GPRS/GSM network

ng sống GPRS: · Intra – PLMN: kết nối các GSNs của cùng một mạng PLMN. · Inter – PLMN: kết nối các GSNs của các mạng PLMN khác nhau. Cần phải có sự chấp nhận roaming giữa hai nhà cung cấp mạng để thiết lập mạng này. SGSN chịu trách nhiệm phân phối gói dữ liệu đến và đi từ trạm di động trong vùng phục vụ của nó. Nhiệm vụ của nó bao gồm luôn cả quản lý di động, quản lý định tuyến và truyền gói, quản lý liên kết logic và chức năng nhận thực và tính cước. Thanh ghi vị trí của SGSN lưu trữ thông tin như vị trí cell, VLR hiện tại và dữ liệu cá nhân của user (IMSI, địa chỉ sử dụng trong mạng dữ liệu gói) của tất cả các user GPRS đăng ký với SGSN này. PLMN1 Packet data network Inter-PLMN GPRS backbone Intra-PLMN GPRS backbone Intra-PLMN GPRS backbone Border Gateway Border Gateway GGSNGGSNSGSN BTS BTS BSC BSC PLMN2 Router Host MS SGSN SGSN LAN Hình trên chỉ hai mạng intra – PLMN kết nối với một inter – PLMN. Cổng giao tiếp giữa PLMN và inter – PLMN được gọi là border gateway. Nó thực hiện chức năng an toàn để bảo vệ mạng intra – PLMN trước các user không được nhận thực. Giao tiếp Gn và Gp cũng được định nghĩa giữa các SGSNs. Nó cho phép SGSN trao đổi hồ sơ của user khi MS di chuyển từ một vùng SGSN này đến vùng SGSN khác. Giao tiếp Gi kết nối PLMN với PDN riêng hoặc công cộng, như mạng Internet. Giao tiếp với IP (IPv4 và IPv6) và mạng X.25. HLR lưu trữ hồ sơ user, địa chỉ SGSN hiện tại, và địa chỉ PDP cho mỗi user GPRS trong PLMN. Giao tiếp Gr được dùng để trao đổi thông tin giữa HLR và SGSN. Ví dụ, SGSN thông báo với HLR về vị trí hiện tại của MS. Khi MS đăng ký với một SGSN mới, HLR sẽ gửi hồ sơ user cho SGSN này. GGSN dùng đường báo hiệu giữa GGSN và HLR (giao tiếp Gc) để cập nhật thanh ghi vị trí của nó. Có thể kết hợp các thủ tục attachment và cập nhật vị trí của GSM và GPRS. Hơn nữa, bản tin tìm gọi của chuyển mạch kênh GSM có thể thực hiện ngang qua SGSN. Vì thế, giao tiếp Gs kết nối cơ sở dữ liệu của SGSN và MSC/VLR. 4 Mã hoá Kênh Trong GPRS Tùy thuộc vào môi trường vô tuyến, có thể sử dụng một trong bốn kiểu mã hóa (CS1, CS2, CS3, CS4), GSM chỉ sử dụng CS1. CS1 và CS2 phát hiện và sữa lỗi tốt với dung lượng thấp, trong bước đầu của GPRS chỉ một trong hai kiểu mã hóa này được dùng. CS3 và CS4 cung cấp dung lượng cao hơn nhưng khả năng sữa được lỗi ít hơn. rate 1/2 convolutional coding puncturing 456 bits USF BCS Radio Block Caáu truùc khoái voâ tuyeán cuûa CS1 ñeán CS3 block code no coding 456 bits USF BCS Radio Block Cấu trúc khối vô tuyến của CS4 Trong mã chập sử dụng tỉ lệ mã (R) nhỏ thì từ mã càng dài, việc phát hiện và sữa lỗi càng dễ dàng hơn nhưng phải truyền nhiều bit hơn làm cho tốc độ bit cao hơn Trong GSM sử dụng mã chập với R= ½ , còn trong GPRS R có thể thay đổi được, nên tốc độ cao hơn. Tốc độ dữ liệu của GPRS Kiểu mã hóa Tiền mã hóa (USF) Bit thông tin Bit chẵn lẻ Bit đuôi Ngõ ra mã chập Bit punctur ed Tỷ lệ mã Tốc độ dữ liệu CS-1 3 181 40 4 456 0 1/2 9.05 CS-2 6 268 16 4 588 132 2/3 13.4 CS-3 6 312 16 4 676 220 3/4 15.6 CS-4 12 428 16 - 456 - 1 21.4 Ví dụ CS2: 271 bit thông tin (gồm cả 3 bit cờ hướng lên (USF)), 16 bit chẵn lẻ, 3 bit tiền mã hoá và 4 bit đuôi được thêm vào cuối của khối. Dùng mã chập có đa thức tạo mã g(1) (D) = 1 + D3 + D4 g(2) (D) = 1 + D + D3 + D4 D là toán tử trễ. Ở ngõ ra của bộ mã chập, một từ mã v(D) = (v(0)(D),v(1)(D)) chiều dài 588 bit. Chuỗi bit liên tiếp ở ngõ ra được xác định bằng v(1)(D) = u(D).g(1)(D) và v(2)(D) = u(D).g(2)(D). sau mã hóa, 132 bit là punctured, dẫn đến từ mã có độ dài là 456 bit. Và tỷ lệ mã chập là 3 2 456 4316271 = +++ =R 5 Điều chế số Trong GSM dùng điều chế bốn mức (GMSK) còn trong GPRS dùng điều chế tám mức. Điều chế càng nhiều mức thì càng dễ phân biệt lỗi.Nhưng khi số mức lớn thì BER tăng, chất lượng kém. Từ đồ thị ta thấy, với cùng mức tín hiệu thu được, BER của điều chế càng nhiều mức thì càng lớn. Vậy muốn tăng tốc độ truyền (tăng mức) mà BER không tăng thì phải tăng công suất phát. Trong GPRS nếu tăng công suất phát ở cả hai hướng thì MS mau hết pin. Để giải quyết vấn đề này, người ta chỉ tăng công suất phát cho hướng xuống (tăng mức điều chế) dùng 8PSK, còn hướng lên vẫn giữ nguyên GMSK, dẫn đến phần giải điều chế trong GSM và GPRS cũng khác nhau. 6 Quản Lý Phiên, Quản Lý Di Động Trong phần này, chúng ta tìm hiểu xem làm thế nào một trạm di động (MS) đăng ký với mạng và được nhận biết bởi mạng ngoài. 1. Các thủ tục attachment và detachment Trước khi một MS sử dụng dịch vụ của GPRS nó phải đăng ký với một SGSN của GPRS. Mạng kiểm tra các thông số nhận thực của thuê bao , copy dữ liệu cá nhân của thuê bao từ HLR đến SGSN và gán cho user một số nhận dạng thuê bao di động gói tạm thời (P-TMSI). Thủ tục này gọi là GPRS attach. Đối với trạm di động sử dụng cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói thì có thể kết hợp cả hai thủ tục GPRS/IMSI attach. Việc ngắt kết nối với mạng GPRS gọi là GPRS detach, có thể thực hiện bởi MS hoặc mạng (SGSN và HLR). BER 8PS K 4PS K 2PS K S/N identification response 8. attach Accept 7h. Location updating Accept 9. attach complete 10. TMSI realocation complete 7d. Cancel Location ACK 7e. Insert subscriber data 7f. Insert subscriber data ACK 7h. Update Location ACK 7c. Cancel Location 7b. Update Location 7a. Location updating request 6e. Insert subscriber data ACK 6d. Insert subscriber data 6f. Update Location ACK 6b. Cancel Location 6c. Cancel Location ACK 6a. Update Location 5. IMEI check 4. authentication 3. identity response 3. identity request 2. identification request 1. attach Request MS BSS newSGSN oldSGSN SGSN EIR newMSC/VLR HLR oldMSC/VLR 2. Quản lý phiên: Để trao đổi dữ liệu gói với mạng PDN (Packet Data Network) sau khi GPRS attach thành công, một MS phải dùng một hay nhiều địa chỉ sử dụng trong PDN, chẳng hạn địa chỉ IP trong trường hợp mạng ngoài là mạng IP, địa chỉ này được gọi là địa chỉ PDP (Packet Data Protocol Address). Một PDP context được tạo ra, nó mô tả đặc điểm của phiên và chứa loại PDP (chẳng hạn IPv4). Địa chỉ PDP được gán cho MS (ví dụ 129.187.222.10), chất lượng dịch vụ được yêu cầu QoS và địa chỉ của GGSN mà phục vụ như là điểm truy xuất đến PDN. Context này được lưu trữ trong MS, SGSN và GGSN. Với một PDP context động, trạm di động “có thể thấy được” đối với trạm PDN ngoài và có thể gửi hoặc nhận dữ liệu. Việc gắn giữa hai địa chỉ PDP và IMSI làm cho GGSN chuyển được dữ liệu giữa PDP và MS. Một user có thể có nhiều PDP context hoạt động đồng thời tại một thời điểm. Việc cấp phát địa chỉ PDP có thể tĩnh hay động. Trong trường hợp cấp phát tĩnh, nhà khai thác mạng nhà PLMN của user gán một địa chỉ PDP tạm thời cho user. Ở trường hợp cấp phát động, một địa chỉ PDP được gán cho user trên một PDP context đang hoạt động. Địa chỉ PDP có thể được gán bởi nhà khai thác mạng nhà PLMN của user hoặc nhà khai thác mạng khách. Nhà khai thác mạng nhà sẽ quyết định chọn khả năng nào. Trong trường hợp gán địa chỉ động, GGSN chịu trách nhiệm cấp phát địa chỉ PDP. 4. IMSI Detach Indication 5. GPRS Detach indication 3. Delete PDP Context Respone MS BSS SGSN GGSN MSC/VLR 1. Detach request 2. Delete PDP context request 6. Detach Accept MS Detach 4. GPRS Detach Indication 3. Delete PDP Context Respone MS BSS SGSN GGSN MSC/VLR 1. Detach request 2. Delete PDP Context request 5. Detach Accept Network Detach GPRS cũng hỗ trợ việc bảo mật thông tin , khi đó user phải đăng ký dịch vụ trả trước và trong trường hợp này chỉ dùng cấp phát địa chỉ động. 7 Quản lý vị trí Một MS trong GPRS có ba trạng thái hoạt động: rỗi, chờ và sẵn sàng (trong GSM chỉ có 2 trạng thái rỗi và sẵn sàng) . Dữ liệu chỉ được truyền giữa một MS và mạng GPRS khi MS trong trạng thái sẵn sàng. Ở trạng thái này, SGSN biết được vị trí cell của MS. Còn trong trạng thái chờ chỉ biết được vùng định tuyến của MS (vùng định tuyến có thể gồm một hay nhiều cell). Khi SGSN gửi một gói đến MS đang trong trạng thái chờ, MS phải được tìm gọi. Bởi vì SGSN biết vùng định tuyến của MS, một bản tin tìm gọi gói được gửi đến vùng định tuyến đó. Sau khi nhận được bản tin này, MS báovị trí cell đến SGSN để thiết lập trạng thái sẵn sàng. Việc truyền gói đến MS đã sẵn sàng được bắt đầu bằng bản tin thông báo với MS gói dữ liệu đang đến. Dữ liệu được truyền ngay lập tức sau khi gói tìm gọi này đi qua kênh chỉ bởi bản tin tìm gọi. Mục đích của bản tin tìm gọi này là làm đơn giản quá trình nhận gói. MS chỉ phải lắng nghe một bản tin tìm gọi, thay vì tất cả các gói dữ liệu trong các kênh xuống, giảm được nguồn pin một cách đáng kể. Khi một MS có gói cần truyền đi, phải truy xuất đến kênh lên. Kênh lên được sử dụng bởi nhiều MS, và việc sử dụng nó được chỉ định bởi một BSS. MS yêu cầu sử dụng kênh trong bản tin truy xuất ngẫu nhiên gói. BSS cấp một kênh chưa được sử dụng cho MS và gửi bản tin chấp nhận truy xuất gói cho MS. Dữ liệu sẽ được truyền trên kênh đã được chọn . Việc sử dụng trạng thái chờ giảm được lượng tải trong mạng GPRS và nguồn pin ở MS. Khi MS ở trạng thái chờ, nó không cần thông báo cho SGSN sự thay đổi của cell - chỉ thông báo khi thay đổi vùng định tuyến. Nhà khai thác quyết định phạm vi của vùng định tuyến và làm cho số lượng bản tin cập nhật định tuyến thích hợp. 8 Nguyên tắc quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến và đa truy xuất Giống GSM, GPRS sử dụng phương pháp đa truy xuất phân chia theo thời gian (TDMA) và đa truy xuất phân chia theo tần số (FDMA). - dãi tần từ 890 - 915Mhz cho truyền dẫn hướng lên (từ MS đến BTS) - dãi tần từ 935 - 960Mhz cho truyền dẫn hướng xuống (từ BTS đến MS) Mỗi dãi tần 25Mhz này được chia làm 124 khoảng nhỏ, mỗi khoảng nhỏ có độ rộng là 200khz. Một khoảng hướng lên hợp với một khoảng hướng xuống tương ứng gọi là một kênh tần số. Khoảng cách giữa hai tần số trong một kênh là 45Mhz. Một BTS được cấp phát một số kênh. Mỗi kênh tần số được chia làm 8 khe thời gian. Một trạm di động GSM dùng một khe thời gian cho cả hướng lên và hướng xuống. Còn GPRS cho phép mỗi trạm di động truyền dẫn nhiều khe thời gian trong một khung TDMA.Về lý thuyết thì tốc độ cực đại trong truyền dữ liệu ở GPRS là 172.2kbps khi user dùng 8 khe thời gian trong điều kiện tối ưu (thực tế không đạt được). Hơn nữa hướng lên và hướng xuống được cấp phát không đối xứng, phù hợp với nhu cầu thực tế trong việc truy cập Internet là thuê bao cần tốc độ cao để tải dữ liệu về … Ví dụ, một thiết bị GPRS có thể xử lý 4 khe thời gian cho hướng xuống và 2 khe thời gian cho hướng lên. Trong điều kiện vô tuyến tốt, tốc độ có thể đạt 50kbps ở hướng xuống và 20kbps ở hướng lên. Trong GSM, một kênh được cấp phát tạm thời cho một user trong toàn bộ thời gian cuộc gọi (dù dữ liệu có thực sự được truyền hay không). Ngược lại, trong GPRS kênh chỉ thực sự được cấp phát khi gói dữ liệu được gửi hoặc nhận, và được giải phóng ngay khi truyền dẫn xong. Vì thế việc sử dụng tài nguyên rất hiệu quả và linh động, nhiều user có thể chia sẻ cùng một kênh vật lý. 9 Kênh logic trong GPRS Dựa trên kênh vật lý, các kênh logic được định nghĩa để thực hiện các chức năng như báo hiệu, quảng bá, đồng bộ, phân kênh, tìm gọi… Tương tự GSM, có thể chia làm hai loại: kênh lưu lượng và kênh báo hiệu. · PDTCH (packet data traffic channel): truyền dữ liệu user. Nó được ấn định cho một MS. Một MS có thể sử dụng nhiều PDTCH đồng thời. · PBCCH (packet broadcast control channel): là kênh báo hiệu điểm – đa điểm một chiều từ BSS đến MS. BSS dùng PBCCH để quảng bá thông tin vể tổ chức mạng vô tuyến GPRS đến tất cả các MS trong một cell. Ngoài ra, nó còn quảng bá các thông tin hệ thống về dịch vụ chuyển mạch kênh, để MS của GSM/GPRS không cần phải lắng nghe kênh BCCH. · PCCCH (pachet common control channel): kênh báo hiệu hai chiều điểm – đa điểm vận chuyển thông tin báo hiệu về quản lý truy xuất mạng như việc cấp phát tài nguyên vô tuyến và tìm gọi. Nó gồm 4 kênh con: 1. PRACH (pachet random access channel): được MS dùng để yêu cầu PDTCH. 2. PAGCH (pachet access grant channel): dùng để cấp phát PDTCH cho MS. 3. PPCH (packet paging channel): BSS dùng để tìm vị trí của một MS (tìm gọi) trước khi truyền gói hướng xuống. 4. PNCH (pachet notification channel): báo cho MS bản tin PTM đang đến. · Kênh điều khiển dành riêng là kênh báo hiệu hai hướng điểm – điểm. Nó chứa kênh PACCH và PTCCH. 1. PACCH (packet associated control channel): luôn luôn được cấp phát kết hợp với một hay nhiều PDTCH được phân cho một MS. Nó vận chuyển thông tin báo hiệu đến một trạm MS riêng (ví dụ thông tin điều khiển công suất). 2. PTCCH (packet timing advance control channel): dùng để đồng bộ khung. Việc phối hợp giữa kênh lôgic chuyển mạch kênh và kênh logic chuyển mạch gói rất quan trọng. Nếu PCCCH không có sẵn trong một cell, một MS dùng kênh điều khiển chung (CCCH) của mạng GSM để bắt đầu truyền gói. Hơn nữa, nếu PBCCH không có sẵn, nó sẽ lắng nghe kênh quảng bá (BCCH) để được thông báo về mạng vô tuyến. Hình này mô tả nguyên tắc cấp phát kênh. Một MS yêu cầu truyền dẫn hướng lên bằng cách gửi một “pachet channel request” trên PRACH hay RACH. Mạng trả lời trên PDCH hay AGCH tương ứng. Nó báo cho MS kênh PDCH nào có thể dùng được. Một cờ trạng thái hướng lên (USF) được truyền trên đường xuống để báo cho MS liệu có kênh lên nào rảnh không. PRAGCH or AGCH PRACH or RACH PACCH PACCH Packet channel request Packet immediate assignment Packet resourse assignment Packet resourse request GPRS IP Conectivity 1 Tổng quan Kiến trúc kết nối của GPRS GPRS tận dụng các thành phần của mạng GSM có sẵn, nhưng để hiệu quả trong việc xây dựng mạng di động trên nền chuyển mạch gói GPRS cần một số thành phần, giao diện, giao thức mới. Cấu trúc của hệ thống mạng GPRS được xây dựng song song với mạng GSM có sẵn. Thành phần BTS phân thành đường truyền thoại và đường truyền dữ liệu. Đường truyền thoại được đưa đến bởi mạng GSM trên nền ISDN truyền thống, trong khi đó đường truyền dữ liệu được gởi thông qua qua mạng IP. Có hai thành phần mới trong hệ thống GPRS là SGSN (Serving GPRS Support Node) và GGSN (Gateway GPRS Support Node). Mạng GPRS chỉ kết nối với mạng GSM ở phần BSC và ở các đường kết nối báo hiệu (phần Gs, Gr và Gc). SGSN cũng như GGSN được tóm gọn trong khái niệm tổng quát hơn là GSN (GPRS Support Node) – thành phần hỗ trợ GPRS. Hình 1 trình bày các kết nối thông tin trong GPRS, các thành phần trong GSM như MSC/VLR – BSS và MSC – HLR không được trình bày ở đây. Hình 1: Kết nối giữa các GSN trong GPRS Tách rời thành phần mạng lõi trên được 2 thành phần nối với GSN là: - Mạng quản lý: điều hành, duy trì và tính cước, ... - Mạng dịch vụ: thành phần cung cấp dịch vụ Internet. GPRS Internal Backbone là: - Mạng dùng router giữa các GSN hay kết nối các GSN với nhau khi router là một thành phần nằm trong GSN. - Mạng quản lý. GSN luôn có chứa router (bộ định tuyến) hoặc có thể các router độc lập ở giữa các GSN trong mạng xương sống GPRS. Một thành phần có chức năng chuyển mạch cho DCE cũng cần phải có giữa các GSN. Hình 2 là ví dụ của mạng xương sống GPRS; Boder Gateway (BG) - cổng phân cách trong GGSN được dùng với các GSN trong các mạng PLMN khác nhau. ATM ATM ATM Switch GGSNBG Switch SGSNR WWW MAIL Ethernet GGSNBG NTP DNS EGT Billing NTP DNS EGT Billing Management LAN Hình 2: Mạng xương sống của GPRS 2 Chức năng kết nối IP của GPRS Chức năng này cung cấp: - Sự liên lạc giữa các thành phần khác nhau trong hệ thống GPRS bao gồm các trạm di động MS, SGSN, GGSN, các host, các thành phần cung cấp dịch vụ Internet, ... - Kết nối với Internet. Trong thông tin liên lạc dựa trên nền IP tiêu biểu có hai dạng liên lạc khác nhau là: - Liên lạc IP trong mạng GPRS dành cho báo hiệu, quản lý, ... - Liên lạc IP giữa các người dùng Một ví dụ của chức năng thứ hai là sự liên lạc giữa trạm di động GPRS (GPRS MS) và ISP. Hệ thống GPRS cung cấp kết nối IP giữa các MS (Mobile Station) và IH (Internet service Host) sử dụng theo chuẩn GSM. Dữ liệu truyền đi dựa trên giao thức internet tức là các gói dữ liệu truyền đi từ đầu cuối này đến đầu cuối kia (end- to-end), cả truyền trên giao diện vô tuyến.Nhìn từ phía người sử dụng, để kết nối với Internet cần phải có modem, MS đóng vai trò như một modem trong hệ thống thông tin di động GPRS. Một điều cần thiết khác trong sự liên lạc theo chuẩn IP là mỗi thiết bị trong mạng cần có một địa chỉ IP để phân biệt với các thiết bị khác. Đối với hệ thống GPRS, giao thức IP sử dụng trong kết nối giữa các người dùng và cả trong hệ thống, như vậy cả MS và các thành phần hệ thống đều cần phải có địa chỉ IP. GPRS hỗ trợ cả IPv4 và IPv6. Địa chỉ IP dùng trong GPRS có thể là địa chỉ công cộng (public), địa chỉ riêng (private), địa chỉ động (dynamic) hay tĩnh (static). 2.1 Địa chỉ IP công cộng và địa chỉ riêng Địa chỉ IP công cộng là địa chỉ được cung cấp bởi nhà điều hành Internet, địa chỉ này được quy định riêng biệt trên toàn thế giới, nghĩa là mỗi host có một địa chỉ IP công cộng riêng. Để giảm số lượng địa chỉ IP, các tổ chức cần sử dụng địa chỉ IP riêng. Các địa chỉ trong không gian địa chỉ riêng chỉ cần khác nhau đối với tổ chức sử dụng; như vậy địa chỉ IP riêng có thể sử dụng cho nhiều tổ chức khác nhau. Ví dụ: Internet Assigned Numbers Authority (IANA) đã dành riêng 3 khối trong không gian địa chỉ IP cho địa chỉ IP riêng như sau: 10.0.0.0 - 10.255.255.255 (10/8 prefix) 172.16.0.0 - 172.31.255.255 (172.16/12 prefix) 192.168.0.0 - 192.168.255.255 (192.168/16 prefix) Một GPRS có thể được cấp cho địa chỉ công cộng hay địa chỉ riêng. 2.2 Địa chỉ IP động và địa chỉ tĩnh Địa chỉ IP động có thể được cấp cho SGSN khách hay cho GGSN của mạng hiện tại khi thực hiện chức năng chuyển vùng. Việc cấp địa chỉ IP động cho phép nhà điều hành có thể tái sử dụng địa chỉ IP từ tài nguyên địa chỉ IP điều này làm giảm tổng số địa chỉ IP dùng trong một PLMN. Địa chỉ IP tĩnh được cấp cho thuê bao ở HLR. Địa chỉ IP tĩnh được sử dụng khi truy cập vào mạng bảo mật việc gọi địa chỉ IP như là khoá để kiểm tra quyền truy cập. Ví dụ ở hình 3 là sơ đồ mạng GPRS kết nối với mạng Internet. Mỗi thiết bị đăng ký muốn trao đổi dữ liệu với mạng IP cần phải được cấp một địa chỉ IP. Địa chỉ IP được lấy từ không gian địa chỉ IP của nhà điều hành GPRS. Để hỗ trợ số lượng lớn địa chỉ IP cho người dùng di động, cần phải cấp địa chỉ IP động, DHCP Server (Dynamic Host Configuration Protocol) thực hiện công việc này. Trong hình máy phục vụ tên miền (DNS) được quản lý bởi GPRS hay bởi mạng IP có chức năng ánh xạ giữa địa chỉ IP và tên các host. Để đảm bảo quyền truy cập vào PLMN, bức tường lửa (firewall) được sử dụng giữa mạng GPRS riêng và mạng IP bên ngoài. Với cấu hình trên, GPRS có thể được coi là phần mở rộng của Internet trên tất cả các đường đến trạm di động hay máy tính di dộng. Như vậy thuê bao di động kết nối trực tiếp với Internet. Hình 3: Kết nối GPRS – Internet 2.3 Các phần kết nối IP trong GPRS Các router độc lập và các router nội trong mạng xương sống GPRS kiểm soát tất cả các kết nối ở mạng đường trục, các router này dùng địa chỉ IP riêng và có chức năng lọc gói dữ liệu. Router có thông tin về địa chỉ IP ở các giao tiếp kết nối IP và nhận dạng được địa chỉ IP của tất cả các TE trong hệ thống GPRS. Mỗi gói IP có địa chỉ của MS đích được gởi và xử lý bởi các router của mạng xương sống GPRS và thông qua GSN đến với MS tương ứng. Bất kỳ một gói IP nào từ MS đều được gởi từ SGSN thông qua bộ định tuyến của nó và được định tuyến đến internet sử dụng các quy trình định tuyến IP thông thường. Với mục đích bảo mật mạng phải có chức năng chặn các liên lạc không cần thiết. Để đạt được điều này, phần thực hiện chức năng kết nối IP trong GPRS chia thành 3 phần, các phần này được liên kết với nhau bằng router: - Phần mạng hợp tác (corporate) hay mạng ISP. - Phần mạng xương sống nội GPRS (GPRS internal backbone), gồm cả mạng quản lý. - Phần mạng dịch vụ: là mạng cho các host, cung cấp các dịch vụ Internet cho người dùng như DNS, e-mail, dich vụ WWW. Trong đó, phần mạng ISP và mạng xương sống nội GPRS thực hiện các chức năng cần thiết như định tuyến, quản lý lưu lượng, … cụ thể các chức năng này như sau: 2.3.1 Mạng hợp tác hay mạng ISP Mạng ISP là mạng nối với GPRS qua Internet. Mạng ISP có thể truy xuất đến bất kỳ trạm di động nào. Giao tiếp giữa mạng ISP và GGSN được duy trì suốt quá trình tạo PDP. Khi một tin nhắn tạo với PDP đến GGSN, giao thức chứng thực mật mã (PAP) hay giao thức chứng thực bắt tay (CHAP) được sử dụng thông qua máy chủ RADIUS ở mạng ISP. Mạng bên ngoài có nhiệm vụ cấp địa chỉ IP cho MS. Một GPRS MS có thể được cấp cho địa chỉ IP công cộng hay địa chỉ riêng. Để sử dụng địa chỉ riêng, cần phải định tuyến với IPSec tunnel hay PVC (mạch ảo thường trực). Nếu GGPS MS dùng địa chỉ riêng thì kết nối đến Internet phải dùng NAT (bộ dịch địa chỉ mạng) hay một Proxy Sever đặt ở ISP. Với mạng dùng địa chỉ IP công cộng, có các giao thức định tuyến trên nền IP như sau: - RIP (Rounting Information Protocol) v2 - OSPF (Open Shortest Path First) v2 - BGP v4 - Static routing 2.3.2 Mạng xương sống nội GPRS Mạng này là sự kết nối giữa các GSN. Một GSN thông qua router nối đến mạng xương sống GPRS và cho phép các host nối tới mạng quản lý. GSN router định tuyến tất cả các gói IP đến MS tương ứng. GSN router có các chức năng thông thường và bổ sung thêm một số chức năng trong việc phân phối tải dữ liệu (payload) và quản lý lưu lượng. Như vậy router có thể xử lý hiệu quả cả lưu lượng IP qua các thành phần mạng lẫn các giao thức đặc biệt của GPRS. Các router này hỗ trợ định tuyến tĩnh, cũng như các giao thức định tuyến động như: RIP v2, OPSF v2, và giao thức kết nối bên ngoài BGP v4. Chức năng định tuyến là một phần không thể thiếu đối với mạng GPRS, thực hiện chức năng này bằng cách sử dụng các router trong GSN. Nếu hai GSN ở các PLMN khác nhau nối với nhau thì phải sử dụng cổng phân cách – BG (Boder Gateway), thông thường chức năng này được tích hợp trong GGSN. Một GSN cũng có thể nối với mạng IP bên ngoài thông qua BG. Các kết nối đến các PLMN khác có thể bằng đường trực tiếp hay thông qua mạng IP. 3 Định tuyến trong GPRS Định tuyến là quá trình lấy gói dữ liệu từ một thiết bị và gởi nó thông qua mạng đến thiết bị của mạng khác. Để có thể định tuyến các gói dữ liệu, router phải có các thông tin: địa chỉ đích, các router láng giềng, các đường đi đến tất cả các mạng từ xa, đường đi tối ưu đến mỗi mạng, cách thức duy trì và kiểm tra thông tin định tuyến. Router không quan tâm đến host mà chỉ quan tâm đến mạng và đường đi tối ưu cho mỗi mạng. Xét một ví dụ điển hình của định tuyến gói dữ liệu trong mạng GPRS, trình bày ở hình 4. PLMN1 Packet data network Inter-PLMN GPRS backbone Intra-PLMN GPRS backbone Intra-PLMN GPRS backbone Border Gateway Border Gateway GGSNGGSNSGSN BTS BTS BSC BSC PLMN2 Router Host MS SGSN SGSN LAN Hình 4: Định tuyến gói dữ liệu trong GPRS Một trạm di động ở PLMN1 gởi gói dữ liệu IP đến một host nối với mạng IP. Phần SGSN của MS đóng gói gói dữ liệu từ MS, xem xét phạm vi PDP và định tuyến chúng qua mạng xương sống GPRS trong cùng một PLMN (Intra-PLMN GPRS) đến GGSN thích hợp. GGSN bỏ các phần thêm vào bởi SSGN và gởi chúng ra mạng IP, tại đây sử dụng cơ chế định tuyến IP để chuyển gói đến router của mạng đích. Sau sùng phân phối gói IP đến host. Giả sử trạm di động đăng ký ở PLMN2. MS có được địa chỉ IP từ GGSN của mạng PLMN2. Như vậy, MS có địa chỉ IP ở cùng mạng với địa chỉ IP của GGSN của mạng PLMN2. Bây giờ host gởi gói dữ liệu IP cho MS. Gói IP sẽ được dẫn đến GGSN của PLMN2. Nhưng trong HLR chứa thông tin thông báo rằng MS đang ở PLMN1, như vậy thông tin sẽ được đóng gói và gởi chúng thông qua mạng xương sống GPRS liên PLMN (Inter-PLMN GPRS Backbone) đến SGSN ở PLMN1. Đến đây, SGSN tách gói dữ liệu và chuyển chúng tới MS. Trong GPRS sử dụng hai dạng định tuyến là: - Định tuyến tĩnh (static routing) - Định tuyến động (dynamic roting) gồm RIP, OSPF, BGP. Định tuyến tĩnh Cấu hình định tuyến phải thông qua người quản trị, người quản trị phải ghi các thông tin vào bảng định tuyến. Lợi điểm của cách định tuyến này là: sử dụng ít băng thông trên đường truyền giữa các router, bảo mật. Nhược điểm của cách định tuyến này là: người quản trị phải hiểu rõ cấu trúc mạng, không phù hợp với mạng lớn trong việc cập nhật thông tin định tuyến. Định tuyến động Đây là quá trình sử dụng các giao thức để tìm và cập nhật bảng định tuyến trên router, để đảm bảo đường đi tới mỗi mạng