Informatika | Távközlés » A GPRS

1 BEVEZETÉS 4 1. A GPRS ÁLTALÁNOS ISMERTETÉSE 6 2. A GPRS FUNKCIÓI 9 2.1 Hálózati hozzáférés felügyeleti funkciók 2.11 Regisztrációs funkció 2.12 Azonosítási és engedélyezési funkció 2.13 Engedély kontroll funkció 2.14 Üzenet szűrő funkció 2.15 Végberendezési adat konvertálási funkció 2.16 Számlázási adat gyűjtő fonkció 10 10 10 11 11 11 12 2.2 Adatcsomag irányítási és szállítási funkciók 2.21 Közvetítő funkció 2.22 Irányítási funkció 2.23 Cím fordítási és megfeleltetési funkció 2.24 Tokozási funkció 2.25 Alagút funkció 2.26 Tömörítési funkció 2.27 Titkosítási funkció 12 12 13 13 13 13 14 15 2.3 Mobilitás kezelési funkció 2.31 GPRS állapotok 2.32 Együttműködés az SGSN és MSC/VLR között 2.34 Áramkör kapcsolt szolgáltatás paging-e 2.35 Attach és detach funkciók 2.36 Biztonsági funkciók 2.37 Helymeghatározási funkció 16 16 20 21 22 28 28 2.4 Logikai összeköttetés kezelési

funkció 2.41 Címzés 2.42 Az LLC szolgáltatásai 36 36 37 2.5 Rádiós erőforrás kezelési funkció 2.51 Rádiós interfész kezelési funkció 2.52 Rádiós erőforrás lefoglalás 2.53 Cellaválasztás 2.54 Um-tranx funkció 37 37 38 39 39 2.6 Hálózat kezelési funkció 40 3. JELZÉSEK ÉS PROTOKOLLOK A GPRS HÁLÓZATBAN 41 3.1 Első réteg 41 3.2 A GGSN protokolljai 3.21 GGSN harmadik réteg 3.22 GGSN negyedik réteg 3.23 GGSN ötödik réteg 42 42 42 42 2 3.24 GGSN hatodik réteg 43 3.3 Az SGSN protokolljai 3.31 SGSN második réteg 3.32 SGSN harmadik réteg 3.33 SGSN negyedik réteg 3.34 SGSN ötödik réteg 43 43 44 44 45 3.4 A BSS protokolljai 3.41 BSS második-harmadik réteg 3.42 LLC Relay 46 46 47 3.4 Az MS protokolljai 47 3.5 A további hálózati elemek protokolljai 3.51 SGSN - HLR protokollok 3.52 SGSN - MSC/VLR protokollok 3.53 SGSN - SMS-GMSC protokollok 3.54 GSN - GSN protokollok 3.54 GGSN - HLR protokollok 47 47 48 48 49 49 3.6 A GPRS

által használt azonosítók 3.61 IMSI 3.62 NSAPI és TLLI 3.63 PDP cím 3.64 TID 3.65 RAI 3.66 CI 3.67 GSN cím 50 50 51 51 51 51 52 52 4. HÁLÓZATI ELEMEK 53 4.1 HLR 53 4.2 SGSN 53 4.3 GGSN 55 4.4 MSC/VLR 55 4.5 BSS 56 4.6 MS 56 5. FORGALMI ESETEK 58 5.1 Mobil fogadott adathívás 58 5.2 Mobil indított adathívás 59 5.3 Mobil fogadott adathívás, GPRS roaming esetén 59 6. GPRS SZOLGÁLTATÁSOK ÉS MOBIL KÉSZÜLÉKEK 60 3 6.1 PTP kapcsolat 60 6.2 PTM kapcsolat 60 6.3 Quality-of-Service 61 6.4 A mobil készülék 61 ZÁRSZÓ 63 RÖVIDÍTÉSEK GYŰJTEMÉNYE 64 IRODALOM JEGYZÉK 66 SUMMARY 68 4 Bevezetés A rohamosan növekvő távközlési igények mindíg új, gyorsabb, és jobb szolgáltatásokat, ezeknek a tecnikai megoldásait igénylik. Ez talán méginkább érvényes a távközlési hálózatokon történő adatátvitelre. Még emlékezhetünk arra az időre, amikor a 9600 bit/s -os modemek forgalomba kerültek, mekkora

előretörésnek számított. Mára az ISDN is lassúnak bizonyul egyes alkalmazásokhoz, így már napirendre került a Broad Band ISDN (szélessávú ISDN). A ma elterjedt GSM mobil távközlési rendszer adatátviteli korlátját az air interface - a mobil készülék és a bázisállomás közötti átvitel - határozza meg. Az itt lévő “nyers” adatátviteli sebesség 22,8 Kbit/s, a redundáns és hibajavító bitek miatt ez 13,3 Kbit/s hasznos adatfolyamra csökken. Így a ma szabványos adatátviteli sebességek közül a 9,6 Kbit/s (V.32) a legmagasabb, ami használható Ez természetesen igen lassú, így jogos a fejlesztési igény. Újfajta kódolási eljárással már elértek 14,4 Kbit/s-os, sőt biztató eredmények vannak a 19,2 Kbit/s-os adatátviteli sebesség elérésére is. A nagy átviteli sebesség mellett egyre gyakoribbá válnak azok az alkalmazások, amelyek rendszeresen vagy bizonyos időközönként küldenek-fogadnak kis mennyiségű adatot: POS

terminál, telemetria, távfelügyelet,. Mivel ezekben az esetekben a küldendő adatmennyiség kevés (pár száz, pár ezer byte), nincs szükség egy teljes időrés lefoglalásásra. Ezeknek az igénynek a kiszolgálására fejlesztették ki a GPRS-t (General Packet Radio Service : általános csomagkapcsolt rádiózási szolgáltatás), egy új csomagkapcsolt adatátviteli szolgáltatást GSM mobil felhasználók számára, amely igen hatékonyan valósítja meg mind a nagy, mind a kissebességű adatátvitelt. A GPRS fő előnyei, hogy optimalizálja rádió erőforrást, és élesen elválasztja a rádiós alrendszert az adathálózatoktól. Ugyanazt az erőforrást (Time Slot : időrés) használják az azonos cellában tartózkodó mobil készülékek (MS - Mobile Station) kis adatátviteli sebesség esetén, így biztosítva a rendelkezésre álló, gyakran kevés időrés kihasználását. Ha viszont nagyobb adatátviteli sebességre van szükség, lehetőség van több

időrés (max. 8) összekapcsolására, így egy előfizető a ma rendelkezésreálló szabványok alapján, ideális esetben 115 Kbit/s maximális sebességet tud elérni. Ezért a GPRS szolgáltatás igen sok eseteben hasznos, ha kevés, ha sok adatot kell átvinni pont-pont, vagy pont-multipontok között, akár folytonosan, akár csak bizonyos időközönként. Lássunk néhány alkalmazási lehetőséget kis sebességre: telemetria, útforgalom mérés, távfelügyelet, POS terminálok,.; nagy sebességre: WWW böngészés, file transfer, video konferencia (nem csúcsminőségű),. Szakdolgozatomban szeretnék átfogó ismertetést adni egy új GSM szolgáltatásról, amely nem egyszerűen csak egy szolgáltatás, hanem egy komplett rendszer, mely átalakítja, új alapokra helyezi az adatátvitelt a GSM rendszerben. Ezzel az átalakítással mind a felhasználók, mind a rendszerüzemeltetők igen sokat nyerhetnek. A GPRS első fázis szabányosításának lezárása 1999-ben

lesz, ezért a 5 dolgozatom az 1998 februárig kibocsátott szabványok alapján készült. Sajnos a téma sokrétűsége miatt nem térhetek ki minden egyes részletre, ezért inkább átfogó képet szeretnék nyújtani az adott témáról. Az angol szakkifejezések - kiváltképp szakmánkban, a távközlésben – a magyar szaknyelv részeivé váltak, így én sem kívánom magyarítani, inkább eredeti formában használom, és magyarázatokkal látom el őket. A szakdolgozatomban használt, a - GSM-ből - ismert terminológiákat terjedelmi okok miatt nem magyarázom, olvasása GSM alapismereteket feltételez. A rendszer ismertetésekor igen nehéz volt a fejezethatárokat meghúzni, mit hol írok le, az összefüggések, és a különböző hivatkozások miatt. Ezért egyes fogalmakra, eljárásokra, csak hivatkozom, és csak később fejtettem ki azokat részletesen. Ezúton szeretnék köszönetet mondani konzulenseimnek: Maros Dórának, a Kandó Kálmán Műszaki

Főiskola tanárának és Dr. Vannai Nándornak, a Westel900 Mobil Távközlési Rt vezető műszaki menedzserének, akik sokat segítettek az anyaggyűjtésben, és hasznos tanácsokkal támogatták munkámat. 6 1. A GPRS általános ismertetése A packet-switched (csomagkapcsolt) GPRS működése nagyon különbözik, a circuit-switched (áramkör kapcsot) GSM rendszertől. A GPRS fő célja, hogy kapcsolatot teremtsen a mobil készülék és a meglévő, szabványos adathálózatok (TCP/IP, X.25, ) között, míg a GSM rendszert eredetileg circuit-switched beszédre tervezték. A GPRS lényegileg hordozó szolgáltatást (bearer service) biztosít az adathálózat határától a mobil készülékig. Ezen hordozó szolgáltatás használói a hálózati réteg (network layer) szoftver csomagjai, mint pl. az IP, X25 Az adatcsomag orientált GPRS hálózathoz új funkciójú elemeket kell telepíteni, és a mobility management-et is meg kell változtatni. Természetesen a

meglévő GSM rendszerből a GPRS is használ részeket, úgymint a fizikai réteget, ill. bizonyos jelzésváltásokat Egy adott rádió frekvenciát használó 8 TS közül lehetnek olyanok, amelyeket mind beszéd, mind GPRS adatátvitelre lehet használni. Az optimális hasznosítás érdekében ezeket az időréseket dinamikus kiosztásban (beszéd-GPRS) lehet működtetni. Ugyanis, egy áramkör kapcsolt beszédhívás felépítése alatt elég idő van arra, hogy a GPRS által használt erőforrást felszabadítsák a beszéd számára, ha az magasabb priorítású. SMS-GMSC SMS-IWMSC SM-SC MAP-H MAP-C Gd MSC/VLR HLR MAP-D Gs A Gb TE MT R BSS SGSN Gp Gi PDN GGSN Gn Um Gc Gr MAP-F GGSN VPLMN Jelzés Kapcsolat Jelzés és adat kapcsolat A GPRS hálózat felépítése 1. ábra EIR TE 7 Ábra magyarázat: A – az A interfészt jelöli, mely a BSS és az MSC/VLR összeköttetése BSS - Base Station System : bázisállomás rendszer EIR - Equipment Identity

Register Gb – a BSS és az SGSN közötti interfészt jelöli Gc – a HLR és az SGSN közötti interfészt jelöli – az SGSN és az SMS-GMSC/SMS-IWMSC közötti interfészt jelöli Gd Gi – a GGSN és a PDN hálózat közötti interfészt jelöli Gn – a GGSN és az SGSN közötti interfészt jelöli Gp – az SGSN és egy másik GPRS hálózat GGSN-je közötti interfészt jelöli Gr – a HLR és az SGSN közötti interfészt jelöli Gs – az MSC/VLR és az SGSN közötti interfészt jelöli GGSN - Gateway GPRS Support Node HLR - Home Location Register MAP - Mobile Application Part (CCITT No.7 jelzés) MSC/VLR - Mobile Switching Center / Visitor Location Register MT - Mobile Termination PDN - Packet Data Network R - soros, szinkron interfész SGSN - Serving GPRS Support Node SM-SC - Short Message Service Center SMS-GMSC - Short Message Service Gateway Mobile Switching Center SMS-IWMSC - Short Message Service Inter Working Mobile Switching Center Um - rádiós interfész

VPLMN - Visited Public Land Mobile Data Network, másik GSM /GPRS hálózat Az 1. ábrán látható a GPRS elvi felépítése, a szükséges új elemek Az SGSN, Serving GPRS Support Node, amely a hierachiában azonos szinten van az MSC-vel. Ez egy mobility router, főbb funkciói: detektálja az új GPRS mobilt a saját szolgáltatási területén, regisztrálja azt a GPRS regiszterrel együttműködve, kezeli a biztonsági funkciókat és tartózkodási hely figyelését, az adat csomagok megfelelő irányítását. A GGSN, Gateway GPRS Support Node biztosítja az együttműködést a külső adathálózatokkal, és IP alapú kapcsolatot tart fenn az SGSN-nel, és más GPRS hálózatokkal (roaming). A rendszerhez tartozik még az említett GPRS regiszter, mely az GPRS előfizetők adatait tartalmazza, úgyanúgy a GSM-ben a HLR, ezért ez a regiszter megvalósítható úgy is, hogy a HLR funkcióit kiterjesztjük. Ezek a Support Node-ok lehetnek integrálva az MSC-be ill. a HLR-be, de

megvalósíthatóak egy vagy több különálló egységként is, amelyeknek felépítése adathálózati router-re, adatbázisra hasonlít. Az adat folyhat közvetlenül a SGSN és a BSS (Base Station Subsystem) között, de átmehet transzparens módon az MSC-n (Mobile Switching Center) is, de jelzéskapcsolatra mindenképpen szükség van az MSC és az SGSN között. 8 A következő fejezetekben áttekintem az új GPRS funkciókat, a GPRS szolgáltatásban érintett hálózati elemek kapcsolódását és a jelzéseket, majd feladataikat. Kitérek még a mobil készülék követelményeire, az alapvető forgalmi és hívásesetekre, és végül a GPRS által nyújtható különböző szolgáltatásokra. 9 2. A GPRS funkciói Ebben a fejezetben szeretném áttekinteni azokat a feladatokat, amelyekre a GPRS épül, és ezen belül szeretném bemutatni azokat újjításokat, melyek a GPRS bevezetéséhez kapcsolódnak. Azokat a funkciókat, amelyek szerintem

kulcsfontosságúak, és a GSM modellben újak, bővebben tárgyalom, természetesen szándékomnak korlátot szab, hogy nem mindenről áll még rendelkezésre szabvány. Az alábbi logikai funkciók működnek a GPRS hálózatban. A hat definiált funkciós csoport mindegyike több önálló funkciót foglal magában: - Network Access Control Functions (Hálózati hozzáférés-felügyeleti funkciók) - Packet Routing and Transfer Functions (Adatcsomag irányítási és szállítási funkciók) - Mobility Management Functions (Mobilitás kezelési funkciók) - Logical Link Management Functions (Logikai kapcsolat kezelési funkciók) - Radio Resource Management Functions (Rádiós erőforrás kezelési funkciók) - Network Management Functions (Hálózat kezelési funkciók) A következő táblázatban (1. táblázat) nyomon követhető, hogy az adott funkciók mely hálózati elemeket érinti, hol valósulnak meg: A GPRS funkciói hálózati elemenkénti felosztása 1. táblázat

Function Network Access Control: Registration Authentication and Authorisation Admission Control Message Screening Packet Terminal Adaptation Charging Data Collection MS X X BSS SGSN X X X GGSN X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Mobility Management: X X X Logical Link Management: Logical Link Establishment Logical Link Maintenance Logical Link Release X X X X X X Radio Resource Management: Um Management Cell Selection X X Packet Routing & Transfer: Relay Routing Address Translation and Mapping Encapsulation Tunnelling Compression Ciphering HLR X X X X X X X X X X 10 Um-Tranx Path Management X X X X 2.1 Hálózati hozzáférés felügyeleti funkciók A hálózat hozzáférés azt a módot jelenti, ahogyan egy felhasználó hozzákapcsolódik a telekommunikációs hálózathoz, hogy szolgáltatásait igénybe vegye. A hozzáférési protokoll meghatározott eljárások sorozata, amelynek végén lehetővé válik a hálózat használata. A

kapcsolat létrehozását kezdeményezheti mind a mobil előfizetői oldal, mind a GPRS hálózati oldal (mobil kezdeményezett, fogadott hívás). Hogy mely procedúrákat használnak a hálózat-hozzáféréskor, ezt az adott szolgáltató határozza meg, például egyes esetekben nem követel meg autentikációt, IMEI (International Mobile Equipment Identifier : nemzetközi mobil készülék azonosító) ellenőrzést,. 2.11 Regisztrációs funkció A regisztráció az, ahogyan a felhasználó adatcsomag címét, vagy címeit összerendeljük az MS (Mobile Station) azonosítójával a PLMN-ben (Public Land Mobile Network : nyílt földi mobil hálózat, pl.: NMT, GSM) Ez a kölcsönösen egyértelmű összerendelés lehet statikus, amit például a HLR-ben tárolhatunk; vagy dinamikus, ahol a lefoglalás adott igény szerint történhet. 2.12 Azonosítási és engedélyezési funkció Ez a funkció végzi az adott szolgáltatást igénylő MS azonosítását, és a kért

szolgáltatás engedélyezését, ellenőrizve az adott MS előfizetését, lehetséges letiltásait. Az autentikáció a GSM-ben már definiált módon zajlik, azzal az eltéréssel, hogy a folyamatban az MSC helyett az SGSN vesz részt, és hajtja végre annak feladatait. Az autentikációs tripleteket (tartalmazza: RAND-véletlen szám; SRES- az A3-as algoritmus eredménye; Kc- ciphering key, titkosítási kulcs az A8-as algoritmus eredménye) az SGSN tárolja. GPRS autentikáció esetén ebben a procedúrában történik meg a ciphering algoritmus kiválasztása, és a titkosítás kezdetének szinkronizációja. Az MSC végezhet autentikációt az SGSN-en keresztül, ha a mobil GPRS standby1 állapotban van, és circuit switched (beszéd) hívást szeretne fogadni. A 2. ábrán látható, hogyan megy végbe az azonosítás, az 1-gyel jelölt üzenetet akkor küldi az SGSN a HLR-nek ha már nincs elegendő érvényes (nem felhasznált) triplet. A 2. üzenet tartalmazza az RAND -t,

CKSN-t, és a ciphering algoritmust 1 GPRS standby állapotról bõvebben a Mobility Management-nél. 11 Az autentikáció a Mobility Management funkcióhoz szorosan kapcsolódva hajtódik végre. MS BSS SGSN HLR 1. Send Authentication Info 1. Send Authentication Info Ack 2. Authentication Request 2. Authentication Response Azonosítási folyamat 2. ábra 2.13 Engedély kontroll funkció A belépés, vagy engedély kontroll funkció feladata, hogy kiszámitsa, mely hálózati erőforrások szükségesek ahhoz, hogy az igényelt QoS-t (Quality of service : szolgáltatás minősége) nyújtani lehessen. Ha a megfelelő kapacitások rendelkezésre állnak, akkor le is foglalja azokat. Ez a funkció a Radio Resource Management (rádiós erőforrás kezelés) funkcióval szorosan kapcsolódva működik, hogy kiszámítsa a rádiós erőforrás igényt minden cellában. 2.14 Üzenet szűrő funkció Az üzenet szűrő funkció a jogosulatlan, és nem kívánt üzeneteket szűri

ki. A hálózat és az előfizetésen keresztül kontrollált verzió létezik a GPRS első fázisában, később lehetsőség lesz a felhasználó általi beállításokra is. 2.15 Végberendezési adat konvertálási funkció Ez a funkció alakítja át az adatcsomagokat (küldött, fogadott) a végberendezés (terminal equipment) részére, olyan formátumúvá, hogy az átküldhető legyen a GPRS hálózaton. 12 2.16 Számlázási adat gyűjtő fonkció Ez a funkció gyűjti össze a számlázáshoz szükséges adatokat. A GPRS-nél az előfizetői díjon felül az átvitt adat mennyiségéért kell fizetni. 2.2 Adatcsomag irányítási és szállítási funkciók A csomag (adat) irányitási és szállítási funkciók határozzák meg, hogy mely csomópontokon keresztül haladjon az üzenet a PLMN-en belül. Minden egyes út tartalmaz egy kezdő és egy cél node-ot, és nulla vagy több közvetítő node-ot. A GPRS előfizetés során az előfizető kap egy vagy több PDP

(Packet Data Protocol : csomagkapcsolt adatátviteli protokoll) címet. Ez a PDP cím azonosítja az előfizetőt a hálózati rétegben PTP kapcsolat esetén. Minden egyes PDP cím jellemzőit (pl.: állapot, irányítás, ) külön-külön PDP kapcsolatok írják le a GPRS hálózat egyes elemeiben (MS, SGSN, GGSN). A PDP cím hozzárendelés lehet dinamikus, és statikus. A statikus PDP címkiosztás esetén a HPLMN GPRS regiszterében kerülnek az adatok tárolásra, utána ezek lekérdezhetőek. Dinamikus címkiosztás esetén a PDP kapcsolat felépülési folyamat elején vagy a HPLMN, vagy a VPLMN rendeli hozzá a PDP címet az IMEI-hez. A PDP állapot azt jelzi, hogy a PDP cím (az MS) kész-e az adatávitelre. Inaktív állapotban az MS nem végez adatávitelt, a PDP adatok (irányítás,.) nem frissülnek a hálózati elemekben RA/LA (Routing Area/Location Area, ld. 231) váltás esetén. Ha inaktív állapotban PTP adatcsomagok érkeznek az MS PDP címére a GGSN-be, akkor a

GGSN, beállítástól függően elindíthat egy - hálózat által kért - PDP kapcsolat-aktiválási procedúrát, és felépülhet az adatkapcsolat. Ha valamiért nem sikerül a PDP kapcsolatot aktivizálni, vagy a hálózat úgy van beállítva, hogy ne indíthasson ilyen folyamatot, akkor a GGSN az érkezett IP csomagokat visszautasítja. Aktív állapotban a PDP címhez tartozó kapcsolat adatai az MS-ben, az SGSN-ben, és a GGSN-ben érvényesek, tartalmazzák az adatátvitelhez szükséges irányítási információkat. RA vagy LA váltása esetén az irányítási adatok frissülnek a MM (Mobility Management) eljárások által. A PDP aktiv állapot csak akkor lehetséges, amikor az MS MM állapota standby, vagy ready. A Mobility Management állapotairól a 23-as fejezetben írok. Inaktiv aktiv átmenet a PDP kapcsolat-felépítési procedúra hatására történik, ezt kezdeményezheti a mobil, vagy a GGSN. Aktiv inaktiv átmenet az adatátvitel végeztével történő PDP

kapcsolat bontásakor jöhet létre, vagy akkor ha az MS MM állapota idle-re változik. 2.21 Közvetítő funkció A közvetítő funkció az a mód, ahogyan egy csomópont a kapott üzenetet továbbítja egy másiknak az adott úton. 13 2.22 Irányítási funkció Az irányítási funkció választja ki az átviteli utat a következő node felé. GSN-ek közti átvitel esetén az adatok átmehetnek külső adathálózatokon, ahol az éppen aktuális hálózati protokoll irányítási módjai érvényesülnek, pl.: X25, ATM 2.23 Cím fordítási és megfeleltetési funkció A címfordítás az, ahogy az egyik típusú címzést konvertálják egy másik típusúba. A címfordítást arra lehet használni, hogy egy külső hálózati protokoll címet átalakítsunk egy belső hálózati címmé, amelyet, már használhatunk az adatcsomagok irányítására a PLMN-en belül. A megfeleltetési funkció feladata, hogy az azonos típusú, a PLMN-en belül használt hálózati címek

esetén lecserélje a régit, az érvényes címzési információra az adatcsomag fejrészében. Egyik lehetséges feladat: az adatcsomagok átirányítása az egyik halózati node-ból egy másikba. 2.24 Tokozási funkció Ezt a funkciót úgy irhatnánk le, mint a cím és a kontroll információk egybe-, összefogása az adott adategységgel, egy a PLMN-en belül irányítható csomaggá. Az ellentétés folyamat során (decapsulation) az adatcsomagot szétválasztják az eredeti címzési, kontroll információkra, és az adategységre. Ez a két összetartozó folyamat a SGSN-ben, az MS-ben, és a GGSN-ben játszódik le. A folyamatokra a 3 fejezetben még kitérek. 2.25 Alagút funkció Ez a funkció felelős az összefogott (encapsulated) adategységek átviteléért a PLMN-ben, tokozási, és a kibontási pontok között. Az így létrejövő logikai alagút (csatorna) kétirányú pont-pont közötti út. Csak a csatorna végpontjai azonosítottak, tehát az útvonal nem

feltétlenül mindíg ugyan az. Az említett folyamatokat a GPRS Tunnelling Protocol (GTP) valósítja meg. A GTP a GSN node-ok közötti, GPRS backbone hálózat protokollja. Magábafoglalja mind a jelzésváltási, mind az adattovábbítási procedúrákat. A GTP-t definiálták mind a Gn interfész (egy adott PLMN-en belüli GSN-ek közötti), mind a Gp interfész (különbözö PLMN-ek közötti) feladatainak állátására. A 3 ábrán látható szürke négyszögek által szimbolizált GSN-ek között használható a GTP. 14 Gr or Gc GTP-MAP protocol converting GSN HLR Gn Gc SGSN Gn R TE Um Gi Gb MT BSS SGSN GGSN Gn R TE Um MT PDN TE Gp Gb BSS SGSN Other PLMN Signalling Interface Signalling and Data Transfer Interface A GTP protokoll 3. ábra A jelzési síkon a GTP szabványosít egy tunnel control, és egy tunnel management protocol-t, ami lehetővé teszi az SGSN számára, hogy az MS-nek hozzáférést biztosítson a GPRS hálózathoz. A

jelzésváltás biztosítja az alagutak létrehozását, módosítását, és törlését. Az adattovábbítási síkon a GTP az un. tunnelling mechanizmust 2 arra használja, hogy kiszolgálja az felhasználói adatcsomagok szállítását. Az út megválasztása függ attól, hogy a küldendő felhasználói adatok megbízható összeköttetést igényelnek, vagy sem. A GTP protokollt csak az SGSN-ekben, és a GGSN-ekben használjuk. Feltételezhetjük, hogy igen sok különálló kapcsolat lesz különböző SGSN-ek, és GGSN-ek között. 2.26 Tömörítési funkció A tömörítési kihasználását 3. 2 funkció optimalizálja a rádiócsatornák kapacitásának A tunnelling mechanizmus, igen nehéz lefordítani, egy olyan eljárást jelent, amellyel egy adott adatkapcsolat idejére egy utat nyitunk az áramló adatcsomagoknak. 3 A tömörítésről bővebben a harmadik fejezet SNDC részénél. 15 2.27 Titkosítási funkció A titkosítási funkció védi az

felhasználói adatok biztonságát a rádiócsatornán, és megvédi az illetéktelen “behatolástól”, használattól a PLMN-t. Tekintsük át a titkosítási folyamatot, ami igen sokban hasonlít a GSM-ből már ismert titkosításhoz. A lényegi különbség, hogy a bemeneti változók száma eggyel gyarapszik, és a kimenet változó számú oktett lehet. A titkosítás folyamata 4. ábra Az algoritmus egy szimmetrikus stream (folyamatos) titkosító. Ilyen a GSM-ben használt A5-ös 4 algoritmus is. A GSM szabványok engedélyezik más, az A5-hez hasonló titkosító algoritmusok használatát is, a GPRS-ben használt is hasonló lehet, bár erről pontos információk nem állnak rendelkezésre. A Kc (ciphering key : titkosítási kulcs) az A8-as algoritmus végeredménye, 64 bit-es bináris szám, amelyet az SGSN a GPRS authentication and key management (azonosítás és kulcs kezelés) procedurától kap meg. Az MS egyedi kulcsot használ PTP 5 (Point-To-Point : pont-pont

közötti adatátvitel) esetén, de közös lehet a kulcs több MS számára, ha az SGSN ugyan azt az adatot küldi több mobil állomásnak PTM-G6 (Point-To-Multi point Group call : pont, több pont közti adatátvitel, csoportos hívás). Egy Kc mindíg egy adott hívás idejére érvényes, és csak akkor kerülhet újrafelhasználásra, ha valamiért leállna az authentication and key management procedure, vagy megszakadna ennek kapcsolata az SGSN-nel. A Kc soha nem kerül átküldésre az air interface-n. Az INPUT 32 bit-es bináris szám, LLC (Logical Link Control) frame-től függő paraméter. A DIRECTION 1 bit-es bináris szám, mely az adatátvitel irányát adja meg (uplink/ downlink). 4 Az A5-ös algoritmus ismert, három lineáris visszacsatolású léptetõ regisztert tartalmaz. 5 Ezekre a hívási szolgáltatásokra a hetedik fejezetben bővebben kitérek. 16 Az OUTPUT a titkosítási algoritmus végeredménye. A hossza megegyezik az LLC frame hasznos

adattartalmának hosszával, ebbe beletartozik az FCS (Frame Check Sequence : ez egy hibadetektáló kód, hossza 3 oktett). A kimenet maximuma 1600 oktett, minimuma 5 oktett. Az OUTPUT tehát azonos hosszúságú a PLAIN TEXT-el (nyílt szöveg, amely ez esetben a már említett LLC kereteknek felel meg), a kettőt bitenként XOR-oljuk (kizáró-vagy), és így kapjuk meg a CIPHERED TEXT-et (titkosított üzenet), amely már átküldhető a nyílt csatornán, a rádiós interfészen (természetesen csak némi utómunkálatok után: burst formating, .) Mivel a kizáró-vagy művelet asszociatív, és a szimmetrikus kulcsú titkosítás esetén mindkét oldalon ugyanaz a kimenet generálódik, ezért megfelelő szinkronizációval a ciphered text mindíg visszaalakítható az eredeti plain text-té. A titkosítási folyamat az MS-ben, és az SGSN-ben zajlik, így a kettő között lévő út van tikosítva. 2.3 Mobilitás kezelési funkció A mobility management (mobilitás kezelés)

feladata, hogy figyelemmel kísérje, kezelje az MS tartózkodási helyét és állapotát (idle, busy,.) a HPLMN-ben (Home PLMN : honos mobilhálózat), vagy egy másik PLMN-ben. Az MM (Mobility Management) feladatai a GPRS előfizetőhöz kapcsolódnak. A GSM és a GPRS Mobility Management-je közti különbség tükrözi leginkább a rendszer újdonságait, ezen a téren a legnagyobb a változás. Három MM állapotot különböztettünk meg, mindegyikhez különböző funkcionalitás, és információ tartozik. Az adott állapothoz tartozó MM információ az MS-ben, és az SGSN-ben tárolódik. A továbbiakban áttekintem a három állapotot, és a hozzájuk kapcsolódó folyamatokat, bizonyos eseteket itt csak említek, és a későbbiek folyamán tárgyalom majd. 2.31 GPRS állapotok Elsőként a GPRS Idle állapotot vizsgáljuk meg. Ekkor a mobil a GSM rendszerbe beljelentkezett, hívásokat tud fogadni, indítani, de a GPRS rendszerbe még nincs bekapcsolódva. A GPRS rendszer

nem ismeri az MS tartózkodási helyét, és a bejegyzett routing (irányítási) információk sem érvényesek. MM procedúrák nem zajlanak. Az MS fogadhat, de nem idíthat PTM-M 6 (Point-To-Multipoint-Multicast) adatátvitelt. Viszont az MS sem fogadni, sem indítani nem tud PTP6 (Point-To-Point), és PTM-G6 (Point-To-Multipoint-Group call) adat hívást. A GPRS számára idle állapotban az MS nem elérhető. GPRS Standby állapotban az MS hozzákapcsolódott a GPRS rendszehez. Az MM kapcsolatot tart az MS és az SGSN között. Ekkor az MS fogadhat PTM-M és PTM-G adatot, és paging-et PTP adatátvitelre, ill. CS7 (Conversational Service, vagy Circut Switched, ez a GSM-ben ma használatos áramkörkapcsolt beszéd, adat vagy fax kapcsolatot jelenti) szolgáltatásra. PTP adat fogadás és küldés, ill PTM-G adat küldés 6 Ezekre a hívási szolgáltatásokra a hatodik fejezetben bővebben kitérek. 17 nem lehetséges ebben az állapotban. Az MS GPRS RA (Routing Area) és

cella kiválasztást lokálisan végzi, MM procedúrákat végrehajtva informálja az SGSN-t, ha új RA-ba lép át. Cella váltásról viszont nem informálja az SGSN-t, amely csak a RAI-t (Routing Area Identity) ismeri. A Routing Area új fogalom. A GPRS arra használja, hogy az MS tartózkodási helyét ezzel még pontosabban ismeri. Funkciója hasonlít a LA-hoz (Location Area), de mérete kisebb, kevesebb cellát foglal magában. Szükség azért van rá, mert ha egy PTP hívásra érkezik paging, minél hamarabb fel kell építeni az adatkapcsolatot, ugyanis a “hívó féltől”, ebben az esetben valamely informatikai hálózatról, érkeznek az adatok, torlódás léphet fel, illetve ha nem érkezik visszajelzés adott időzítésen belül az adatcsomagok vételéről, a kapcsolat megszakadhat. Így ilyen esetekben a paging után rögtön leküldi az SGSN az első adatcsomagot az adott RA-ba tartozó összes cellának, még nem tudni melyik cellán küldi a mobil a választ.

Ha kevesebb cella tartozik egy területhez, akkor az ilyen típusú hívásfelépülésekhez kevesebb erőforrást veszünk igénybe “feleslegesen”. GPRS Ready állapotban az MS-ről az SGSN-ben tárolt MM információk megegyeznek a standby állapotban tároltakkal, mindössze kiegészül az MS tartózkodási helyének cellaszintű ismeretével. A GPRS cella kiválasztást, és újra-választást (handover) az MS végzi, opcionálisan lehetséges, hogy ezt a funkciót a hálózat végezze. A cella választásról és váltásról a mobil értesíti az SGSN-t, úgy, hogy a küldött adatcsomag BSSGP (Base Station System GPRS Protocol) protokollú címzési (header) részben bennefoglaltatik a CGI (Cell Global Identity : globális cella azonosító). Ebben az állapotban az MS szabadon tud adatforgalmat lebonyolítani, aktiválni, lebontani PDP (Packet Data Protokol : a szabványokban az IP, X.25 protokollok gyűjtőneve) összeköttetéseket. Ezért ezt az állapotot gyakran

hívják a szakirodalomban aktív állapotnak is. Ready állapotban, ha van, ha nincs rádiós erőforrás allokálva az MS-nek, és nincs adatforgalom, akkor is fennmaradnak a MM folyamatok. A ready állapotot egy időzítés ügyeli fel, és ha ez lejár a MM kapcsolat visszavált standby állapotba. Az 5-ös ábrán látható a MM állapot modell az MS és az SGSN oldaláról. Tekintsük át az ábra alapján az állapotok közti átmeneteket: Idle Ready átmenet: GPRS attach-kor (kapcsolódás, bejelentkezés) van ez az átmenet, ekkor az MS hozzáférést és egy logical link-et kér egy SGSN-től. Standby Idle átmenet: Ha a standby timer (időzítés) letelik, az MM és a PDP kapcsolat deaktiválódik (inactive állapotba kerül), és az MS ill. az SGSN idle állapotú lesz Természetesen az SGSN idle állapot nem az egész berendezésre vonatkozik, hanem csak az adott GPRS előfizetőhöz tartozó process-ekre, MM kapcsolatokra. A másik eset, ha az SGSN kap egy Cancel

Location (a helymeghatározásra vonatkozó bejegyzés törlése) MAP (Mobile Application Part : a No.7-es jelzésváltás mobiltelekommunikációs specifikus része) üzenetet a HLR-től. 18 IDLE IDLE GPRS Attach STANDBY timer expiry GPRS Detach STANDBY timer expiry or Cancel Location READY READY timer expiry or Force to STANDBY GPRS Detach or Cancel Location GPRS Attach PDU transmission READY READY timer expiry or Force to STANDBY or Abnormal RLC condition PDU reception STANDBY STANDBY MM State Model of MS MM State Model of SGSN MM állapot modell 5-ös ábra Standby Ready átmenet: PDU (Packet Data Unit : a PDP kapcsolat adatátviteli egysége) átvitele esetén, ha az MS adatátvitelt kezdeményez, vagy fogad. Az átmenet megvalósul az SGSN-ben, ha az MS-től kap egy PDU-t. Ready Standby átmenet: Ha a ready timer lejár, az MS és az SGSN MM kapcsolat standby állapotba kerül. Másik esetben, ha az MS, vagy az SGSN egy immediate return to standby

(azonnali visszatérés standby állapotba) jelzést küld a másik félnek. Ezt a ready timer lejárása előtt küldheti. Harmadik esetben, ha a rádiós csatornán átviteli problémák lépnének fel, vagy ha helyreállíthatatlan megszakadás következik be a rádiós átvitelben. (egy ideig próbálkozik a helyreállítással, majd ha letelik az ennek a folyamatnak beállított időzítés, akkor következik be az átmenet.) Ready Idle átmenet: A GPRS detach, ekkor az MS kikapcsolódik a GPRS szolgáltatásból. Az MS indított kérésre a MM kapcsolatok az SGSN-ben idle állapotba kerülnek. 19 A másik eset: a Cancel Location üzenetet a HLR-től, ld. mint a Standby Idle átmenetnél. A szabványosított átmeneteken kívül más átmenetek (pl. Idle Standby) nem lehetségesek. Viszont van egy hozzáférési szolgáltatás, az Anonymous Access, melynek során az előfizető nem azonosítódik, nincs autentikáció, sem titkosítás. Itt annyit kell megjegyezzek, hogy a

MM modell egyszerűsödik két állapotra: idle, ready; mert itt a szolgáltatás lényegéből fakadólag, MS kezdeményezett rövid idejű adatátvitel, nincs szükség várakozásra. IDLE PDP Context Activation IDLE READY timer expiry PDP Context Activation READY timer expiry or Abnormal RLC condition READY READY AA MM State Model of MS AA MM State Model of SGSN MM állapot modell anonymous access esetén 6. ábra Idle Ready átmenet: PDP kapcsolat aktiválása az MS által oly módon, hogy nem küldi fel az IMSIét, így megőrzi az anonimitását. Az SGSN úgy építi fel a logical link-, és MM kapcsolatot, hogy közben nem követel meg autentikációt, titkosítást, IMEI ellenőrzést (ez opcionális). Ready Idle átmenet: Ha a Ready timer lejár, a korábban említett módon a kapcsolat elbomlik. A második eset az átmenetre, ha a rádiós csatornán adott mértéket meghaladó adatátviteli problémák adódnak (meghatározott szintű minőség nem

biztosítható), vagy a rádiós összeköttés helyreállíthatatlanul megszakad. Én azonban az itt felsorolt esetek a szabványosítottak, én hiányolok a Ready Idle átmenetnél egy harmadik esetet: GPRS detach, amikor a mobil kezdeményezésére bomlana el a kapcsolat. Mert szerintem mialatt már nincs adatátvitel, és a Ready timer még nem jár le, addig is felesleges erőforrás foglalás lehetséges. 20 Tekintsük még át a két időzítés feladatát: A Standby timer felügyeli azt az időt, amit a mobil standby állapotban tölt. Ha ez letelik az MS és a SGSN MM kapcsolat visszatér idle állapotba. Az időzítést az MS és az SGSN egyaránt felügyeli: ugyanaz az értéke mindkét helyen. A timer alapértéke az SGSN-ben van definiálva, és csak az SGSN változtathatja meg úgy, hogy az új értéket leküldi az MS-nek Attach Accept (kapcsolódás elfogadás), vagy Routing Area Update Accept (RA frissítés elfogadás) üzenetben. Ha a standby timer értéke

nulla, akkor a mobil standby állapotba kerülés után, azonnal utasítást kap, hogy váltson idle állapotra. Ha viszont az időzítés értéke a maximálisra van állítva (a bináris érték csupa 1-es), akkor az időzítési funkció ki van kapcsolva. A standby timer nullázódik, és újraindul az MS-ben, és az SGSN-ben, minden egyes alkalommal, amikor standby állapotba kerül. A Ready timer felügyeli azt az időt, amit a mobil ready állapotban tölt. Ha ez letelik, az MS és a SGSN MM kapcsolat visszatér standby állapotba. Anonymous access esetén az időzítés leteltével a kapcsolat bontódik (idle állapot). Az időzítést az MS és az SGSN egyaránt felügyeli: ugyanaz az értéke mindkét helyen. A timer alapértéke az SGSN-ben van definiálva, és csak az SGSN változtathatja meg úgy, hogy az új értéket leküldi az MS-nek Attach Accept, vagy a Routing Area Update Accept üzenetben. Ha a ready timer értéke nulla, akkor a mobil az adatátvitel befejeztével

azonnal utasítást kap, hogy standby állapotra váltson. Ha viszont az időzítés értéke a maximálisra van állítva (a bináris érték csupa 1-es), akkor az időzítési funkció ki van kapcsolva. A ready timer nullázódik, és újraindul az MS-ben, amikor az PDU-t küld. A ready timer nullázódik, és újraindul az SGSN-ben, amikor az a PDU-t hibátlanul fogadta. 2.32 Együttműködés az SGSN és MSC/VLR között Ebben az alfejezetben szeretném leírni azt az együttműködést, mely a Gs (SGSN-MSC/VLR) opcionális interfészen valósulhat meg. Kapcsolat létesül a két egység között, mikor a VLR tárolja az SGSN címét, és az MS osztályát (class A,B,C) 7, és amikor az SGSN tárolja a VLR címet. A kapcsolat az A és B osztályú mobilok koordinálására használódik standby és ready állapotokban. A kapcsolat a következő eseményeket támogatja: - Location area (LA), routing area (RA) update koordinálása. - IMSI attach, detach 8 az SGSN-en keresztül. Ez

kombinált IMSI/GPRS attach és dettach lehetőségét biztosítja, ezúton is javíthatjuk a rádiós erőforrást kihasználását. - Paging-elési lehetőség az SGSN keresztül Conversational Service (másként Circuit switched) kapcsolat létrehozására. Most tekintsük át, hogyan is jön létre a kapcsolat. A következő estekben épül fel a kapcsolat az MSC/VLR-SGSN között: - IMSI attach-kor, ha a mobil már bejelentkezett a GPRS hálózatba. 7 Az MS oszályait az hatodik fejezetben írom le. Az IMSI attach, detach alatt a mobilnak a GSM hálózatba való be- és kijelentkezését értjük. 8 21 - GPRS attach-kor, ha a mobil a GSM hálózatba már bejelenkezett. - Kombinált IMSI/GPRS attach-kor. - Kombinált RA/LA update-kor, ha a kapcsolat még nem létezik. Egy kapcsolatfelvételt az SGSN kezdeményez úgy, hogy a VLR-nek küld egy BSSAP+ (Base Sation System Application Part protokoll a GPRS számára továbbfejlesztett változata) üzenetet az aktuális MS-re

vonatkozólag. Ehhez a művelethez, hogy megtudja a megfelelő VLR címet az SGSN, átfordítja az éppen aktuális RAI-t VLR címmé, fordítási tábla segítségével. A kapcsolat a következő esetekben frissítődik fel: - Ha a mobil VLR-t vált. - Ha a mobil SGSN-t vált. A kapcsolat nem frissítődik CS összeköttetés alatt. Az MSC/VLR-SGSN kapcsolat a következö esetekben szűnik meg: - IMSI detach esetén. - GPRS detach esetén. Kombinált RA/LA Update esetén is van kommunikáció az MSC/VLR-SGSN között, erről a Location mangement résznél írok, ahol az egész update folyamatot ismertetem. 2.34 Áramkör kapcsolt szolgáltatás paging-e Mialatt az MS a GPRS szolgáltatáshoz kapcsolódik, az MSC/VLR a circuit switched kapcsolatok felépítésére a paging-elést az SGSN-en keresztül végzik. Az A és B osztályú mobil készülékek rendelkeznek azzal a képességgel, hogy CS paging-et tudnak fogadni, mialatt a GPRS standby, vagy ready állapotban vannak. (GPSR idle

állapot esetén, a CS paging az eredeti GSM szabvány szerint történik, hiszen ekkor az MS nem kapcsolódik a GPRS szolgáltatáshoz.) Ha az MS standby állapotban van, akkor a paging az adott RA-ban történik, ha ready állapotban van, akkor a paging az adott cellán történik. A paging folyamatot az MSC-ben egy időzítés ügyeli fel Az MSC paging üzenetét az SGSN átalakítja SGSN paging üzenetté, és így kerül tovább az MShez. A 7 ábrán látható a folyamat sematikus rajza MS BSS SGSN MSC/VLR 1. Page 2. Paging Request 3. Paging Request 4. SABM (Paging Response) 5. SCCP Conn Req (Paging Response) CS paging 7. ábra 22 Tekintsük át röviden, mi is történik lépésenként: 1/ Az SGSN megkapja a page üzenetet az MSC-től, amely egy kérés a mobil megkeresésére. Ez az üzenet tartalmazza az IMSI-t, a Priority-t, opcionálisan a TMSI-t, és Channel Needed-et. A Channel Needed (az ETSI GSM TS 0808-ban definiált) jelzi az MS-nek, hogy milyen CS csatornát

(half-, full-rate,.) kell igényelnie a Paging Response üzenetben. A Priority szintén az ETSI GSM TS 0808-ban definiált, erre itt nem térnék külön ki. 2/ Az SGSN küld egy BSSGP Paging Request üzenetet az MS-t kiszolgáló BSS-nek. Az üzenet a következő paramétereket tartalmazza IMSI-t, TLLI-t 9, TMSI-t, Area-t, Channel Needed-t, QoS-t 10. A TLLI és az Area adatok az SGSN-ben tárolt MM kapcsolat paramétereiből kaphatjuk meg. Az Area, ready állapotú MS esetén egy cellát, standby állapotú MS esetén egy Routing Area-t jelöl. A TMSI, és a Channel Needed csak akkor található a paraméterek között, ha azokat az MSC megküldte. Ha Channel Needed-et az MSC nem küldte meg az SGSN-nek, akkor az SGSN egy alap értéket állít be. A TMSI paraméter ez esetben is elhagyható (ez MSC/VLR beállítás függő) 3/ A BSC lefordítja a bejövő BSSGP Paging Request üzenetet, kiküldhető Paging üzenetté. Ha az adott MS-számára kijelöltek egy cellán rádiós

erőforrást (Ready állopot), akkor a Paging üzenet (TMSI, vagy IMSI, Channel Needed) csak a dedikált kapcsolaton lesz leküdve, úgy hogy a folyamatban lévő adatátvitelt ne zavarja. Másik esetben, ha az MS standby állapotban van, akkor a paginget a mobil tartózkodási helyéül ismert RA-hoz tartozó cellákon küldik ki. 4/ Ha az MS fogadja a paging-et a CS szervizre, elfogadhatja a kérést, ha igen, akkor folytatja a CS kapcsolat felépítési procedúrát: random access, immediate assignment, paging response. 5/ Miután a BSS fogadja a Paging Response üzenetet, küld egy Connection Request-et az MSC-nek, amely megállítja az MSC-ben futó response timer-t. A kapcsolatfelépítés paging része itt befejeződik. 2.35 Attach és detach funkciók Ebben a részben szeretném ismertetni a bekapcsolódás, és kikapcsolódás folyamatait főként a Mobility Management szempontjából. Az IMSI attach az a folyamat, mellyel a mobil bejelentkezik a GSM hálózatba (már

definiált a GSM-ben). Az GPRS attach az a folyamat, mellyel a (GPRS) mobil bejelentkezik a GPRS szolgáltatásba, hálózatba. Ha egy MS már GPRS-attached (már bejelentkezett), akkor IMSI attach az SGSN-en keresztül zajlik. Ha az MS nincs a 9 A TLLI-rõl (Temporary Logical Link Identity) a harmadik fejezben bõvebben írok. A Quality of Service-rõl a hetedik jejezetben bõvebben írok. 10 23 GPRS hálózatba bejelentkezve, akkor az IMSI attach-et a GSM szabványok szerint végzi. Azok a mobil készülékek, melyek rendelkeznek GPRS funkcióval, háromféle bejelentkezést végezhetnek: IMSI attach, GPRS attach, combined IMSI/GPRS attach. A bekapcsolódási folyamat elején a mobil felküldi az IMSI-ét, vagy a régi TLLI-ét, vagy a régi RAI-t, és jelzi, hogy milyen bejelentkezést akar végrehajtani. A TLLI hasonló funkciót lát el, mint a GSM-ben a TMSI, mindemellett igen fontos feladata van az adatcsomagok irányításában (ld. még harmadik fejezet) Az IMSI, vagy a

régi TLLI, és a régi RAI azonosítják az MS-t az attach procedúra alatt mindaddig, míg meg nem kapja az új TLLI-t. A sikeres GPRS attach után az MS ready állapotba kerül, és MM kapcsolat létesül a mobilban, és az SGSN-ben. Az így felépült kapcsolatra épülhetnek a további kapcsolatok (rétegek) pl.:adatátvitel Annak az SGSN-nek a címe, ahol az MS található, az előfizetői adatok részeként tárolódik a HLR-ben, akárcsak a VLR cím. Így, ha az előfizetői adatokban változás történik (pl.: új szolgáltatás, letiltás,), az közölhető az SGSN-nel. Ha szükségszerű az SGSN utasíthatja az MS-t, hogy végezzen újra GPRS attach-et, hogy az új előfizetői adatok aktiválódjanak. Az attach folyamata a 8. Ábrán látható A következőkben nézzük végig lépésenként a combined IMSI/GPRS attach-et. 1/ Az MS felküldi az új SGSN-nek a BBS-en keresztül az Attach Request üzenetet. Ez a bejelentkezés-kérés tartalmazza az IMSI-t vagy, a régi

TLLI-t és a régi RAI-t, az MS Class-t, Classmark-ot, a CKSN-t (Ciphering Key Squence Number : ezt a sorszámot a GSM szelektív autentikáció esetén használják), az Attach típusát, és a DRX paramétert. A classmark tartalmazza a mobil készülék multislot kapacitását (több időrés összevonása egy adatátvitelre, max. 8TS), és hogy melyik GPRS titkosítási algoritmusokat tudja használni a mobil. A DRX paraméter jelzi, hogy az MS használ-e discontinuous reception-t (nem folytonos vétel, ez részben energiatakarékossági előnyökkel jár) vagy sem. Ha az MS DRX-et használ, akkor a paraméter azt is jelzi, mikor van a mobil non-sleep (éber) állapotban, és képes paging üzenetet fogadni. 2/ Ha az MS TLLI-vel azonosította magát, és a kikapcsolás óta SGSN-t váltott, akkor az új SGSN egy Identification Request-et küld a régi SGSN-nek, az üzenetben a régi TLLI-vel, és a régi RAI-val, hogy megkapja az IMSI-t. Ha az MS ismert (van vonatkozó bejegyzés) a

régi SGSN-ben, akor az visszaküldi az Identification Response üzenetben az IMSI-t, és a tárolt (és még érvényes) Authentication Triplet-eket. Ha az MS nem ismert a régi SGSN-ben, akkor az megfelelő hibakódot küld vissza. 3/ Tehát ha a régi TLLI egyik SGSN-ben sem ismert, akkor az új SGSN küld egy Identity Request üzenetet az MS-nek, benne a régi TLLI-vel, és a kért azonosító típusával, ami ez esetben az IMSI. Az MS az Identity Response üzenetben visszaválaszolja az IMSI-t, azzal azonosítja önmagát amíg nem kapja meg az új TLLI-t 4/ Ha a mobil nem volt már korábban bejelentkezve valahol a hálózatba, azaz nincs MM bejegyzése, akkor az autentikáció kötelező, egyébként nem. A titkosítást csak akkor kell beállítani a folyamat idejére, ha új TLLI lefoglalására, kiosztására kerül sor. Az autentikáció, és a titkosítás folyamatát már korábban tárgyaltam. 24 MS BSS new SGSN old SGSN GGSN EIR new MSC/VLR HLR old MSC/VLR

1. Attach Request 2. Identification Request 2. Identification Response 3. Identity Request 3. Identity Response 4. Authentication 5. IMEI Check 6a. Update Location 6b. Cancel Location 6c. Cancel Location Ack 6d. Insert Subscriber Data 6e. Insert Subscriber Data Ack 6f. Update Location Ack 7a. Location Updating Request 7b. Update Location 7c. Cancel Location 7d. Cancel Location Ack 7e. Insert Subscriber Data 7f. Insert Subscriber Data Ack 7g. Update Location Ack 7h. Location Updating Accept 8. Attach Accept 9. Attach Complete 10. TMSI Reallocation Complete Konbinált IMSI/GPRS attach 8. ábra 5/ A készülékazonosító (IMEI) ellenőrzése nem kötelező, ennek a folyamatát később röviden ismertetem. 6/ GPRS attach esetén routing area update-et (irányítási terület frissítés) kell végrehajtani, ha a kikapcsolás óta az SGSN címe megváltozott: 25 a a/ Az új SGSN küld egy Update Location (SGSN cím, IMSI) üzenetet a HLRnek, így a HLR-ben az új adatok

szerepelnek. b/ A HLR küld egy Cancel Location (IMSI) üzenetet a régi SGSN-nek, hogy törölje ki a már érvénytelen bejegyzést. c/ A régi SGSN törli az ide vonatkozó bejegyzéseket (MM, PDP), és nyugtázza törlést. d/ A HLR az Insert Subscriber Data üzenetben elküldi az új SGSN-nek az előfizető IMSI-jét, és GPRS adatait. e/ Az SGSN nyugtázza az adatok vételét, és érvényesíti az MS tartózkodását az új RA-ban. Ha minden ellenőrzés rendben van, akkor az SGSN MM kapcsolatot létesít az MS-selHa bármilyen ok miatt a MS nem jelentkezhet be az új RA-ba, akkor az SGSN visszautasítja az csatlakozási kérést (Attach Request). f/ A HLR nyugtázza az SGSN-nek a location update-et. 7/ Ha IMSI attach-ra is szükség van, akkor az SGSN a VLR-hez fordul. A VLR cím megtudható a RAI-ből. Ha az MS már bejelentkezett a GSM rendszerbe, és GPRS attach-et hajt végre, úgy Location Update Request üzenet elküldésével kapcsolat jön létre a VLR és az SGSN

között. Ugyanis a VLR tárolja, hogy a mobil bejelentkezett-e a GPRS szolgáltatásba. Nézzük át az IMSI attach folyamatot: a/ Az SGSN küld a VLR-nek egy Location Update üzenetet benne az új LAI, az IMSI, az SGSN címe, a GPRS Attach állapota, és a MS Class. A GPRS Attach paraméter jelzi, hogy az MS bejelentkezett-e a GPRS-be, ha igen ezt bejegyzi a VLR-be, tárolja az SGSN címét, és az MS Class-t. b/ Ha inter-MSC Location Update (a továbbiakban LU) szükségeltetik, akkor az új VLR küld egy Update Location üzenetet (IMSI, új VLR cím) a HLR-nek. c/ A HLR küld egy Cancel Location üzenetet (IMSI) a régi VLR-nek, hogy törölje az MS bejegyzését. d/ A régi VLR nyugtázza a törlést a Cancel Location Ack üzenettel (IMSI). e/ Ha a LU inter-MSC, a HLR küld egy Insert Subscriber Data üzenetet a VLRnek ami tartalmazza az IMSI-t, és a GSM előfizetői adatokat. Így a VLR ki tudja egészíteni a GPRS előfizetőről tárolt adatokat. f/ A VLR nyugtázza az adatok

vételét, Insert Subscriber Data Ack (IMSI). g/ Az inter-MSC LU procedúra befejezéseként a HLR küld egy nyugtát az új VLR-nek, Update Location Ack (IMSI). h/ A VLR küld az SGSN-nek egy értesítést a LU befejezéséről, és elküldi a TMSI-t. 8/ Az SGSN küld egy Attach Accept üzenetet az MS-nek, ami nyugtázza, hogy a mobil sikeresen kapcsolódott a GPRS-hez. Az üzenet tartalmazza az új TLLI-t, a TMSI-t és a PLMN által támogatott MT (Mobile terminated : mobilon végződő) szolgáltatásokat, (erről az hatodik fejezetben bővebben). 9/ Ha a TLLI, és/vagy a TMSI változott a mobilban tárolthoz képest, akkor az MS nyugtázza a TLLI, és/vagy TMSI vételét az Attach Complete üzenettel (TLLI, TMSI). 10/ Ha változott a TMSI, akkor az SGSN megerősíti a TMSI lefoglalást a VLR-nek a TMSI Reallocation Complete üzenettel. 26 Ha a bejelentkezési kérés nem teljesíthető, akkor az SGSN egy Attach Reject üzenetet küld a mobilnak, amely az IMSI-t, és a Reject

Cause-t (visszautasítási ok) tartalmazza. A detach (kijelentkezés, kikapcsolás) funkció lehetővé teszi az MS-nek, vagy a GPSR hálózatnak, hogy értesítsék egymást a szolgáltatás elhagyásáról. Három féle detach definiált a GPRS-ben: IMSI detach, csak az MS kezdeményezheti. Ha az MS a GPRS-be bejelenkezett állapotban van, akkor küld egy Detach Request üzenetet az SGSN-nek, amelyben jelzi, hogy IMSI detach-ot kíván végrehajtani. Ez végülis megfelel a harmadik típusú detachnak Ha az MS nincs bejelentkezve a GPRS-be, akkor az eljárás megfelel a GSM-ben már szabványosított IMSI detach-nek. GPRS detach-ot mind az MS, mind a GPRS kezdeményezhet: ekkor elbomlik mind az MM, és a PDP kapcsolat a hálózat és az MS között. A kijelenkezésnek két fajtáját különböztetjük meg okok szerint. Az explicit, mikor az SGSN, vagy az MS indítja a folyamatot, egy Detach Request üzenet (TLLI, Cause) elküldésével a másik félnek. Az implicit deatach akkor

történik, ha az MS standby állapotban van, de az aktivitás hiánya miatt a standby időzítés lejár, vagy helyreállíthatatlan zavar keletkezik az MS és az SGSN között. A kombinált IMSI/GPRS detach, csak az MS által kezdeményezhető. Ez akkor következik be, ha a standby, vagy ready állpotú mobil teljesen ki akar lépni mind a GPRS, mind a GSM hálózatból. MO (Mobile Originated : mobil kezdeményezett) kikapcsolás esetén a Detach Request egyik paramétere megadja, hogy kikapcsolják készülék elektromos táplálását, vagy nem. A kérdés az, hogy a hálózat visszaküldje-e a Detach Accept üzenetet Az SGSN tárolhat autentikációs triplet-eket az MS-hez kikapcsolás után, ugyanis ezek későbbi GPRS attach-kor felhasználhatóak. Az MS kezdeményezte detach eljárás a 9. ábrán látható MS BSS SGSN GGSN MSC/VLR 1. Detach Request 2. Delete PDP Context Request 2. Delete PDP Context Response 3. IMSI Detach Indication 4. Location Updating Request 4.

Location Updating Accept 5. Detach Accept MS kezdeményezte detach 9. ábra 27 1/ Az MS kikapcsoláskor Detach Request üzenetet küld az SGSN-nek, amelynek paraméterei a TLLI, Deatach Type, Switch Off. A Detach Type jelzi, hogy a kikapcsolás milyen típusú (IMSI, GPRS, combined), a Switch Off határozza meg, hogy áramtalanítjuke a készüléket. 2/ GPRS detach esetén az aktív PDP kapcsolatokat, amelyek a GGSN-ben az adott MSre vonatkoznak deaktiválódnak, az SGSN által küldött Delete PDP Context Request üzenet (TID) hatására. Így a GGSN az adathálózat(ok) irányába is elbontja a meglévő kapcsolato(ka)t. A GGSN nyugtázásul visszaküldi a Delete PDP Context Response-t A TID a Tunnel Identifier azonosítja az adott MS-hez tartozó logikai kapcsolatot az SGSN és a GGSN között. 3/ IMSI detach esetén az SGSN küld a VLR-nek egy IMSI Detach Indication üzenetet (IMSI). 4/ Ha az MS IMSI attach állapotban kíván maradni, és GPRS detach procedúrát végez,

akkor az SGSN egy Location Update Request üzenetet (IMSI, GPRS Attach State) küld a VLR-nek. A GPRS Attach State jelzi, hogy az MS csak a GPRS-ből jelentkezik ki, így a VLR eltávolítja a vonatkozó bejegyzéseket az SGSN kezelte paging-ről, és location update-ről. A végrehajtás után a VLR a Location Update Accept üzenettel nyugtáz. 5/ Ha a Switch Off paraméter azt jelzi, hogy az MS IMSI attach állapotban marad, akkor a detach procedúra nyugtázásaként az SGSN küld egy Detach Accept (TLLI) üzenetet az MS -nek. Az SGSN által kezdeményezett GPRS detach procedúra csak kevéssé tér el a már leírt MS általindított folyamattól, ezért csak a különbségeket emelném ki. MS BSS SGSN GGSN MSC/VLR 1. Detach Request 2. Delete PDP Context Request 2. Delete PDP Context Response 3. Location Updating Request 3. Location Updating Accept 4. Detach Accept SGSN kezdeményezte detach 10. ábra A folyamatábrán 10. Ábra látszik, hogy az első üzenet, a kérés, és

az utolsó a nyugtázás ellentétes irányú, mint az előző esetben. A Detach Request üzenetet más 28 paraméterekkel (TLLI, Attach indicator) küldi az SGSN, mint az MS. Az Attach Indicator azt jelzi, hogy az MS a detach procedúra után jelentkezzen-e be (attach) a GPRS hálózatba. Ez akkor használhatja a hálózat, ha az előfizetői adatokban változás állt be, úgy ahogy ezt már korábban leírtam. Az IMSI detach is kimarad ebből a folyamatból, mert azt csak az MS kérésére hajtható végre. 2.36 Biztonsági funkciók A rendszer jogos használatát, az előfizetők által küldött adatok titkosságát védendően, a GSM-ből már ismert három funkciót használ a GPRS: - Autentikáció - Titkosítás (ciphering) - Készülék azonosító ellenőrzés Az első kettőről már írtam az előzőekben, így most az IMEI check-et ismertetném röviden. MS BSS SGSN EIR 1. Identity Request 1. Identity Response 2. Check IMEI 2. Check IMEI Ack IMEI ellenőrzés

11. ábra Mint a 11. ábrán is látható, a GSM-ből már ismert IMEI ellenőrzéstől nem sokban különbözik a GPRS környezetben. GPRS használata esetén a folyamatot az SGSN irányítja, küldi az Identity Request üzenetet a mobilnak, és fogadja a választ (response). Az így megkapott IMEI-t az SGSN elküldi ellenőrzésre az EIR-nek, a Check IMEI üzenetben. A Check IMEI Ack üzenettel válaszol az EIR, és küldi meg a készülék besorolását (fehér, szürke, fekete, ismeretlen). Az SGSN-nek lehet közvetlen összeköttetése (csak signalling) az EIR-rel, de ez nem kötelező, ugyanis az üzeneteket lehet az MSC-n keresztül is küldeni. 2.37 Helymeghatározási funkció A helymeghatározási funkció kulcsfontosságú eleme a mobil távközlésnek, és mint látható lesz a GSM szabványhoz képest a GPRS-ben tovább célszerűsödött, talán bonyolódott is a rendszer. A funkció a következő feladatokat látja el nagyvonalakban: - eljárást biztosít a cella, és a

PLMN kiválasztásához, 29 - eljárást biztosít a hálózat részére, hogy tudja mindíg pontosan, melyik RA-ban található az MS, standby és ready állapotban, - lehetőséget biztosít a hálozatnak, hogy ready állapotban ismerje az MS tartózkodási helyét cella szinten. A helymeghatározási eljárásokban a hálózat és a mobil összehangolt munkája szükséges. A PLMN-nek szükséges információkat meg kell küldenie az MS részére, hogy képes legyen: - detektálni, mikor egy új cellába, RA-ba lépett, - eldönteni, mikor kell periódikus RA update-et (frissítést) végeznie. Az RA frissítési időzítésnek rövidebbnek kell lennie, mint standby időzítésnek. Az MS úgy érzékeli, hogy új cellába, vagy RA-ba lépett, hogy bizonyos időközönként ellenőrzi a BSS-től kapott azonosítókat az általa tároltakkal. Ha az MS egy új cellát, RA-t detektál, akkor az egyik procedúrát a három közül elindítja: - Cell update, - Routing Area update, -

Combined Routing Area & Location Area (RA/LA) update. Ha az MS egy új PLMN-be jelentkezik át (GSM), nem végez routing update-et, hanem idle állapotba vált. A Cell update, az új cella választása, akkor következik be, mikor az MS GPRS ready állpotban van, és egy RA-n belül átlép egy új cellába. Ha cellaváltás közben új RA-ba lép át az MS (az új cella másik RA-hoz tartozik mint a régi), akkor RA update történik Cell update helyett. A cellaváltás úgy zajlik le, hogy a mobil küld egy LLC 11 frame-et (Logical Link Control keretet) az új BTS-nek. Ezek a keretek hordozzák az MS GPRS beli azonosítóját (TLLI), és BSC hozzáadja az SGSN felé menő BSSGP keretekhez a cella azonosítót. A MM arra használja az LLC rétege szolgáltatásait, hogy MM üzeneteket szállíttasson az MS és az SGSN között, mint PDU (Packet Data Unit). A Cell update üzenet tehát egy LLC PDU, amit egy BSSGP PDU szállít magábafoglalva (ez tartalmazza az új cella

azonsítót is) az SGSN-hez. A üzenet vétele után, az SGSN felülírja az MS cellaszintű tartózkodási helyére vonatkozó adatokat, és az újabb forgalmat már arra fogja irányítani. A Routing Area update, az irányítási terület adatainak frissítésére akkor kerül sor, ha az MS egy új RA területére lép, vagy a periódikus RA update időzítés letelik. A RA frissítések között megkülönböztetünk: - intra SGSN RA update, - inter SGSN RA update, - combined intra SGSN RA/LA update, - combined inter SGSN RA/LA update. A koncepció hasonló a GSM-ből már ismert intra-, inter-BSC, MSC handover folyamatokhoz, a GPRS esetén még több hálózati elem vesz részt. Mivel a procedúrák azonos részfolyamatokból épülnek fel, és a combined inter SGSN RA update tartalmazza az összes részfolyamatot, ezért következőkben a legegyszerűbb - 11 Az LLC-ről a harmadik fejezetben írok bővebben. 30 intra-SGSN RA update -, és a legösszetettebb - combined

inter-SGSN RA update folyamatot részletesen, a másik két esetet csak röviden ismertetem. Az intra-SGSN RA update a 12. ábrán látható, a példa feltételezi, hogy az MS nem vált MSC/VLR-t, mert az már Location update-tel is járna. MS BSS SGSN 1. Routeing Area Update Request 2. Security Functions 3. Routeing Area Update Accept 4. Routeing Area Update Complete Intra-SGSN RA update folyamata 12-es ábra 1/ Az MS érzékelve, hogy új RA-ba lépett át, elküldi a Routing Area Update Request üzenetet, amely a TLLI-t, a régi RAI-t, új RAI-t tartalmazza. A BSC a paraméterekhez még hozzáteszi a CI-t (Cell Identity : cella azonosító, a cellát egy Location Area-n belül azonosítja). 2/ A biztonsági (security) funkciók elvégzésére lehet utasítani a mobilt, pl.: autentikáció, IMEI ellenőrzés. Ez opcionálisan beállítható a hálózatban 3/ Az SGSN felfrissíti az MS tartózkodási helyének adatait (RA). Ha bármilyen helyi, nemzetközi tiltás miatt nem

engedélyezett az MS kapcsolódása RA-hoz, vagy az előfizetési adatok ellenőrzése sikertelen, akkor az SGSN megfelelő hibakód (cause) küldésével visszautasítja a routing update-t. Ha minden elleőrzés rendben megtörténik, akkor az SGSN frissíti az MS-re vonatkozó MM adatokat. Új TLLI osztható ki az MSnek Az SGSN visszaküldi a Routing Area Update Accept üzenetet (TLLI, Cause) 4/ Ha a TLLI megváltozott, akkor az MS nyugtázza annak vételét a Routing Area Update Complete üzenettel (TLLI). Ha a procedúra megengedhető számú próbálkozás után is sikertelen, akkor az SGSN a Routing Area Update Accept üzenetben utasítja a mobilt, hogy váltson IDLE állapotra. 31 MS BSS new SGSN old SGSN GGSN HLR MSC/VLR 1. Routeing Area Update Request 2. SGSN Context Request 2. SGSN Context Response 3. Forward Packets 4. Security Functions 5. Update PDP Context Request 5. Update PDP Context Response 6. Update Location 7. Cancel Location 7. Cancel Location Ack 8.

Insert Subscriber Data 8. Insert Subscriber Data Ack 9. Update Location Ack 10. Location Updating Request 10. Location Updating Accept 11. Routeing Area Update Accept 12. Routeing Area Update Complete Inter-SGSN RA update folyamat 13. ábra Az inter-SGSN RA update a 13. ábrán látható Ebben az esetben az MS csak SGSN-t vált. Az új SGSN megkéri a régitől az MM, és adatátvitelre vonatkozó adatokat. Az új SGSN frissíti az MSC/VLR-ben, és a HLR-ben a rá vonatkozó címzési bejegyzéseket. A GGSN-nek az adatcsomagok új irányítását adja meg. Megkapja a HLR-től a GPRS szolgáltatás előfizetői adatait 32 MS BSS SGSN new MSC/VLR HLR old MSC/VLR 1. Routeing Area Update Request 2. Security Functions 3. Location Updating Request 4a. Update Location 4b. Cancel Location 4c. Cancel Location Ack 4d. Insert Subscriber Data 4e. Insert Subscriber Data Ack 4f. Update Location Ack 5. Location Updating Accept 6. Routeing Area Update Accept 7. Routeing Area Update

Complete 8. TMSI Reallocation Complete Intra-SGSN RA/LA update folyamat 14. ábra Az intra-SGSN RA/LA update a 14. ábrán látható Ebben az esetben a mobil MSC/VLR-t vált, SGSN-t nem vált. Ezt a folyamatot röviden úgy írhatjuk le, mint egy intra-SGSN RA update, és egy GSM inter MSC LU (Location Update) ötvözetét. Természetesen az SGSN és az új MSC/VLR bejegyzik egymás címét, és az új TMSI-t az SGSN is megkapja. 33 MS BSS new SGSN old SGSN GGSN new MSC/VLR HLR old MSC/VLR 1. Routeing Area Update Request 2. SGSN Context Request 2. SGSN Context Response 3. Forward Packets 4. Security Functions 5. Update PDP Context Request 5. Update PDP Context Response 6. Update Location 7. Cancel Location 7. Cancel Location Ack 8. Insert Subscriber Data 8. Insert Subscriber Data Ack 9. Update Location Ack 10. Location Updating 11a. Update Location 11b. Cancel Location 11c. Cancel Location Ack 11d. Insert Subscriber Data 11e. Insert Subscriber Data Ack 11f. Update

Location Ack 12. Location Updating Accept 13. Routeing Area Update Accept 14. Routeing Area Update Complete 15. TMSI Reallocation Complete Kombinált inter-SGSN RA/LA update folyamat 15. ábra A combined inter-SGSN RA/LA update a 15-ös ábrán látható. Ebben az esetben az MS MSC/VLR-t, SGSN-t vált, ez a legösszetettebb folyamat. Nézzük végig pontonként, hogyan is zajlik le. 1/ Az MS érzékelve, hogy új RA, és LA-ba lépett át, elküldi a Routing Area Update Request üzenetet, amely a TLLI-t, a régi RAI-t, új RAI-t, és a Location Area Update Indication-t tartalmazza. A BSC a paraméterekhez még hozzáteszi a CI-t 2/ Az új SGSN elküldi az SGSN Context Request üzenetet (régi RAI, TLLI, új SGSN cím) a régi SGSN-nek, hogy megkapja az MM, és a PDP kapcsolatokra vonatkozó adatokat. (A PDP -Packet Data Protocol- kezeli az adatátvitelre vonatkozó jelzéseket, 34 és a kapcsolatok kiépítését, felügyeletét, és elbontását.) A régi SGSN az SGSN Context

Response üzenettel (MM context, PDP contexts, LLC Ack) válaszol. Ha az MS a régi SGSN-ben ismeretlen (nincs bejegyzés), akkor egy megfelelő hibakódot küld vissza. A régi SGSN tárolja az új SGSN címét mindaddig, még az adatok mindenhol nem frissítődnek (location, MM), hogy a folyamat közben esetleg kapott adat csomagokat tovább tudja küldeni az új SGSN-nek. Az LLC Ack tartalmazza az MS által használt minden LLC kapcsolat nyugtázását. Minden egyes PDP Context (a mobil több adathálózati kapcsolatot is fenntarthat egyszerre, pl.: telnet, WWW böngészés, ftp) tartalmazza a GGSN MS irányba (downlink) küldendő következő N-PDU (NetworkPacket Data Unit : hálózati adatcsomag) GTP sorszámát, és az MS GGSN irányba (uplink) küldendő következő N-PDU GTP sorszámát. A régi SGSN indít egy időzítést, melynek lejártakor kitöröl minden bejegyzést az MS-ről. 3/ A régi SGSN elkezdi átküldeni a puffer-elt (átmenetileg tárolt) N-PDU-kat az új

SGSN-nek. Azokat az N-PDU-kat, melyeket azelőtt kap még a régi SGSN, hogy az előző pontban leírt időzítés lejárna, szintén átküldi az új SGSN-nek. 4/ A biztonsági (security) funkciók elvégzésére lehet utasítani a mobilt, pl.:autentikáció, IMEI ellenőrzés, ezek opcionálisan beállíthatóak a hálózatban. Mivel új TLLI-t oszt ki a hálózat a mobilnak, ezért a titkosítást mindeképpen be kell kapcsolni (amennyiben nincs), ha a hálózat támogatja, használja. 5/ Az új SGSN küld egy Update PDP Context Request üzenetet (új SGSN cím, TID, QoS) a GGSN-nek. Az értesítés után a GGSN már az új irányba küldheti az adatcsomagokat. A két hálózati elem közötti kommunikációban az egy adott előfizetőhöz tartozó adatcsomagokat a TID (Tunnel Identifier) azonosítja. A GGSN frissíti az előfizetőre vonatkozó PDP adatokat, és nyugtázásul visszaküldi az Update PDP Context Response üzenetet (TID). 6/ Az új SGSN informálja a HLR-t az SGSN

váltásról az Update Location üzenettel (új SGSN cím, IMSI). 7/ A HLR törölteti a régi SGSN-nel az előfizetőre vonatkozó tárolt MM adatokat a Cancel Location üzenettel (IMSI). Ha a 2 lépésben leírt időzítés már letelt, akkor törli ki a régi SGSN az MM, és PDP adatokat. A régi SGSN nyugtázásként viszzaküldi a Cancel Location Ack üzenetet (IMSI). 8/ A HLR elküldi az előfizető adatai közül a GPRS-re vonatkozóakat, Insert Subscriber Data üzenet (IMSI, GPRS subs. data), az új SGSN-nek, amely nyugtát küld az adatok vételéről, Insert Subscriber Data Ack (IMSI). 9/ A HLR visszaigazolja a location update-et az új SGSN-nek, az Update Location ACK üzenettel (IMSI). 10/ Az SGSN a Location Updating Request üzenet (új LAI, IMSI, új SGSN cím, GPRS attach state, MS Class) elküldésével elindít egy inter-MSC location update-et. A VLR 35 cím a RAI alapján kikereshető. A GPRS attached state jelzi, hogy a mobil standby, vagy ready állapotban van.

A VLR az előfizetői adatok között tárolja az SGSN címet, és az MS osztályát. 11/ A location update során az új VLR értesíti a HLR-t. Azután a HLR törli a régi VLR-ben az adatokat, és elküldi a GSM specifikus előfizetői adatokat az új VLR-nek. Ez a folyamat a GSM-ben már szabványosított. 12/ Az új VLR egy új TMSI-t rendel az előfizetőhöz, és a Location Updating Accept (TMSI) üzenetben elküldi az SGSN-nek. 13/ Az új SGSN felfrissíti az MS tartózkodási helyének adatait (RA). Ha bármilyen helyi, nemzetközi tiltás miatt nem engedélyezett az MS kapcsolódása RA-hoz, vagy az előfizetési adatok ellenőrzése sikertelen, akkor az SGSN megfelelő hibakód (cause) küldésével visszautasítja a routing update-t. Ha minden ellenőrzés rendben megtörténik, akkor az SGSN frissíti az MS-re vonatkozó MM, és PDP adatokat. Az új SGSN válaszol az MS-nek a Routing Area Update Accept üzenettel (TLLI, TMSI, PLMNSupported MT Capabilities, LLC Ack, Cause).

Az LLC Ack tartalmaza azokat a nyugtákat, amelyek az update folyamat kezdete előtt a mobil által sikeresen elküldött adatcsomagokat (N-PDU) igazolják vissza. 14/ Az MS megerősíti a TLLI, és a TMSI frissítését a Routing Area Update Complete üzenettel (TLLI, TMSI, LLC Ack). Az LLC Ack ez esteben azokat a nyugtákat tartalmaza, amelyek az update folyamat kezdete előtt a mobil által sikeresen fogadott adatcsomagokat (N-PDU) igazolják vissza. Ha az LLC Ack igazolja a régi SGSN által továbbküldött N-PDU-k vételét, akkor ezeket az SGSN eldobja. Ez az eljárás biztosítja, hogy egyetlen adatcsomag se vesszen el. 15/ Az SGSN elküldi a VLR-nek a TMSI lefoglalásának visszaigazolását, TMSI Reallocation Complete (TMSI). Ha a procedúra sikertelen megengedhető számú próbálkozás után is, akkor az SGSN a Routing Area Update Accept üzenetben utasítja a mobilt, hogy váltson IDLE állapotra. Ha RA tiltás miatt a routing update visszutasítódik, akkor az SGSN nem

hozza létre az MM kapcsolatot. A visszutasításról értesíti az MS-t az SGSN Ebben a RA-ban az MS nem próbálkozhat újra a routing update-tel. Ha a GGSN nem válaszol az üzenetre, akkor az SGSN nem hozza létre az MM kapcsolatot. A visszutasításról értresíti az MS-t az SGSN A RA-ban az MS próbálkozhat újra a routing update-tel. Opcionálisan be lehet állítani, hogy az SGSN a visszautasítás üzenet elküldése előtt próbálja újra a folyamatot. Ha a Location Updating Accept üzenet visszutasítást jelez, akkor ezt tudatni kell az MS-sel, és amíg nem sikerül a Location Update, addig nem jelentkezhet be a GPRS rendszerbe. A periodikus RA- és LA update a GPRS-ben hasonló módon működik, mint a GSM-ben. Ha a hálózatban be van állítva a periodikus LU, akkor mindegyik a GPRS 36 szolgáltatásba bejelentkezett mobilnak végre kell hajtania. Kivétel, ha a B osztályú mobilok CS kommunikációt folytatnak. Azok a mobilok, amelyek a GSM-be bejelentkeztek

(IMSI-attach), de a GPRS-be nem, azok GSM periodikus LA update-et hajtanak végre. A periodikus RA update azonos az intra SGSN routing update folyamatával. Azok a mobilok, mind a GSM-be, mind GPRS-be bejelentkeztek, azoknak a periodikus frissítés folyamata attól függ, hogy a Gs összeköttetés létezik-e. - Ha a Gs 12 interface létezik, akkor a periodikus RA update végrehajtódik, és a LA update-re nincs szükség. Ez esetben az MSC/VLR nem használj az implicit detach-ot a GPRS-be bejelentkezett mobilok esetében, mivel ezeknél az SGSN fogadja a periodikus RA update-et. Ha az SGSN nem kapja meg a periodikus update-et, és a standby időzítés letelik, akkor az SGSN értesíti a kikapcsolt állapotról az MSC/VLR-t az IMSI Detach Indication üzenettel. - Ha az Gs interface nem létezik, akkor mind az RA, mind az LA végrehajtódik, egymástól függetlenül. Az RA update a Gb13, az LA update pedig az A13 interface-en keresztül történik meg. A periodikus RA update

időzítés számlálása megáll az MS-ben, ha PDU küldésére kerül sor. A periodikus RA update időzítés nullázódik, és újraindul, mikor az MS standby állapotba kerül. 2.4 Logikai összeköttetés kezelési funkció A logical link (logikai összeköttetés) biztosítja az összeköttetést az MS-ek és az SGSN között a rádiós interfészen. Ez a funkció a BSS-t nem érinti, transzparens módon áthalad rajta, egy kivételtől eltekintve, cella, RA, LA váltásakor a BSC hozzáfűzi a paraméterekhez a cella azonosítót. Ezeknek a funkcióknak feladatai a kapcsolatok koordinálása, állapotuk figyelése, az összeköttetéseken folyó tikosított adatátvitel felügyelete, és az MS-SGSN közötti jelzésváltás továbbítása. 2.41 Címzés A TLLI (Temporary Logical Link Identity : ideiglenes logikai összeköttetés azonosító) egy adott MS és az RA-t ellátó SGSN közötti kapcsolatot azonosítja. A TLLI funkciója hasonlít a GSM-ből ismert TMSI-hez. A TLLI

egy adott területen, egy GPRS kapcsolat ideéig érvényes, az SGSN által kiosztott azonosító. Ha az MS RA-t vált, akkor új TLLI osztható ki, de SGSN váltásakor mindenképp új azonosítót kell kapnia az új node-tól. Az LLC adatcsomagok fej részében (header) található mindíg a TLLI, így mindíg azonosítható, hogy melyik adatcsomag, melyik MS-hez tartozik. Amennyiben az MS az anonymous csatlakozást használ, úgy az MS egy véletlenül kiválasztott TLLI-t használ, amit az SGSN egy Random range-ből (véletlen sorozat) választ ki. A TLLI azonosítóról bővebben a harmadik fejezet azonosítókról szóló részében írok. 12 Lásd az 1-es ábra. 37 2.42 Az LLC szolgáltatásai Az LLC (Logical Link Control) tartja fenn a titkosított adatkapcsolatot az MS és az SGSN között. Az LLC nem biztosít direkt kommunikációt két MS között Ahogy az MS mozog ugyanazon SGSN-hez tartozó cellák között, az LLC kapcsolat végig fennmarad. De ha az MS olyan

cella területére kerül, amelye másik SGSN-hez tartozik, akkor a fennálló kapcsolat lebomlik, és új logikai kapcsolat épül ki az új SGSN-nel. Ilyen esetben a folyamatban lévő adatátvitel nem szakad meg. Az LLC kapcsolat használható PTP (Point-To-Point), és PTM (Point-To-Multipoint) adatátvitelre az MS, és az SGSN között. Az LLC biztosítja a logikai kapcsolatok felépítését, felügyeletét, fenntartását, és lebontását. Az LLC független az alatta lévő rádiós interfész protokolloktól, azokkal szabványosított primitíveken keresztül kommunikál. Így biztosítható, hogy az LLC különböző típusú rádiós interfész együtt tudjon működni, biztosítva az optimális teljesítményt. Az ehhez szükséges feltételeket a harmadik fejezetben tekintjük át röviden. 2.5 Rádiós erőforrás kezelési funkció Ebben a részben szeretném ismertetni azokat az új logikai és fizikai rádiócsatornákat, melyek a GPRS rendszer részei, bevezetésükkel

a BSS rendszerben számolni kell. Továbbá áttekintem a cellaválasztási funkciót, a rádiós erőforrás lefoglalást, és az adatcsomagok továbbításához kapcsolódó feladatokat. 2.51 Rádiós interfész kezelési funkció Ez a funkció felügyeli a logikai, és fizikai rádiós csatornákat, és az utóbbiak lefoglalását, kiosztását. Nézzük át először a bevezetésre kerülő logikai csatornákat: - A Packet Random Access Channel (PRACH) csak uplink irányba (MSBTS) definiált. Az MS ezen a csatornán küldi a Paging request, és az Access burst üzeneteket. Ezek az üzeneteket a hívás felépítésifolyamatok (MT - Mobile Terminated : mobilon végződő, MO - Mobile Originated : mobil kezdeményezett) eléjén találhatóak. - A Packet Paging Channel (PPCH) csak downlink irányba (BTSMS) definiált. A GPRS hálózat ezen a csatornán keresztül paging-eli meg azt a mobilt, mellyel adatkapcsolatot (vagy CS) kíván létesíteni. A PPCH paging group-okat használ, ez

arra szolgál, hogy így az egy RA-ban, vagy cellában tartózkodó előfizetőket egyszerre lehet megszólítani, így válik lehetővé a már említett DRX (Discontinous Receive : nem folyamatos vétel). A PPCH-n történő paging-et használni lehet mind áramkör kapcsolt (CS), mind csomag kapcsolt szolgáltatások esetében. Meg kell jegyezni, hogy abban az esetben, amikor az MS GPRS adatátvitelt végez, akkor a CS MT szolgáltatásra vonatkozó paging a PACCH csatornán kerül leküldésre. 38 - A Packet Access Grant Channel (PAGCH) csak downlink irányba (BTSMS) definiált. A GPRS az adatátviteli kapcsolat felépítése során ezen a csatornán küldi meg az MS-nek a továbbiak során használandó, kijelölt rádiós erőforrást. Abban az esetben, ha az MS GPRS adatátvitelt végez, akkor az erőforrás-kijelölés a PACCH-n történik. - A Packet Notification Channel (PNCH) csak downlink irányba (BTSMS) definiált. Ez a logikai csatorna PTM-M

(Point-To-Multipoint-Multicast) adatátvitel esetén használt. A PTM-M adatkapcsolatban résztvevő mobilok ezen a csatornán kapják meg az szükséges információt, a lefoglat rádiós erőforrásról. - A Packet Broadcast Control Channel (PBCCH) csak downlink irányba (BTSMS) definiált. Ez a csatorna sugározza System Information-t, tehát azokat az adatokat, melyekre egy mobilnak szüksége van a szolgáltatás igénybevételéhez: cella azonosító, RAI, LAI, . A PBCCH számára általában egy időrést foglalnak le a cellában, akár a GSM-ben a BBCH számára, de ha nincs a cellában PBCCH, akkor a GPRS rendszer adatokat is a BCCH sugározza. - A Packet Data Traffic Channel (PDTCH) mindkét irányba definiált. A PDTCH foglalódik le adatátvitel céljára egy MS részére az adatátvitel idejére. PTM-M kapcsolat esetén egy PDTCH foglalódik le az adatátvitelben résztvevő összes MS részére. Magasabb átviteli sebesség elérése céljából több PDTCH foglalható le

párhuzamosan az adott MS részére. - A Packet Associated Control Channel (PACCH) mindkét irányba definiált. A PACCH szállítja a jelzéseket az MS-hez. Az így szállított jelzésinformációk lehetnek nyugtázások, teljesítmény szabályozás, rádiós erőforrás kiosztás, . Egy PACCH-t egy, vagy több PDTCH-hoz rendelhetünk hozzá, de ezek a forgalmi csatornák csak ugyanahhoz MS-hez lehetnek hozzárendelve. Két fizikai csatorna van a GPRS-ben, amelyek a logikai csatornákat “szállítják”: - A Packet Data Channel (PDCH) a PDTCH, és a PACCH logikai csatornák adatainak átviteléért felelős. - A Packet Common Control Channel (PCCCH) a további logikai jelzéscsatornák adatainak átviteléért felelős: PRACH, PPCH, PAGCH, PNCH. Amennyiben a cellában nincs lefoglalva egy időrés a PCCCH részére, úgy a jelzéseket a GSM Common Control Channel (CCCH) szállítja. A szakdolgozat terjedelme nem engedi meg, hogy kitérjek arra, hogy az egyes csatornák hogyan

helyezkednek el a különböző keret (frame) struktúrákban. 2.52 Rádiós erőforrás lefoglalás Azok a cellák, amelyek támogatják a GPRS-t, lefoglalhatnak egy vagy több fizikai csatornát, hogy azokon GPRS forgalom folyhasson. Az így lefoglalt fizikai csatornákat (pl.: PDCH), a cella azon erőforrásától kell elvenni, amit a circuit switched (áramkör kapcsolt) GSM szolgáltatások is használnak. Így ezt a lefoglalást mindenképpen dinamikusan kell végrehajtani, mert csak így lehet kivitelezni a különböző szolgáltatások ütközés, torlódás mentes kiszolgálását. A szabványosított megoldás az igény szerinti erőforrás lefoglalás - Capacity on demand. A GPRS nem kívánja meg az állandó PDCH lefoglalást. A kapacitás allokálását az aktuális 39 adatátviteli forgalomhoz kell igazítani. Természetesen a szolgáltató dönthet úgy, hogy valamennyi erőforrást állandóan, vagy időszakosan lefoglal a GPRS forgalom részére. Ha a PDCH

csatornákon torlódás lép fel a nagymennyiségű GPRS adatátvitel miatt, akkor a hálózat, ha van szabad kapacitás a cellán, lefoglalhat további fizikai csatornákat PDCH-nak. Egy cellán a PDCH csatorna, vagy csatornák megléte nem kívánja meg feltétlenül PCCCH lefoglalását. Ha a cellán nincs allokálva PCCCH, akkor az összes GPRS-be bekapcsolódott (GPRS attached) mobil a CCCH-t figyeli. A CCCH-n keresztül ugyan azokkal az üzenetekkel tud felépíteni adatkapcsolatot, mint a PCCCH-n. Ha a cellán van PCCCH lefoglalva, akkor annak meglétéről a BCCH tájékoztatja az MS-t. Természetesen, ha a megnövekedett forgalom úgy kívánja több időrés is lefoglalható PCCCH-nak, melyek a forgalom csökkenésével ismét szabaddá tehető. Ahhoz, hogy a dinamikus lefoglalás jól működjék, a cella GPRS, és CS forgalmát folyamatosan figyelni kell. 2.53 Cellaválasztás GPRS stadby, és ready állapotban a cellaválasztást az MS végzi, kivétel ha az A osztályú

mobil CS módú összeköttetést tart fenn. Ahhoz, hogy az MS végezhesse a cellaváltást két dolognak kell teljesülnie: - a cellákon kell lennie PBCCH csatornának, - a GPRS MS-ekben cella kiválasztási algoritmusnak kell működnie. Az MS méri az őt kiszolgáló, és a BA-GPRS-ben meghatározott környező cellák, BCCH frekvenciájának átlagos jelerősségét. A BA-GPRS paramétert a PBCCH sugározza a rendszer információk között. A BA-GPRS (BCCH Allocation for GPRS) tartalmazza azoknak a környező celláknak a BSIC-jeit (Base Station Identity Code : bázisállomás azonosító kód), amelyeken engedélyezett a GPRS szolgáltatás, tehát választhatóak. Az MS az átlagos jelerősséget az ETSI GSM TS 0508 szabványban leírtak alapján számítja ki. A cella kiválasztási algoritmus a mobil mérési eredményeit dolgozza fel, és annak alapján hozza meg a döntést a cellaváltásról. 2.54 Um-tranx funkció Az Um-tranx funkció biztosítja azt a képességet,

felületet ami lehetővé teszi az adatacsomagok átvitelét a rádiós interfészen. A funkció a következő eljárásokat foglalja magában: - Közeg hozzáférési felügyeletet (MAC - Medium Accesss Control) biztosít a rádiós csatornán. Ez a procedúra hasznosítja a rádiós interfész fizikai erőforrásait A MAC-ról részletesebben a harmadik fejezetben írok. - Az adatcsomagok multiplex-elése egy fizikai csatornába, abban az esetben, ha több MS használ közösen egy időrést. - Hiba detektálás, és javítás, flow control. 40 2.6 Hálózat kezelési funkció A Network Management - hálózat kezelési funkció azokat az O&M (Operational and Maintenance : üzemeltetési és karbantartási) irányelveket tartalmazza, melyek a GPRS-re vonatkoznak. Mivel egy-egy rendszerre különböző gyártók (pl.:Ericsson, Nokia, Siemens, ) által fejlesztett megoldások léteznek, és ezeknek az üzemeltetése, karbantartása más és más, nincs a különböző

rendszerelemek között együttműködés az O&M szintjén, ezért nincs szükség szabványokra. Az O&M irányelvekre vonatkozó ajánlásokat még nem publikálták. 41 3. Jelzések és protokollok a GPRS hálózatban Ebben a fejezetben szeretném ismertetni a GPRS szolgáltatásban résztvevő összes elem közötti jelzéskapcsolatokat. Azokban az összeköttetésekben, ahol új protokoll biztosítja valamelyik réteg feladatait, ott a rendelkezésre álló szabványok alapján ismertetem azt. A 16 Ábrán látható az adatátviteli sík, a réteg protokollokkal Ez a struktúra biztosítja az adatok szállítását a GPRS hálózatban, támogatva a megfelelő segédeljárásokkal (pl.: hiba javítás, hiba detektálás, flow control, ) Látható, hogy a GPRS felépítése is az OSI/ISO hivatkozási modellen alapszik. A rétegek ismertetését hálózati elemenként teszem, alulról haladva fölfelé. Application IP / X.25 IP / X.25 SNDCP LLC LLC Relay RLC RLC

MAC MAC GSM RF GSM RF GTP GTP LLC UDP / TCP UDP / TCP BSSGP BSSGP IP IP Frame Relay L1bis Frame Relay L1bis L2 L2 Um MS SNDCP Gb BSS L1 L1 Gn SGSN Gi GGSN Adatátviteli sík 16. ábra 3.1 Első réteg Ebben a részben kivételesen egyszerre kívánok írni a GPRS-ben használt fizikai rétegekről, ugyanis ezek már régen definiált, széles körben használt megoldások. A GGSN és az SGSN között IP kapcsolat létezik, ennek a hordozója az L1, L2 rétegek, ez lehet Ethernet, FDDI, Token Ring, és még sok más adatátviteli megoldás. Az SGSN és a BSC (Base Station Controller) között az L1bis a távközlésben igen elterjedt 2 Mbit/s-os PCM összeköttetést jelöli. A rajzon BSS (Base Station Subsystem) szerepel, ez magábafoglalja a BSC-t és a BTS-t (Base Transciever Station). Természetesen a BSC-BTS kapcsolat a GSM rendszerben már régen kiépített, ezért lehet csak SGSN-BSC összeköttetésről beszélni. A GSM rádió frekvenciás (RF-Radio

Frequency) protokoll az ETSI GSM TS 05-ös szabvány sorozatban definiált. 42 3.2 A GGSN protokolljai 3.21 GGSN harmadik réteg A GGSN harmadik rétege az IP (Internet Protocol), feladata a felhasználói adatok irányítása, és felügyeleti jelzésváltás. A GPRS gerinchálózatai IP alapúak A belső GPRS gerinchálózat, az egy PLMN-ben található GSN-eket (GPRS Support Node) köti össze. A külső gerinchálózat, teremti meg a GPRS szolgáltatók közötti közvetlen adatkapcsolatot, ezen keresztül a roaming lehetőségét a GPRS-ben. A külső gerinchálózat mindíg a GGSN-eket köti össze (lásd a 25. ábra) Az IP 4-es verziója került a szabványba, mint a gerinchálózatok protokollja, de végső megoldásnak az IP 6os verzióját tűzték ki. A szabvány elkészülte óta, az IP v6-ot is kibocsátották 3.22 GGSN negyedik réteg A GGSN negyedik rétegében a TCP/UDP protokollok találhatóak. A TCP (Transfer Controll Protocol) az 5. réteg (GTP - GPRS

Tunnelling Protocol) adatcsomag egységeit szállítja a GPRS gerinchálózaton. Olyan protokollú adatokat szállít, amelyek megbízható adatkapcsolatot igényeknek (pl.: X25) A TCP adat sérülés és vesztés ellen véd, valamint flow control-t (folyamat vezérlés) biztosít. Az UDP (User Datagram Protocol) az 5. réteg (GTP) adatcsomag egységeit szállítja a GPRS gerinchálózaton Olyan protokollú adatokat szállít, amelyek nem igényelnek megbízható adatkapcsolatot (pl.: IP) Az UDP adat sérülés ellen véd csak 3.23 GGSN ötödik réteg A GGSN ötödik rétege a GTP (GPRS Tunnelling Protocol). A GTP-nek két feladatát különböztetjük meg: az adathálózat felöl és felé az adategységek PDP PDU továbbítása, a szükséges jelzések kezelése. A GTP teszi lehetővé a különböző protokollú adatcsomagok átküldését a GPRS gerinchálózatán. Ez az átküldés egy ún alagút módszerrel történik. Minden egyes MS-hez tartozó adatkapcsolathoz a GGSN

létrehoz egy dedikált csatornát, melyet egy TID-vel (Tunnell Identifier : csatorna (alagút) azonosító) lát el, és így mindegyik pontosan elkülöníthető egymástól. A GGSN-SGSN közötti adatcsomagok a címzésben található TID alapján azonosíthatóak A TID azonosító struktúrájáról ennek a fejezetnek a végén írok. A jelzési síkon a GTP alagút felügyeletet és kezelést valósít meg. A jelzések hozzák létre az alagutat, tartják fenn, módosítják, és az adatkapcsolat végén elbontják. A GTP szállítja a Mobility Management funkciók jelzéseit (pl.: GPRS attach, GPRS Routing Area Update, ) a GSN-ek között. A jelzések csak logikailag vannak összekapcsolva az alagutakkal, azoktól elkülönítve szállítódnak. Minden egyes GSN-GSN pár között egy vagy több útvonal létezik. Minden egyes utat egy vagy több a jelzések céljára dedikált alagút valósít meg. 43 Az átviteli síkon a GGSN 6. rétegétől kapott X25-ös, vagy IP

adatcsomagokat először megfelelően át kell alakítani. Erre szolgál az encapsulation funkció A GPRS a csomagkapcsolt hálózatok adategységeit (PDP PDU - Packet Data Protocol Packet Data Unit) transzparens módon szállítja a mobilokhoz. Ez a GPRS és a külső adathálózatok címzési, irányítási, és szállítási megvalósításításai közti különbségek miatt úgy oldható meg, hogy az eredeti adategységeket, címzéseiket használva, becsomagolják. Az így nyert adatelemek címzési információval, és hibajavító kódokkal ellátva az ellenoldalon midíg visszaállíthatóak az eredeti fomátumra. A GGSN és az SGSN között alkalmazott encapsulation PDP PDU-kat GTP PDU-ká alkítja át majd a 3-4. rétegben nyerik el az átküldéshez szükséges formát, IP csomagként (IP PDU). Az IP és a GTP PDU címzési részei a kiindulási és a cél GSN címeket, valamint a TID-t tartalmazzák. Az átküldés után az ellenoldal a címzési információkat

figyelembevéve az adatcsomagot kibontja, átalakítja, ezáltal a megfelelő formában küldi tovább. Az itt leírt módon a GTP interfészt alkot a külső adathálózatok, és az MS között, úgy hogy az MS semmit sem érzékel abból. Úgy is mondhatnánk, hogy a GTP teszi lehetővé a csatlakozást az adathálózatokhoz. Ennek a protokollnak a redkívüli előnye, hogy a GPRS első fázisában még csak IP és X.25-ös adatcsomagok kezelésével vértezték fel, de a későbbiekben más szabványú adatcsomagok fogadására is képessé tehető. Ennek megvalósítására csak a GTP protokollt kell módosítani, így igen kis változtatással bővíthető a rendszer szolgáltatása. 3.24 GGSN hatodik réteg A GGSN hatodik rétege valósítja meg az IP és X.25-ös csomagok irányítását az adathálózat és az MS felé ez utóbbi estben továbbítja az adatcsomagokat alsóbb rétegeknek feldolgozási, továbbküldési céllal. 3.3 Az SGSN protokolljai A 16. ábrán látható,

hogy az SGSN a különböző protokollok között végez átalakítást. Míg a GGSN inkább egy adathálózati router-hez hasonlítható, addig az SGSN az nevezhető a protokollok szempontjából határnak a GSM és az adathálózatok között. Az SGSN magábafoglalja mindazokat a protokollokat, amelyekkel a GGSN kommunikál, így nem írok külön azokról (pl.: GTP, UDP,) Még az SGSN egyik “oldala” a GGSN-nel, addig a másik a BSC-vel, és közvetlenül az MS-sel kommunikál. Most tekintsük át az utóbbi oldalt 3.31 SGSN második réteg Az SGSN második rétegében található a Frame Relay (keret-relézés) protokoll. Ez továbbítja a BSSGP protokoll adatcsomagjait (BSSGP PDU). A Frame Relay nem csomagokat, hanem az adatkapcsolati szint kereteit viszi át a hálózaton. A keret-relézés az X.25-höz hasonló módszer, bár az X25-től eltérően nem biztosít megbízható 44 összeköttetést, nem biztosít flow control-t (folyamat vezérlés). Az átvitelhez HDLC

(High-level Data-Link Control : magas szintű bitorientált eljárás) kereteket használ, ahol az adatrész maximálisan 4 Kbyte lehet. 3.32 SGSN harmadik réteg Az SGSN harmadik rétegét a BSSGP (Base Station System GPRS Protocol) alkotja. A BSSGP-t az ETSI GSM TS 0864-es szabványa irja le, de sajnos az anyaggyűjtés lezárásáig nem bocsátották ki. Így csak kevés utalást sikerült összedjek más szabványokból. A BSSGP viszi az SGSN és a BSC között az irányítási és QoS (Quality of Service) információkat. A 17-es ábrán látható, hogy különböző típusú protokollokat hogyan multiplexálja (rendezi egybe) az LLC a továbbküldés miatt, majd kerü az egész adatfolyam a BSSGP-hez, továbbirányítási céllal. 3.33 SGSN negyedik réteg Az SGSN negyedik rétegét az LLC (Logical Link Control) szolgáltatja. Ez a réteg biztonságos, tikosított összeköttetést nyújt az SGSN és az MS között. A 24-es részben már írtam az LLC feladatairól, így itt a

jelzésváltási részre térnék inkább ki. A 17-es ábrán az LLC réteg fölött található az SNDCP réteg, amely hálózati réteg szinten a felhasználói adatok (N-PDU) átvitelét irányítja. Az SNDCP-nek, az SMS-nek és az MM-nek az LLC nyújtja az átviteli szolgáltatást. Az LLC kapcsolatot, amely egy MS-sel az adatátvitel idejére fenntartot logikai összekötettést jelent, a DLCI (Data Link Connection Identifier) azonosítja. A DLCI a SAPI-ból (Service Access Point Identifier) és a TLLI-ből (Temporary Logical Link Identity) áll össze. Az LLC Service Access Point-nak nevezik azokat a pontokat amelyek szolgáltatást, kapcsolatot biztosítanak primitíveken keresztül az LLC fölötti rétegeknek. Tehát a SAPI azonosítja, hogy az LLC általa hordozott információ SNDCP, SMS, vagy MM jelzés. Az LLC keret a header (fejléc), a trailer 13, és az információt tartalmazó mezőkből áll. A header és a trailer olyan információkat tartalmaznak, amelyek a keret

azonosítását és biztonságos átvitelét szolgálják (pl.: DLCI, keretsorszám, ellenőrző összeg, ) Az információs mező változó hosszúságú lehet igénytől függően, de legnagyobb hossza 1600 oktett. Az LLC réteg végzi minden egyes keret küldésének és esetleges újraküldésének irányítását. Az LLC kétféle üzemmódban működhet: - unacknowledged, ekkor az átküldésre került keretek megérkeztét az ellenoldal nem erősíti meg. Ebben az üzemmódban csak átviteli és formai hiba ellenőrzés van, újraküldés, flow control (folyamat vezérlés) nincs Az így átküldött adatokat UI (Unconfirmed Information : nem megerősített információ) keretek szállítják. - acknowledged, ekkor az LLC protokolban szabványosított újraküldés alapon történik a hibajavítás. Abban az esetben, ha az LLC réteg nem tudja a hibát kijavítani, akkor a 13 Igen nehéz lefordítani, címzési és egyéb a kerettel kapcsolatos információkat tartalmaz, mint

a header. 45 ezt jelenti a GPRS MM-nek, amely a hibát kezeli. Az LLC ebben az esetben használ flow control-t (folyamat vezérlés). Signalling Packet Data Protocol SMS N-PDU NSAPI SNDCP SNDC Header NSAPI + Control Data LLC Header TLLI + Control LLC Information Data SAPI LLC TLLI RLC or BSSGP Különböző protokollok összekapcsolása 17. ábra 3.34 SGSN ötödik réteg Az SGSN ötödik rétegét az SNDCP (Subnetwork Dependent Convergence Protocol) szolgáltatja. Az SDCP fő feladatai: - transzparencia biztosítása a hálózati protokollok számára, - a csatornakapacitás jobb kihasználása, - protokoll és adattovábbítási funkciók kiszolgálása. Az SNDCP egyik fő feladata a hálózati protokollok számára transzparencia biztosítása a GPRS rendszerben, a GTP-vel együtt. A 22-es fejezetben leírt PDP funkciók ennek a megvalósítását szolgálják. A hálózati réteg felől érkező IP 14 adatcsomagot, nevezzük N-PDU-nak (Network Packet Data Unit) az

SNDPC először szétválasztja aszerint, hogy az adatátvitel acknowledged, vagy unacknowledged (a két módot az LLC protokollnál már ismertettem). Acknowledged mód esetén SN-DATA-t használunk, a másik esetben SNUNITDATA-t használunk 14 Azért írom le a folyamatot IP-vel, mert a rendelkezésre álló szabvány az X.25-ről még nem írt semmit, későbbi verzióban várható. 46 Acknowledged módban mind a kontroll információkat, mind a felhasználói adatokat tömöríti az eljárás. Utána, ha szükséges, akkor az felhasználói adatokat szétdarabolva küldik tovább. Az unacknowledged mód hasonló az előzőhöz, de ebben az esetben csak az felhasználói adatokat tömöríti az eljárás. Mindkét esetben a továbbküldés előtt az így létrejött PDU-kat a protokoll ellátja megfelelő N-SAPI-val. Nézzük át röviden az egyes eljárásokat. A kontroll információk tömörítésének szabványa egyenlőre csak a TCP/IP esetén állnak rendelkezésünkre.

15 különböző tömörítési algoritmust szabványosítottak, hogy egy adott kapcsolatban melyiket használja az MS és az SGSN, abban a kapcsolat felépítésének elején állapodnak meg. Az algoritmusok különböző összehasonlító módszereket használnak, és lehetőség szerint csak a különbséget küldik át. Az adatok tömörítésére a szabványosított ITU-T V.42bis protokollt használja a GPRS Az adattömörítés a csatornakapacitás jobb kihasználását is szolgálja. Ha egy az LLC rétegnek átadandó adat egység (SN-DATA PDU, SN-UNITDATA PDU) nagyobb lenne mint az SGSN-ben megadott maximális érték, akkor az SNDCP a megengedhető méretűre darabolja az adatokat. Az így létrejővő kereteket ellátja a megfelelő címzéssel, sorzámozással (az adatok visszaállíthatósága miatt), és az NSAPI-val. Az N-SAPI (Network-Service Access Point Identity) azonosítja, hogy az adott PDU melyik SNCDP szolgáltatást használja, pl.: acknowledged-IP,

acknowledged-X25, Az N-SAPI segítségével tudja azután az ellenoldal kiválasztani, hogy melyik SNCDP szolgáltatást kell használnia az adatok visszaállítására. Újabb szabványú adatcsomagok, mint az IP, vagy az X.25 fogadása esetén a GTP mellett az SNDCP is változtatni kell, de az alsóbb protokolokat nem. 3.4 A BSS protokolljai A 16. ábrán látható, hogy a BSS a különböző protokollok között végez átalakítást. Az BSS magábafoglalja mindazokat a protokollokat, amelyekkel az SGSN az irányába kommunikál, így nem írok külön azokról (pl.: BSSGP, Frame Relay,) Még a BSS egyik “oldala” az SGSN-nel, addig a másik az MS-sel, kommunikál. Most tekintsük át az utóbbi oldalt. Mindenek előtt figyelembe kell venni, hogy minden protokoll funkció a BSC-ben valósul meg, kivétel a GSM RF rétegi protokoll, ami a BTS-ben. 3.41 BSS második-harmadik réteg Ebben az esetben ezt a két réteget nem érdemes elválasztani, mert a kiszolgáló MAC (Medium

Access Control) és RLC (Radio Link Control) igen szorosan összetartoznak. Az RLC/MAC protkoll szabványleírása igen szerteágazó és terjedelmes. Így a szakdolgozatomban csak a főbb irányelveket tudom kiemelni A réteg szolgátatásai: 47 - A MAC teszi lehetővé, hogy több mobil megosztva használja ugyan azt az átviteli közeget, ez adott esetben több fizikai csatornát is tartalmazhat. Továbbá elbírálási eljárást biztosít arra az esetre, ha a mobilok egyszerre próbálnak adatot átvini a megosztott közegen. Az ilyen esetekre használt ütközés védelem, detektálás és helyreállítási eljárásokat is a MAC kezeli. A MAC teszi lehetővé, ha egy mobil több időrést használni kíván egyszerre, ezek tartozhatnak különböző frekvenciákhoz, de nem lehet azonos az időrések sorszáma. Kezeli a csatorna lefoglalási és felszabadítási kérések BTS irányú jelzéseit. - Az RLC bitmap (bit térkép) szintű újraküldési eljárást biztosít (az

eljárás egy korábbi verziója létezik a GSM-ben, Non-Transparent adatátvitel esetén). Az LLC adatcsomagokat szegmentálja RLC adatblokk méretűre, és alakítja vissza. 3.42 LLC Relay Az LLC Relay nem egy teljes réteg, midössze két funkciót valósít meg: - adattovábbítást, és az adatok átmeneti tárolását (puffer), - az RLC/MAC és a BSSGP protokollok között bizonyos paramétereket továbbít, átad, pl.: az RLC/MAC-nek az SGSN felé küldenie kell a TLLI-t, az LLC Relay teszi a BSSGP részére hozzáférhetővé. 3.4 Az MS protokolljai Az MS-ben végrehajtódó összes protokollt ismertettem már, együtt működési és egyéb szempontból sem különbözik az ismertettekkel. 3.5 A további hálózati elemek protokolljai Ebben a részben szeretém ismertetni azoknak a hálózati elemeknek a jelzéseit, amelyekről még nem volt szó. Azokat a protokollokat, melyek már régóta szabványosítottak, csak megemlítem Sajnos azoknak a protokolloknak a szabványai

még nem publikálták (1998. február), melyek a GPRS hálózatához lettek fejlesztve, vagy továbbfejlesztve 3.51 SGSN - HLR protokollok A 18. ábrán látható SGSN-HLR kapcsolatot a CCITT No7-es jelzésrendszer ismert protokolljai valósítják meg. A TCAP, SCCP, MTP3,2 (Message Transfer Part) a GSM-ben is használt még a 80-as 90-es évek derekán szabványosított jelzések. A MAP (Mobile Application Part) ebben az esetben használt verziója tartalmaz kiegészítéseket 48 a GPRS-hez. Ezeket a kiegészítéseket ismerteti a ETSI GSM TS még nem áll rendelkezésre. MAP MAP TCAP TCAP SCCP SCCP MTP3 MTP3 MTP2 MTP2 L1 09.02, ami sajnos L1 Gr SGSN HLR SGSN-HLR jelzési sík 18. ábra 3.52 SGSN - MSC/VLR protokollok A 19. ábrán látható SGSN-MSC/VLR kapcsolatot a CCITT No7-es jelzésrendszer ismert protokolljai valósítják meg. A SCCP, MTP3,2 a GSM-ben is használt, szabványosított jelzések. A BSSAP (Base Station System Application Part) az MSC/VLR és a

BSC közötti protokoll. A BSSAP+ az SGSN és az MSC/VLR közötti új üzenetekkel, és paraméterekkel egészítették ki, de sajnos bővebb információ még nem áll a rendelkezésre. BSSAP+ BSSAP+ SCCP SCCP MTP3 MTP3 MTP2 MTP2 L1 L1 Gs SGSN MSC/VLR SGSN-MSC/VLR jelzési sík 20. ábra 3.53 SGSN - SMS-GMSC protokollok A 20. ábrán látható kapcsolatot a CCITT No7-es jelzésrendszer ismert protokolljai valósítják meg. MAP , TCAP, SCCP, MTP3,2 a GSM-ben is használt szab-ványosított jelzések. A MAP protokoll támogatja a jelzésváltást az SGSN és az SMS-GMSC között PTP SMS esetén (ld. még 6 fejezet) (Short Message Service Gateway MSC : a GSM-en küldhető rövid szöveges üzenet irányítási funkcióját látja el, 49 általában nem különálló egység, hanem az SMSC-ben, vagy az MSC-ben implementált funkció.) MAP MAP TCAP TCAP SCCP SCCP MTP3 MTP3 MTP2 MTP2 L1 L1 Gd SGSN SMS-GMSC SGSN - SMS-GMSC jelzési sík 20. ábra 3.54 GSN -

GSN protokollok A 21. ábrán látható GSN-GSN kapcsolatot már láttuk Mindössze azt szeretném kihangsúlyozni, hogy a különböző PLMN-ek közötti összeköttetést, GPRS gerinchálózatot is így valósítják meg. A GTP (GPRS Tunnelling Protocol) rendezi csatornákba az áramló felhasználói adatokat, és a jelzéseket. Az UDP (User Datagram Protocol) szállítja a jelzés üzeneteket a GSN-ek között. Az IP (Internet Protocol) irányítja az adat csomagokat. Az L1, L2 rétegek valósítják meg fizikai réteget, és az azon belüli címzést, ez lehet Ethernet, FDDI, Token Ring, és még sok más adatátviteli megoldás. GTP GTP UDP UDP IP IP L2 L2 L1 L1 Gn GSN GSN GSN-GSN jelzési sík 21. ábra 3.54 GGSN - HLR protokollok A két hálózati elem között az összeköttetés opcionális. Az összekapcsolásukra két lehetőség nyílik: 50 - a GGSN-be No.7-es interfészt integrálnak, és a MAP protokoll használható akkor a GGSN és a HLR között, ld.

22 ábra MAP MAP TCAP TCAP SCCP SCCP MTP3 MTP3 MTP2 MTP2 L1 L1 Gc GGSN HLR GSN-HLR jelzési sík 22. ábra - ha a GGSN-be nincs No.7-es interfész, de a PLMN-ben van olyan GSN amelyikben található, akkor az használható, mint GTP-MAP protokoll konverter, a forgalmat felé irányítva, ld. 23 ábra MAP MAP TCAP TCAP GTP GTP UDP UDP SCCP SCCP IP IP MTP3 MTP3 L2 L2 MTP2 MTP2 L1 L1 L1 Gn L1 Gc GGSN GSN HLR GSN-HLR jelzési sík 23. ábra 3.6 A GPRS által használt azonosítók Ebben a fejezetben áttekintem a GPRS-ben használt azonosítókat. 3.61 IMSI Az International Mobile Subscriber Identity minden egyes előfizetőnek egyedi a GSM-ben és a GPRS-ben egyaránt. 51 3.62 NSAPI és TLLI A Network layer Service Access Point Identifier (NSAPI : hálózati réteg szolgáltatás hozzáférési pont azonosító) és a Temporary Logical Link Identity (TLLI : ideiglenes logikai link azonosító) együtt hálózati szintű irányítást látnak

el. Az MS oldalán az NSAPI egy PDP (Packet Data Protocol, pl.: IP, X25) index, amely azonsítja a PDP-SAP-ot (PDP- Service Access Point), tehát hogy milyen protokollú az SNDCP által szállított adat, hogyan kell visszaalakítani az eredeti PDP-vé. Az SGSN oldalán az NSAPI egy PDP kapcsolati index, mely azonosít egy PDP kapcsolatot egy PDP címmel. A TLLI az MS és az SGSN között egyértelműen azonosítja a logikai összeköttetést (link). A TLLI és az IMSI között kölcsönösen egyértelmű hozzárendelés van egy RA-n belül, csak az MS és az SGSN ismeri. Három féle TLLI sorozat létezik: helyi, idegen, véletlen. A TLLI struktúrájából annak sorozatára tud következtetni az MS és az SGSN. A helyi (local) TLLI-t az SGSN foglalja le, és csak az adott RA-ban érvényes, ahol lefoglalásra került. Az idegen (foreign) TLLI-t az MS foglalja le, és az előző lokális TLLI-ből származik, amelyet a régi RA-ban használt a mobil. Így az SGSN tud következtetni a

korábban használt TLLI-re. A random TLLI-t a mobil akkor foglalja le véletlenszerű kiválasztással, amikor nincs rendelkezésre álló helyi, vagy idegen TLLI, vagy akkor, ha anonymous hálózathozzáférést kezdeményez. 3.63 PDP cím A GPRS előfizetőt az IMSI azonosítja, de szüksége van egy, vagy több hálózatiréteg címre is, állandóra, vagy időszakosra. Ezek IPv4, Ipv6, X121 típusúak lehetnek A PDP címeket MM eljárásokkal lehet összerendelni az MS-sel, ill. eltávolítani 3.64 TID A Tunnel Identifier-t a GTP használja a GSN-ek közötta PDP kapcsolat azonosítására. A TID az IMSI és az NSAPI összekapcsolásából származik A kettő együtt egyértelműen azonosítja az MS mindegyik PDP kapcsolatát. 3.65 RAI 52 A routing Area Identity egy operátor által definiált egység, terület, mely egy vagy több cellát tartalmaz. RAI=LAI+RAC=MCC+MNC+LAC+RAC RAI LAI RAC MCC MNC LAC – – – – – – Routing Area Identity Location Area Identity

Routing Area Code Mobile Country Code Mobile Network Code Location Area Code 3.66 CI CI - Cell Identity 3.67 GSN cím Mindegyik SGSN-nek és GGSN-nek van IP címe IPv4-es, vagy IPv6-os a GPRS gerinchálózati kommunikáció miatt. A GGSN ezt használva kommunikál más PLMN-ekkel is. Ezen túl minden SGSN-nek van egy SS7-es címe a HLR, MSC/VLR irányú kopcsolatokra. 53 4. Hálózati elemek Ebben a fejezetben szeretném felsorolás szintjén összeszedni mindazokat a funkciókat, protokollokat, tárolt információkat, melyek egy adott hálózati elemben megtalálhatók. 4.1 HLR Tárolt információk: - IMSI - SGSN addr. : annak az SGSN-nek az SS7-es címe, amelyik éppen ellátja az MS-t, - MDFG : jelzi, ha az MS az SGSN-en keresztül nem elérhető, - GGSN list : a lista tartalmazza azokat a GGSN címeket, amelyekkel kapcsolatba kell lépni, ha aktivitás érkezik a mobil felől. Funkciók: - Registration, Authentication and Authorisation - Ciphering - Mobility Management

4.2 SGSN Tárolt információk: - IMSI - MM state : idle, standby, ready, - VLR addr. : az MSC/VLR SS7-es címe, ahol az MS éppen tartózkodik, - new SGSN addr. : az IP címe annak az új SGSN-nek ahová az ideiglenesen tárolt, de el nem küldött N-PDU-kat kell továbbítani, - TLLI - RA - Cell Identity - Authentication triplet - Kc : tikosítási kulcs - CKSN - Ciphering algorithm : a kiválasztott titkosítási algoritmus - MS class : a mobil osztálya A, B, C - Classmark - DRX parameter : nem folyamatos vétel paramétere - Compression : a megállapodott tömörítési paraméterek 54 - MNRF : jelzi, hogy az MS felöl érkező aktivitást kell-e jelezni a HLR-nek - Recovery : jelzi, hogy a HLR végzi az adatbázis helyreállítását Tárolt információk (MM és PDP): - PDP type : PDP típus - X.25, IP - PDP addr. : PDP cím IP, X25 - NSAPI - PDP state : PDP állapot - GGSN addr. - Dynamic addr. allowed : megadja, hogy az MS használhat-e dinamikus címzést - VPLMN addr.

allowed : megadja, hogy az MS használhat-e dinamikus címzés lefoglalást a VPLMN-ben - QoS : Quality of service adatok - SND : a következő N-PDU GTP sorozatszáma, mely az MS-nek küldendő, csak CO PDP - SNU : a következő N-PDU GTP sorozatszáma, mely az SGSN-nek küldendő, csak . CO PDP - Reordering Required : jelzi, hogy az SGSN-nek kell-e újrakérnie az N-PDU-kat, mielőtt átküldenék azokat az MS-nek Alkalmazott protokollok: - GTP - SNDCP - UDP/TCP - LLC - IP - BSSGP - Frame Relay - CCITT No.7 Funkciók: - Authentication, Admission Control, Charging Data Collection - Relay, Routing, Address Translation and Mapping, Encapsulation, Tunnelling, . Compression, Ciphering - Mobility Management - Logical Link Establishment, Logical Link Maintenance, Logical Link Release - Path Management 55 4.3 GGSN Tárolt információk: - IMSI - NSAPI - PDP type : PDP típus - X.25, IP - PDP addr. : PDP cím IP, X25 - Dynamic addr. : jelzi, hogy PDP címe statikus, vagy dinamikus - QoS

- SGSN addr. : az MS-t éppen kiszolgáló SGSN SS7 címe - MDFG : jelzi, hogy az MS GPRS-detached állapotban van-e a HLR-ben - Recovery : jelzi, ha az SGSN adatbázis visszaállítást végez-e - SND : a következő N-PDU GTP sorozatszáma, mely az MS-nek küldendő, csak CO PDP - SNU : a következő N-PDU GTP sorozatszáma, mely az SGSN-nek küldendő, csak . CO PDP - Reordering Required : jelzi, hogy a GGSN-nek kell-e újrakérnie az N-PDU-kat, amelyeket az SGSN-től kapott Alkalmazott protokollok: - IP/X.25 - GTP - UDP/TCP - IP Funkciók: - Message Screening, Charging Data Collection - Relay, Routing, Address Translation and Mapping, Encapsulation, Tunnelling - Mobility Management 4.4 MSC/VLR Tárolt információk: - IMSI - SGSN addr. : az MS-t áppen kiszolgáló SGSN SS7 címe - MS class : az MS osztálya: A, B, C Funkciók: - Registration, Authentication and Authorisation - Mobility Management 56 4.5 BSS Tárolt információk: Alkalmazott protokollok: - BSSGP - Frame Relay

- RLC/MAC Funkciók: - Admission Control - Relay, Routing - Logical Link Establishment, Logical Link Maintenance, Logical Link Release - Um Management, Cell Selection, Um-Tranx, Path Management 4.6 MS Tárolt információk: - IMSI - TLLI - MM state : idle, standby, ready, - RA - Cell Identity - Authentication triplet - Kc : tikosítási kulcs - CKSN - Ciphering algorithm : a kiválasztott titkosítási algoritmus - Classmark - DRX parameter : nem folyamatos vétel paramétere - Compression : a megállapodott tömörítési paraméterek - PDP type : PDP típus - X.25, IP - PDP addr. : PDP cím IP, X25 - NSAPI - PDP state : PDP állapot - inactive, active - Dynamic addr. allowed : megadja, hogy az MS használhat-e dinamikus címzést - QoS : Quality of service adatok 57 Alkalmazott protokollok: - IP/X.25 - SNDCP - LLC - RLC/MAC Funkciók: - Authentication, Admission Control, Packet Terminal Adaptation - Relay, Routing, Address Translation and Mapping, Encapsulation, Compression,

Ciphering - Mobility Management - Logical Link Establishment, Logical Link Maintenance, Logical Link Release - Um Management, Cell Selection, Um-Tranx 58 5. Forgalmi esetek Ebben a fejezetben szeretném ismertetni a különböző hívási eseteket. MS BSS MSC/VLR SGSN VPLMN GGSN 3 GGSN 1 2 Data Network 25. ábra 5.1 Mobil fogadott adathívás A Mobile Terminated (MT) adathívás esetén az adathálózat felől érkezik egy PSPDN PDU (Packet Switched Public Data Network Packet Data Unit), ami a GGSNbe jut. A címzés alapján a GGSN az MM kapcsolaton keresztül a GPRS előfizetőhöz bejegyzett SGSN-hez fordul, és lekérdezi a GPRS állapotát. Ha az MS GPRS standby, vagy ready állapotban van, akkor a hívás könnyen felépíthető az MM és PDP funkciók közreműködésével. Ha az MS GPRS idle állapotban van, akkor az SGSN utasíthatja a GPRS attach műveletre. Esetünkben az MS tartózkodjék a HPLMN-ben A PSPDN PDU-t a GGSN átalakítja a GPRS gerinchálózaton

átküldhető csomaggá (encapsulation). Az SGSN megkapva az üzenetet visszaalakítja az eredeti PSPDN PDU-vá, majd SNDC adategységgé alakítja, és az LLC protokoll segítségével 59 feldarabolja a csomagokat és a BSSGP-n átküldi a BSC-nek. A BSC-ben az LLC Relay és az RLC feldarabolják RLC adategységgé a kereteket. Az MS fogadva az RLC adategységeket először összeállítja az LLC kereteket, majd a LLC és SNDC címzési részeket eltávolítva előáll az eredeti PSPDN PDU, amit a megfelelő alkalmazáshoz irányít az MS. A 25-ös ábrán az egyes számú nyíl mutatja a hívásfelépülés irányát 5.2 Mobil indított adathívás Ha a mobil GPRS ready állapotban van, akkor rögtön kezdheti az adást, ha standby-ban, akkor egy állapotváltást kell kérnie az MM-től. Ha GPRS idle állapotban van a mobil, akkor egy GPRS attach folyamatot kell indítania. Ha a PDP kapcsolat készen van kezdődhet az adatátvitel. A küldő alkalmazástól kapott adatcsomagot

az MS SNDC egységgé alakítja, majd az LLC protokoll segítségével feldarabolja a csomagokat, és végül az RLC alakítja a rádiós csatornán átküldhető formátummá. A BSC vissza-alakítja az eredeti LLC keretekké, majd az SGSN-ben a gerinchálózaton átküldhető formátumú lesz az adat. Végül a GGSN megszabadítja az eredeti adatcsomagot a GPRS címzésektől, és átküldi a megfelelő adathálózatba. A 25-ös ábrán a kettes számú nyíl mutatja a hívásfelépülés irányát. 5.3 Mobil fogadott adathívás, GPRS roaming esetén A 25-ös ábrán a 3-as nyíl mutatja a hívásfelépülés irányát. Ez az eset sokban hasonlít az először ismertetettre. A GGSN-be beérkező PSPDN PDU címzésé alapján a MM lekérdezi az MS tartózkodási helyét. A VPLMN címét a GGSN megtudva, az adatcsomagokat haladéktalanul a megfelelő külső gerinchálózatra írányítja. A VPLMN GGSN-je fogadja az adatcsomagokat, és továbbítja a megfelelő SGSN-hez. A folyamat

innen már az ismert módon zajlik. A GPRS hálózatok közötti összeköttetésen ugyan az a protokoll szabványosított, mint a GGSN-SGSN között. 60 6. GPRS szolgáltatások és mobil készülékek A GPRS-ben két hordozó (bearer) szolgáltatást definiáltak: - PTP (Point-To-Point : pont-pont közötti összekötetés), - PTM (Point-To-Multipoint : pont-többpont közötti összeköttetés). A következőkben áttekintem a két szolgáltatást, példákkal illusztrálva. A továbbiakban ismertetem a Quality-of-Service-t. 6.1 PTP kapcsolat A PTP szolgáltatás adatátvitelt biztosít két felhasználó között. Két típusú PTP kapcsolatot különböztetünk meg: - PTP Connectionless Network Service (PTP-CLNS), - PTP Connection Orientated Network Service (PTP-CONS). A PTP Connectionless Network Service szolgáltatást nyújt egy vagy több adatcsomag átküldéséhez két pont között. Mindegyik adategység független az előtte, utána haladóktól. A rádió

interfészen a PTP-CLNS az acknowledge (visszaigazoló) átviteli módot használja a megbízható átvitel miatt. A PTP-CLNS főként olyan esetekben érdemes használni, amikor az adatokat csak bizonyos időközönként, vagy adott kérésre kell küldeni, tipikusan üzenet jellegű szolgátatások megvalósítására hasznos. A PTP Connection Orientated Network Service szolgáltatást nyújt összetett adatcsomagok átvitelére két pont között. A szolgáltatás logikai kapcsolatot biztosít az adatátvitel idejére. A rádió interfészen a PTP-CONS az acknowledge (visszaigazoló) átviteli módot használja a megbízható átvitel végett. A PTP-CONS ott használható, ahol kétirányú, párbeszéd jellegű kapcsolatra van szükség, mint a telnet-nél, vagy távfelügyelet, telemetria esetén (ez utóbbi PTP-CLNS kapcsolattal is megvalósítható). A GPRS-ben is létezik SMS szolgáltatás, mégpedig pont-pont közötti. Ennek a megvalósítása, szabványa semmiben nem tér

el a GSM-től. 6.2 PTM kapcsolat A Point-To-Multipoint szolgáltatás egy üzenetnek több vevőhöz eljuttatását biztosítja. A GPRS PTM biztosítja a lehetőséget az előfizetőnek, hogy egyetlen egy szolgáltatás kéréssel sok rendeltetési helyre juttathatja el a kívánt adatokat. Három PTM szolgáltatást különböztetünk meg. A PTM-M (Point-To-Multipoint-Multicast) biztosítja a lehetőséget, hogy az üzenet a szolgáltatás igénybevevője által meghatározott földrajzi területen belül kerüljön átvitelre az ott tartózkodó előfizetőknek. Az üzenet küldhető csak egy meghatározott előfizetői csoportnak, vagy mindenkinek az adott területen belül. Az 61 adatátvitelről semmi visszajelzés nem érkezik, így nem lehet tudni hényan, és kik kapták meg az üzenetet. Tipikus felhasználási terület lehet az útviszonyok, baleseti, időjárásjelentés, vagy különböző hirdetések. A PTM-G (Point-To-Multipoint-Group call) esetében az üzenetek

csak a meghatározott csoportnak kerülnek kiküldésre az adott földrajzi területen belül. Az üzenet csak azokon a cellákon kerül kiküldésre, amelyekről tudja a rendszer, hogy ellátnak az adott csoporthoz tartozó előfizetőket. A hálózat nyugtát kap azoktól az előfizetőktől, akik vették az üzenetet. Ez lehetőséget ad későbbi szelektív újra küldésre, azoknak, akik nem tudták korábban megkapni az üzenetet. Ez a szolgáltatás cégeknek, vagy jól definiált csoportoknak lehet hasznos, un. broadcast üzenetet, tájékoztatást kapni. Az IP-M (IP-Multicast) arra ad lehetőséget, hogy egy üzenet küldhető az IP-M csoport tagjainak. Előnye, hogy nemcsak a PLMN előfizetői tartozhatnak a csoportba, hanem az Internet-re is kiterjedhet a kör. Az itt leírt a GPRS által támogatott PTP és PTM szolgáltatásokkal sok érdekes igény szolgálható ki remélhetőleg a jövőben. 6.3 Quality-of-Service A QoS paraméterek gyűjteménye, amely megszabja adott

előfizetőnek adott szolgáltatásra vonatkozó elvárásait. A paraméterek az adatátviteli sebesség, prioritás, késleltetés, hiba arány (BER- Bit Error Rate). A GPRS felhasználó az előfizetését úgy alakítja ki, hogy számára ezek a paraméterek mely határok között elfogadhatóak. Például nagyobb átviteli sebességért többet kell fizetni, de bizonyos hiba arány fölött egyes alkalmazások már nem működnek megbízhatóan (pl.: hang, kép átvitel) Amikor az MS adatkapcsolatot létesít, a hálózat először az SGSN-ben eltárolt QoS adatokat veszi figyelembe a kapcsolat kialakításánál, de az MS ettől eltérő QoS paraméterekkel is felépítheti a kapcsolatot. Adott esetben, ha nem áll rendelkezésre elég erőforrás, vagy a feltételek nem elégségesek, akkor az MS visszautasíthatja a kapcsolat elépítést. A QoS is az előfizetői kényelmet, adatbiztonságot szolgálja. 6.4 A mobil készülék Ebben a részben szeretném ismertetni a

mobilkészülékek osztályait, és képességeit. A GPRS MS-nek mindenképpen támogatnia kell a szükséges protokollokat és funkciókat, lásd 4. fejezet A GPRS-ben három mobilkészülék osztályt definiáltak. A különböző osztályokba tartozó MS-ek képességei más-más szintűek, így a piacon a gyártók az igényekhez jobban tudnak igazodni. Az A osztályú mobil (MS Class A) támogatja a párhuzamos a csomag-kapcsolt GPRS és áramkör-kapcsolt GSM szolgáltatást. Tehát a bejelentkezés, a kijelentkezés, 62 az adatforgalom, a hívás indítás, fogadás is egyidőben folyhat. Ennek az előfeltétele, hogy legalább egy-egy időrésnek rendelkezésre kell állnia a két külön szolgáltatáshoz. A B osztályú mobil egyszerre lehet bejelenkezve mind a GPRS, mind a GSM szolgáltatásba, végezheti a szükséges MM folyamatokat (RA/LA update,), de egyszerre nem veheti azokat igénybe, csak egymás után. Ha az egyik szolgátatás használata közben érkezik

paging az MS-hez a másik szolgáltatás igénybevételére, akkor a felhasználó döntheti el, melyik kapcsolatot használja. A kapcsolat felépülésekor a megfelelő szolgáltatás automatikusan választódik ki. A C osztályú mobil a “legbutább”, ezzel egyidejűleg csak az egyik szolgáltatást veheti igénybe, a párhuzamos bejelentkezést sem támogatja a mobil. Így ha az előfizető váltani akar, akkor először ki kell jelentkezni az egyik, majd bejelentkezni a másik szolgáltatásba. 63 Zárszó A szakdolgozatomban megpróbáltam egy új szolgáltatás, a GPRS áltfogó leírását adni a rendelkezésre álló szabványok alapján. A munkám során sok érdekes részlet megoldással találkoztam, amelyeket sajnos a terjedelem korlátai miatt nem tudtam bemutatni. Munkám során úgy találtam, hogy a GPRS igen jól kidolgozott rendszer, sok irányba nyitott a tovább fejlesztésekre. A szakdolgozatból látszik, hogy a meglévő GSM rendszer szinte minden

elemében szükséges változtatni. Ez sajnos igen megnöveli a bevezetés költségeit. De remélem ez nem fogja eltántorítani a szolgáltatókat, és hamarosan Magyarországon is bevezetésre kerül a rendszer, és akkor még többen ismerhetik meg előnyeit, mind felhasználói, mind hálózat üzemeltetői oldalról. 64 Rövidítések gyűjteménye BSC BSS BSSGP CCCH CI CS DLCI DRX EIR GGSN GPRS GSM GSN GTP HDLC HLR HPLMN IMSI IP LA LAI LLC LU MAC MAP MM MO MS MSC MT MT N-PDU N-SAPI PACCH PAGCH PBCCH PCCCH PDCH PDN PDP PDTCH Base Station Controler Base Station System BSS GPRS Protocol Common Contrtol Channel Cell Identifier Circuit Switched Data Link Connection Identifier Discontinuous Receive Equipment Identity Register Gateway GPRS Support Node General Packet Radio Service Global System for Mobile Communication GPRS Support Node GPRS Tunnelling Protocol High-level Data-link Control Home Location Register Home Public Land Mobile Network International Mobile Subscriber

Identity Internet Protocol Location Area Location Area Identifier Logical Link Protocol Location Update Media Access Control Mobile Application Part Mobility Management Mobile Originated Mobile Station Mobile Switching Center Mobile Terminated Mobile Termination Network Packet Data Unit N-Service Access Point Packet Associated Control Channel Packet Access Grant Channel Packet Broadcast Control Channel Packet Common Contrtol Channel Packet Data Channel Packet Data Network Packet Data Protocol Packet Data Traffic Channel 65 PDU PLMN PNCH PPCH PRACH PTM PTM-G PTM-M PTP PTP-CLNS PTP-CONS QoS RA RAI RLC RU SAPI SGSN SM-SC SMS-GMSC SMS-IWMSC SNDCP TCP TE TID TLLI TMSI TS UDP VLR VPLMN X.25 Packet Data Unit Public Land Mobile Network Packet Notification Channel Packet Paging Channel Packet Random Access Channel Point-To-Multipoint Point-To-Multipoint-Group call Point-To-Multipoint-Multicast Point-To-Point PTP Conection Less Service PTP Conection Oriented Service Quality-of Service

Routing Area Routing Area Identifier Radio Link Control Routing Update Service Access Point Serving GPRS Support Node Short Message - Service Center Short Message Service - Gateway MSC Short Message Service - Inter Working MSC Subnetwork Dependent Convergence Protocol Transfer Control Protocol Terminal Equipment Tunnelling Identifier Temporary Logical Link Identifier Temporary Mobile Subscriber Identity Time Slot User Datagram Protocol Visitor Location Register Visited Public Land Mobile Network X.25 66 Irodalom jegyzék 1. Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) General Packet Radio Service GPRS ciphering algorithm requirements GSM 01.61 ver 500 Published by ETSI France, 1997.10 p15 2. Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) General Packet Radio Service Service Description Stage 1 GSM 02.60 ver 510 Published by ETSI France, 1997.10 p47 3. Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) General Packet Radio Service Service Description Stage 2 GSM

03.60 ver 500 Published by ETSI France, 1997.06 p89 4. Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) General Packet Radio Service Overal Description of the GPRS Radio interface Stage 2 GSM 03.64 ver 510 Published by ETSI France, 1997.11 p55 5. Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) General Packet Radio Service Mobile Station (MS) – Base Station System (BSS) interface Radio Link Contrtol/Medium Access Control (RLC/MAC) protocol GSM 04.60 ver 100 Published by ETSI France, 1997.11 p134 6. Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) General Packet Radio Service Mobile Statioin – Serving GPRS Support Node (MS-SGSN) Logical Link Control (LLC) Layer Specification GSM 04.64 ver 200 Published by ETSI France, 1997.09 p55 67 7. Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) General Packet Radio Service Mobile Station (MS) – Serving GPRS Support Node (SGSN) Subnetwork Dependent Convergence Protocol (SNDCP) GSM 04.65 ver 200 Published by ETSI

France, 1997.10 p28 8. Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) General Packet Radio Service GPRS Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp Interface GSM 09.60 ver 170 Published by ETSI France, 1997.12 p58 68 Summary In my thesis I have written about General Packet Radio Service (GPRS), is a new feature of the GSM. GPRS provides actual packet radio access for mobile GSM users. The main benefit of GPRS is that it reserves radio resources only for when there is something to send. The same radio resource is shared by all mobile stations in a cell, providing effective use of the scarce resources. The need for packet radio is based on the high burstiness of data applications. GPRS facilitates a variety of applications, such as telemetry, train control systems, interactive data access, toll road charging systems, and Internet browsing. When compared with the current circuit-switched GSM network, the operation of GPRS is very different. The objective of GPRS is to offer

a connection to standard data networks (using TCP/IP, X.25), while the conventional GSM network was originally designed to offer circuit-switched voice session. The packet-oriented GPRS network infrastructure introduces new functional elements and the concept of the mobility management must be changed. The first chapter is a general description of the GPRS network. In the second chapter I have described the GPRS functions: Network Access Control Functions, Packet Routing and Transfer Functions, Mobility Management Functions, Logical Link Management Functions, Radio Resource Management Functions, Network Management Functions. The whole operation is based on these functions This chapter constitutes the major part of my thesis. The third chapter is about the new signaling protocols of GPRS. New layers have been introduced in the GSM-GPRS network I have also described the different identifiers used by GPRS. I have collected together the functions, the stored data, and the signaling by

network elements. I have considered the different Mobile Stations (MS) and their capabilities within GPRS. Chapter on traffic cases gives an overview of call setup, traffic diversion. In the Chapter on GPRS services I have written about that which is apparent to the user. The Point-To-Point, Point-To-Multipoint transmission modes allow development of useful services. The user can choose for between different transmission modes depending on their required application. I hope, that this promising GPRS service will be implemented in most of the network, so the benefits of the GPRS will be available for the user. 69 Összefoglaló Szakdolgozatomban összefoglaltam, azt amit eddig tudni lehet, a formálódó GPRS szolgáltatás szabványairól. Átfogó ismereteket kívántam nyújtani a teljes témát felölelve, kitérve azokra az újdonságokra, melyeket a GPRS szabványaiban fektettek le először. A fejezet bontásokat a GPRS hálózat működése szempontjából választottam

meg. Az első fejezet a GPRS általános ismertetése, melyet felhasználói példákkal próbáltam az olvasóhoz közelebb hozni. A második fejezetben a GPRS szolgáltatás működéséhez elengedhetetlen funkciókat, és eljárásokat ismertettem. Az eljárások kiterjednek a hálózat minden rétegére, és természetesen feladataik igen gyakran összefonódnak. A hálózati struktúrára már ez a fejezet is rávilágít, de a harmadik fejezet igen jól illusztrálja azt. A harmadik fejezet a jelzésekről, protokollokról, és a hálózati rétegek által megvalósított feladatokról szól. Reményeim szerint sikerült megfelelően szemléltetnem a rétegek közötti kommunikációt, hiszen ez igen fontos az adatátvitel szempontjából. Ebben a részben találkozhattunk talán a legtöbb a GSM-ből ismert fogalommal. A GPRS által bevezetett néhány új azonosítójának ismertetése is itt kapott helyet. A negyedik fejezet inkább csak egy rövid összegzése azoknak a

feladatoknak, protokolloknak, adatoknak, melyeket az adott hálózati elemnek támogatnia kell. A forgalmi eseteket az ötödik fejezetbe helyeztem el, ugyanis úgy gondoltam, hogy ha valaki eddig elolvasta a dolgozatot, akkor már kellő ismeretekkel rendelkezik, hogy átláthassa egy hívásfelépülés során a lejátszódó folyamatokat. A hatodik és egyben utolsó fejezetben kapott helyet az, előfizetők számára “látható, használható” szolgáltatások leírása. És természetesen elmaradhatatlan a mobil készülékek rövid ismertése, hiszen enélkül nincs szolgáltatás