sử dụng. PCU làm các chức năng sau: -Chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến dữ liệu gói trong BSS. -PCU chịu trách nhiệm xử lý lớp MAC và PLC của giao diện vô tuyến, lớp BSSGP và NS của giao diện Gb. -Truyền dữ liệu gói. 3.3. SGSN (Serving GPRS Support Node) - Nút phục vụ các thuê bao GPRS: Nút phục vụ thuê bao SGSN là thành phần chủ yếu của mạng GPRS. Nó có nhiệm vụ chuyển tiếp các gói IP mà trạm di động gửi đi và nhận được. Về thực chất nó cũng là một trung tâm chuyển mạch giống như MSC trong GSM, nhưng có khác ở chỗ nó chuyển mạch cho các gói chứ không phải các kênh. Thông thường, nút này được xây dựng trên cơ sở OC Unix và có địa chỉ IP riêng của nó.Từ quan điểm an toàn, SGSN có thể có các chức năng: * Kiểm tra sự cho phép các thuê bao sử dụng các dịch vụ đã được mã hoá (authentication). Cơ chế chứng thực của GPRS giống với cơ chế tương tự trong GSM; * Giám sát các thuê bao đang hoạt động. * Mã hoá các dữ liệu. Thuật toán mã hoá trong công nghệ GPRS (GEA 1, GEA 2, GEA 3) khác với các thuật toán mã hoá trong GSM (A5/1, A5/2, A5/3), nhưng được xử lý trên cơ sở các thuật toán đó. 3.4. GGSN (Gateway GPRS Support Node) - Nút định tuyến của GPRS: Nút định tuyến GGSN (gateway GPRS support node) cũng là một thành phần quan trọng của công nghệ GPRS và chịu trách nhiệm thu và phát các dữ liệu từ các mạng bên ngoài, chẳng hạn như Internet hay mạng của các nhà khai thác GPRS khác. Nói cách khác, nếu nhìn từ phía các mạng gói IP bên ngoài thì GGSN hoạt động như 1 bộ định tuyến cho các địa chỉ IP của mọi thuê bao được phục vụ bởi mạng GPRS. Từ quan điểm các nhà khai thác mạng GPRS bên ngoài thì đây là các bộ định tuyến thông thường (cũng giống như SGSN, chúng dựa trên Unix) có nhiệm vụ nhận các dữ liệu cho tất cả các thuê bao dịch vụ GPRS. Ngoài việc định tuyến GGSN còn có nhiệm vụ phân phối các địa chỉ IP và các dịch vụ tính cước. C 3.5. MSC (Mobile Switching Center): MSC đảm nhiệm các chức năng sau: -Cập nhật thông tin từ SGSN. -Yêu cầu gọi CS đến SGSN. -Kết hợp báo hiệu cho mobile loại A/B. -Ngưng tạm thời hoặc chiếm lại (A và Gb). Chương 4: Giao diện và hình thức quản lý của mạng GPRS 4.1. Các giao diện mạng: - Giao diện Gb là giao diện giữa BSS (PCU và SGSN). - Giao diện Gi là giao diện giữa GGSN và mạng dữ liệu công cộng. - Giao diện Gn là giao diện giữa SGSN và GGSN (hoặc giữa 2 SGSN) trong một mạng di động) - Giao diện Gp là giao diện giống như Gn nhưng giữa 2 mạng di động khác nhau. Các giao diện sau chỉ dùng để truyền tải báo hiệu: - Giao diện Gc: giữa GGSN và HLR/GR. - Giao diện Gf: giữa SGSN và EIR. - Giao diện Gr: giữa SGSN và HLR/GR. - Giao diện Gs: giữa SGSN/SLR và MSC/VLR. - Giao diện Gd: giữa 1 SGSN hoặc 1 MSC đấu nối tới trung tâm SMS. 4.2. Các kết nối trong mạng GPRS: Mạng GPRS thực hiện chức năng chuyển các gói dữ liệu từ điểm tới điểm (PTP-Point To Point) cho người sử dụng như: - Từ điểm truy nhập di động (Um) tới điểm truy nhập di động (Um). - Từ điểm truy nhập di động (Um) tới điểm truy nhập cố định (Gi). - Từ điểm truy nhập cố định (Gi) tới điểm truy nhập di động (Um). Chuẩn X.28 được áp dụng cho truy nhập từ MS tới GGSN. Chuẩn X.25 được áp dụng cho truy nhập từ GGSN đến các mạng dữ liệu bên ngoài. Có 2 dạng kết nối hỗ trợ: - PTP-CLNS (Point To Point - Connectionless Network Service): Dịch vụ mạng không hướng kết nối, sử dụng giao thức IP. - PTP-CONS (Point To Point - Connection Otiented Network Service): Dịch vụ mạng hướng kết nối, sử dụng giao thức X.25 4.3. Nguyên tắc hoạt động của GPRS: Khi hoạt động, một thiết bị đầu cuối GPRS làm việc giống như một điện thoại di động chuẩn – cả hai liên lạc với một trạm gốc và cơ sở hạ tầng cung cấp tính năng xác thực, kết nối và dịch vụ. Điểm khác biệt chính là GPRS cho phép người sử dụng “được kết nối” liên tục với mạng. Thay vì gửi dữ liệu tới một đích cố định - kết nối quay số, GPRS cho phép các gói dữ liệu được chèn vào một luồng kết nối thường trực. Các gói tin từ những người sử dụng khác nhau trong một tế bào được đan xen, sao cho dung lượng truyền dẫn “luôn có” (always-on) được chia sẻ, mà không có khe thời gian định trước thường trực được phân bổ cho một cuộc gọi. Do đó, dung lượng có thể được phân bổ khi cần thiết và giải phóng khi không cần. Tốc độ truyền dữ liệu GSM là 14,4 kbit/s thông qua một kết nối cố định được thay thế trong GPRS băng cách truy nhập vào từ 1 tới 8 khe thời gian đồng thời chạy với dung lượng kết hợp vào khoảng 14,4 kbit/s cho mỗi khe. Tốc độ dữ liệu cụ thể tùy thuộc vào các điều kiện vô tuyến. Dung lượng này có được đến mức nào tùy thuộc vào các phiên bản GPRS khác nhau và các đặc tính khác nhau. Ví dụ: GPRS lớp 8 (Class 8 GPRS) có thể xử lý tới 5 khe thời gian kế tiếp nhau, 4 khe nhận và 1 khe phát tín hiệu – cho tốc độ dữ liệu chiều về lên tới 50 kbit/s. Lớp 12 (Class 12 GPRS) cho phép bất kì tổ hợp nào của 5 khe giữa thu và phát. Tất cả các gói tin được truyền dẫn trên các khe thời gian được chuyển từ trạm gốc (BTS) nhờ nút mạng hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) một SGSN có thể hỗ trợ nhiều trạm gốc, SGSN truy tìm tất cả các máy di động trong phạm vi vùng phục vụ của nó. Khi một thiết bị di động gửi các gói dữ liệu, chúng đi qua SGSN tới GGSN, tại đây, các gói được biến đổi để truyền qua mạng có thể là Internet, X.25 hoặc một mạng riêng. Các gói tin nhận từ Internet (nghĩa là gói IP) gửi tới máy di động được nhận bởi GGSN, chuyển tiếp đến SGSN phù hợp và sau đó chuyển đến người sử dụng di động. Để chuyển tiếp các gói tin cho nhau thì SGSN và GGSN đóng gói chúng bằng một giao thức chuyên dùng gọi là giao thức đường hầm GPRS (GTP – GPRS Tunnel Protocol) hoạt động trên nền giao thức TCP/IP chuẩn. Các chi tiết chuyển đổi này của SGSN và GGSN là trong suốt với người sử dụng. 4.4. Các thành phần khác của mạng GPRS: * HLR (Home Location Register) - bộ ghi vị trí thường trú (các thuê bao riêng của mạng) có nhiệm vụ lưu trữ thông tin về mỗi cá nhân phải thanh toán cước dịch vụ cho nhà khai thác GPRS của chính mạng này. Đặc biệt là HLR lưu trữ thông tin về các dịch vụ phụ, về các tham số chứng thực và về địa chỉ IP v.v... Các thông tin này được trao đổi giữa HLR và SGSN. * VLR (Visitor Location Register) - bộ ghi vị trí tạm trú (các thuê bao chuyển vùng) có nhiệm vụ lưu trữ thông tin về mỗi trạm di động mà vào thời điểm cho trước đang nằm trong vùng phủ sóng của SGSN. Trong VLR có lưu trữ các thông tin về các thuê bao tương tự như trong HLR nhưng chỉ tới khi thuê bao rời khỏi vùng lãnh thổ mà bộ ghi tạm trú này phục vụ. * EIR (Equipment Identity Register) - bộ ghi danh tính thiết bị (ghi các dữ liệu để nhận dạng thiết bị) có nhiệm vụ lưu giữ các thông tin cho phép khoá các cuộc gọi từ các thiét bị gian lận, trộm cắp hoặc bất hợp pháp. 4.5. Quản lý di động GPRS: 4.5.1. Lưu đồ trạng thái quản lý di động. Đăng nhập GPRS: Đăng nhập GPRS được thực hiện để thông báo sự hiện diện của dịch vụ trong PLMN với mục đích sử dụng các dịch vụ PTM-G (Point To Multipoint – GPRS) hoặc GPRS PTP (GPRS Point To Point). Điều này có được ngay sau khi MS quyết định sử dụng dịch vụ GPRS. MS tự nhận biết do sử dụng đặc tính GSM của nó là số hiệu nhận dạng thuê bao di động IMSI (International Mobile Station Indentity) và số hiệu nhận dang tuyến logic tạm thời TLLI (Temporary Logical Link Identity). Rời khỏi GPRS: Rời khỏi GPRS được thực hiện khi MS thông báo tới PLMN về sự chuẩn bị kết thúc sử dụng dịch vụ GPRS. Một lần nữa, MS tự nhận biết do sử dụng đặc tính GSM của nó. Đăng ký thông số dịch vụ: Đăng ký thông số dịch vụ cho phép thuê bao tối ưu hiện trạng (profile) dịch vụ hiện tại để thực hiện các yêu cầu cần thiết thực tế của các thuê bao nắm trong khuôn khổ hiện trạng thuê bao. Kết quả đăng ký sẽ được thông báo lại MS trong thời hạn (term) được chấp nhận hay được đăng ký (accepted/registered) hoặc không được chấp nhận/không được đăng ký. Hiện trạng dịch vụ được đăng ký có hiệu lực trong toàn bộ quá trình thực hiện GPRS cho tới khi có sự thay đổi trong quá trình đăng ký, xóa hay thay đổi hiện trạng thuê bao. Các thông số dịch vụ có thể được sửa đổi bao gồm: mức độ ưu tiên, mức độ tin cậy, khả năng tiếp thông (throighput), trễ, tính năng bảo an, … Hình 4.1. cho thấy lưu đồ trạng thái của MS và SGSN là tương tự nhau: Hình 4.1. Lưu đồ trạng thái nhập/tách khỏi GPRS Chuyển từ trạng thái rỗi (Idle) sang trạng thái sẵn sàng (Ready): Khi chuyển từ trạng thái rỗi sang sẵn sàng, trước tiên máy di động phải thực hiện đăng nhập và nếu thành công nó sẽ được mạng (SGSN) nhận biết. Nếu không thành công, máy di dộng sẽ quay lại trạng thái rỗi và SGSN cũng tương tự. Khi ở trạng thái sẵn sàng, giao thức dữ liệu gói PDP được kích hoạt cho phép người sử dụng MS được thiết lập lớn phiên (session) dữ liệu gói với mạng dữ liệu gói (PDN), điều này tạo liên kết mạng dữ liệu gói PDN (Packet Data Network) giữa MS và SGSN. Trong phạm vi PDP có hiệu lực, có thể truyền các khối dữ liệu giao thức PDU (Packet Data Unit). Một khi quá trình phát các PDU kết thúc thì bộ định thời cho trạng thái sẵn sàng (Ready Timer) bắt đầu hoạt động với giá trị mặc định nhưng có thể thay đổi bởi SGSN. Tuy nhiên, cả hai MS và SGSN phải sử dụng cùng một giá trị. Lúc này MS sẽ cập nhật cùng định tuyến (Routing Area). Chuyển từ trạng thái sẵn sàng sang trạng thái dự phòng (Standby): Trường hợp này xảy ra khi mãn hạn bộ định thời cho trạng thái sẵn sàng hoặc sự cưỡng chế từ MS hay SGSN. Nếu xảy ra một trong các điều kiện vừa nêu trên giao diện RLC/MAC thì sau đó MS chuyển sang trạng thái dự phòng. Ở trường hợp này chỉ còn cập nhật vùng định tuyến. Chuyển từ trạng thái dự phòng sang trạng thái sẵn sàng: Một khi các khối PDU được phát/thu, MS và SGSN sẽ chuyển sang trạng thái sẵn sàng và vùng PDP được khởi hoạt. Chuyển từ trạng thái dự phòng sang trạng thái rỗi: Khi ở chế độ dự phòng thì bộ định thời thứ 2 cũng hoạt động. Khi mãn hạn định thời hoặc một bản tin MAP (Mobile Application Part) cũng hủy bỏ vị trí (Cancel Location) thu được từ HLR thì sau đó nó thực hiện chuyển sang trạng thái rỗi. Vùng PDP (Packet Data Protocol) và MM (Mobile Management) được chuyển đi từ MS, SGSN và GGSN. Chuyển từ trạng thái sẵn sàng sang trạng thái rỗi: Do tách khỏi GPRS hay hủy bỏ vị trí định vị sẽ làm thay đổi trạng thái từ sẵn sàng sang trạng thái rỗi và trong quá trình này, cả hai phạm vi PDP và MM sẽ được chuyển bỏ vì MS không còn được tiếp tục kết nối tới mạng GPRS. 4.5.2. Đăng nhập và rời khỏi GPRS: Trong quá trình đăng nhập GPRS, MS chuyển trạng thái của nó từ rỗi IDLE sang trạng thái sẵn sàng READY. Điều này có thể được thực hiện khi thuê bao mở máy hoặc khi thuê bao kích hoạt GPRS cho máy đầu cuối đã đăng nhập IMSI. Khi rời khỏi GPRS thì MS chuyển trạng thái của nó từ sẵn sàng READY hoặc dự phòng STANDBY sang trạng thái rỗi IDLE. Công việc này có thể được thực hiện khi thuê bao tắt nguồn máy di động hoặc ngừng kích hoạt GPRS thiết bị di động có đăng nhập IMSI. a. Đăng nhập GPRS: Quá trình đăng nhập GPRS rất giống quá trình cập nhật vùng định tuyến. Vì vậy chỉ những điều khác biệt giữa đăng nhập và cập nhật được trình bày như sau: Có hai sự khác biệt: - Không có các bản tin về khung giao thức PDP được trao đổi (ví dụ như giữa hai SGSN như ở quá trình cập nhật vùng định tuyến ngoài SGSN) vì toàn bộ các khung giao thức PDP không hoạt động do MS đã thoát khỏi GPRS. - Nếu thẻ SIM là mới thì bước đầu tiên khi yêu cầu đăng nhập MS cần phát đi yêu cầu này cùng với số nhận dạng IMSI không có P-TMSI bởi MS không có P-TMSI. Trong quá trình đăng nhập GPRS cũng có thể kết hợp quá trình đăng nhập IMSI nếu giao diện Gs giữa MSC/VLR và SGSN được trang bị. Nếu giao diện này không được trang bị và nếu MS muốn thực hiện cả đăng nhập GPRS và IMSI thì MS sẽ thực hiện đăng nhập IMSI trước. b. Rời khỏi GPRS: Chức năng rút khỏi GPRS cho phép MS thông tin cho mạng là MS muốn rút khỏi GPRS hoặc kết hợp rút khỏi GPRS/IMSI. Chức năng rút khỏi GPRS ngầm định cũng có thể sau khi định thời phạm vi di động đã mãn hạn hoặc sau khi một sự cố vô tuyến không thể khắc phục được do mất tuyến logic. Lúc này mạng sẽ tự cắt MS mà không cần thông báo cho nó (bởi vì ở các trường hợp này MS cũng không còn duy trì được lâu hơn). Ở bản tin yêu cầu rút khỏi GPRS do MS phát đi có một dấu hiệu để thông báo cho SGSN biết để rút khỏi GPRS này phải do thiết bị tắt nguồn hay không. Điều này cần làm bởi nếu do tắt nguồn thì SGSN không cần phát đi bất kì bản tin tiếp nhận rút tách nào cho MS (Bởi vì MS không thể thu được). Hình 4.2. Rời khỏi GPRS do MS khởi xướng Quá trình rời khỏi GPRS cũng có thể kết hợp với quá trình rút tách IMSI nếu giao diện Gs giữa MSC/VLR và GGSN được trang bị. Nếu giao diện Gs không được trang bị mà MS muốn thực hiện cả rời khỏi GPRS và IMSI thì MS thực hiện rời khỏi GPRS trước. Quá trình rời khỏi GPRS khởi xướng từ MS (không yêu cầu rút tách IMSI và không trang bị giao diện Gs) mô tả ở hình 4.2 và được diễn giải như sau: 1. MS phát bản tin yêu cầu tách khỏi GPRS (mà không rút IMSI) có chứa số nhận dạng P-TMSI tới SGSN. 2. Các khung giao thức PDP đang hoạt động ở GGSN riêng cho MS này bị ngừng hoạt dộng do SGSN phát bản tin yêu cầu xóa khung PDP có chứa bộ nhận dạng kênh Tunnel TID tới GGSN. GGSN xác nhận bằng đáp ứng xóa khung PDP có chứa TID tương ứng. 3. MS muốn tiếp tục giữ đăng nhập IMSI, tức là vẫn tiếp tục dịch vụ thoại và SMS nên chỉ thực hiện rời khỏi GPRS. Lúc này SGSN phát đi chỉ thị rút khỏi GPRS có chứa IMSI tới VLR. VLR cắt bỏ sự liên kết với SGSN và tiến hành cập nhật định vị cứng như đánh số mà không cần qua SGSN. 4. Công việc rời khỏi GPRS này không phải do cắt nguồn thiết bị nên SGSN phát tới MS bản tin tiếp nhận rút tách. Quá trình rút tách kết hợp GPRS/IMSI do MS khởi xướng được mô tả ở hình 4.3 diễn giải chi tiết như sau: Hình 4.3. Rút tách kết hợp GPRS/VLR do MS khởi xướng 1. MS phát tới SGSN bản tin yêu cầu rút tách kết hợp GPRS/VLR có chứa số nhận dạng P_TMSI và dấu hiệu chỉ thị cắt di động. 2. Các khung giao thức PDP đang hoạt động ở GGSN liên quan tới MS này được SGSN làm ngừng hoạt động nhờ phát tới GGSN bản tin yêu cầu xóa khung giao thức PDP có chứa bộ nhận dạng kênh Tunnel TID. GGSN xác nhận nhờ đáp ứng xóa khung giao thức PDP có chứa TID tương ứng. 3. SGSN phát tới VLR chỉ thị rút tách IMSI cùng với IMSI này. Chương 5. Quản trị thuê bao di động GPRS. Các phương thức quản lý di động GPRS – MMP (GPRS Mobility Management Procedure). Giao thức quản lý di động MMP được thực hiện xuyên suốt từ thuê bao MS tới nút hỗ trợ GPRS – SGSN. Giao thức này không chỉ chứa đựng toàn bộ cách thức cần thiết để quản lý dịch vụ di động cho thuê bao (như cập nhật vùng định tuyến) mà còn bao gồm cả các phương thức bảo an (như thể thức nhận thực). 5.1. Mã hóa thông tin. Để tránh rối loạn, công việc khởi đầu truyền dẫn thông tin đã được mã hóa giữa MS và SGSN đều được định trước. MS bắt đầu mã hóa thông tin truyền dẫn của nó sau khi phát đi bản tin trả lời nhận thực, còn SGSN thì bắt đầu mã hóa khi thu được bản tin nhận thực hợp lệ từ MS. Công việc truyền tín hiệu mã hóa được thực hiện nhờ sử dụng khóa mã GPRS Kc và thuật toán mã A5. Nút hỗ trợ SGSN thu nhận GPRS Kc như là một bộ phận mã nhận được MS tính toán sau khi nhân được ở RAND từ SGSN. Có những điểm khác nhau cơ bản giữa mã hóa ở GSM và GPRS. Ở GSM việc mã hóa được thực hiện giữa MS và BTS sử dụng một trong ba kiểu thuật toán A5 (A5-0, A5-1 hoặc A5-2) tùy theo cấp bậc mã cho phép. Còn ở GPRS thông tin mã hóa được chuyển giao giữa MS và SGSN và áp dụng kiểu thuật toán A5 mới phát triển riêng cho truyền dẫn gói A5-3. Mã Kc ở GPRS là một tham số đầu vào của thuật toán mã hóa GPRS A5 và đầu ra ở là dây bit mã (Ciph-S), dãy này được dùng để mã hóa phát đi và giải mã ở phía thu. Thuật toán mã và giải mã được thực hiện nhờ sử dụng phép toán cộng logic XOR như được mô tả ở hình 5.1. Để đơn giản, chúng ta dùng dãy 8 bit thay vì dãy có chiều dài bằng các khung LLC thực tế (Khung LLC là khung điều khiển liên kết logic: Logic Link Control Frame): Dãy bit tin cần phát đi là 01110010 Dãy mã số (Ciph-S) là 11100110 Hình 5.1: Quá trình mã hóa Tổng logic XOR là tổng từng bit của hai dãy theo quy luật sau: 0 + 0 = 0 1 + 0 = 1 0 + 1 = 1 1 + 1 = 0 Như vậy các bit trong Ciph-S và dãy bit tin cần phát được tổ hợp như sau: Các bit tin cần mã hóa là 01110010 Các bit dãy Ciph-S là 11100110 Dãy tổng XOR kết quả là 10010100 Dãy bit đã số hóa 10010100 được phát đi từ MS tới SGSN hoặc ngược lại, tại các điểm thu thì nó được giải mã như sau: Dãy bit cần giải mã là 10010100 Dãy Ciph-S là 11100110 Dãy tổng XOR kết quả là 01110010 Ở ví dụ này, dãy bit đã được mã hóa được phát đi và giải mã ở đầu thu sử dụng cùng dãy mã Ciph-S. Kết quả mã hóa cho ta dãy bit tin thu được giống với dãy bit đã phát đi. Quá trình mã hóa thực tế cũng diễn ra như vậy. Tuy nhiên trong thực tế, công việc mã hóa được thực hiện ở lớp LLC và dãy Ciph-S cần có độ dài như độ dài khung tin cần mã hóa. Độ dài khung LLC là biến dổi và có độ dài tối đa là 1523 Octet. Cần lưu ý là dãy Ciph-S dựa trên cơ sở chỉ số khung LLC và GPRS Kc không bao giờ được phát đi qua giao diện vô tuyến để đảm bảo sẽ rất khó khăn khi muốn đánh cắp. 5.2. Tái phân bổ số nhận dạng thuê bao di động tạm thời P-TMSI Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời kiểu gói P-TMSI (Packet Temporary Mobile Subscriber Identity) sử dụng như tên thuê bao tạm thời để nhận dạng thuê bao từ mạng. Nó thay thế tạm thời để nhận dạng thuê bao từ mạng. Nó thay thế tạm thời số nhận dạng thuê bao IMSI cần được chuyển qua giao diện vô tuyến càng ít càng tốt vì nó không được mã hóa. Số nhận dạng không được mã hóa này được phát tới SGSN vào thời điểm khởi tạo trao đổi giữa MS và mạng. Ở phần cập nhật vùng định tuyến sau này và đăng nhập GPRS trước đây chúng ta thấy rằng đôi khi MS phải phát đi IMSI của nó do nó không có P-TMSI hoặc P-TMSI không hợp lệ. Sô nhận dạng thuê bao tạm thời nêu trên được SGSN phân bổ sau khi nhận thực và bắt đầu mã hóa, tức là sau mỗi lần nhận thực thì MS lại tiếp nhận một P-TMSI mới. Như vậy khi MS di chuyển tới vùng phục vụ của một SGSN mới thì SGSN mới này lại phân bổ cho một P-TMSI mới và P-TMSI của SGSN cũ sẽ dành cho thuê bao khác trong vùng phục vụ của nó. Mỗi SGSN có một khối lớn các P-TMSI. Khi MS lưu trú lâu ở một vùng SGSN thì SGSN có thể phân bố cho MS này một P-TMSI mới. 5.3. Kiểm tra số nhận dạng. Như đã thấy ở phần cấu trúc mạng, mạng di động được trang bị bộ phận nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register) để kiểm tra trạng thái thiết bị di động ME khi nó bị đánh cắp. Nếu EIR được trang bị thì công việc kiểm tra nhận dạng có thể làm được sau khi nhận thực và bắt đầu mã hóa. Nút SGSN phát yêu cầu căn cước tới MS và MS dùng IMEI để trả lời. Sau đó SGSN chuyển IMEI tới EIR để EIR kiểm tra IMEI đối với các danh sách khác nhau, đặc biệt kiểm tra để khẳng định nó không nằm ở danh sách đen. Sau đó EIR gửi trở lại một bản tin để chỉ thị MS này đã tìm thấy ở danh sách trắng, xám hay đen. 5.4. Quản lý định vị trong GPRS. Quản lý định vị là các hoạt động cần thiết khi MS đăng nhập GPRS (ở trạng thái dự phòng hay sẵn sàng) và di chuyển từ cell này sang cell khác. Ta đã xem cách thức đăng nhập GPRS ở mục 4.5.2 trước đây. Mỗi cell trong mạng đều được cung cấp thông tin chung về kênh điều khiển quảng bá của nó BCCH (Broadcast Control Channel). Các thông tin quan trọng đối với việc quản lý đingj vị là số nhận dạng toàn cầu của cell CGI (Cell Global Identity). Số nhận dạng vùng định tuyến RAI (Routing Area Identity) và số nhận dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity). Khi MS di chuyển tới một cell mới thuộc vùng định tuyến mới hoặc vùng định vị mới sẽ diễn ra ba động thái sau: MS khởi tạo cập nhật cell mới. MS khởi tạo cập nhật vùng định tuyến mới. MS khởi tạo cập nhật cả vùng định tuyến và vùng định vị mới. Trường hợp không có giao diện Gs giữa SGSN và MSC/VLR hiện tại và MS xác định cần thực hiện cập nhật vùng định vị trước, tức là giải mã kênh điều khiển quảng bá BCCH của cell mới và thông báo thực hiện phương thức điều hành mạng chế độ 2 hoặc 3 NOM-II/III (Network Operation Mode II/III) cho trường hợp không có giao diện MS, lúc đó các căn cước LAI và RAI phải thay đổi. Cần lưu ý rằng trường hợp sử dụng NOM I thì công việc cập nhật nêu trên được xử lý qua CMM (Common Mobility Management) ở SGSN. 5.4.1. Cập nhật Cell. Công việc cập nhật cell được thực hiện khi MS di chuyển vào một cell mới nằm trong vùng định tuyến hiện thời và MS ở trạng thái sẵn sàng (READY) (Nếu ở trạng thái dự phòng STANDBY thì không thực hiện được công việc cập nhật cell mà chỉ cập nhật được ở vùng định tuyến). Nếu vùng định tuyến thay đổi thì công việc cập nhật vùng định tuyến được xúc tiến. Máy thuê bao MS được thực hiện cập nhật cell bằng cách phát đi bản tin chứa P-TMSI tới SGSN, đồng thời thiết bị điều khiển gói PCU ở BSS cũng chuyển tới SGSN căn cước CGI (Cell Global Identity). Nút SGSN ghi nhận sự thay đổi cell này của MS và lúc đó lưu lượng định hướng tới MS này sẽ được chuyển về cell mới. 5.4.2. Cập nhật vùng định tuyến. Ở đây, để xem xét công việc cập nhật vùng định tuyến ta giả thiết rằng MS chỉ di chuyển vào vùng định tuyến mới mà không vào vùng định vị mới (tức là cập nhật vùng định tuyến trong một SGSN) hoặc không có giao diện Gs được trang bị. Như vậy, nếu MS xac định cần cập nhật cả vùng định vị và vùng định tuyến thì nó tiến hành cập nhật vùng định vị trước. Việc cập nhật cả vùng định vị và vùng định tuyến có giao diện Gs sẽ được xem xét như sau: Việc cập nhật vùng định tuyến diễn ra khi một máy di động MS có đăng nhập GPRS đang di chuyển vào một vùng định tuyến mới (NRA). Có hai kiểu cập nhật diễn ra: Một là cập nhật vùng định tuyến trong cùng một SGSN và thứ hai là cập nhật này diễn ra trong một SGSN khác, tức là vùng định tuyến cũ và mới được 2 Node SGSN khác nhau điều khiển. Cập nhật vùng định tuyến trong cùng SGSN. Ở trường hợp này do MS di chuyển tới vùng định tuyến mới được điều khiển bởi cùng một SGSN nên SGSN này chỉ cần lưu lại số nhận dạng vùng định tuyến mới RAI của thuê bao, còn HLR hoặc GGSN không cần tiếp nhận thông tin về sự cập nhật này. Quá trình cập nhật được mô tả ở hình 5.2 với các bước sau: 1. MS phát yêu cầu cập nhật vùng định tuyến cùng với P-TMSI của nó và căn cước vùng định tuyến cũ RAI tới SGSN. Khối PCU sẽ bổ sung căn cước toàn cầu của cell mới CGI có chứa mã vùng định tuyến mới RAC (Routing Area Code) của cell vừa nhận bản tin yêu cầu cập nhật. 2. Các chức năng bảo an được thực hiện bao gồm nhận thực, khởi động mã hóa và kiểm tra nhận dạng các thiết bị tùy chọn. 3. Nút SGSN hợp thức hóa sự hiện diện của MS ở vùng định tuyến mới RA và xác định công việc cập nhật vùng định tuyến trong cùng SGSN cần được thực hiện nhờ công tác kiểm tra và xác định chính SGSN này cũng đảm nhiệm điều khiển cả RA cũ, tức là SGSN này bao quát cả RA cũ và mới. Hình 5.2. Cập nhật vùng định tuyến trong một SGSN Ở trường hợp này, SGSN có đầy đủ các thông tin về MS mà không cần thông báo cho HLR hoặc GGSN về vị trí mới của MS. Bản tin chấp nhận cập nhật vùng định tuyến (có thể cùng với việc phân bổ một căn cước P-TMSI mới) được chuyển về cho MS. 4. Nếu P-TMSI được phân bổ lại thì MS phát tới SGSN một bản tin hoàn thành cập nhật vùng định tuyến để công nhận căn cước P-TMSI mới. Cập nhật vùng định tuyến ngoài SGSN: Trường hợp này MS di chuyển tới một vùng định tuyến mới do SGSN khác điều khiển. Vì vậy SGSN mới cần phải lưu lại các thông tin chi tiết về thuê bao mới cùng với số nhận dạng vùng định tuyến. Vì vậy SGSN