Про GPRS Блог о пакетной передаче данных в мобильных сетях

Давайте рассмотрим один из самых важных интерфейсов PS Core Network архитектуры 2G – Gb интерфейс, более подробно, я имею в виду взглянем, а как же формируются сообщения на этом интерфейсе, какие параметры здесь важны и как они взаимосвязаны друг с другом?

Фактически Gb интерфейс представляет собой связующую нить между мобильной станцией абонента – MS, и основным сетевым элементом пакетной сети – SGSN‘ом, но согласно спецификации это интерфейс между SGSN‘ом и контроллером базовых станций – BSC, ну а если быть совсем уже точным, то данный интерфейс “связывает” специальные платы на стороне контроллера базовых станций – PCU [Packet Control Units] c SGSN‘ом.

Частично о нем я уже упоминал в статье об основных интерфейсах сетевых элементов PS Core Network – GPRS изнутри. Часть 3, но дабы освежить память давайте кратко взглянем на стек протоколов, использующихся на этом интерфейсе:

Трансмиссионная составляющею этого интерфейса отдельно вынесена на схему ниже:

На самой верхушке Gb интерфейса используются протоколы, которые необходимы для коммуникации SGSN и мобильного терминала – MS. Согласно стеку протоколов выше, к этим протоколам в трансмиссионной плоскости можно отнести:

• Logical Link Control (LLC)
• SubNetwork Dependent Convergence Protocol (SNDCP)

Сигнальная плоскость выглядит немного проще:

В сигнальной плоскости к основным протоколам можно отнести следующие:

• Logical Link Control (LLC)
• Short Message Relay Protocol (SM-RP) and Short Message Control Protocol (SM-CP)
• GPRS Mobility Management (GMM)
• Session Management (SM)

Начнем рассмотрение стека протоколов на Gb интерфейсе с самой верхушки и постепенно спустимся вниз, рассматривая более детально каждый из протоколов.

Subnetwork-Dependent Convergence Protocol (SNDCP)

SNDCP используется только для передачи пользовательских данных, т.к. в нем нет необходимости при передаче сигнальной (служебной) информации. Доступ к SNDCP может быть получен через т.н. Network Service Access Points (NSAP), которые имеют свои идентификаторы – Network Service Access Point Identifier (NSAPI), см. схему ниже.

SNDCP выполняет следующие основные функции:

• Сегментация и перегруппировка Network PDU (N-PDU) блоков
• Сжатие данных
  Длина IP пакетов различается, т.к. существуют различные типы N-PDU, но максимальное значение ограничивается 1500 байтами – MTU [Maximum Transmission Unit] – ограничение технологии Ethernet. При этом протокол LLC не всегда может поместить такие пакеты в один фрейм, потому на уровне протокола SNDCP идет деление пакетов на несколько LLC фреймов, которые называют сегментами. Максимальная длина LLC фрейма “оговаривается” между MS и SGSN‘ом перед началом передачи данных. Фреймы, полученные от MS, объединяются в целостные IP пакеты на стороне SGSN‘а в соответствие с информацией в SNDCP заголовках.

Logical Link Control (LLC)

Протокол LLC предоставляет механизмы для передачи как данных пользователей, так и сигнальных (служебных) данных. Сам протокол базируется на сервисах BSSGP уровня, поэтому в один момент времен существует только одна LLC связность между SGSN‘ом и MS. Уровни GMM и SMS используют LLC исключительно в сигнальной плоскости. LLC также может быть использован через Service Access Points (SAP), которые идентифицируются через Service Access Point Identifiers (SAPI).

Существует несколько SAP для данных абонентов, GMM служебной информации и SMS данных (см. схему ниже).

К основным функциям LLC можно отнести:

• Предоставление надежной связности между SGSN‘ом и MS
• Обнаружение ошибок (24 bit CRC frame check sequence)
• Коррекция ошибок (Selective Repeat ARQ mechanism)
• Шифрование

LLC поддерживает как acknowledged, так и unacknowledged режимы работы. В случае обнаружения ошибок в передающих фреймах, LLC может “запросить” передачу фрейма еще раз (acknowledged режим), либо же откинуть ошибочный фрейм (unacknowledged режим). Для unacknowledged режима также выделяют два уровня работы с данными:

• Защищенный режим, в котором т.н. проверка порядка следование фреймов (Frame Check Sequence – FCS) обеспечивает целостность заголовка фрейма и информационного поля.
• Незащищенный режим, в котором FCS обеспечивает целостность заголовка фрейма и только первого октета данных информационного поля, содержащего заголовок протокола SNDCP.

Функциональная модель LLC уровня от компании Tektronix:

Для GMM процедур и передачи SMS сообщений используется только защищенный режим передачи данных. Список всех основных GMM процедур можно найти в статье о GPRS Mobility Management процедурах.

Все нижесказанное будет относиться к реализации Gb интерфейса через Frame Relay.

BSS GPRS Protocol (BSSGP)

Основная функция BSSGP заключается в предоставлении радиоканальной, QoS и роутинговой информации, которая необходима для передачи пользовательских данных между подсистемой BSS и SGSN‘ом. BSSGP поддерживает BSSGP virtual connections (BVC) подключения, таким образом каждой базовой станции назначается одно BVC поверх Gb интерфейса, причем BVC назначается свой идентификатор BSSGP Virtual Connection Identifier (BVCI), с помощью которой обозначается однозначная связность базовой станции на стороне SGSN‘а, но BVCI должна также быть уникальна в пределах только одной NSE (см. Network Service Control Layer ниже).

• BVCI=0 зарезервировано для сигнальных (служебных) данных внутри одной NSE.
• BVCI=1 зарезервировано для point-to-multipoint функциональных данных, которые обычно не поддерживаются на стороне SGSN‘а и поэтому не используются при создании подключений.

Network Service Control Layer

Для реализации Gb интерфейса на основании FR (Frame Relay), на обоих концах определяют логическую связность, которая называется Network Service Entity (NSE) и идентифицирующаяся с помощью Network Service Entity Identifier (NSEI). При чем ее значение должно быть уникально в пределах как SGSN‘а, так и BSS подсистемы.

На стороне контроллера базовых станций – BSC, каждой Packet Control Unit (PCU), т.е. юниту, непосредственно “занимающемуся” обслуживанием GPRS/EDGE трафика, также назначается уникальное значение NSE.

На стороне BSS и SGSN‘а, каждая NSE соединяется с помощью одного или нескольких PVCs, называющихся Network Service Virtual Connections (NS-VC), которые в свою очередь также имеют свои идентификаторы – Network Service Virtual Connection Identifier (NS-VCI). Каждая NSVC на Network Service Control Layer уровне определяет одну DLC на Frame Relay протоколе, причем идентификатор DLC – DLCI, может быть назначен одному каналу (Bearer Channel – BC) Frame Relay. Ниже представлена схема организации потоков Т1, но для Е1 будет схема будет практически идентична.

BC формируются на основании PCM потоков и могут быть представлены в виде тайм-слотов (TS) по 64kbit/s – от 1 до 31 TS. Таким образом мы выяснили, что одно NS-VC соединение определяется с помощью одного канала FR – BC (Bearer Chennel) и значения DLC этого канала.

Очень хорошо все вышесказанное иллюстрирует следующая схема:

DLCI уникально в пределах одного канала FR – BC (Bearer Channel), причем этот идентификатор используется только в случае point-to-point FR подключений.

Обычно емкость NS-VC канала определяется с помощью Committed Information Rate (CIR) с шагом в 16 kbit/s, а т.к. один BC поддерживает создание нескольких DLC внутри, то соответственно один канал может быть использован для создания нескольких NS-VC, но не больше чем 4 NS-VC на один BC канал.

Physical Layer – Frame Relay, IPv4, IPv6

Дабы не загружать статью информацией по технологии Frame Relay я отправляю всех желающих к статьям по самой технологии (Физический транспорт для GPRS – Frame Relay), а на этом мы заканчиваем рассмотрение уровней реализации Gb интерфейса, надеюсь статья пролила свет на некоторые вопросы, касаемо реализации Gb интерфейса для пакетной сети…

Отмечу лишь, что для реализации Gb интерфейса поверх пакетной технологии – IP, также справедливо все вышесказанное, за небольшим исключением, что идентификаторы NV-VC подключений в данном случае будут представлять из себя UDP/IP адреса как на стороне SGSN‘а, так и подсистемы BSS. Еще одним небольшим изменением естественно, является изменение физических уровней под технологию Ethernet (см. схему ниже).

Небольшой помощник:

APN – Access Point Name

BSS – Base Station Subsystem

GGSN – Gateway GPRS Support Node

GPRS – General Packet Radio Service

GTP – GPRS Tunnelling Protocol

LA – Location Area

MS – Mobile Station

MSC – Mobile Swithing Center

PDP – Packet Data Protocol

PLMN – Public Land Mobile Network

PS – Packet Switched

PVC – Permanent Virtual Circuit

SGSN – Serving GPRS Support Node

UMTS – Universal Mobile Telecommunications System