Интерфейсы в GPRS

Для пакетной передачи данных и сигнализации в GPRS разработаны Gn, Gb, Gp и Gi интерфейсы, где на уровне соединений использована технология пакетной передачи (например, Frame Relay или АТМ). Интерфейсы Gs, Gr, Gs и Gc являются чисто сигнальными и организованы на основе ОКС 7 (рис. 4.15).

l

l Рис. 4.15. Логическая структура сети GSM/GPRS

Структура протоколов при передаче абонентской информации приведена на рис.4.16. Gn интерфейс представляет собой туннель. Подуровни IP, UDP/TCP и GTP относятся ко второму уровню (соединений). При туннельной передаче между SGSN и GGSN (в общем случае между двумя GSN) дейтаграммы (пакеты) помещают в контейнеры (инкапсулируют) и передают без каких-либо изменений. При этом, дейтаграмма сохраняя внутреннюю адресацию на сетевом уровне (по протоколам IP или X.25), которая обеспечивает доступ к абоненту, имеет внешние адреса по IP протоколу для обозначения конечных узлов GSN туннеля. Для каждого абонента создают индивидуальный туннель, помечая его идентификатором IMSI.

На время активного состояния мобильной станции (active) между SGSN и MS создают логическое соединение, для чего используют основной LLC и промежуточный SNDCP протоколы.

Протокол SNDCP устанавливает точки входа к протоколам более высокого уровня и к точкам доступа к более низкому LLC уровню (рис.4.17). Он обеспечивает компрессию, сегментацию и десегментацию, мультиплексирование и демультиплексирование пакетов данных. Компрессии подвергают абонентские данные и заголовки пакетов (опционально). Сегментация необходима для ограничения размеров пакетов, транспортируемых нижестоящим LLC уровнем через радиоинтерфейс. Пакеты различных PDP (нескольких пакетных протоколов) поступают на SNDCP через различные точки доступа, называемые NSAPI (Network Service Access Point Identifier). NSAPI включают в соответствующий PDP контекст в MS, SGSN и GGSN. Конкретные значения NSAPI система назначает динамически. При работе по принципу точка-точка возможны 11 значений NSAPI (от 5 до 15).

Рис. 4.16. Структура протоколов для передачи абонентской информации

Рис. 4.17. Преобразование информации при передаче в сети GPRS

N-PDU (Network Protokol Data Unit), отправляемые через каждый NSAPI, нумеруют. Возможные значения номеров N-PDU составляют 0 - 255 при работе SNDCP в режиме с подтверждением (Acknowledged Mode) и 0 - 4095 в режиме без подтверждения (Unacknowledged Mode).

Номера N-PDU и NSAPI идентифицируют каждый конкретный пакет. В режиме с подтверждением номер N-PDU используют на приемной стороне для подтверждения приема данного N-PDU с указанием на то, нужна ли его повторная передача или нет.

LLC (Logical Link Control) обеспечивает логическое соединение SGSN и MS. С точки зрения LLC уровня логическое соединение между SGSN и MS поддерживается даже, если в данный момент отсутствует физическое соединение на более низком RLC/MAC уровне (пакеты данных в данный момент не передают). Физическое соединения устанавливают, когда на LLC уровне появляются данные для передачи. LLC имеет несколько точек доступа для передачи различных типов данных. LLC уровень обеспечивает необходимую степень качества обслуживания (Quality of Service - QoS) и высоконадежную шифрацию передаваемых пакетов. Важно отметить, что LLC уровень реализован независимым от протоколов нижележащих уровней радиоинтерфейса.

Это позволяет использовать подсистему коммутации GSM/GPRS сети во вновь развертываемых UMTS сетях.

Информационные пакеты с SNDCP поступают на нижестоящий LLC уровень через точки доступа определяемые SAPI (Service Access Point Identifier). Каждый активный NSAPI может использовать лишь один SAPI, однако один SAPI может быть ассоциирован с несколькими NSAPI благодаря функции мультиплексирования SNDCP. Для пакетов с SNDCP доступны 4 точки доступа к LLC уровню, а именно с SAPI =3, 5, 9, 11.

Точку доступа с SAPI=1 используют для передачи служебной информации управления мобильностью (GMM), а точку доступа с SAPI=7 для передачи SMS. Максимальный размер пакетов GMM и SMS - 270 октетов.

LLC уровень инкапсулирует информационные пакеты, пакеты GMM и SMS, добавляя к ним заголовок. В результате на выходе LLC уровня получают LLC-фрейм, содержащий заголовок (FH - Frame Header), поступивший с вышестоящего уровня пакет (Information Field) и проверочное поле (FCS - Frame Check Sequence) (рис. 4.18).

Рис. 4.18. Преобразование информации на LLC и RLC/MAC уровнях

LLC позволяет осуществить передачу LLC-фреймов в режиме без подтверждения (Unacknowledged Mode) и с подтверждением (Acknowledged Mode). Для работы в режиме без подтверждения используют UI-формат (Unconfirmed Information) LLC-фрейма. При передаче LLC-фреймов без подтверждения возможны два режима работы:

- защищенный (Protected Mode), при котором FCS поле защищает как заголовок LLC-фрейма, так и информационное поле;

- незащищенный (Unprotected Mode), при котором FCS поле защищает только заголовок LLC-фрейма.

При приеме LLC проверяет полученный фрейм на наличие ошибок. При их обнаружении в защищенном режиме поврежденный фрейм отбрасывают, а в незащищенном передают на вышестоящий уровень с ошибками. При необходимости для обеспечения требуемой надежности могут быть использованы протоколы высших уровней. Незащищенный режим возможен при работе с любыми SAPI. Работу в незащищенном режиме принято называть Asynchronous Disconnected Mode (ADM).

В режиме с подтверждением прием каждого LLC-фрейма подтверждают в LLC-фрейме, отправляемом в обратном направлении. Если принятый LLC-фрейм содержит ошибки, то об этом сообщают при подтверждении его приема и осуществляют повторную передачу фрейма.

Для работы в режиме с подтверждением необходима постоянная передача информации в двух направлениях, поэтому режим с подтверждением принято называть Asynchronous Balanced Mode (ABM).

Для передачи в режиме с подтверждением используют I-формат (I - Information) LLC-фреймов. Работа с подтверждением невозможна через SAPI=1 и SAPI=7, т. е. при передаче пакетов GMM и SMS.

LLC выполняет функции шифрования. Шифрации подвергают информационное поле LLC-фрейма и FCS. Заголовок фрейма передают в открытом виде.

Заголовок LLC-фрейма может иметь разную длину, а информационное поле не более 1520 октетов в режиме с подтверждением и 500 октетов в режиме без подтверждения.

Каждое логическое соединение на уровне LLC имеет уникальный номер TLLI (Temporary Logical Link Identifier), который однозначно связан с P-TMSI.

Для передаче по радиоканалу LLC-фреймы спускают на RLC/MAC уровень, где их фрагментируют и подвергают необходимой обработке (рис. 4.18).

RLC/MAC (Radio Link Control / Medium Access Control). RLC и МАС в совокупности выполняют функции канального уровня. Они тесно связаны между собой и служат для обеспечения высоконадежной передачи данных на радиоинтерфейсе. RLC уровень при передаче фрагментирует LLC-фреймы на RLC/MAC блоки, которые затем поступают на MAC уровень. При приеме RLC восстанавливает LLC-фреймы из RLC/MAC блоков. RLC также выполняет функции мультиплексирования, для того, чтобы более одной MS могли использовать один физический канал, а одна MS могла занять до 8 TS. При передаче с подтверждением RLC уровень обеспечивает повторную передачу RLC/MAC блоков. Функции MAC уровня заключаются в управлении сигнальными процедурами через Um интерфейс, необходимыми для получения доступа к сети на радиоинтерфейсе (запрос и выделение радиоканала), включая постановку пакетов в очередь в соответствии с их приоритетом.

RCL/MAC уровень может работать в режиме с подтверждением (Acknowledged operation) и без подтверждения (Unacknowledged operation).

Для обеспечения однонаправленной передачи LLC-фреймов на PDCH организуют физическое соединение, называемое временным потоком блоков (Temporary Block Flow - TBF). Для TBF выделяют радиоресурс на одном или нескольких PDCH. TBF используют для передачи некоторого числа RLC/MAC блоков, переносящих один или несколько LLC-фреймов. TBF создают только на время передачи данных.

Каждый RLC/MAC блок содержит информацию о том TBF, к которому он принадлежит. С этой целью TBF нумеруют - присваивают им идентификатор TFI (Temporary Flow Identifier). Возможны значения TFI от 0 до 31. TFI выделяет BSC и передает его MS в сообщении о выделении ресурса, предшествующем передаче LLC-фреймов. Этот идентификатор указывает на принадлежность RLC/MAC блока определенной MS.

Структуры RLC/MAC блоков для передачи каналов трафика (PDTCH) и каналов сигнализации (PACCH, PBCCH, PPCH, PAGCH, PNCH, PTCCH/D) различны. Различны также форматы RLC/МАС блоков для направлений вниз и вверх. RLC/MAC блоки для каналов трафика состоят из блока RLC данных (RLC data block) и так называемого MAC заголовка (MAC header) (рис.4.19). Блок RLC данных, в свою очередь, состоит из RLC заголовка (RLC header), собственно RLC данных (RLC data unit), представляющих октеты одного или нескольких LLC-фреймов. RLC/MAC блок для каналов сигнализации содержит MAC заголовок и RLC/MAC сигнальный блок (RLC/MAC control block). Последний, в свою очередь, при передаче информации вниз включает сигнальный заголовок (Control header).

Рис. 4.19. Возможные структуры RLC/MAC блоков

MAC заголовок имеет фиксированную длину 8 бит. Он содержит несколько полей, различных для направлений вверх и вниз. В любом случае одно из полей указывает вид данного RLC/MAC блока. На линии вниз первые 3 бита MAC заголовка определяют флаг состояния канала вверх (Uplink State Flag - USF). Как было отмечено, USF указывает MS, может ли она использовать следующий блок мультикадра данного физического канала для передачи информации в направлении вверх..

RLC заголовок также состоит из полей, различных для направлений вверх и вниз. Из информации, содержащейся в RLC заголовке, отметим идентификатор TFI и порядковый номер RLC/MAC блока (Block Sequence Number - BSN) в TBF. Нумерацию блоков используют для того, чтобы можно было запросить повторную передачу блоков, принятых с ошибками. В блоках вверх в RLC заголовке обязательно указывают TLLI.

Размер RLC/MAC блока может составлять 184, 271, 315 и 431 бит и зависит от используемой на физическом уровне одной из 4 схем канального кодирования. При передаче каналов сигнализации RLC/MAC блок имеет фиксированную длину - 184 бита. RLC/MAC блоки передают на физический уровень.