GPRS MS State Model
В этой небольшой заметке я хотел бы рассмотреть т.н. Mobility Management (MM) процедуры, которые проходит абонент в процессе начала/окончания пользования услугами GPRS/EDGE. ММ управляет процедурами аутентификации и авторизации, а также предоставляют функции для сбора статистической и биллинговой информации.
Итак… процедуры, которые предоставляет Mobility Management:
- GPRS Attach/Detach
- Purge (удаление информации об абоненте)
- Security:
- Authentication
- Subscriber identity confidentiality
- Ciphering (2G only)
- Identity check
- Location management
- Subscriber Management
- Radio Access Bearer (RAB) management (3G only)
- SRNS Relocation (3G only)
- Service Request (3G only)
- Security mode control (3G only)
- Interaction with MSC/VLR (2G only)
- IMSI attach/detach, combined IMSI/GPRS Attach/detach
- Combined Routing Area and Location Area Update
- CS paging
- Non-GPRS alert
- Identification procedure
- MM information
Давайте теперь посмотрим на две модели обслуживания абонента в сетях GERAN и UTRAN, т.е. в сетях 2G и 3G, а также рассмотрим стадии перехода из одного состояния в другое.
GERAN Mobility Management states
Базовая модель состояний, доступных для абонента GPRS/EDGE услуг (GERAN), выглядит следующим образом:
IDLE (GPRS) state
В случае, когда абонент еще не подключен к GPRS/EDGE архитектуре, ему «по-умолчанию назначается» IDLE состояние. Мобильная станция (MS) и SGSN в этом состоянии не содержат еще никакой информации друг о друге. ММ процедуры для такого абонента еще не поддерживаются и соответственно абонент не может воспользоваться сервисом GPRS/EDGE.
STANDBY state
После успешного прохождения процедуры GPRS Attach, абонент «принимает» состояние – Standby. MS и SGSN устанавливают ММ контексты* для абонента. После этого MS формирует GPRS Routing Area и GPRS Cell Selection процедуры, для идентификации своего местоположения в сети оператора.
* – здесь следует понимать, что MM контексты не обязательно прямо связанны с т.н. PDP Context‘ами, которые абонент “поднимает” в случае необходимости воспользоваться услугами пакетной передачи данных в мобильных сетях.
MS выполняет MM процедуры для того, чтобы проинформировать SGSN, когда абонент пересекает область новой Routing Area (RA), но при смене одной соты на другую в пределах одной RA, мобильная станция не информирует SGSN.
В состоянии Standby MS уже может осуществить активацию PDP Context‘ов. PDP Context активируется перед любой передачей данных. Paging по абоненту, т.е. определение текущего местоположения абонента, выполняется с “точностью” до Routing Area (RA). В этом состоянии абонент также может сразу же без активации PDP Context‘ов, отправлять/принимать SMS через пакетную сеть оператора, т.н. услуга SMS over GPRS (эта услуга является опциональной).
READY state
В этом состоянии, MM контексты на стороне SGSN‘а соответствуют тем, контекстам, которые были активированы в предыдущем Standby состоянии + информации о местоположении абонента на уровне соты. MS формирует ММ процедуры, для оповещения сети о своем местоположении с точностью до соты.
В состоянии READY MS может осуществить активацию PDP Context‘ов. PDP Context активируется перед любой передачей данных. В этом состоянии абонент также может сразу же без активации PDP Context‘ов, отправлять/принимать SMS over GPRS.
Изменение состояний абонента в GERAN архитектуре
Изменения состояний абонента в сети оператора происходит либо по срабатыванию определенных таймеров, либо при явном изменении состояния со стороны абонента (например, активация PDP Context‘a), либо со стороны сети, например т.н. явное (Explicit Detach) отключение абонента от пакетной сети в случае сбоев сети.
Idle -> Ready
Смена этого состояния происходит, сразу же после прохождения процедуры GPRS Attach, т.е. после успешной авторизации и аутентификации абонента.
Ready -> Standby
Смена этого состояния происходит, после истечения т.н . Ready State Timer’а. Значение этого таймера может быть установлено между MS и сетью, во време процедур GPRS Attach и RA Update (RAU). Если значение Override the MS Ready State Timer (ORDY) параметра на стороне сети установлено в «TRUE», то значение параметра Ready State Timer передаваемое от MS может быть перезаписано с помощью настраиваемого оператором, значения RDY для все того же Ready State Timer’а. Тоже самое значение – RDY, будет использовано в случае, если MS абонента не передает значение Ready State Timer’а в процессе процедуру GPRS Attach. Если же MS запрашивает максимальное значение в процессе процедур GPRS Attach или RA Update (RAU), то оба значение параметров READY и Periodic RA Update Timers’ов устанавливаются в максимальные значение, даже если значение ORDY параметра установлено в «TRUE».
Ready State Timer инициализируется каждый раз, когда сеть получает фреймы данных от MS абонента, но в то же время сеть может принудительно перевести состояние абонента в Standby с помощью т.н. Force to Standby (FTS) параметра. В случае, если MS запрашивает максимальное значение Ready State Timer’а в процессе GPRS Attach или RA Update, то значение FTS параметра не влияет на процесс осуществления процедур.
Standby -> Ready
Смена этого состояния происходит в случае получения фреймом данных (packet data, signalling data или SMS данных) от абонента.
Ready -> Idle
Смена этого состояния происходит в случае, если абонент формирует процедуру GPRS Detach. Если у абонента в это время есть активированные PDP Context’ы, то эти контексты будут деактивированы.
Standby -> Idle
Смена этого состояния происходит в случае неявной процедуры GPRS Detach. Такая процедура инициируется когда «истекают» таймеры MS-Reachable Timer и STANDBY Timer, либо в случае когда происходит ошибки на пакетной сети (экстренная перезагрузка SGSN‘а). Если у абонента в это время есть активированные PDP Context’ы, то эти контексты будут деактивированы.
UTRAN Mobility Management states
Ниже на схеме представлены возможные состояния, которые могут быть назначены абоненту в сетях UTRAN архитектуры. Основным отличием от процедур, описанных для GERAN 2G сети, является разделение плоскостей управления сервисными данными и непосредственно “полезными” данными для абонента.
PMM DETACHED state
В этом состоянии нет никакой коммуникации между MS и 3G SGSN’ом. При этом нет активированных ММ контекстов как на стороне мобильного терминала абонента, так и не стороне 3G SGSN‘а, т.к. сети пока еще «не известно» местоположение абонента. Для установления MM контекстов на обоих сторонах, необходимо чтобы абонент прошел процедуру GPRS Attach. Когда установлена сигнализация по пакетной части между MS и 3G SGSN‘ом, перед процедурой GPRS Attach, то состояние абонента изменяется на PMM CONNECTED. Установление сигнализации по пакетной части состоит из двух частей: RRC соединение и Iu соединение.
PMM-IDLE state
В этом состоянии, 3G SGSN‘у «известно» об местоположении абонента с точностью до Routing Area (RA). Для передачи какой-либо информации абоненту, необходимо провести процедуру пейджинга (Paging). В этом состоянии MS и SGSN устанавливают ММ контексты. В случае, если абонент производит смену RA, то происходит процедура Routing Area Update (RAU).
Если будет произведена процедура GPRS Detach, то состояние будет изменено на PMM DETACHED, при этом 3G SGSN может произвести неявную процедуру GPRS detach в любой момент, по истечению MS-Reachable Timer’а.
PMM Connected state
В этом состоянии, 3G SGSN‘у «известно» об местоположении абонента с точностью до Routing Area (RA). В этом состоянии доступны все процедуры, которые были доступны в PMM-IDLE состоянии.
Изменение состояний абонента в UTRAN архитектуре
PMM DETACHED -> PMM CONNECTED
Смена этого состояния происходит, сразу же после прохождения процедуры GPRS Attach, в это же время происходит устаносление сигнализации по пакетной части между MS и 3G SGSN‘ом.
MM CONNECTED -> PMM DETACHED
Смена этого состояния происходит в нескольких случаях:
- GPRS Detach: MM Context’ы должны быть изменены в состояние PMM DETACHED в случае, когда сигнализация по пакетной части между MS и 3G SGSN‘ом релизиться (деактивируется) после прохождения процедуры GPRS Detach.
- RAU Reject: MM Context’ы должны быть изменены в состояние PMM DETACHED в случае, когда сигнализация по пакетной части между MS и 3G SGSN‘ом релизиться (деактивируется) после процедуры RAU Rejected.
- GPRS Attach Reject: MM Context’ы должны быть изменены в состояние PMM DETACHED в случае, когда сигнализация по пакетной части между MS и 3G SGSN‘ом релизиться (деактивируется) при отказа в процедуре GPRS Attach со стороны SGSN‘a.
PMM IDLE-> PMM DETACHED
MM Context’ы должны быть изменены в состояние PMM DETACHED в случае, когда истекает значение MS-Reachable Timer.
Небольшой помощник:
CS – Circuit Switched
GERAN – GSM EDGE Radio Access Network
IMSI – International Mobile Subscriber Identity
MM – Mobility Management
MS – Mobile Station
PDP – Packet Data Protocol
PMM – Packet MM
PS – Packet Switched
RA – Routing Area
SRNC – Serving Radio Network Subsystem
UTRAN – UMTS Terrestrial Radio Access Network
