Про GPRS Блог о пакетной передаче данных в мобильных сетях

Intro

Структура основных интерфейсов, актуальных для подключения SGSN‘а как к архитектурам 2G, так и 3G изображена ниже:

Из схемы выше мы видим, что SGSN подключен различными интерфейсами практически ко всем сетевым элементам, как пакетной сети (PS Core Network), так и сети, обеспечивающей абонентов голосовыми сервисами. Более детально со всеми основными интерфейсами Вы можете ознакомиться в двух статьях, посвященных детальному рассмотрению интерфейсов GSN элементов: Опциональные интерфейсы GSN’ов, а также GPRS изнутри. Часть 3.

К основным функциям SGSN‘а можно отнести:

• осуществление аутентификации и авторизации абонентов для предоставления пакетных сервисов
• управление т.н. GMM – GPRS Mobility Management, т.е. управление сессиями абонентов, мониторинг передвижения абонентов по сети, т.е. проведение аналога Handover‘ов при передвижении абонента на сети – Routing Area Update (RAU). Детальное описание этого процесса освещено в статье Routing Area Update procedures.
• осуществление шифрования потока данных на основании алгоритмов GEA-1,2,3.
• хранение и управление контекстами абонентов, для предоставления возможности воспользоваться различными пакетными сервисами: WAP/MMS/Internet/Intranet.
• При наличии Gd интерфейса, SGSN позволяет передавать короткие текстовые сообщения через пакетную сеть (детальней в статье Запасной путь для SMS).
• предоставление offline и online биллинг данных для операторов (об основных принципах и методиках осуществления сбора и управления биллинговой информации можно узнать из статей: GPRS billing, CAMEL in GPRS prepaid service, GPRS Charging).

CombiSGSN

Для Iu-PS интерфейса будет использоваться протокол RANAP.

Как я думаю уже понятно из последнего абзаца для SGSN‘а на пакетной сети по аналогии с GGSN‘ом, существует также разделения двух плоскостей:

• плоскости управления служебными данными – Control Plane
• плоскости передачи абонентских данных – User Plane

Но опять же с “эволюцией” сетевых элементов эти функциональные плоскости стараются все больше разнести, переместив их обслуживание на отдельные элементы.

ТТХ

К основным ТТХ CombiSGSN’а можно отнести:

1. Capasity:
   • до 2М абонентов, находящихся в GPRS Attach‘е, с возможностью расширения до 4М абонентов
   • 1М одновременно поднятых PDP Context‘ов, с возможностью расширения до 4М одновременно поднятых PDP Context‘ов
   • около 2500 транзакций в секунду, с возможностью расширения до 5000 транзакций в секунду.
   • пропускная способность до 1Gbps (до 2Gbps для 3G архитектур)
2. Базовая функциональность:
   • Mobility Management – управление передвижением абонентов на сети оператора
   • Session Management – управление сессиями абонентов
   • Subscriber Authentication – проведение аутентификации
   • Charging – предоставление биллинговой информации
   • Statistic – предоставление статистических данных
   • Subscriber Data Management – управление данными абонентов
   • UMTS Authentication
3. Network Access Architecture:
   • Gb over Frame Relay
   • Gb over IP
   • Iu over ATM/IP
   • SS7 over IP
   • Multiple PLMN
   • Multi Access (UMA) Support, GAN support (частично об этих технологиях я упоминал в статье GPRS не помеха для звонков, если говорить вкратце, то это нелицензируемые технологии передачи данных по воздуху, наподобие Bluetooth.)
   • GGSN Load Balancing
   • OSPF For Iu Redundancy
4. Network Services:
   • Location Info in S-CDR
   • Real-Time QoS Prioritisation
   • CAMEL Phase 3, необходимый для поддержки своих же абонентов зарубежем, хотя последнее время все больше тенденций по переходу на RADIUS/DIAMETR для взаимодействия с роуминг партнерами.
   • APN Dedicated Pre-paid
   • QoS Control Roaming Subscribers
   • Ciphering GEA-1/2
   • IPv6 Network Layer
   • GTP Information Sending
   • IMEISV in CDR – довольно интересная возможность заносить IMEISV коды в биллинг данные, которую, кстати требуют многие операторы. Подробнее о том, что такое IMEISV можно почерпнуть из статьи Этот загадочный IMEI
   • Lawful Interception
   • Virtual LAN (VLAN) Support
   • Home GGSN Solution – решение, которое позволяет операторам значительно завышать роуминговое использование пакетных услуг, т.к. в этом случае GTP туннель “тянется” через домашний GGSN, заместь гостевого. Подробнее об оптимизации этой ситуации в статьях: Expensive GPRS Roaming и APN tips
5. End User Services:
   • IMEI Check with EIR – возможность проверить легитимность использования мобильного терминала в сети оператора по IMEI коду, путем его сопоставления с т.н. White, Grey и Black листами (базами) в EIR‘е.
   • Streaming QoS
   • Conversational QoS – поддержка различных уровней обслуживания абонентов с помощью т.н. профилей QoS. Жаль лишь, что не все эти механизмы будут работать именно в 2G сетях – подробности в статье GPRS QoS – миф или реальность?
   • Override Requested APN – возможность подменить/перезаписать используемую абонентом APN (детали в статье Не важно кто ты… важно какая у тебя APN!)
   • IP Multimedia
   • MultiSIM
   • Short Message Service – возможность отправлять и принимать короткие сообщения через пакетную сеть (детали в статье GPRS не помеха для звонков).
   • EDGE
   • HSDPA/HSUPA
   • Streaming Quality Optimization
   • SRNS Relocation

Для подмены запрашиваемой APN на стороне SGSN‘а должна быть настроена т.н. Default APN для различных групп абонентов. Процесс изменение запрашиваемой APN можно изобразить в виде схемы:

К дополнительным фичам, предоставляемым CombiSGSN’ами можно отнести возможность группировки для обслуживания определенной территории, с целью распределения нагрузки и повышения отказоустойчивости целой системы, т.е. с помощью определенных механизмов организовывается специальный кластер SGSN‘ов. В рамкам NSN это функциональность называется SGSN pool или Multipoint Access.

Streaming Quality Optimisation

Многие механизмы регулирования нагрузок потока данных на т.н. streaming серверов, которые занимаются оптимизаций потока данных под определенные приложения и сервисы, ориентированны на проводные сети, но согласно рекомендациям 3GPP Release 5, существует вероятность рассогласования потоков данных межу беспроводными сетями и фиксированными.

Обычно такие ситуации возникают в случаях, когда streaming серверы отдают поток данных, превышающий пропускную способность канала, заявленную и согласованную в процессе установления streaming QoS PDP Context’а.

Согласно спецификациям 3GPP в таких случаях пакетная сеть должна выполнять шейпинг трафика в соответствии с установленным (согласованным) профилем QoS. В результате этого пакетная сеть будет отбрасывать пакеты, превышающие заданное пороговое значение пропускной способности, подстраивая профиль QoS под текущие условия.

В этом случае CombiSGSN’ы предоставляют некоторые механизмы, позволяющие “выровнять” рассогласование между проводными и беспроводными сетями, но как я уже оговорил выше к сожаления эти решения в большинстве случае не работают для архитектур 2G, т.к. изначально все пакетные технологии были надстройками в такого рода сетях и соответственно, в этих сетях практически нет механизмов, а иногда и возможностей обеспечить нужный уровень обслуживания абонента/приложение.

GTP Information Sending

Нынешняя ситуация складывается таким образом, что все больше и больше операторов используют принципы charging’а на стороне GGSN‘ов, отходя от сбора лишь CDR файлов на SGSN‘ах. Это в свою очередь выдвигает новые условия для функциональностей SGSN‘ов, теперь SGSN должен пересылать биллинговую информацию по GTP` протоколу на GGSN (подробнее о GTP`можно узнать из статьи GPRS FAQs. Часть 1).

По этим же требованиям, в сообщениях вида Create PDP Context Request и Update PDP context request необходимо включать дополнительную информацию, необходимую для биллинга операторов:

• Cell Global Identification (CGI) – для т.н. location based биллинга в архитектуре 2G
• Service Area Identifier (SAI) – для т.н. location based биллинга в архитектуре 3G
• Radio Access Type (RAT) – для дифференциации UMTS и 2G GPRS/EDGE сервисов
• IMEISV – для идентификации типа мобильного терминала (подробно об IMEI можно почитать в статье Этот загадочный IMEI)
• параметр Time zone – для локализации абонентов

В этом плане можно отметить, что CombiSGSN’ы полностью справляются со своими функциями.

Flexi NS

Естественно что прогресс не стоит на месте, вот уже в плотную подошли к полноценному (а кое-где уже и ввели в эксплуатацию) сети следующих поколений. В частности корпорация NSN довольно широко поддерживает и разрабатывает решения для LTE сетей или т.н. промежуточных решений на пути к полноценному 4G с большой буквы.

Совершенно естественно, что для элементов следующих архитектур выдвигаются новые требования и они должны предоставлять новую функциональность как для сопутствующих элементов, так и для конечных пользователей.

В частности, для архитектуры LTE, вместо PS Core Network выделяют т.н. EPC [Evolved Packet Core], а в качестве замены/дополнения SGSN‘а выступает совершенно новый сетевой элемент – MME, в дополнение к различного рода “пакетным” GT’ям [GateWay].

Не так давно попадалась новость о предоставлении нового сетевого элемента от NSN в плане решения как раз для LTE сетей, совмещающего в себе функции как SGSN, для сетей 2G/3G/HSPA; так и MME – для LTE сетей.

Но это уже тема отдельной статьи…

Небольшой помощник:

APN – Access Point Name
BSC – Base Station Controller
CDR – Call-Data Record
EDGE – Enhanced Data Rates for GSM Evolution
EIR – Equipment Identity Register
GGSN – Gateway GPRS Support Node
GPRS – General Packet Radio Service
GTP – GPRS Tunnelling Protocol
HLR – Home Location Register
IMEI – International Mobile Equipment Identity
IMSI – International Mobile Subscriber Identity
LTE – 3GPP Long Term Evolution
MMS – Multimedia Messaging Service
MS – Mobile Station
NSN – Nokia Siemens Networks
PCM – Pulse Code Modulation
PDP – Packet Data Protocol
PLMN – Public Land Mobile Network
PS – Packet Switched
RAN – Radio Access Network
RNC – Radio Network Controller
SGSN – Serving GPRS Support Node
WAP – Wireless Application Protocol