Informatika | Távközlés » Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül

Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül GSM 1. GSM Az alábbiakban rövid áttekintést nyújtok a GSM hálózat felépítéséről, a főbb funkcionális elemek feladatairól. Ezután bemutatom, milyen módon lehet a hagyományos GSM hálózaton keresztül egy külső adathálózatra, pl. az Internetre csatlakozni E kis kitérőre azért van szükség, mert a dolgozatomban a GPRS rendszerrel foglalkozom, mely a jelenleg is használatos GSM-re épül. Ennek megértéséhez szükség van röviden áttekinteni a GSM rendszert. 1 .1 A GS M há ló z a t felép ít é se Az 1-es ábrán lázható a GSM hálózat logikai felépítése. A hálózat négy alrendszerből áll: a Mobil Állomás (MS), a Bázisállomás Alrendszer (BSS), a Hálózati és Kapcsoló Alrendszer (NSS) és az Üzemeltetési Alrendszer (OSS). A rendszer funkcionális egységeit interfészek választják el Ezek az interfészek a rádió interfész (MS - BBS), az A-bis interfész (BTS - BSC) és az A interfész

(BSC - MSC). 1. ábra A GSM hálózat logikai felépítése 1 GSM Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül 1.11 Bázisállomás alrendszer (BSS) A bázisállomás alrendszer tartalmazza a cellás hálózat kialakításához szükséges adó-vevő és vezérlő berendezéseket. Három fő funkcionális elemet foglal magában: a Bázis Adóvevő Állomást (BTS), a Bázisállomás Vezérlőt (BSC) és a transzkódert (TC-k). A bázisállomások a rádió interfészen keresztül közvetlen kommunikálnak a mobil készülékekkel. A bázisállomás ezenkívül elvégzi a csatornakódolást és dekódolást, megvalósítják az ún. interleaving és de-interleaving funkciókat, a titkosítást és a titkosított jel visszaalakítását, a beszéd- és adatsebesség adaptálását, a modulációt, teljesítményerősítést és RF jelek összegzését, fenntartják a szinkronizációt a BTS és az MS között, valamint vezérlik a logikai csatornák időzítését és

továbbítják a BSC felé az MS és a BTS méréseit. A BSC feladata, hogy konfigurálja és vezérelje a rádió interfészt és a transzkódereken keresztül kapcsolatot tart a hálózat és kapcsoló alrendszer központjaival. Távvezérli a hozzátartozó bázisállomásokat és ezáltal vezérli a forgalmi és jelzésátviteli csatornák lefoglalását, a forgalmi csatornák minőségét és térerősségét, a BTS-ek és MS-ek teljesítményszintjét, az előfizetők megtalálását (paging) és a frekvencia ugratást. Emellett részt vesz a BSC és MSC közti földi átviteli vonal vezérlésében. 1.12 Hálózat és Kapcsoló Alrendszer A Hálózat és Kapcsoló Alrendszer fő feladata, hogy irányítsa a GSM felhasználók és az egyéb távközlési hálózati rendszerek felhasználói közötti kommunikációt. Két funkcionális része van: a kapcsoló rendszer valamint az előfizetői és végberendezés adatbázisok. A kapcsoló rendszer a Mobil Szolgáltató

Kapcsolóközpontból (MSC), esetleg egyéb szolgálati központokból, mint pl. a Rövid Üzenet Szolgálati Központ (SMSC) áll Az előfizetői és végberendezés adatbázisok tartalmazzák a Látogató 2 GSM Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Előfizetői Helyregisztert (VLR), a Honos Előfizetői Helyregisztert (HLR), az Előfizetői Azonosító Központot (AUC) és a Berendezés Azonosító Regisztert (EIR). A Mobil Szolgálati Kapcsolóközpont alapvető kapcsolási és irányítási funkciókat hajt végre az NSS-en belül. Legfontosabb feladata, hogy a szolgáltatási területén található mobil állomások mobil kezdeményezésű, illetve mobil végződésű hívásainak felépülését koordinálja. Az MSC és egy közönséges telefonközpont között az a különbség, hogy az MSC olyan többletfunkciókkal rendelkezik, melyek segítségével követni képes a rádió erőforrások lefoglalását és kezelni tudják az előfizetők

mobilitását. E a funkciók magukba foglalják a helyregisztrálást, az előfizető hívását, a hívásátadást és a titkosítási paraméterek átvitelét és a DTMF jelzésátvitelt. A Hálózat és Kapcsoló Alrendszer általában egynél több MSC-t tartalmaz. Ez esetben egy vagy több MSC-t átlépő központnak jelölnek ki, melyek feladata az előfizető helyének megállapítása és a hívás továbbítása azon MSC illetve külső hálózat (pl. PSTN) felé mely a felhasználót kiszolgálja. A Rövid Üzenet Szolgálati Kapcsolóközpontnak ugyanaz a szerepe az írott üzenetek továbbításában mint az MSC-nek a bejövő beszéd- és adathívások lekezelésében. A GSM specifikációk nem definiálják pontosan az SMSC-re vonatkozó összes protokollt ezáltal némi szabadságot adnak a gyártónak. Mindazonáltal minden SMSC-nek tartalmaznia kell az alacsony szintű protokollokat, amelyek lehetővé teszik a rövid üzenetek továbbítását a mobil állomás

és az SMSC között továbbá olyan protokollokat, amelyek lekérdezik a HLR-t és kikeresik az előfizető címét, amikor az elérhető, illetve értesítik az SMSC-t, ha a felhasználó ismét elérhetővé válik. Érdemes megemlíteni, hogy a rövid üzenetek átvitele az egyetlen olyan szolgáltatás a GSM rendszerben, amely nem követeli az átviteli vonal két végpont közti felépítését. 3 GSM Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül A rövid üzenetek a jelzésátviteli csatornákat veszik igénybe, ezért akkor is átvihetők, amikor a mobil állomás hívást bonyolít le. A Honos Előfizetői Helyregiszter egy olyan adatbázis, amely az előfizető helyére és a számára nyújtható távközlési szolgáltatásokra vonatkozó információt tartalmaz. A HLR azonosítja, hogy a felhasználó megkaphatja-e az adott táv- vagy hordozó szolgáltatást. A kiegészítő szolgáltatásokra vonatkozó információkat nem feltétlenül tárolja. A HLR-en kívül

egy másik adatbázis funkciót is megvalósítanak a GSMben: a Látogató Előfizetői Helyregiszter (VLR) A VLR-ek egy vagy több MSC-hez kapcsolódnak. Mindegyikük több cellát vezérel, feladatuk, az MSC(-k) szolgáltatási területén tartózkodó előfizetők adatainak átmeneti tárolása, valamint az előfizető helyének a HLR-nél pontosabb ismerete. Az előfizetők azonosítására szolgáló biztonsági adatokat az Előfizetői Azonosító Központ (AuC) kezeli. A hálózat illetéktelen használata elleni védelme céljából lehetőség van a GSM előfizetők azonosítására minden regisztráláskor, minden hívás-felépítési kísérlet alkalmával és a kiegészítő szolgáltatások aktiválása, deaktiválása, regisztrálása vagy törlése alkalmával. A GSM specifikáció definiál egy mobil állomások azonosítására szolgáló hálózati elemet, a Készülék Azonosító Regisztert (EIR). Ez egy adatbázis, amely a mobil készülékek főbb adatait

tárolja. 1.13 Rádiós út A GSM szolgáltatás számára a 900 MHz-es és 1800 MHz-es sávot, az úgynevezett primer sávot foglalták le. Az 1 fázisú GSM rendszerek esetén a primer sáv két 25 MHz széles rész-sávból áll. A 890-915 MHz-es sáv az uplink irány számára (MS-tôl a BTS felé), a 935-960 MHz-es sáv a 4 GSM Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül downlink irány számára (BTS-től az MS felé). E két sávon belül 124 darab 200 kHz-es frekvenciasávot definiáltak. A GSM rádió interfész kombinált FDMA és TDMA technikát használ (2. ábra). Az átvitel alapegysége a burst A burst modulált bitek sorozata Egy burst hosszúsága körülbelül 577 µs. Azt az idő és frekvencia tartományt, amelybe egy burst befér, időrésnek nevezzük. A burst-ök nem azonosak időbeli lefolyásuk alapján. Megkülönböztetünk normál hozzáférési, szinkronizáló, frekvenciajavító és üres burst-öket. Az időtengely leírása rendkívül bonyolult

a GSM-ben A leírás során általában TDMA kereteket, azaz nyolc egymást követő időrést, vesznek alapul. A TDMA időréseket fizikai csatornáknak nevezik A fizikai csatornákra logikai csatornákat képeznek le. A logikai csatornákat úgy szervezik, hogy a szolgáltatás fenntartása minimális mennyiségű jelzésátvitelt igényeljen. Ez lehetővé teszi, hogy a fennmaradó csatornákat forgalom lebonyolítására használják. 2. ábra 5 GSM Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül 1.14 A GSM által nyújtott szolgáltatások A GSM a távközlési szolgáltatások széles választékát nyújtja a felhasználónak. E szolgáltatásokat két kategóriába sorolják: hordozó szolgáltatások és táv szolgáltatások. A hordozó szolgáltatások adatátviteli lehetőségeket nyújtanak adatinterfészek között. Ezek közé különböző sebességű transzparens és nem transzparens átviteli módok tartoznak. Távszolgáltatás

igénybevételekor a felhasználók közötti kommunikáció terminálok segítségével jön létre. Ilyen szolgáltatások a beszéd átvitel, rövid üzenetek átvitele, MHS hozzáférés, videotext hozzáférés, teletext átvitel és fax átvitel. A hordozó- és távszolgáltatás mellett léteznek kiegészítő szolgáltatások, melyek módosítják vagy kiegészítik a távközlési alapszolgáltatásokat. Ezeket az alapszolgáltatással együtt nyújtják. A kiegészítő szolgáltatások számos távközlési szolgáltatáshoz alkalmazhatók. Közülük a legismertebb a hívás átirányítás, a hívás tartás, a hívás várakoztatás, a hívás letiltás, a hívó fél ill. a kapcsolt vonal azonosításának kijelzése/korlátozása, az on-line tarifa információ, a zárt felhasználói csoport és a konferencia beszélgetés. 1 .2 A z In t er n et elér ése a GS M há ló z a t b ó l Hagyományos GSM nem biztosit, közvetlen kapcsolódást

az Internethez. Szükség van egy számítógépre ill egy modemre (3ábra) Az esetek többségében a modem funkcióját az előfizetői oldalon egy szoftver látja el. A szolgáltatónál is van egy modem, amit ha felhív az előfizető, létrejön a kapcsolat az előfizető és a szolgáltató ill. más számítógépek között. Internet használatához ISP (Internet Service Provider) szükséges. Az előfizető szerződést köt egy szolgáltatóval, akit egy telefonvonalon keresztül felhívja azt és ha létrejött a kapcsolat a két fél között, akkor 6 GSM Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül megkezdődhet az adatátvitel. Ez a kapcsolat mindaddig él, amíg valamelyik fél le nem bontja 3. Kapcsolódás az Internetre GSM-en keresztül 1.21 • Az adatátvitel hátrányai a GSM-ben Az adatátvitel során az Uplink és Downlink csatornák az egész hívás ideje alatt egy felhasználó részére van fenntartva. A lefoglalt csatornát másik felhasználó nem

használhatja mindaddig, amíg az fel nem szabadul, tehát az adatkapcsolat végéig. • A kapcsolat felépülési ideje hosszú, kb.: 20 -25 másodperc • Viszonylag alacsony maximális adatátviteli sebesség (általában 9.6 Kbit/s de egyes szolgáltatók bizonyos készülékekkel ennél valamivel nagyobb sebességet is nyújtanak). • A GSM beszédátvitelre lett optimalizálva és nem az adatátvitelre. (kb. 50 % a rádiós út kihasználtsága, nincs optimális csatornakódolás az adat számára) • Áramkörkapcsolt adatátvitel. Ez meglehetősen drága megoldás, részben azért, mert a számlázás nem az adatmennyiségtől, hanem a vonal használatának idejétől függ. Ez hátrányos a mobilszolgáltatóra nézve is, hisz szélsőséges esetben már nem tud 7 GSM Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül több felhasználót kiszolgálni, ami torlódáshoz vezethet. Az esetek többségében azonban az a jellemző, hogy nem igen van

adatátvitel hanem csak az óra „ketyeg”. Másrészt a mobil által lefoglalt erőforrásokat még abban az esetben sem tudja más használni, ha éppen nem folyik hasznos adattovábbítás. 1 .3 A mo b il ad a t á t v it eli ren d sz er ek ir á n t i elv á r á so k Az előfizetők szívesen szolgáltatásokat. kapcsolatban Az az fogadnak egyik legfontosabb olcsóság. megváltoztatásával érhető új Ez el. dolgokat, elvárás részben Nem a kell az hatékonyabb új rendszerrel számlázási fizetni a rendszer kihasználatlan sávszélességért, a készenléti (idle) időtartam alatt ki nem használt sávszélességet más felhasználók használhatják. Másik lényeges követelmény, hogy együtt tudjon működni a meglévő kommunikációs alkalmazásokkal azok módosítása nélkül. Ezért a rendszernek biztosítania kell a változtatható adatátviteli kapacitást néhányszor 10kbps-ig. kapcsolatorientált, mind A

szolgáltatásnak a támogatnia kapcsolatmentes kell adattovábbítást mind a a már meglévő kommunikációs protokollok miatt. Fontos dolog a pont-pont közötti és a pont-többpont közötti kommunikáció támogatása is. Habár a ma használatos alkalmazások csak a pont-pont közötti kapcsolatot használják, a pont-többpont szolgáltatás kihasználásával új lehetőségek nyílnak (pl. különböző felhasználói csoportok számára továbbított adatok). Az alábbiakban röviden összefoglalom az előfizetők és szolgáltatók igényeit az új mobil adatátviteli rendszerrel szemben. • Előfizetők elvárásai o Minél olcsóbban csatlakozni az adathálózatokhoz o Nagyobb adatátviteli sebesség o Rövid bejelentkezési idő 8 GSM Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül o Kisebb késleltetés o A „vándorlás” lehetősége o Szélesebb körű alkalmazások, szolgáltatások o Sokoldalúság, lehetővé téve a különböző

adathálózatokhoz való hozzáférést (Public Internet Access, Corporate Access, Anonymus Access) „minél többet, kevesebbért” • Szolgáltatók célja o A rádiós erőforrások jobb kihasználása: A jelenlegi GSM rendszerben áramkörkapcsolt módon az erőforrások mindaddig lefoglalódnak, amíg az előfizető használja a hálózat szolgáltatásait. o Egyszerűsített hozzáférés az adathálózatokhoz: Lényeges szempont a hálózathoz való hozzáférési idő. o Az előfizetők meghódítása az új szolgáltatással o Különböző előfizetői kategóriák létrehozása o Költségcsökkentés o Jövőálló befektetés 1 .4 Fej lő d é si ir á n y o k A hagyományos GSM technológia korlátját a gyártók is felismerték, ezért az előzőnél hatékonyabb és gyorsabb technológia kidolgozásának kezdtek neki. Jó néhány megoldást fejlesztettek ki azonban ezek közül nem mind állja meg a helyét a használatban. Ennek oka lehet a

támogatottság hiánya, a költség vagy akár az ésszerűség. A következőkben bemutatok néhány megoldási lehetőséget. 9 GSM Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül 1.41 HSCSD Kézenfekvő megoldás a korlát tágítására az időrések összevonása. A bázisállomás kezelheti rugalmasan a kiosztást, ha van üres időrés kevesebb a bejelentkezett készülékek száma, mint amennyi lehetne -, azt odaadhatja annak, amelyik adatot küld vagy fogad. Ezt valósítja meg a HSCSD, avagy High Speed Circuit Switched Data (Nagy Sebességű Áramkörkapcsolt Adatok), amelynek maximális adatátviteli sebessége 57600 bit/másodperc. Nyilvánvaló előnye jelentkezik akkor, ha például viszonylag nagy adatok akarunk letölteni, hiszen ekkor folyamatosan van szükségünk nagy sávszélességre. Továbbá nem szükséges hozzá a jelenlegi hardverkonfiguráció megváltoztatása a hálózati oldalon, a változtatás csak a szoftvereket érinti. Jelenleg ugyan

készen állnak berendezések e szolgáltatás elindítására, de előfizetői készülékeket kevés gyártó hozott forgalomba. Hátrányként említhető a nagy sávszélesség igény, a vándorlás lehetőségének korlátozása. 1.42 GPRS Egy másik lehetőség az adatátvitel hatékonyságának növelésére a GPRS. Lényege, hogy a kapcsolat a felhasználó és a hálózat között csak a hasznos adatátvitel idejére épül ki, az adatok pedig csomagokban továbbítódnak. 2000-től a GSM architektúra módosításával legfeljebb 171kbit/s, átlagosan 40kbit/s –os adatátvitel érhető el. Előnye, hogy a GPRS készülék folyamatos on-line üzemmódban működik, mégis csak a tényleges adatátvitelért kell fizetnie a felhasználónak. Hátránya, hogy teljesen új felhasználói készülékek szükségesek. 1.43 Egy EDGE speciális modulációs eljárással a GSM rendszer sebessége lényegesen emelhető. A rendszer áthidaló megoldás ahhoz, hogy az 10

GSM Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül operátorok, akik nem jutnak UMTS frekvenciákhoz, ne essenek el az adatszolgáltatás lehetőségétől. Enhanced Data Rates for Global Evolution (a globális evolúció érdekében megnövelt idõszeleteket 48 adatátviteli Kbit/s-ra növelõ sebesség), új GSM a és rádiós TDMA átviteli (ANSI-136) rádiómodulációs technika. Lényege hogy 8 állapotú fázisbillenyűzést használ. A GPRS-sel kombinálva 384 Kbit/s-ra tágítható vele a felhasználói sávszélesség 1.44 UMTS A mobil adatkommunikáció globális kompatibilitását célozza ez a technológia, amely egy hálózatban egységesíti a mikro- és a makrocellás rendszereket. A globális rendszer átlagosan 384Kbit/s, legfeljebb 2Mbit/s-ot biztosit. Várhatóan az UTMS lesz a jövő technológiája megfelelvén minden lényeges elvárásnak a mobil adatátviteli rendszerekkel szemben. 1 .5 G P R S a meg o ld á s Az UMTS ma

még nem elérhető, és valószínűleg nem az egyik napról a másikra fogja kiváltani a meglévő mobil rádiós rendszereket. Szükség van tehát egy olyan megoldásra, amely megfelelő átmenetet képez a hagyományos legalkalmasabb GSM és az megoldás. UMTS Az között. alábbiakban E feladatra a összefoglalom GPRS a a GPRS előnyeit, majd a következő fejezetben részletes betekintést nyújtok a rendszer működésébe. Érvek a GPRS mellett • A GSM-ben már megtalálható kódolási eljárások mellé újabbak fejlesztésével illetve több erőforrás (timeslot) egyidejű felhasználásával a GPRS-en jóval nagyobb adatátviteli sebesség 11 GSM Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül érhető el. Elméleti határérték a 171 2 kb/s, de a gyakorlatban ennél lényegesen alacsonyabb maximális sebesség ajánlható az előfizető számára látható alkalmazás szinteknek (64 - 100 kb/s). Gyors hozzáférés az Internethez (Rövid

bejelentkezési idő, az Internet bármikor hozzáférhető) • A GPRS rendszeren keresztül az adathálózatokra (pl. Internetre) való felkapcsolódási idő lényegesen rövidebb (<1 s), mint a hagyományos vonalkapcsolt rendszeren keresztül. A GPRS készülék gyakorlatilag állandóan a világhálóra lehet kapcsolódva. • A GPRS hálózatok a csomagkapcsolt átvitel elvét alkalmazzák, tehát az adatok nem egy folytonos bitfolyamként mennek át a hálózaton, hanem kisebb-nagyobb csomagokban, amely csomagok ráadásul felhasználóhoz rendeltek. Ezzel a megoldással elérhető, hogy az előfizető csak akkor használja a hálózatot, ha éppen adatot küld illetve fogad, másrészt ugyanazon erőforrás illetve átviteli csatorna megosztható több felhasználó között. Ez azt is jelenti, hogy az eddig használt idő alapú számlázási metódus helyét átveszi az átvitt adatmennyiség alapú, illetve tartalom alapú számlázási módszer • A GPRS

segítségével a GSM hálózaton az adatátvitel IP alapúvá válik, amely lehetőséget ad az előfizetők által használt alkalmazások (wap, web, email) költséghatékony kapcsolódását a nyilvános (Internet) illetve privát, vállalati (Intranet) adathálózatokhoz különböző hálózati protokollok használatával (pl. TCP). Emellett rendkívüli lehetőségek nyílnak meg az új szolgáltatások bevezetésére: helyfüggő alkalmazások, elektronikus kereskedelem mobilon keresztül, mobil iroda, stb. • A meglévő GSM infrastruktúra GPRS képessé tétele nem igényel nagy beruházást, és ezen invesztíció is időtálló az operátor számára, hiszen a GPRS-hez kapcsolt fejlesztések és "filozófia" alapja a harmadik generációs mobil rendszereknek (EDGE, UMTS). 12 GSM Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül • A csomagkapcsolt elv használata illetve az asszimetrikus átvitel (a kétirányú kommunikáció független

egymástól, ami azt jelenti, hogy pl. egy weboldal letöltése közben a visszairányú csatornát más használhatja) lehetősége az operátor számára a hálózat és erőforrások optimálisabb kihasználását teszi lehetővé. 13 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül 2. GPRS Ebben a fejezetben áttekintés kívánok nyújtani a GPRS hálózat felépítéséről, az egyes hálózati elemek feladatairól, és az azok összekötését lehetővé tevő interfészekről. Továbbá ismertetem az egyes interfészeken használatos protokollokat. 2 .1 A GP R S há ló z a t lo g ik a i fel ép ít és e A GPRS hálózat sok ponton épül a már meglévő GSM rendszerre, és jó néhány eszközzel kiegészíti, mint azt az alábbi ábra is mutatja. 4. ábra A GPRS hálózat logikai felépítése 2.11 Hálózati elemek A GPRS hálózat a következő alapvető összetevőkből áll: SGSN (Serving GPRS Support node), GGSN (Gateway GPRS Support Node), PCU

(Packet Control Unit). A GSN-ek (GPRS Support Node) feladata a mobil állomások között és a külső adathálózat közti adatcsomagok irányítása és kézbesítése. 14 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Az SGSN feladat a szolgáltatási területén található mobil készülékektől illetve mobil készülékekhez az adatcsomagok kézbesítése. Ez a feladat magában foglalja a csomagok irányítását az és továbbítását, mobilitáskezelést (attach, detach, helyzetfrissitést), logikai útvonal kezelését, valamint hitelesítési felhasználóról, aki és az számlázási adott funkciókat. SGSN-hez tartozik Minden egy regisztrált helyi tárolón információkat, tárol. Ezek az alábbiak: az aktuális cella, amiben a mobil készülék tartózkodik, az aktuális VLR, ahová a felhasználó kapcsolódik, és felhasználói profilok (IMSI, PDP address). A GGSN mint egy interfészként működik a GPRS gerinchálózat és a külső

adathálózat között. Az SGSN-től jövő adatcsomagokat megfelelő formátumra alakítja (PDP) és kiküldi őket a megfelelő adathálózat felé. Másfelől pedig a bejövő adatcsomagok (PDP) címzését alakítja át a célállomás GSM címévé. Az újracímzett csomagot a megfelelő SGSN-nek küldi, ami majd kézbesíti a felhasználóhoz. Emiatt a GGSN tárolja annak az SGSN-nek a címét ahol a felhasználó adatai aktuálisan tárolva vannak. Ezenkívül számlázási és hitelesítési feladatokat is ellát. Az adatátviteli síkon (3. ábra) jól látható, hogy a SGSN a különböző protokollok között végez átalakítást. Míg a GGSN inkább egy adathálózati router-hez hasonlítható (tulajdonképpenen a GPRS konkrét fizikai megvalósításánál a GGSN egy valódi router. Pl Cisco 7200 széria tölti be a GGSN szerepét a Motorola GPRS-ében), addig az SGSN a protokollok szempontjából egy határnak nevezhető a GSM és az adathálózatok között. A

PCU az eszköz, amely logikailag a GPRS-hez tartozik, de fizikailag az BSC mellet foglal helyet. A PCU vezérlése, és felügyelete úgy van megvalósítva, hogy a meglévő mobil felügyeleti rendszer látja el. A PCU úgy tekinthetjük, mint a BSC részét, mely a Gb interfészen tartja a kapcsolatot az SGSN-nel. A PCU feladata szétválasztani a csomagkapcsolt adatokat a hagyományos vonalkapcsolt adattól és hangtól. A csomagkapcsolt adatot 15 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül a GSN-en keresztül az Internetre irányítja, a vonalkapcsolt adatot az MSC-re. Feladata a Gb interfész kezelése a Frame Relay hálózaton keresztül, és a rádiós interfészen a mobil készülékkel való kapcsolattartás, valamint a felhasználói adatok továbbítása. 2.12 Interfészek A Gb interfész a PCU-t kapcsolja össze az SGSN-el. A Gn és Gp interfészen keresztül a felhasználói adatok és jelzésinformációk haladnak a GSN-ek között. A Gn interfész

abban az esetben használatos, ha az SGSN és a GGSN ugyanazon szolgáltató tulajdonában vannak, a Gp interfész pedig akkor, ha két különböző szolgáltató rendszerét kell összekapcsolni. Minden GSN egy IP alapú gerinchálózatra van felfűzve Ezen a hálózaton belül a GSN-ek között az un. GTP protokoll segítségével továbbítódnak az adatok. A GPRS gerinchálózatnak két típusa van: • Intra-PLMN gerinchálózat : a GSN-ek ugyanazon szolgáltatóhoz tartoznak, tehát annak saját IP-alapú hálózatán vannak. • Inter-PLMN gerinchálózat: a GSN-ek különböző szolgáltató GSNjeivel kapcsolódnak. Ilyen esetben a két szolgáltatónak un roaming szerződést kell kötnie, hogy használhassák egymás hálózatát. Két SGSN között a Gn illetve Gp interfészek használatosak. A Gn interfész két azonos szolgáltatónál levő node-ok közti összeköttetést határozza meg, míg a Gp interfész két különböző szolgáltató node-jait köti össze.

Ezáltal lehetséges, hogy az SGSN-ek ki tudják cserélni a felhasználói információkat egymás között, amikor a felhasználó az egyik SGSN területéről a másikéra megy. 16 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül 2.13 Adatátviteli sík Az alábbi ábra mutatja a GPRS protokoll-felépítését, mely biztosítja a felhasználói adatok és hozzá tartozó jelzések (forgalomvezérlés, hibaérzékelés és hibajavítás) átvitelét. 5. ábra Átviteli sík GPRS gerinchálózat (SGSN,GGSN A felhasználói adatcsomagok a GPRS gerinchálózaton az un. GTP-be (GPRS Tunnelling Protocol) vannak beágyazva. A GTP átviszi a felhasználói adatokat és a hozzá tartozó jelzésinformációkat a GPRS csomópontok (node) között. Ez a protokoll ugyanazon szolgáltatóhoz (PLMN) tartozó szolgáltatóhoz GSN-ek tartozó közötti GSN-ek (Gn között interfész) (Gp és interfész) a különböző működik. Az adatátvitel

szintjén a GTP egy un. "alagút" működési elvet valósit meg a 17 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül GPRS felhasználók adatainak továbbítására. A jelzések létrehozzák, módosítják, ill. törölhetik ezeket az "alagutakat" A GTP csomagok hordozzák a felhasználók IP vagy X.25 csomagjait A GTP alatt szabványos TCP vagy UDP protokollok működnek melyek szállítják a GTP csomagokat a gerinchálózaton belül. A csomagok megfelelő helyre juttatása a gerinchálózaton belül az IP protokollal valósul meg, mely alatt Ethernet, ISDN, vagy ATM bázisú protokollok vannak. Tehát a GPRS gerinchálózat egy IP over GTP over UDP over IP felépítésű. Tulajdonképpen a GTP protokoll legfőbb feladata, hogy "elrejtse" egymás elöl a két IP-t. SNDCP: Feladata az adatcsomagok továbbítása az SGSN és a mobil készülék között. Az alábbi funkciókat tartalmazza: • Összefogása a különböző hálózati szintű

kapcsolatoknak egy virtuális logikai kapcsolattá. • Tömörítése és kicsomagolása a falhasználói adatoknak, és a szükségtelen fejrész információknak. BSSGP: A BSS GPRS Application Protokoll: szállítja az útvonallal és a QoS-el kapcsolatos információkat a bázisállomás (BSS) és a SGSN között. Az alatta levő Network Service (NS) réteg frame-relay protokollt használja. Adatkapcsolati réteg Data Link Layer: Az adatkapcsolati réteg a mobil és a hálózat között két alrétegre bontható. az LLC szintre (MS és SGSN között) és a RLC/MAC rétegre (MS és BSS között). Az LLC (logical link controll) réteg nagy megbízhatóságú logikai kapcsolatot biztosit a mobil készülék és a SGSN között. Működésének alapja a már jól ismert HDLC protokoll sorrend vezérléssel, sorrend 18 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül szerinti kézbesítéssel, forgalom szabályozással, hibaérzékeléssel, és a hibás keretek újraadásával

(ARQ). Az adatbiztonság biztosítása a titkosítás feladata. Támogatja a változó hosszúságú kereteket. Nyugtázott és nyugtázatlan átviteli módokat támogatja. Az RLC/MAC réteg az air interfészen két funkciót foglal magába. Az RLC fő feladata egy megbízható kapcsolat létrehozása a mobil készülék és a BSS között. Szétdarabolja, ill újraegyesíti az LLC csomagokat, és ARQ mechanizmust használ a helyreállíthatatlan kerethibák újraadására. A MAC réteg (medium access controll) vezérli a mobil állomások hozzáférését a rádiós csatornához. Egy speciális algoritmust használ a versenyhelyzet feloldására, a PDTCH csatorna többfelhasználós használatára, és elsőbbségi jogokat határoz meg QoS alapján. A GPRS MAC protokoll alapja a réselt Aloha. Az RLC/MAC rétegben a nyugtázatlan és nyugtázott adatátviteli mód támogatott. Fizikai réteg: A fizikai réteg a mobil állomás (MS) és a bázisállomás

alrendszer (BSS) között két alrétegre osztható: fizikai kapcsolati réteg (PLL - Phisical Link Layer) és a rádiós (RFL - Radio Frequency Layer) részre. A PLL biztosítja a fizikai csatornát a mobil készülék és a bázisállomás között. Feladatai közé tartozik a csatorna kódolás (átviteli hibák érzékelése, FEC használata, helyreállíthatatlan keretek jelzése), interleaving, és a fizikai kapcsolat zsúfoltságának érzékelése. Az RFL a PLL alatt működik, feladatai pl. a moduláció ill de-moduláció 19 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül 2 .2 G P R S pr o t o k o llo k A következőkben részletesen bemutatom a GPRS hálózatban működő protokoll stack-eket, és feladatukat. A protokollokat az szerint csoportosítom, hogy az egyes hálózati elemek mely interfészen keresztül használják a kommunikációra. 2.21 A Gn interfészen használt protokollok A GPRS gerinchálózat (GPRS backbone) köti össze az egyes

node-okat (SGSN, GGSN) a Gn interfészen keresztül. Az itt használt protokollok az IP, TCP/UDP, és GTP. 2.211 Fizikai réteg A GPRS gerinchálózat (GPRS Backbone) IP alapú hálózat. Ennek az IP alapú hálózatnak a hordozója lehet Ethernet, Token Ring, Token Bus vagy akár FDDI. Az Internet Protokoll, feladata a felhasználói adatok irányítása és a felügyeleti jelzésváltás. Az IP-ről részletes leírás az RFC xxx. –ben található 2.212 TCP/UDP A GTP (GPRS Tunnelling Protokoll) adatcsomagjait a TCP vagy UDP protokoll szállítja a GPRS gerinchálózaton. A TCP (Transmission Controll Protocoll) olyan adatcsomagokat szállít, amelyek megbízható adatkapcsolatot igényelnek, mint például az X.25, míg az UDP (User Datagram Protocoll) azokat amelyek nem igényelnek feltétlenül megbízható adatkapcsolatot. A TCP tartalmaz forgalom-vezérlést és véd az adatsérülés és adatvesztés ellen, az UDP nem tartalmaz forgalomvezérlést, és

csak adatsérüléssel szemben nyújt bizonyos fokú védelmet. 20 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül 2.213 GTP A TCP/UDP réteg által nyújtott szolgáltatásokat a GTP (GPRS Tunnelling Protocol) veszi igénybe. A GTP feladatai közé tartozik az adathálózat felöl és felé a PDP-PDU-k, és jelzések kezelése. Adattovábbítás: A GTP teszi lehetővé a különböző protokollú adatcsomagok átvitelét a GPRS hálózaton. Tulajdonképpen úgy tekinthetjük, hogy a GTP „elrejti” a felette levő IP-t a gerinchálózaton használt IP réteg elöl. Az adatok átvitele egy un. Alagút módszerrel történik Minden egyes mobilhoz tartozó adatkapcsolathoz a GGSN létrehoz egy „dedikált csatornát” melyet egy un. TID (Tunnell Identifier - az IMSI (International Mobile Subscriber Identifier) és az NSAPI összekapcsolásából származik. A kettő együtt azonosítja a mobil készülék mindegyik PDP kapcsolatát) azonosít. A gerinchálózaton

átmenő adatcsomagok a címzésben található TID-el azonosíthatók, ezáltal minden egyes adatfolyam egymástól jól elkülöníthető. Jelzések: A GTP alagút felügyeletet és kezelést valósít meg a jelzési síkon. A jelzések hozzák létre az „alagutat”, tartják fenn, módosítják, és az adatkapcsolat végén elbontják azt. A GTP szállítja a MM (Mobilitás menedzselés) jelzéseket (GPRS attach, detach, RA frissítés) a node-ok között. A jelzések az alagutaktól elkülönítve kerülnek átvitelre, azokkal csak logikailag vannak összekapcsolva. Minden egyes GSN-GSN pár között egy vagy több útvonal létezik. Minden egyes utat egy vagy több jelzések célára dedikált alagút valósit meg. 21 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Az átviteli síkon a felsőbb rétegtől kapott csomagokat (X.25 vagy IP) először megfelelően át kell alakítani. Ezt az átalakítást az encapsulation funkció végzi el. A GPRS a csomagkapcsolt

hálózatok adatcsomagjait (PDP-PDU) transzparens módon szállítja a mobil készülékhez. Mivel a külső adathálózatok többféle protokollt használhatnak, melyeknek eltérhetnek a címzési, irányítási, szállítási módszerei, a transzparencia úgy oldható meg, hogy az eredeti adategységet a címzésével együtt becsomagolják. Az így nyert adatelemeket címzési információval (amely csak a gerinchálózaton érvényes), és hibajavító kódolással kiegészítve az ellenoldalon mindig visszaállíthatóak az eredeti formátumra. A GGSN és az SGSN között alkalmazott encapsulation a PDP PDU-kat GTP-PDU-kká alakítja át, majd az IP rétegben kapják meg az átvitelhez szükséges végleges formát, IP csomagként (IP-PDU). Az IP és a GTP PDU címzési részei a kiindulási és a cél node-ok címeit és a TID-et tartalmazzák. Az adatok átvitele után az ellenoldal a címzési információkat figyelembe véve az adatcsomagokat kibontja, visszaalakítja,

és a megfelelő formátumban küldi tovább. Minden GTP keret az alábbi fejlécet tartalmazza: 8 7 6 Version X X X 5 4 3 Reserved Message type Lenght Sequence number Flow label LLC frame number X X X 2 1 LFN X FN Okte t 1 2 3 4 5 6 TID Az előbbiek szerint a GTP tulajdonképpen egy interfészt alkot a külső adathálózatok és a mobil készülék között úgy, hogy a mobil készülék ebből semmit sem érzékel. Ugyan a GPRS fejlesztésének első fázisában a GTP csak IP és X.25 csomagok kezelésére képes, de a későbbiekben a 22 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül protokoll módisításával más típusú csomagok kezelésére is alkalmassá tehető. 2.22 A Gb interfészen használatos protokollok A bázisállomás vezérlő (PCU) a Gb interfészen keresztül kapcsolódik a SGSN-hez. A Gb interfészen – az alsóbb rétegektől felfele haladva – a L1, NS, BSSGP, LLC és SNDCP protokollok használatosak. A bázisállomás oldaláról

nézve az adatcsomagok csak a BSSGP rétegig kerülnek feldolgozásra, az e feletti protokollok adatcsomagjai transzparens módon áthaladnak rajta. 2.221 Fizikai réteg Az SGSN és a PCU között az L1bis a távközlésben már igen elterjedt 2Mbit/s-os PCM összeköttetés is lehet. Az SGSN második rétegében található a Frame Relay (keret-kapcsolás) protokoll. Ez továbbítja a BSSGP adatcsomagjait (BSSGP PDU). A Frame Relay nem csomagokat, hanem az adatkapcsolati réteg kereteit viszi keresztül a hálózaton. A keret-kapcsolás az X.25-höz hasonlítható leginkább, bár attól eltérően nem biztosít megbízható összeköttetést és folyamvezérlést. Az adatátvitelhez HDLC (High-level Data –Link Contol) kereteket használ, ahol az adatrész legfeljebb 4K bájt lehet. 2.222 BSSGP A FR a felette levő BSSGP rétegnek nyújtja szolgáltatásait. Ez a protokoll szállítja az SGSN és a BSC között az irányítási és QoS információkat. Fő feladata az

irányítási információk, QoS paraméterek szállítása melyek szükségesek a felhasználói adatok továbbításához a mobil készülék és az SGSN között. A BSS-ben úgy viselkedik mint egy interfész 23 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül az LLC keretek és a RLC/MAC blokkok között, az SGSN-ben pedig mint az RLC/MAC rétegtől származó információ és az LLC közti interfész. Feladatai a következők: • A kapcsolatmentes összeköttetés biztosítása a BSS és az SGSN között • Nyugtázatlan adatok továbbítása a BSS és SGSN között • A kétirányú adatfolyam vezérlésének megteremtése a BSS és SGSN között • Az elévült üzenetek kiürítésének támogatása (pl. ha a mobil állomás BSS-t vált) • Több logikai összeköttetés biztosítása az SGSN és BSS között A BSSGP keret felépítése a következő: 8 7 5 6 4 3 PDU típusa Információs elemek 2 1 tt Okte 1 2-n A protokollról bővebb információ

az ETSI GSM 08.18-as szabványában található. 2.223 LLC Az LLC protokoll biztosítja a logikai összeköttetés az MS-ek és az SGSN között a rádió interfészen. Ez a funkció a BSS-t nem érinti, transzparens módon áthalad rajta, egy kivételtől eltekintve, cella, RA illetve LA váltáskor amikor a BSC hozzáfűzi a paraméterekhez a cellaazonosítót. Feladata a kapcsolatok koordinálása, állapotuk figyelése, az összeköttetéseken folyó titkosított adatátvitel felügyelete, és a mobil készülék és SGSN közti jelzésváltás továbbítása. 24 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Címzés az LLC-ben A TLLI (Temorary Logical Link Identifier – ideiglenes logikai összeköttetés azonosító) egy adott mobil készülék és az RA-t ellátó SGSN közötti kapcsolatot azonosítja. A TLLI funkciója hasonlít a GSM-ből már ismert TMSI-hez. A TLLI egy adott területen – egy GPRS kapcsolat ideéig érvényes – az SGSN által

kiosztott azonosító. Ha a mobil készülék RA-t vált, akkor új TLLI osztható ki számára, de SGSN váltásakor mindenképp új azonosítót kell kapnia az új node-tól. A TLLI mindig az LLC keretek fejrészében található így mindig azonosítható, hogy melyik adatcsomag melyik mobil készülékhez tartozik. Abban az esetben ha a mobil készülék névtelen csatlakozást használ, úgy a mobil készülék egy véletlenül kiválasztott TLLI-t használ, amit egy véletlen sorozatból választ ki számára az SGSN. Bővebben a TLLI-ről A TLLI a mobil készülék és az SGSN között egyértelműen azonosítja a logikai összeköttetést. A TLLI és az IMSI között kölcsönösen egyértelmű hozzárendelés van egy RA-n belül, csak a mobil készülék és az SGSN ismeri. Három féle TLLI sorozat létezik:( A struktúrájából annak sorozatára tud következtetni az MS és az SGSN). • Helyi A helyi (local) TLLI-t az SGSN foglalja le és csak az adott RAban érvényes,

ahol lefoglalásra került. • Idegen Az idegen (foregin) 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. • Véletlen A véletlen (random) TLLI-t a mobil akkor foglalja le véletlenszerű kiválasztással, amikor nincs rendelkezésre álló helyi, 25 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül vagy idegen TLLI, vagy akkor ha névtelen hálózat-hozzáférést kezdeményez. Az LLC szolgáltatásai Feladata az SGSN és a mobil készülék közti biztonságos és titkosított összeköttetés biztosítása. Az LLC biztosítja a logikai kapcsolatok felépítését, felügyeletét, fenntartását, és lebontását. Nem tart fenn közvetlen kapcsolatot a két mobil között. Ahogy a mobil készülék mozog, ugyanazon SGSN-hez tartozó cellák között, az LLC kapcsolat végig fennmarad. Abban az esetben, ha a mobil olyan cella

területére kerül, amely másik SGSN-hez tartozik, akkor a fennálló kapcsolat lebomlik, és új logikai kapcsolat épül ki az új SGSN-nel, viszont ilyen esetben a folyamatban levő adatátvitel nem szakad meg. Az LLC kapcsolat használható PTP és PTM adatátvitelre is az SGSN és a mobil készülék között. Az LLC független az alatta levő rádiós interfész protokolltól, azokkal szabványosított üzenetekkel (primitívekkel) kommunikál. Így biztosítható, hogy az LLC különböző típusú rádiós interfésszel együtt tudjon működni, biztosítva az optimális teljesítményt, és a későbbi továbbfejlesztésekre való lehetőséget. Az LLC protokoll az MS és az SGSN között teremt logikai kapcsolatot. Két típusú működési módja van: nyugtázott és nyugtázatlan. A keretformátum nagyon hasonlít a LAPD és RLP protokollokra. Ennek ellenére jó néhány különbség van az LLC és más protokollok között, különös tekintettel a kerethossz

behatároltságnak és az átláthatósági mechanizmusnak. Ezek a különbségek fontosak, hogy jól elkülönüljön a rádiós úttól. Jelzésváltás az LLC-ben Az LLC réteg felett található az SNDCP réteg, amely hálózati réteg szinten a felhasználói adatok (N-PDU) átvitelét irányítja. Az SNDCP-nek, 26 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül az SMS-nek, és az MM-nek az LLC nyújtja az átviteli szolgáltatást. Az LLC kapcsolatot, amely egy mobil készülékkel az adatátvitel idejére fenntartott logikai összeköttetést jelent, a DLCI (Data Link Connection Identifier) azonosítja. A DLCI a SPI-ból és a TLLI-ből szolgálat-elérési pontoknak nevezzük azokat a áll. Az LLC pontokat, amelyek szolgáltatást, kapcsolatot biztosítanak a primitíveken keresztül az LLC feletti rétegeknek. Tehát a SAPI azonosítja, hogy az LLC által hordozott információ SNDCP, SMS vagy MM jelzés. Az LLC keret a fejrész a trailer (trailer :

címzési és egyéb kerettel kapcsolatos információkat tartalmaz hasonlóan a fejrészhez) és az információt tartalmazó részekből áll. A fejrész 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 bájt. Az LLC végzi minden egyes keret küldésének és esetleges újraküldésének irányítását. Az LLC által támogatott két működési mód: • Nyugtázatlan működési mód Ekkor az átküldésre került keretek megérkeztét az ellenoldal nem erősíti meg. Ebben az üzemmódban csak átviteli és formai hiba ellenőrzés van, újraküldési, folyamszabályozás (flow control) nincs. • Nyugtázott működési mód Az LLC protokollban szabványosított újraküldési alapon történik a hibajavítás. Abban az esetben, ha az LLC

réteg nem tudja a hibát kijavítani, akkor ezt jelenti a GPRS MM-nek, amely a hibát kezeli. Az LLC nyugtázott működési módban használ folyam-vezérlést. 27 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Mindkét működési módban az LLC keret felépítése az alábbi: 8 7 6 5 4 3 2 1 okte tt 1 2 3 2 1 Okte tt 1 Address Controll Information FCS Address Field 8 7 PD C/R 6 5 4 XX SAPI PD Protokoll diszkriminátor A protokoll diszkriminátor jelzi, hogy a keret vajon LLC keret vagy valamilyen más protokoll. LLC keret esetében ennek a bitnek az értéke 0 kell legyen. Abban az esetben, ha a vett keret PD bitje 1 akkor a keretet érvénytelennek tekintjük. C/R Command/Response A command/response (parancs/válasz) bit lehetővé teszi a felhasználó illetve a hálózati oldal számára megjelölni a keretet az szerint, hogy parancsot vagy választ küldött. A bit értelmezése a következő: típus Parancs Parancs Válasz Válasz Irány

SGSN->MS MS->SGSN SGSN->MS MS->SGSN C/R érték 1 0 0 1 XX Az XX bit jövőbeni felhasználásra van fenntartva. 28 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül GPRS SAPI Service Access Point Identifier Information A keret információs mezője. Különféle parancsokat és válaszokat tartalmaz. FCS Frame Check Keretellenőrző bit 24bites CRC-t (ciklikus redundancia kód) tartalmaz. A bithibák jelzésére használatos a fejléc és az információs mezőkben. 2.224 SNDCP Az SNDCP protokoll az LLC protokoll és a SM (session managment) által nyújtott szolgáltatásokat veszi igénybe ill. IP vagy X25 keretekbe helyezi őket. Az SNDCP főbb feladatai: • Transzparencia biztosítása a hálózati protokollok számára • Csatornakapacitás jobb kihasználása • Több PDP párhuzamos továbbítása • A felhasználói adatok tömörítése • A protokoll vezérlő információinak tömörítése • A hálózati réteg csomagjainak (N-PDU)

széttördelése LL-PDU-ra, és az LL-PDU-k újraegyesítése N-PDU-ra. Az SNDCP egyik fő feladata a hálózati protokollok számára a transzparencia biztosítása a GPRS-ben a GTP-vel együtt. A hálózati réteg felöl érkező IP csomagokat amelyeket N-PDU-nak nevezünk, az SNDCP először szétválasztja aszerint, hogy az átvitel 29 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül nyugtázott vagy nyugtázatlan. Nyugtázott működési mód esetén SNDATA-t használunk, míg nyugtázatlan működési mód estén SN- UNITDATA-t használunk. Adatátvitel az SNDCP-n keresztül: Nyugtázott működési mód: Az SNDCP entitás akkor indítja a nyugtázott adatátvitelt, ha létezik PDP context az NSAPI számára – ez a SN-DATA.request paranccsal jön létre - , illetve nyugtázott LLC működési mód lett létrehozva. Az SN-DATA.request üzenet vételével a SNDCP entitás tömöríti illetve darabolja a csomagot (N-PDU) majd továbbítja azokat (SN-PDU) egy

LLDATA.request üzenettel az LLC rétegnek Ez előtt azonban az SNDCP felhasználótól kapott csomag (N-PDU) átmeneti tárolásra kerül. Amikor a szomszédos SNDCP entitás fogadja a SN-PDU-t egy LL-DATA.indication üzenetben, az SNDCP kicsomagolja azokat, újraegyesíti az csomagokat majd kitömöríti azt. Ezt követően egy SN-DATAindication üzenetben továbbítja azt az SNDCP felhasználó felé. 6. ábra Adatátvitel SNDCP réteg-entitások között nyugtázott működési módban 30 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Az SNDCP entitás mely kezdeményezte a kapcsolatot mindaddig vár a következő csomag adásával, amíg az SN-PDU továbbítását nyugtázó LLDATA.confirmation üzenetet meg nem kapja Miután az utolsó SN-PDU nyugtázása is megérkezett – amelyekbe az N-PDU volt csomagolva – az N-PDU-t törli az SNDCP entitás az átmeneti tárból, és jöhet a következő csomag feldolgozása. Nyugtázatlan működési mód: Adattovábbítás akkor

indul el ha a PDP context létezik az NSAPI számára. Az SNDCP nem indítja el az adatátvitelt, míg a két végpont közti kapcsolat a két N-SAPI között nincs létrehozva. Az SN- UNITDATA.request üzenet fogadása után a SNDCP entitás tömöríti és szegmentálja az információt (N-PDU) SN-PDU-k-ra, majd azokat továbbítja az LLC réteg szamara LL-UNITDATA.request üzenetben Az NPDU rögtön törlődik mihelyt kézbesitve lett az LLC fele, és nem kerül átmeneti tárolásra. Amikor a szomszédos SNDCP entitás veszi az SN-PDU-k-at egy LLUNIDATA.indication üzenetben, az SNDCP entitás kicsomagolja az NPDU-t az SN-PDU-k-bol, újraegyesíti őket, majd kitömöríti Ezt követően továbbítja azt (N-PDU) egy SN-UNITDATA.indication üzenettel az SNDCP felhasználó fele. A megfelelő SNDCP felhasználó azonosítása a SAPI-val történik, ami az SN-PDU fejrészében található. 7. ábra Átvitel az SNDCP entitások között nyugtázatlan működési

módban 31 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül GPRS A 8. ábrán az SNDCP működési modellje látható A felsőbb hálózati rétegtől az SNDCP megkapja az adatcsomagok (N-PDU). Ha lehetséges, akkor tömöríti a vezérlőinformációt. Ezt úgy teszi, hogy ellenőrzi az előző csomagok fejrésze és az aktuális, feldolgozás alatt levő csomag fejlécét. Ha a két fejléc között kicsi az eltérés, akkor a kettő közti különbséget viszi csak át, ha nagy a különbség, akkor az egészet. Ezután következik az adattömörítés. Az adattömörítő algoritmust előzőleg a két SNDCP társentitás egymással egyezteti (XID paraméteregyeztetés) Általában az alapértelmezés az, hogy nem használ tömörítést. A következő lépés a csomagok darabolása, ha erre szükség van. Azt, hogy melyik az utolsó darab (SN-PDU) az adott hálózati réteg által küldött csomagból (N-PDU), azt az SNDCP fejrészében található M bit jelzi. Ha az M értéke 0,

akkor az már az utolsó SN-PDU a darabolt N-PDU-ból. 32 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül N-PDU data header Hálózati réteg SN-DATA.request SN-UNITDATA.request SNDCP nagy Vezérlő inf. tömörités Vezérlő inf. tömörités Különbség az előzőtől kicsi szegmentált N-PDU 2 delta header Adat tömörités Adat tömörités Szegmentált N-PDU #2 M=0 #1 M=0 szegmentáció szegmentáció M=1 #3 M=0 M=1 #2 . . . M=1 #1 M=1 M=1 szegmentált N-PDU 1 SN-UNITDATA PDU SN-DATA PDU SNDCP LL-DATA.request LL-UNITDATA.request LLC LLC header SN-UNITDATA PDU LLC header SN-DATA PDU 8. ábra Az SNDCP működési modellje Az SN-DATA PDU nyugtázott működési módban használatos: 8 7 6 5 4 X C DCOMP ADAT T M NSAPI PCOMP 3 2 1 tt Okte 1 2 3-n 33 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Az SN-UNIDATA PDU nyugtázatlan működési módban használatos: 8 X E 7 6 C T DCOMP Szegment ofszet 5 4 M NPDU szám NPDU

szám ADAT 3 2 1 NSAPI PCOMP NPDU szám Okte tt 1 2 3 4 5 6-n NSAPI Network Service Access Point Identifier Az NSPAI azonosítja, hogy az adott PDU melyik SNDCP szolgáltatást használja. (Pl. nyugtázott-IP, nyugtázott-X.25, stb.) Az N-SAPI segítségével tudja azután az ellenoldal kiválasztani, hogy melyik SNDCP szolgáltatást kell használnia az adatok visszaállítására. 15 0 1 2-4 5- Jövőbeni kihasználásra Pont-többpont használatára vonatkozó információ Jövőbeni kihasználásra Dinamikusan lefoglal NSAPI érték M More Bit Ha egy az LLC réteg számára átadandó adat egység nagyobb lenne mint az SGSN-ben megadott maximális érték, akkor az SNDCP a megengedett méretűre darabolja azt. 0 1 Utolsó egység az N-PDU –ból Nem az utolsó N-PDU, még több csomag következik 34 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül T Type bit 0 1 SN-DATA SN-UNIDATA C Compression Indicator 0 1 Ha a keret nem tartalmazza a DCOMP és PCOMP

mezőket Ha a keret tartalmazza a DCOMP és PCOMP mezőket X Tartalék bit, értéke 0. DCOMP Adattömörítésre vonatkozó információk Az adatok tömörítésére a már szabványosított ITU V.42bis protokollt használja a GPRS. Az adattömörítés a csatornakapacitás jobb kihasználtságát szolgálja. 14 0 1- Nincs tömörítés Az adattömörítési algoritmust azonosítja 15 Jövőbeni felhasználásra van fenntartva PCOMP Protokoll vezérlőinformáció tömörítésre vonatkozó információk A vezérlő információk tömörítésének szabványa egyenlőre a TCP/IPben van definiálva. 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. 14 0 1- Nincs tömörítés Az

adattömörítési algoritmust azonosítja 35 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül 15 GPRS Jövőbeni felhasználásra van fenntartva N-PDU szám 0-2047 -524287 Ha az extension bit értéke 0 Ha az extension bit értéke 1 E Extension bit az N-PDU számhoz 0 1 A következő oktett adatra használva A következő oktett a az NPDU szám kiterjesztésére használva 2.23 Rádiós interfész 2.231 GSM RF A bázisállomás „egyik oldala” az SGSN-el kommunikál a Gb interfészen keresztül, a „másik oldala” pedig a mobil készülékkel a rádiós interfészen keresztül. A GSM rádió frekvenciás protokollt (GSM-RF) az ETSI a GSM TS05-ös szabványában rögzítette. 2.232 RLC/MAC Ezt a két réteget nem érdemes külön tárgyalni, mert a kiszolgáló MAC (Medium Access Control) és RLC (Radio Link Control) igen szorosan összetartoznak. Az RLC/MAC protokoll szabványleírása igen szerteágazó és terjedelmes. Így szakdolgozatomban csak a főbb irányelveket

tudom kiemelni. A MAC réteg teszi lehetővé, hogy több mobil készülék megosztva használja ugyanazt az átviteli közeget, ez adott esetben több fizikai csatornát is tartalmazhat. Továbbá elbírálási eljárást biztosit arra az esetre, ha a mobil készülékek egyszerre próbálnak adatot átvinni a megosztott közegen. Az ilyen esetekre használt ütközés védelem, 36 GPRS Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül detektálás és helyreállítási eljárásokat is a MAC kezeli. A MAC teszi lehetővé, ha egy MS több időrést kíván használni egyszerre, ezek tartozhatnak különböző frekvenciákhoz, de nem lehet azonos az időrések sorszáma. Kezeli a csatorna lefoglalási és felszabadítási kérések BTS irányú jelzéseit. Az RLC bittérkép szintű újraküldési eljárást biztosit (az eljárás egy korábbi verziója létezik a GSM-ben, nem-transzparens átvitel esetén). Az LLC adatcsomagokat szegmentálja RLC adatblokk méretűre, és alakítja

vissza. Az MS-ben végrehajtódó többi protokollt már az előzőekben ismertettem, működési és egyéb szempontból nem különböznek azoktól. 37 Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül 3. Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton Ebben a fejezetben bemutatom, hogy a mobil készülék bekapcsolásától kezdődően milyen folyamatok zajlanak le, illetve egy adatcsomag letöltése mely hálózati elemeket és protokollokat veszi igénybe. Ahhoz, hogy egy mobil készülék a GPRS rendszer szolgáltatását igénybe vehesse, először fel kell jelentkeznie a rendszerre (attach). Ez a művelet egyrészről egy logikai kapcsolatot jelent a mobil készülék és az SGSN között és másodrészről létrejön egy Context ( adatbázis) amely rögzíti a GPRS rendszeren áthaladó adatokat. 3 .1 A t t a ch A készülék kikapcsolt állapotban nem kapcsolódik a GPRS hálózathoz. A készülék bekapcsolásával csatlakozik

a hálózathoz. Ezt az eljárást az un. GPRS attach-nek nevezzük. Itt említem meg, hogy a GPRS készülékeknek három osztálya van: • Class A mobil készülék képes egymással párhuzamosan, egy időben GPRS adattovábbításra és hagyományos GSM szolgáltatások nyújtására. • Class B mobil készülékek szintén képesek GPRS adatszolgáltatásra ill. GSM hívásra, csak nem egyidejűleg mint az A osztályú készülékek. • Class C készülékek vagy GPRS-t vagy hagyományos GSM-et tudnak kezelni, egyidejűleg nem képesek regisztrálni magukat GSM és GPRS hálózatban. Ez alól kivétel az SMS szolgáltatás, melyeket képes fogadni és adni is bármely szolgáltatást veszi igénybe. Tehát lehetőség van egyszerre hagyományos GSM beszélgetésre és GPRS adattovábbításra. Ezt az esetet nevezzük kombinált GPRS/IMSI 38 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton attach-nek. Jelen esetben

tételezzük fel, hogy a készülék „C” osztályú, így csak a GPRS attach-eljárást mutatom be. MS BSS újSGSN régiSGSN GGSN EIR 1. Attach Request 2. Identification Request 2. Identification 3. Identify Request 3. Identify Response 4. Authentication 5. IMEI check 6.a Update Location 6.b Cancel Location 6.c Cancel Location Ack 6.d Insert Subscriber 6.e Insert Subscriber 6.f Update Location Ack 7. Attach Accept 8. Attach Complete 9. ábra GPRS attach 1) Az MS felküldi az új SGSN-nek a BSS-en keresztül az Attach Request üzenetet. Ez a bejelentkezés-kérés tartalmazza az IMSI-t, vagy a régi TLLI-t, a régi RAI-t, az MS Class-t, Classmark-ot, a CKSN-t, az attach típusát és a DRX paramétert. A classmark mutatja meg, hogy a mobil hány időrést tud kezelni. 39 Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül 2) Ha az MS TLLI-vel azonosította magát, és 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 a mobil készülék ismert a régi SGSN-ben (van bejegyzése) akkor 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) 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 ebben 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 készülék nem volt még korábban bejelentkezve valahol a hálózatba, azaz nincs MM bejegyzése, akkor az autentikáció kötelező, egyébként nem. 5) A készülékazonosító (IMEI) ellenőrzése nem kötelező. 6) Attach esetén routing area

updating-et (irányítási terület frissítés) kell végrehajtani, ha a kikapcsolás óta az SGSN címe megváltozott. a. Az új SGSN küld egy Update Location (SGSN cím,IMSI) üzenetet a HLR-nek, 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 a 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-el. Ha 40 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton bármilyen ok miatt a MS nem jelentkezhet be az új RA-be, akkor az SGSN visszautasítja a csatlakozási kérést. f. A HLR nyugtázza az

SGSN-nek a Location Update-et 7) Az SGSN küld egy Attach Accept üzenetet az MS-nek, ami nyugtázza, hogy a mobil készülék sikeresen kapcsolódott a GPRShez. Az üzenet tartalmazza az új TLLI-t, a TMSI-t 8) Ha a TLLI változott a mobilban tárolthoz képest, akkor a MS nyugtázza a TLLI vételét az Attach Complete üzenettel (TLLI). 3 .2 P D P -cím Ahhoz, hogy a mobil készülék adatot tudjon küldeni illetve fogadni egy külső (PDN) állomástól - egy sikeres csatlakozás után a GPRS hálózathoz - szükséges használnia egy vagy több címet. (pl IP címet kell használnia, ha az a bizonyos külső hálózat IP alapú. pl Internet) Ezt a címet nevezzük PDP address-nak( Packet Data Protocol Address). A PDP cím kiosztása lehet statikus vagy dinamikus. Az első esetben a hálózati operátor (szolgáltató) állandóan hozzárendeli a PDP címet a felhasználóhoz. A második esetben a cím hozzárendelése a felhasználóhoz a PDP context (lásd később)

aktiválásakor történik(pl. DHCP-vel). A PDP cím hozzárendelése történhet a felhasználó szolgáltatója által (dynamic-home PLMN PDP address) vagy történhet a másik szolgáltató operátora által ha az előfizető éppen e másik szolgáltató szolgáltatási területén tartózkodik (dynamic visited PLMN PDP address). A előfizető szolgáltatója dönti el, hogy melyik lehetséges alternatívák használata lehetséges. Dinamikus PDP cím hozzárendelés esetén a GGSN felelős a PDP cím kiosztásáról aktiválásáról illetve deaktiválásáról. Minden egyes kapcsolatban úgynevezett PDP-context jön létre mely jellemzi a kapcsolat jellegzetességeit. Ez a PDP-context tartalmazza a PDP-típusát (pl. IPv4), amely a mobil állomáshoz van rendelve ( pl 41 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton 129.1987811), a kért QoS-t, az SGSN és a GGSN címét, amely szolgáltatja a hozzáférési pontot a külső

hálózathoz. Ez a context tárolva van az MS-ben, SGSN-ben és a GGSN-ben. Egy ilyen "aktív" PDP context-el a mobil készülék látható a külső hálózat felöl, és csomagokat tud adni és fogadni. Egy felhasználónak több "aktív" PDP context-je lehet egy időben. 3 .3 P D P -co n t ex t 10. ábra PDP context létrehozásának folyamata A fenti ábra a PDP-context létrehozásának folyamatát mutatja. Az "activate PDP context request" üzenettel a mobil készülék tudatja a SGSN-el a PDP context iránti igényét. Ha dinamikus PDP cím hozzárendelés igénye érkezik, akkor a PDP address paraméter üresen marad. Ezután a szokásos biztonsági funkciók hajtódnak végre ( pl az előfizető hitelesítése). Ha a hozzáférés elfogadott, akkor az SGSN egy "create PDP context request" üzenetet küld az érintett GGSN-nek, Ezután készít egy új bejegyzést az ő saját PDP context táblájába amely engedélyezi

a GGSN-nek hogy útvonalat biztosítson az SGSN és a külső hely között (PDN). Ezután a GGSN egy jóváhagyó (create PDP context 42 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton response) üzenetet küld vissza az SGSN-nek, mely üzenet tartalmazza a PDP címet abban az esetben, ha dinamikus PDP címkiosztás volt kérve. Az SGSN frissíti a saját PDP context táblázatát és jóváhagyja az új PDP context aktiválás kérelmét a mobil állomásnak a neki küldött "activate PDP context accept" üzenettel. A GPRS hálózat lehetővé teszi a névtelen (Anonymus) PDP context aktiválást is. Ebben az esetben a biztonsági funkciók elmaradnak ezért a felhasználó (pl. IMSI) ismeretlen marad a hálózat számára Az ilyen jellegű context aktiválás előre-fizetéses (prepaid) esetekben - amikor a felhasználó nem akarja magát azonosítatni a hálózattal - alkalmazható. Névtelen kapcsolódás esetén

értelemszerűen csak dinamikus cím- hozzárendelés lehetséges. 3 .4 L o ca t io n Up d a t in g A mobil készülék már hozzákapcsolódott a hálózathoz, van IP címe és megvannak a bejegyzései a node-okban, tehát képes az adatok adására illetve fogadására. Ha valamilyen mozgást végez, akkor azonban szükség van az éppen aktuális helyzetét tudatni a hálózattal. Ezt az eljárást nevezzük location updating-nek (helyzetfrissítésnek). Kifejezetten erre a célra a mobil készülék meghatározott időközönként "helyzetfrissítő üzeneteket" küld az SGSN-hez. Ha ezeket az üzeneteket a mobil készülék nagyon ritkán küldi, akkor az éppen aktuális helyzete nem ismert pontosan ezért hívás felépítés szükséges minden egyes lejövő csomagnak amely lényeges a kézbesítési késleltetés szempontjából. Másrészt ha ezeket a "helyzetfrissítő üzeneteket" nagyon kis időközönként küldi a mobil akkor ugyan a

készülék helyzete pontosan ismert a hálózat számára, és a csomagok minden további késleltetés nélkül kézbesíthetők, de ebben az esetben viszont meglehetősen sok rádiós-kapacitás és telep energia használódik fel. Ezért szükséges a jó "menedzselési stratégia” kialakítása e két 43 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton szélsőséges eset között. Emiatt az alábbi "állapot-modellt" határozták meg a GPRS rendszerben a "location managment" számára. 11. ábra MS három lehetséges állapota A mobil állomásnak három állapota lehetséges az éppen aktuális forgalmától függően. A frissítési gyakoriság függ a mobil állapotától Az IDLE állapotban a mobil készülék nem elérhető. A "GPRS attach" végrehajtásával a mobil READY állapotba kerül. A "GPRS detach"-el leválhat a hálózatról, és visszaesik IDLE állapotba. Ennek

következtében minden PDP context törlődik. A STANDBY állapotba akkor kerül a mobil készülék, ha nem küld adatot hosszabb ideig, tehát a READY időzítő (ami a GPRS attach-nál lett elindítva) lejár. IDLE állapotban nincs helyzetfrissítés, a mobil helyzetét a hálózat nem ismeri. READY állapotba a mobil tájékoztatja az SGSN-t minden egyes cellaváltáskor. A "location managment" számára a mobil STANDBY állapotában, a GSM "location area" számos "routing area"-ra (RA) van osztva. Általában az RA több cellából áll. STANDBY állapotban a mobil csak az RA váltáskor küld frissítő üzenetet az SGSN-nek. A cellaváltások ebben az állapotban "rejtve" maradnak a hálózat elöl. Azt, hogy a mobil ilyenkor melyik cellában található, a mobilra történő hívással (paging) lehet megtudni. 44 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton Ha a mobil READY állapotban van,

akkor erre nincs szükség hiszen ekkor minden cellaváltáskor küld "frissítő" üzenetet. Mindahányszor a mobil új RA-ba lép, egy "routing area update request" üzenetet küld a hozzá redelt SGSN-hez. 12. ábra Routing Arrea Update Ez az üzenet tartalmazza a RAI-t (Roamin Area Identity) az előző RAról. A bázisállomás alrendszer (BSS) hozzáteszi az új cella azonosítóját (CI - Cell Identifier) amibe a mobil átlép, és ebből az SGSN tud következtetni az új RAI-ra. Két szituáció lehetséges: • Intra SGSN routing area update: a mobil olyan területre ment át, amely ugyanahhoz az SGSN-hez tartozik, mint amelyikben volt. Ebben az esetben az SGSN-ben már tárolva van a szükséges felhasználói profil és hozzá tud rendelni a felhasználóhoz egy új PTMSI ( Packet Temporary Mobile Subsriber Identity)-t. Erről a mobilt az SGSN egy "Routing area update accept" üzenettel értesíti. Ameddig a "routing context" nem

változik nem szükséges értesíteni a többi hálózati elemet (GGSN,HLR). 45 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül • Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton Inter-SGSN routing area update: Az új RA egy másik SGSN-hez tartozik mint a régi RA, amit a mobil elhagyott. Az új SGSN érzékeli, hogy a mobil nem hozzá van "bejegyezve" és kéri az "előző" SGSN-től, hogy küldje el neki a felhasználó PDP contextjét. Ezután az új SGSN értesíti a hozzá tartozó GGSN-t a felhasználó új "routig context"-éről. Ezen felül a HLR-ben és ha szükséges az MSC/VLR-ben is rögzíteni kell a felhasználó új SGSNjét. Létezik az un. kombinált RA/LA frissítés Ez akkor fordul elő amikor a mobil átmegy egy másik LA-ba. A mobil készülék egy "Routing area update request" üzenetet küld az SGSN-nek. Az üzenet paraméterében a frissítés típus (update type) mutatja, hogy LA frissítés is szükséges. Ez az üzenet

továbbítódik a VLR-hez amely végrehajtja a LA frissítést. Összegezve a fentieket: a GPRS "mobility managment" két szintből áll. A „micro mobility managment” nyomon követi a készüléket a cellákban és a RA-ban. Ezt a SGSN hajtja végre A „macro mobility managment” nyomon követi a mobil készülék éppen aktuális SGSN-jét, és tárolja azt a HLR-ben, VLR-ben és a GGSN-ben. 3 .5 A d a t á t v it el Ebben a fejezetben áttekintés kívánok nyújtani arról, hogyan ágyazódnak egymásba a protokollok, és mely hálózati elemek vesznek részt ebben. Rádiós interfész A 13. ábrán látható, hogy a mobil készülékben futó alkalmazás az elküldendő adatokat IP csomagba teszi, majd az alatta levő réteghez küldi. Az SNDCP fogadja ezt, majd fejléc és adattömörítés végez el rajta (lásd 8. ábra) Ha szükséges szegmentálja is a csomagot Az SNDCP után 46 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Egy adatcsomag útja a GPRS

hálózaton az LLC réteg kapja meg a csomagot, mely kiegészíti az saját fejrészével mely tartalmazza az NSAPI-t, és hozzáadja az un. FCS (Frame Checking) mezőt, mely az egész keretről tartalmaz egy hibadetektálásra való összeget. A vételi oldalon ezt ellenőrizve lehet eldönteni, hogy a csomag károsodott-e az adatátvitel során vagy sem. Az ezt követő MAC réteg teszi lehetővé, hogy több mobil készülék megosztva használja ugyanazt az átviteli közeget. Továbbá elbírálási eljárást biztosit arra az esetre, ha a mobil készülékek egyszerre próbálnak adatot átvinni a megosztott közegen. 13. ábra Adatátvitel a mobil készülék és a bázisállomás között Az RLC újraküldési eljárást biztosit (az eljárás egy korábbi verziója létezik a GSM-ben, nem-transzparens adatcsomagokat szegmentálja átvitel esetén). Az LLC RLC adatblokk méretűre, és alakítja 47 Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton Adatátvitel GPRS

hálózaton keresztül vissza. A rádiós interfészen a GSM ben már definiált GSM RF protokoll a hozzá érkező adatcsomagokat burst-ökre bontja, majd így kerül ki a rádiós útra. A rádiós út „túloldalán” a bázisállomáson ezeknek a burstöknek a vétele történik, majd ezek visszaalakítása megfelelő MAC/RLC keretekké. A bázisállomás oldalon levő LLC-relay tulajdonképpen az adatok átmeneti nem egy tárolása és azok teljes réteg továbbítása, valamint ezenkívül még az RLC/MAC és BSSGP protokollok között bizonyos paramétereket továbbit, átad (például: az RLC/MAC-nak az SGSN felé küldenie kell a TLLI-t, amit az LLC relay tesz BSSGP részére hozzáférhetővé). 48 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton Gb interfész 14. Adatátvitel a bázisállomás és az SGSN között A bázisállomás (PCU) a Gb interfészen „néz” a SGSN felé. Az SGSN és a PCU között az L1bis a

távközlésben már igen elterjedt 2Mbit/s-os PCM összeköttetés is lehet. Az SGSN második rétegében található a Frame Relay (keret-kapcsolás) protokoll. Ez továbbítja a BSSGP adatcsomagjait (BSSGP PDU). A Frame Relay nem csomagokat, hanem az adatkapcsolati réteg kereteit viszi keresztül a hálózaton. A keret-kapcsolás az X25-höz hasonlítható leginkább, bár attól eltérően nem biztosít megbízható összeköttetést és forgalomvezérlést. Az adatátvitelhez HDLC (High-level Data –Link Contol) kereteket használ, ahol az adatrész legfeljebb 4K bájt 49 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül lehet. A keretet az un. Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton DLCI-vel azonosítja, illetve ciklikus redundanciakódot használ a keretek meghibásodásának detektálására. Gn interfész: 15. ábra Adatátvitel a GSN-ek között A Gn interfész alsóbb rétegei lehetnek az IEEE 802.x szabványban leirt protokollok valamelyike (például Token

Ring,Token Bus). Ezekben a rétegekben a csomagok címmezejében a MAC cím található, mely egyértelműen azonosítja a berendezést. Ezek után az IP réteg kapja meg a csomagokat. Minden egyes GPRS node-nak saját IP címe van, ezáltal 50 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton történik a csomagok irányítása illetve kézbesítése a hálózaton belül. Az IP réteg a GTP-nek nyújt szolgáltatást. A GTP egy speciális eljárással, un. encapsulating-al „becsomagolja” a felette levő rétegben működő hálózati réteg csomagjait (mely a jelen esetben IP). Erre azért van szükség, hogy „elrejtse” egymás elöl a két IP-t, melyek közül az egyik a külső hálózatok felé vagy felöl érkező csomagok célcímét ill. forráscímét tartalmazza, a másik pedig a GPRS hálózaton belüli csomagirányításért felelős. Az alábbiakban egy példán keresztül mutatom be, hogy az egyes protokollok milyen módon

ágyazódnak egymásba. A vizsgálatot egy Radcom Prismlite típusú berendezéssel végeztem, a Gn interfészen. A vizsgálat teljes eredményét nem, csupán egy csomag felépítését ragadom ki. Frame: 0 Captured at: +00:37.061 Length: 97 From: Port 1 Status: Ok Ethernet: Destination Address 0030717CE400 Ethernet: Source Address Mtrola2E6F36 Ethernet: Ethernet V.2, Type DOD IP IP: Version = 4 IP: Total Length = 79 IP: Identification = 54720 IP: Flags & Fragment Offset: 0x0000 IP: .0 May Fragment IP: .0 Last Fragment IP: Fragment Offset = 0 [Bytes] IP: Time to Live = 64 [Seconds/Hops] IP: Protocol: 17 UDP IP: Header Checksum = 0x4E23 IP: Source Address = 192.16813573 IP: Destination Address = 10.20041 UDP: Source Port = 1092 UDP: Destination Port = GPRS Tunnelling Protocol (GTP) UDP: Length = 59 GTP: Version: 0 51 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton GTP: .0 LLC Frame Number Not Present GTP: Message Type: 255 -

T-PDU GTP: Message Length: 31 GTP: Sequence Number: 4 GTP: Flow Label: 65535 GTP: LLC Frame Number: 255 - Not Used GTP: Tunnel Identifier (TID) GTP: NSAPI: 5 IP: Version = 4 IP: Total Length = 31 IP: Identification = 3372 IP: Flags & Fragment Offset: 0x0000 IP: .0 May Fragment IP: .0 Last Fragment IP: Fragment Offset = 0 [Bytes] IP: Time to Live = 64 [Seconds/Hops] IP: Protocol: 17 UDP IP: Header Checksum = 0x7870 IP: Source Address = 194.17622475 (1.) IP: Destination Address = 212.511262 (2.) UDP: Source Port = 8502 UDP: Destination Port = 9201 (3.) UDP: Length = 11 User Data OFFSET DATA 005A: 18 79 E6 ASCII .y Frame Tail OFFSET DATA 005D: 2A 8B 86 FD ASCII *. A fentiekből jól látható a mobil készülék IP címe (1.) illetve a WAP gateway IP címe.(2) Azt, hogy ez a csomag egy WAP oldal letöltéséhez kapcsolódik az részben onnan derül ki, hogy az IP felett UDP van, és az UDP protjáról, melynek azonositója 9201 (3.) 52 Adatátvitel GPRS

hálózaton keresztül Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton Az adatátvitel lezajlása után, ha nincs több átvinni kívánt adat, az előfizető kezdeményezheti a leválást a hálózatról. Ezt az eljárást nevezzük Detach-nak, melynek folyamatát a következőkben mutatom be. 3 .6 D et a ch MS B SS SG SN GGSN 1. Detach Request 2. Delete P DP C ontext 2 . Delete PDP Context 3. I 4. MSI De Location tach Updating 4. Location Updating Response 5. Detach Accept 16. ábra GPRS detach 1) Az MS kikapcsolásakor Detach Request üzenetet küld az SGSN-nek, amelynek paraméterei a TLLI, Detach type, Switch Off. A Detach type jelzi, hogy a kikapcsolás milyen típusú. A Switch off határozza meg, hogy áramtalanítjuk-e a készüléket. 2) GPRS detach esetén az aktív PDP kapcsolatokat, amelyek a GGSNben az adott mobil készülékre vonatkozna deaktiválódnak, az SGSN által küldött Delete PDP context Request üzenet (TIP) hatására. Így a GGSN az adathálózatok

irányába is elbontja a meglévő kapcsolatokat. A GGSN nyugtázásul visszaküldi a Delete PDP context Response-t. A TID (Tunnell Identifier) azonosítja az adott MS-hez tartozó logikai kapcsolatot SGSN és GGSN között. 53 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton 3) IMSI detach esetén az SGSN küld a VLR-nek egy IMSI Detach Indication üzenetet. 4) Ha az MS IMSI attach állapotban akar maradni 5) HA a készülék IMSI attach állapotban marad, akkor detach procedúra nyugtázásaként az SGSN küld egy Detach Accept (TLLI) üzenetet az MS-nek. 54 Kapcsolat az UMTS-el Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül 4. Kapcsolat az UMTS-el Napjainkban új kihívások jelentkeznek a távközlési rendszerekkel és ezen belül a mobil rendszerekkel szemben. Jelenleg a GSM a világ élenjáró mobil távközlési rendszere. A GSM „iparág” ugyan igyekszik megfelelni az új kihívásoknak és megtartani vezető szerepét, de a

technológia korlátjai miatt ez nem elegendő. Olyan új technológia alkalmazására van szükség amelyek megfelelnek az új kor követelményeinek. Egyre inkább erősödő igény a nagy sebességű adatátvitel. Például videó és multimédia átvitelnél magas adatátviteli sebességre van szükség és a késleltetés bizonyos határ fölé emelkedése sem megengedett. Fontos szempont a földrajzi mobilitás és a különböző rendszerek közti átjárhatóság. 4 .1 G P R S -b ő l a z U M TS -b e A GPRS a legmegfelelőbb lépés az UMTS felé. Rádiós része ugyan megegyezik a hagyományos GSM hálózatéval, viszont már alkalmas csomagkapcsolt adatátvitelre az adatátvitel számára. ( A benne található két „új” hálózati elem az SGSN és GGSN tulajdonképpen a központ (MSC) szerepét tölti be). Ebben a adatátviteli rendszerben sebesség már is többször lehetséges. 9600 A bit/másodperces gyorsítást a telefon mobilés a bázisállomás

között úgy oldják meg, hogy több időrést adnak a felhasználónak. A GPRS gyengesége tulajdonképpen a GSM-ből örökölt rádiós részben keresendő. Ezen segít majd az EDGE és az UMTS, amely már teljesen más rádiós részt használ mint a hagyományos GSM. Az EDGE egy speciális modulációs eljárással emeli a GSM rendszer sebességét. A rendszer áthidaló megoldás ahhoz, hogy az operátorok, akik nem jutnak UMTS frekvenciákhoz ne essenek el az adatszolgáltatás lehetőségétől. 55 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Kapcsolat az UMTS-el Az EDGE lényege hogy 8 állapotú fázisbillentyűzést használ. A GPRS-sel kombinálva 384 Kbit/s-ra tágítható vele a felhasználói sávszélesség. Az UMTS rádiós része a ma már alkalmazott CDMA rendszer alapjára épül. Hátránya, hogy teljesen új bázisállomás rendszert kell kiépíteni, hiszen a mai GSM-el ez nem kompatíbilis. A 17 ábrán jól látszik, hogy a meglévő GPRS hálózat úgymond

központi része (GSN-ek) érintetlen marad, a változtatás csak a rádiós részt érinti. Amit nyújt az viszont talán kárpótol ezért, mert a 2Mbites maximális adatátviteli sebesség már önmagáért beszél. 17. ábra A GPRS fejlődése az UMTS-be 56 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Summary Summary Wireless communications lets people live and work in ways never before possible. With over two hundred million cellular subscribers worldwide, users have overwhelmingly embraced the concept of having a telephone that is always with them. And now business users also want a data connection with the office wherever they go, so that they can have access to e-mail, the Internet, their files, faxes and other data wherever and whenever it is needed, giving them a competitive advantage and more flexible lifestyles. A number of wireless data services are available today, but none are as exciting as a forthcoming data service for GSM networks called General Packet Radio

Service (GPRS). GPRS refers to a high-speed packet data technology, which is expected to be deployed in the next two years. It is expected to profoundly alter and improve the end-user experience of mobile data computing, by making it possible and cost-effective to remain constantly connected, as well as to send and receive data at much higher speeds than today. Its main innovations are that it is packet based, that it will increase data transmission speeds from the current 9.6 Kbps to over 100 Kbps, and that it will extend the Internet connection all the way to the mobile PC -- the user will no longer need to dial up a separate ISP. GPRS will complement rather than replace the current data services available through today’s GSM digital cellular networks, such as circuit-switched data and Short Message Service. It will also provide the type of data capabilities planned for "third generation" cellular networks, but years ahead of them. 57 Adatátvitel GPRS hálózaton

keresztül 1. Summary GSM . 1 1.1 A GSM hálózat felépítése 1 1.11 Bázisállomás alrendszer (BSS) . 2 1.12 Hálózat és Kapcsoló Alrendszer . 2 1.13 Rádiós út . 4 1.14 A GSM által nyújtott szolgáltatások . 6 1.2 Az Internet elérése a GSM hálózatból 6 1.21 Az adatátvitel hátrányai a GSM-ben . 7 1.3 A mobil adatátviteli rendszerek iránti elvárások 8 1.4 Fejlődési irányok 9 1.41 HSCSD . 10 1.42 GPRS . 10 1.43 EDGE . 10 1.44 UMTS . 11 1.5 GPRS a megoldás 11 2. GPRS . 14 2.1 A GPRS hálózat logikai felépítése 14 2.11 Hálózati elemek . 14 2.12 Interfészek . 16 2.13 Adatátviteli sík . 17 2.2 GPRS protokollok 20 2.21 A Gn interfészen használt protokollok . 20 2.211 Fizikai réteg 20 2.212 TCP/UDP 20 2.213 GTP 21 2.22 A Gb interfészen használatos protokollok . 23 2.221 Fizikai réteg 23 2.222 BSSGP 23 2.223 LLC 24 Adatátvitel GPRS hálózaton keresztül Summary 2.224 SNDCP 29 2.23 Rádiós

interfész . 36 2.231 GSM RF 36 2.232 RLC/MAC 36 3. Egy adatcsomag útja a GPRS hálózaton . 38 3.1 Attach 38 3.2 PDP-cím 41 3.3 PDP-context 42 3.4 Location Updating 43 3.5 Adatátvitel 46 3.6 Detach 53 4. Kapcsolat az UMTS-el . 55 4.1 GPRS-ből az UMTS-be 55 Summary . 57