CHƯƠNG II: MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM/GPRS
2.9 Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS)
2.9.5 Các kịch bản lưu lượng GPRS
Các phần dưới đây sẽ xét một số thí dụ liên quan trực tiếp đến lưu lượng GPRS.
Dòng khối tam thời (TBF: Temporary Block Flow) là kết nối vật lý giữa MS và mạng trong thời gian truyền dẫn số liệu. Có thể coi TBF là việc sử dụng một số khối vô tuyến ở giao diện vô tuyến. Nhận dạng dòng tạm thời (TFI: Temporary Flow Identity) là một số nhận dạng được gán cho một TBF và được sử dụng để phân biệt các TBF với nhau. Một số TFI được sử dụng trong các bản tin điều khiển (chẳng hạn các công nhận) liên quan đến một TBF để thực thể nhận bản tin điều khiển này có thể xác định tương quan bản tin này với TBF thích hợp.
Cờ trạng thái đường lên (USF: Uplink State Flag) là một chỉ thị được mạng sử dụng để xác định khi nào một MS được sử dụng một tài nguyên đường lên quy định. Ở GPRS các tài nguyên này được chia sẽ ở đường lên cũng như đường xuống.
Đường xuống nhằm trong sự kiểm soát của mạng, mạng có thể lập biểu cho các cuộc gọi đối với một người sử dụng ở một kênh PDTCH. Tuy nhiên ở đường lên cần có một cơ chế để đảm bảo rằng chỉ một MS cho trước được sử dụng một tài nguyên cho trước tại một thời điểm cho trước. Có thể thực hiện cơ chế này theo hai cách cấp phát tài nguyên cố định và cấp phát động.
Ở cấp phát cố định, mạng cấp phát một số khe thời gian đường lên cho một người sử dụng (một số khối vô tuyến). MS có thể sử dụng các khối vô tuyến này và xác định khung TDMA mà ở đó người sử dụng bắt đầu truyền dẫn. Như vậy ở khoảng thời gian quy định, MS được đảm bảo toàn quyền nhập đến các khe thời gian được quy định. Ở cách cấp phát động, mạng không cấp phát trước một khe thời gian cho người sử dụng. Mạng chỉ cấp phát cho người sử dụng giá trị USF cho từng khe thời gian mà người sử dụng có thể truy nhập. Ở đường xuống mạng phát giá tri USF trên từng khối vô tuyến. Giá tri này chỉ ra MS nào được truy nhập đến khối vô tuyến tiếp theo ở khe thời gian tương ứng đường lên. Như vậy bằng cách kiểm tra giá trị USF nhận được MS có thể lập biểu truyền dẫn đường lên. USF là một truongf 3 bit và vì thế 8MS có thể chia sẻ cùng một khe thời gian đường lên.
Nhập mạng GPRS
Khi bật nguồn MS hoặc khi tích cực trình duyệt, có thể tích cực chức năng GPRS trong MS. Mỗi khi khởi đầu chức năng GPRS trong MS, MS phải nhập mạng GPRS để mạng này (và đặc biệt là SGSN) biết rằng MS đã khả dụng đối với lưu lượng gói. Theo thuật ngữ được sử dụng ở GPRS thì MS chuyển từ trạng thái rỗi Idle (không nhập mạng GPRS) vào trạng thái sẵn sàng: Ready (đã nhập mạng GPRS và ở vị trí khởi đầu của PDP context). Khi ở trạng thái sẵn sàng, MS có thể gửi hoặc nhận gói. Ngoại ra MS cũng thể vào trạng thái chờ sau khi trạng thái sẵn
sàng tạm ngừng. Chẳng hạn, nếu MS nhập mạng GPRS nhưng không khởi đầu thì nó vẫn duy trì nhập mạng, nhưng chuyển vào trạng thái chờ sau tạm ngừng.
Hình 2.10 mô tả trường hợp đơn giản, trong đó MS loại 3 thực hiện nhập mạng GPRS.
Trước hết MS Yêu cầu kênh gói (Packet Channel Request)
Trong yêu cầu này MS đưa ra mục đích của yêu cầu: trả lời tìm gọi, thủ tục quản lý di động (MM). Sơ đồ sau cho thấy thủ tục MM. Mạng trả lời bằng Ấn định đường lên gói (cấp phát một khe thời gian hoặc các khe thời gian). Cho MS để truyền bản tin mà MS địnhgửi. Mạng đặt vào bản tin này một TFI mà MS sẽ sử dụng. Trong bản tin này cũng có giá trị USF về khe hoặc các khe ấn định cho MS ( khi cấp phát động) và chỉ thị về số khối RLC dành cho MS đối với TBF được quy định.
MS tiếp tục gửi yêu cầu nhập mạng ở một hay nhiều khối vô tuyến đến mạng trên các tài nguyên được cấp phát. MS có thể gửi số khối vô tuyến bằng số khối mà mạng cấp phát cho nó.
Hình 2.7 Nhập mạng GPRS.
Trường hợp các bản tin MM, thông thường các tài nguyên được cấp phát đủ để MS gửi số liệu cần thiết. Nếu không dủ (Chẳng hạn khi MS gửi số liệu gói của người sử dụng) MS có thể yêu cầu các tài nguyên bổ sung không qua bản tin yêu cầu tài nguyên gói.
Khi nhận được yêu cầu nhập mạng tại BSS, BSS sử dụng PACCH để công nhận là đã nhận được yêu cầu này. Trường hợp MS đã gửi toàn bộ thông tin cần gửi (trường hợp đang xét), MS gửi bản tin công nhận điều khiển gói (Packet Control Acknowledgement) đến mạng và giải phóng các tải nguyên được cập phát.
Trong lúc đó, BSS chuyển yêu cầu nhập mạng (Attach Request) đến một SGSN, SGSN này có thể yêu cầu các thủ tục an ninh, trong đó nó nhận các bộ ba từ HLR. Tuy nhiên cần lưu lý ở GPRS nhận thực và mật mã hơi khác. Đặc biệt là mật mã ở GPRS xảy ra giữa MS và SGSN, nghĩa là trên toàn tuyến nối từ MS đến
SGSN. Ở trên tiêu chuẩn GSM chỉ có giao diện vô tuyến là được mật mã. SGSN phát lệnh nhận thực và mật mã trong yêu cầu nhận thực và mật mã đến MS không qua BSS.
Trước hết BSS gửi bản tin ấn định đường xuống gói (Packet Downlink Assignment) đến MS. Bản tin này có thể được gửi trên kênh PCCCH hoặc PACCH.
Việc chọn kênh nào phụ thuộc vào hiện tại MS có kênh PDTCH đường lên hây không. Nếu có, PACCH được sử dụng. Bản tin ấn định đường xuống gói hướng dẫn MS sử dụng tài nguyên quy định ở đường xuống: Khe hoặc các khe thời gian và giá trị TFI đường xuống. Sau đó BSS gửi đi yêu cầu nhận thực và mật mã mà nó nhận được từ SGSN. Khi nhận được yêu cầu này, MS công nhận bản tin đường xuống và yêu cầu các tài nguyên đường lên để nó có thể trả lời. Vì thế nó gửi một yêu cầu kênh gói khác rất giống với yêu cầu kênh goi mà nó gửi lúc đầu. Một lần nữa mạng lại ấn định các tài nguyên cho MS, MS sử dụng các tài nguyên này để gửi trả lời về nhận thực và mật mã đến mạng. Trả lời này được BSS chuyển đến SGSN. BSS cũng gửi công nhận đến MS, MS khẳng định là đã nhận được công nhận giống như đã làm đối với yêu cầu nhập mạng ban đầu.
Sau khi MS đã được SGSN nhận thực, SGSN gửi cập nhật vị trí GPRS (Update GPRS Location) đến HLR. Quá trình này giống như cập nhật vị trí ở GSM bao gồm: Tải xuống từ HLR đến SGSN các thông tin về thuê bao, ghi lại vị trí của MS vào HLR, khi HRL nhận được cập nhạt vị trí GPRS, SGSN gửi bản tin cập nhật mạng được tiếp nhận (Apttach Accept) đến MS. BSS công nhận việc đã nhận được số liệu chứa trong nhập mạng đã hoàn thành và chuyển bản tin này đến SGSN. MS khẳng định đã nhận được công nhận. Lưu ý rằng thông qua các thủ tục đã được trình bày trên đây, MS yêu cầu truy nhập các tài nguyên cho từng bản tin mà no gửi đến mạng. Đây là cách thông thường mà GPRS sử dụng để quản lý tài nguyên và đây cũng là lý do chính vì sao GPRS lại cho phép nhiều người sử dụng chia sẽ các tài nguyên vô tuyến có hạn. Tất nhiên để làm được như vậy cần tiêu phí một lượng rất nhỏ dung lượng vô tuyến (một số rất ít các khối vô tuyến). Khi truyền số liệu gói, đối với một TBF số khối vô tuyến được sử dụng để truyền nhiều hơn rất nhiều.
Trong thực tế GPRS cho phép khai thác cả có công nhận và không công nhận.
Trường hợp khai thác có công nhận, các công nhận chỉ được phát theo định kỳ, mỗi công nhận chỉ thị tất cả các khối RLC thu đúng cho đến số trình tự của khối được chỉ thị.
Nhập mạng GPRS/GSM kết hợp
Trường hợp MS loại 1 hay 2, MS có thể muốn đồng thời nhập mạng GPRS và mạng GSM. Trong trường hợp này MS có thể nhập mạng MSC/VLR trong khi nhập mạng GPRS.
Khi MS loại 2 được bật nguồn và cần nhập đến cả mạng GSM và GPRS, chuỗi trao đổi các bản tin được trình bày ở hình 2.11 . Để đơn gian, ta bỏ qua một số các bản tin được trình bày ở hình. Để đơn giản, ta bỏ qua một số báo hiệu giao diện vô tuyến giống như các báo hiệu đã trình bày ở hình trước.
Trong trường hợp này MS chủ ý nhập mạng GPRS nhưng vẫn tỏ ra muốn thực hiện nhập mạng GSM. Khi này SGSN mới ngoài việc thực hiện các thử tục cần thiết để nhập mạng GPRS, nó cũng tương tác với VLR để khởi đầu nhập mạng
GSM. (Yêu cầu cập nhật vị trí và trả lời giữa SGSN và VLR). Bản tin yêu cầu cập nhật vị trí được phát đi từ GPRS cũng giống như bản tin tương đương mà MS nhận được khi thực hiện cập nhật vị trí bình thường ở GSM. Vì thế MSC/VLR thực hiện các chức năng quản lý di động quen thuộc như: Thực hiện cập nhật vị trí đến HLR.
Tuy nhiên có một điểm khác là MCS/VLR không nhận thực MS vì nhận thực đã được SGSN thực hiện.
Hình 2.8 Nhập mạng GSM/GPRS kết hợp
Lưu ý ở 2 hình trên, một số chức nắng tùy chọn không được trình bày. Các chức năng này gồm kiểm tra nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI) và nhận dạng bao tạm thời gói (P-TMSI).