Архітектура GPRS

Служба передачі даних GPRS надбудовується над існуючою мережею GSM. На структурному рівні систему GPRS можна розділити на дві частини: підсистему базових станцій (BSS) і опорну мережу GPRS (GPRS Core Network). У BSS входять всі базові станції і контролери, які підтримують пакетну передачу даних. Для цього BSC (Base Station Controller) доповнюється блоком управління пакетами - PCU (Packet Controller Unit), а BTS (Base Tranceiver Station) - кодуючим пристроєм CCU (Channel Codec Unit). Основним елементом опорної мережі є сервісний вузол підтримки GPRS - SGSN (Serving GPRS Support Node). Він займається обробкою пакетної інформації і перетворенням кадрів даних GSM у формати, використовувані протоколами TCP/IP. Шлюзи із зовнішніми мережами (Internet, intranet, X.25) називають GGSN (Gateway GPRS Support Node). Обмін інформацією між SGSN і GGSN відбувається на основі IP-протоколів. Також до складу GPRS Core входять DNS (Domain Name System) і Charging Gateway (шлюз для зв'язку з системою тарифікації). [[1]] Архітектура GPRS розширює стандартні компоненти GSM новими або оновленими елементами. В цілому, таких елементів всього 4, з яких тільки 2 не були відомі в технології GSM. Нижче буде докладніше розглянуто структуру системи GPRS.

Мобільна станція

MS (mobile station) - це мобільна станція, в якості якої може виступати переносний або кишеньковий комп'ютер, мобільний телефон або інший пристрій, що підтримує технологію GPRS. Функціонально даний елемент складається з 2-х компонентів, які можуть бути виконані як у вигляді єдиного пристрою (наприклад, мобільний телефон Sony Ericsson T68i), так і у вигляді самостійних пристроїв: - термінальне устаткування (terminal equipment, TE), наприклад, переносний комп'ютер; - мобільний термінал (mobile terminal, MT), наприклад, модем. Залежно від типу устаткування і можливостей мережі дана станція може працювати в одному з 3-х режимів роботи: Клас A - дозволяє мобільній станції в один і той же час передавати як дані, так і голос, тобто одночасно працювати в GSM- і GPRS-мережах. Клас B - дозволяє мобільній станції передавати і дані і голос, але в різні моменти часу, тобто не одночасно. Клас C - дозволяє мобільній станції працювати тільки в режимі GPRS. При підключенні до мережі GPRS, мобільна станція (а точніше елемент TE) отримує IP-адресу, яка не змінюється до моменту відключення мобільного терміналу (MT); більш того, мобільна станція може навіть і не "підозрювати" про те, що вона є мобільною. Мобільна станція встановлює з'єднання з вузлом обслуговування абонентів GPRS, що описується далі. [[2]]

Базова станція

BSS (base station system) - це базова станція, яка приймає радіосигнал від мобільної станції і, залежно від того, що передається (голос або дані), транслює трафік: - на центр комутації (mobile switching center, MSC), що є стандартним елементом мережі GSM, або - на вузол SGSN, що відповідає за обробку вхідних/вихідннх даних GPRS.

Вузол обслуговування абонентів GPRS ( SGSN )

Обслуговуючий вузол (англ. Serving GPRS Support Node, SGSN - вузол обслуговування абонентів GPRS) є основним компонентом GPRS-системи з реалізації всіх функцій обробки пакетної інформації. Він транслює IP-пакети, відіслані/отримані мобільною станцією. За своєю суттю, це такий же центр комутації, як і MSC в GSM, але на відміну від останнього, він комутує пакети, а не канали. Як правило, такий вузол побудований на базі ОС Unix і має свою IP-адресу. SGSN виконує наступні функції: - контроль доставки пакетів даних користувачам; - взаємодія з реєстром власних абонентів мережі HLR або аутентифікація (перевірка дозволу на запит користувачами послуги); механізм співпадає з механізмом аутентифікації в GSM; - моніторинг тих, що знаходяться в режимі on-line користувачів; - перетворення кадрів GSM у формати, використовувані протоколами TCP/IP глобальної комп'ютерної мережі Internet; - реєстрація або «прикріплення» (attachment) абонентів, що знов «з'явилися» в зоні дії мережі; - шифрування даних; алгоритм шифрування в технології GPRS (GEA1, GEA2, GEA3) відрізняються від алгоритмів шифрування в GSM (A5/1, A5/2, A5/3), але розроблені на їх основі; - збір білінгової інформації, що надходить, пересилка її до головного офісу і т.п.. Пакетний комутатор покликаний розвантажити GSM комутатор, забезпечуючи обробку пакетної інформації, залишаючи звичайному комутатору лише голосовий трафік. [[3]], [[4]]

Вузол маршрутизації GPRS ( GGSN )

Вузол маршрутизації (GPRS Gateway Service Node, GGSN; також його ще називають шлюзовим вузлом), також є найважливішим елементом технології GPRS і що забезпечує маршрутизацію даних між GPRS Core network (GTP) і зовнішніми IP мережами. З погляду зовнішньої мережі GGSN - це звичайний маршрутизатор (як і SGSN, побудований на базі Unix) між стільниковою мережею (її частиною для передачі даних GPRS) і зовнішніми інформаційними магістралями пакетної передачі даних PDNs (Packet Data Networks): Internet, корпоративними мережами Intranet, іншими GPRS-системами. GGSN містить всю необхідну інформацію про мережі, куди абоненти GPRS можуть отримувати доступ, а також параметри з'єднання. Також GGSN приймає дані для всіх передплатників послуг GPRS. Крім маршрутизації, GGSN відповідає за видачу IP-адрес і тарифікацію послуг, а саме - може брати участь у процесі активації PDP контексту, забезпечуючи запити на аутентифікацію до RADIUS серверу, а також взаємодія з DNS-серверами для визначення IP-адреси за запитом користувача APN. Отже, підведемо підсумки щодо основних функцій GGSN, головною з яких є маршрутизація даних, що йдуть до абонента (через SGSN). Основними функціями GGSN є: - адресація даних; - динамічна видача IP-адрес; - відстежування інформації про зовнішні мережі і власних абонентів (зокрема тарифікація послуг); - зберігання маршрутизуючої бази даних, бази даних з адресами та фільтруючої бази даних. У GPRS-систему закладена добра масштабованість. При збільшенні числа абонентів оператор може збільшувати місткість системи GPRS за рахунок розширення або установки додаткових пакетних комутаторів SGSN. При збільшенні сумарного трафіку (при неістотному збільшенні числа абонентів) - додавати до системи нові GPRS-шлюзи GGSN і системи базових станцій, які забезпечать велику сумарну пропускну спроможність всієї системи. [[5]], [[6]]

Інші елементі GPRS-мережі

Home Location Register (HLR) - це реєстр власних абонентів мережі, яка зберігає інформацію про кожну людину, що сплатила послуги оператора GPRS саме даної мережі. Зокрема, HLR зберігає інформацію про додаткові послуги, параметри аутентифікації, IP-адресу і т.д. Обмін даною інформацією відбувається між HLR і SGSN. Visitor Location Register (VLR) - це реєстр переміщень, яка зберігає інформацію про кожну мобільну станцію, що знаходиться в даний момент в зоні дії SGSN. У VLR зберігається та ж інформація про абонента, що і в HLR, але тільки до тих пір, поки абонент не покине географічну зону, що обслуговується цим реєстром переміщень. Equipment Identity Register (EIR) - це реєстр ідентифікаційних даних устаткування, який містить інформацію, що дозволяє блокувати виклики від вкрадених, шахрайських або інших неавторизованих пристроїв. [5]

Класи GPRS

GPRS класи характеризують можливості пристрою, підтримуючого GPRS; клас складається з двох частин:

Перша частина класу

вказує на можливості за сумісним використанням голосових і пакетних (GPRS) сервісів. Class A - припускає одночасне використання: можна одночасно здійснювати/приймати виклик і приймати/передавати дані. На червень 2005 року пристроїв класу А не виробляють. Class B - припускає автоматичне перемикання між сесіями: у перервах між сеансами прийому/передачі даних (навіть якщо сесія не перервана) можна здійснювати голосові дзвінки. Class C - припускає використання тільки одного виду сервісу, застосовується в GPRS-модемах.

Друга частина класу

вказує на можливості за швидкістю обміну даними, так звані мультислот-класи. Зведена таблиця мультислот-класів де кожна колонка означає: друга (Прийом) - максимальне доступне пристрою число тайм-слотів для прийому даних; третя (Передача) - максимальне доступне пристрою число тайм-слотів для передачі даних; четверта (Всього) - максимально доступне пристрою число одночасне використовуваних тайм-слотів. Примітка: число активних таймслотів звичайне менше суми максимальних чисел на прийом і передачу (class10: 4 + 2 = 5, а не 6). Помноживши кількість таймслотів на пропускну спроможність використовуваної кодової схеми, отримуємо максимальну швидкість прийому/передачі даних. Ті ж класи використовуються і для EGPRS (EDGE). [2]