Про GPRS Блог о пакетной передаче данных в мобильных сетях

Тема сегодняшнего поста – процедуры с помощью которых абонент сообщает пакетной сети о своем передвижении как в пределах домашней PLMN, так и за ее пределами, т.е. сегодня мы поговорим о Routing Area Update (RAU).


Те, кто знаком с сетями GSM, знают что аппарат абонента с некоторой регулярностью “обновляет” информацию о своем местоположении в сети оператора, совершая т.н. процедуру Location Area Update (более подробно можно узнать здесь). Ключевым понятием во время проведения этой процедуры является определенная зона сети, называемая Location Area (LA). Для пакетной сети оператора (PS Core Network) более значимым понятием является Routing Area зона, которая по размерам может быть не больше чем одна Location Area на сети оператора, поэтому процедура обновления местоположения абонента в пакетной сети звучит как – Routing Area Update (RAU). Возможна также ситуация, когда одна LA включает в себя несколько RA. При этом, для пакетной сети процедура RAU будет выполнятся даже в случае перемещения абонента от одной соты к другой.

В общей случае всеми процедурами, которые отвечают за управление “поведением” на пакетной сети оператора являются т.н. GMM – GPRS Mobility Management процедуры.

Когда происходит?

Также как и для случая LA Update, следует различать несколько видов RAU, в зависимости от масштабов перемещения абонента в мобильных PLMN сетях. Сетевым элементом, осуществляющим управление RAU процедурами является SGSN. В зависимости от того, происходит ли смена SGSN, в зоне обслуживания которого в данный момент находиться абонент, либо в зону которого он перемещается, различают:

• Inter-SGSN mobility – перемещение абонента между двумя RA зонами, находящимися в обслуживании различных SGSN‘ов.
• Intra-SGSN mobility – перемещение абонента между двумя RA зонами, находящимися в обслуживании одного и того же SGSN‘а.

При этом возможна также ситуация, когда абонент перемещается между различными мобильными сетями – PLMN, тогда возможны различные комбинации, например Intra-PLMN Inter-SGSN mobility – перемещение абонента между различными зонами RA внутри одной (своей домашней) PLMN сети, но при этом RA зоны, находятся в обслуживании у различных SGSN‘ов. Такая ситуация изображена на схеме ниже:

Inter-SGSN mobility происходит, когда абонент (MS) инициирует RA Update (RAU), внутри одной и той же PLMN или перемещаясь в гостевую PLMN (VPLMN), передвигаясь в новую RA, обслуживаемую другим SGSN‘ом.

При этом, новый SGSN может:

• находится в той же PLMN (находиться в домашней сети пользователя), к которой был изначально приаттачен абонент.
• находиться в разных PLMN со старым SGSN‘ом.

Другим примером процедуры RAU, является перемещение абонента между различными мобильными PLMN сетями (см. схему ниже) – Inter-PLMN Inter-SGSN mobility.

Как это работает?

В отличие от GSM Location Area Update процедур, которые проходят с помощью SS7 сигнализации, в процессе осуществления процедур RAU задействуется на первый взгляд не типичный для GSM структуры элемент – локальный DNS сервер оператора, но стоит нам вспомнить, что за “рубежом” SGSN‘а начинается уже PDN [Packet Data Network] сеть как все становится понятным 🙂

Для пакетной сети оператора, точнее для каждой уникальной комбинации rac.lac.mnc.mcc.gprs на стороне SGSN сопоставляется определенный юнит, обслуживающий территорию, в которую входят эти LA и RA зоны. Каждому такому юниту в пакетной подсети оператора (PS Core Network) назначается уникальный IP адрес, а на локальном DNS сервере оператора создается запись, о том что данные зоны LA и RA обслуживаются именно этим юнитом. Поэтому в процессе процедуры RAU, SGSN обращается к локальному DNS серверу, чтобы “отрезолвить” IP адрес юнита, которому будет передан абонент на обслуживание – см. диаграмму ниже.

В качестве примера рассмотрим Inter SGSN RA Update. Процедура ISRAU (Inter SGSN RA Update) содержит следующие основные шаги:

1. Новый SGSN «замечает» по значению поля RA, что необходимо выполнить процедуру Inter-SGSN RA Update, т.к. данная RA не входит в зону его обслуживания.
2. Адрес предыдущего SGSN’a (GTP-GWC address) запрашивается у DNS сервера, в соответствие с предыдущим значением RAI (LAC+RAC+MCC+MNC). Новый SGSN использует значение RA Identifier (RAI), полученное в RA Update Request, для создания логического адреса старого SGSN. Логический адрес представляется в формате:
   
   racxxxx.lacyyyy.mnczzzz.mccwwww.gprs
3. Новый SGSN выполняет запрос на возможность переноса данных абонента к себе на обслуживание со старого SGSN‘а.
4. GMM и PDP Contexts копируются со старого SGSN’a на новый, эта процедура называется “SGSN Context Request”
5. На новом SGSN, HLR и мобильном терминале абонента (MS) запускаются процедуры аутентификации и шифрования.
6. Новый SGSN обновляет адрес обслуживающего SGSN (т.е. свой адрес) на GGSN.
7. На новом SGSN, запускается процедура “Update GPRS location” вместе с HLR для сопоставления данных.
8. Процедура RA Update завершается вместе с MS, через сообщения RAU Accept и RAU Complete.
9. Пересылка PDU (данных абонента) становиться вновь возможным. Следует отметить, что в спецификации R23 нет процедуры переноса дынных со старого SGSN на новый, поэтому есть вероятность потери трафика на протяжении процедуры ISRAU.

Схематично эти шаги выглядят следующим образом:

Специфические конфигурации

Опционально, если ISRAU происходит в VPLMN, возможно необходимо проверить Roaming configuration, т.к. если старый и новый SGSN’ы используют один и тот же DNS сервер, эта конфигурации будет осуществлена автоматически с помощью OMC-PS.

Новый SGSN использует DNS, для трансляции логического адреса старого SGSN’a в его IP адрес на GPRS Backbone (GTP-GWC address). Процедура Inter-PLMN RA Update может быть запрещена конфигурацией DNS, т.е. DNS не сможет транслировать логический адрес старого SGSN’a, если данная PLMN не сконфигурирована на его стороне и в этом случае RA Update будет отменена (Rejected) – см. схему ниже.

DNS сервер может ответить ошибкой на запрос трансляции с случае, если указанная в запросе RAI не сконфигурирована на его стороне, либо в случае если указанная PLMN не сконфигурирована. В этом случае SGSN отвечает MS сообщением RAU Reject, указывая в качестве причины “MS Identity cannot be derived by the network”.

Естественно, что в такой маленькой заметке трудно осветить все возможные варианты перемещения абонентов на сети операторов, поэтому я предлагаю всем желающим более подробно изучить все возможные случаи RAU в спецификации 3GPP TS 23.060 – раздел 6.9 Location Management Function.

Небольшой помощник:

GTP – GPRS Tunnelling Protocol
HLR – Home Location Register
HPLMN – Home PLMN
LA – Location Area
MCC – Mobile Country Code
MNC – Mobile Network Code
MS – Mobile Station
PDP – Packet Data Protocol
PDU – Packet Data Unit
PLMN – Public Land Mobile Network
PS – Packet Switched
RA – Routing Area
SGSN – Serving GPRS Support Node
VPLMN – Visitors PLMN

Ссылки по теме (en):

• 3GPP TS 23.060 – GPRS. Service description.
• Wiki (en) – Routing Area