Rete centrale GPRS - GPRS core network

La rete centrale GPRS è la parte centrale del servizio radio a pacchetto generale (GPRS) che consente alle reti mobili 2G , 3G e WCDMA di trasmettere pacchetti IP a reti esterne come Internet . Il sistema GPRS è parte integrante del sottosistema di commutazione della rete GSM .

La rete fornisce la gestione della mobilità , la gestione delle sessioni e il trasporto per i servizi a pacchetto del protocollo Internet nelle reti GSM e WCDMA. La rete centrale fornisce anche supporto per altre funzioni come la fatturazione e l' intercettazione legale . È stato anche proposto, in una fase, di supportare i servizi radio a pacchetto nel sistema statunitense D-AMPS TDMA , tuttavia, in pratica, tutte queste reti sono state convertite al GSM, quindi questa opzione è diventata irrilevante.

Il modulo PRS è un sistema basato su standard aperti. L'ente di standardizzazione è il 3GPP .

Protocollo di tunneling GPRS (GTP)

GPRS Tunneling Protocol è il protocollo basato su IP che definisce la rete centrale GPRS. Principalmente è il protocollo che consente agli utenti finali di una rete GSM o WCDMA di spostarsi da un luogo all'altro continuando a connettersi a Internet come da un'unica posizione presso il nodo di supporto GPRS Gateway (GGSN) . Lo fa trasportando i dati dell'abbonato dal nodo di supporto GPRS attualmente in servizio dell'abbonato (SGSN) al GGSN che sta gestendo la sessione dell'abbonato. La rete centrale GPRS utilizza tre forme di GTP.

GTP-U

per il trasferimento dei dati dell'utente in tunnel separati per ogni contesto PDP (Packet Data Protocol)

GTP-C

per motivi di controllo tra cui:

impostazione e cancellazione di contesti PDP;
verifica della raggiungibilità GSN;
aggiornamenti; ad esempio, quando gli abbonati si spostano da un SGSN all'altro.

GTP': per il trasferimento dei dati di ricarica alla funzione gateway di ricarica.

Nodi di supporto GPRS (GSN)

Un GSN è un nodo di rete che supporta l'uso del GPRS nella rete centrale GSM. Tutti i GSN dovrebbero avere un'interfaccia Gn e supportare il protocollo di tunneling GPRS. Esistono due varianti chiave del GSN, vale a dire Gateway e Servire nodo di supporto GPRS.

Nodo di supporto GPRS gateway (GGSN)

Il nodo di supporto GPRS del gateway (GGSN) è uno dei due componenti del dominio PS GPRS. Il GGSN insieme all'SGSN gestiscono le trasmissioni di pacchetti tra la rete GPRS e le reti a commutazione di pacchetto esterne, come Internet o una rete X.25 .

Dal punto di vista di una rete esterna, il GGSN è un router per una "sottorete", perché il GGSN 'nasconde' l'infrastruttura GPRS dalla rete esterna. Quando il GGSN riceve dati indirizzati a un utente specifico, verifica se l'utente è attivo. Se lo è, il GGSN inoltra i dati al SGSN che serve l'utente mobile, ma se l'utente mobile è inattivo, i dati vengono scartati. Nella direzione opposta, i pacchetti originati da dispositivi mobili vengono instradati alla rete corretta dal GGSN.

Il GGSN è il punto di ancoraggio che consente la mobilità del terminale utente nelle reti GPRS/ UMTS . In sostanza, svolge il ruolo in GPRS equivalente all'home agent in Mobile IP . Mantiene l'instradamento necessario per incanalare le unità dati di protocollo (PDU) al SGSN che serve una particolare stazione mobile (MS).

Il GGSN converte i pacchetti GPRS provenienti dall'SGSN nel formato PDP (Packet Data Protocol) appropriato (ad esempio, IP o X.25) e li invia sulla corrispondente rete dati a pacchetto. Nell'altra direzione, gli indirizzi PDP dei pacchetti di dati in entrata vengono convertiti nell'indirizzo GSM dell'utente di destinazione. I pacchetti reindirizzati vengono inviati al SGSN responsabile. A tal fine, il GGSN memorizza l'attuale indirizzo SGSN dell'utente e il suo profilo nel suo registro di localizzazione. Il GGSN è responsabile dell'assegnazione dell'indirizzo IP ed è il router predefinito per l'apparecchiatura utente collegata (UE). Il GGSN svolge anche funzioni di autenticazione e addebito.

Altre funzioni includono lo screening degli abbonati, la gestione del pool IP e la mappatura degli indirizzi , l' imposizione del contesto QoS e PDP.

Con lo scenario LTE la funzionalità GGSN si sposta sul gateway SAE (con la funzionalità SGSN che lavora in MME ).

Servire nodo di supporto GPRS (SGSN)

Il Serving GPRS Support Node (SGSN) è il nodo che serve la MS / UE . Il SGSN supporta GPRS e/o UMTS . Il SGSN tiene traccia della posizione di un singolo MS / UE e svolge funzioni di sicurezza e controllo accessi. Il SGSN è connesso al sistema della stazione base GERAN tramite l'interfaccia Gb o Iu e/o all'UTRAN tramite l'interfaccia Iu. Un SGSN è responsabile della consegna di pacchetti di dati da e verso le stazioni mobili all'interno della sua area geografica di servizio. I suoi compiti includono l'instradamento e il trasferimento dei pacchetti, la gestione della mobilità (collegamento/stacco e gestione della posizione), la gestione dei collegamenti logici e le funzioni di autenticazione e addebito. Il registro di posizione del SGSN memorizza le informazioni sulla posizione (ad esempio, cella corrente, VLR corrente ) e profili utente (ad esempio, IMSI , indirizzo/i utilizzato/i nella rete dati a pacchetto) di tutti gli utenti GPRS registrati con esso.

Funzioni SGSN comuni

Detunnel pacchetti GTP dal GGSN (downlink)
Tunnel di pacchetti IP verso il GGSN (uplink)
Eseguire la gestione della mobilità quando un cellulare in modalità standby si sposta da un'area di routing a un'altra area di routing
Fatturazione di un utente in base ai dati utilizzati.
Procedura di verifica dell'identità delle apparecchiature mobili (interfacce Gf/S13').
Gli SMS GMSC e gli SMS IWMSC supportano la trasmissione di SMS tramite SGSN.
Il sistema di addebito offline (OFCS) raccoglie i record di addebito dai SGSN.
Il SGSN contiene meccanismi per evitare e gestire situazioni di sovraccarico.
Il SGSN comunica con altri SGSN e/o MME ( Entità di gestione della mobilità ) (interfacce Gn/S16/S3)

Funzioni SGSN specifiche GSM/EDGE

Le funzioni e le caratteristiche specifiche dell'Enhanced Data Rate per GSM Evolution (EDGE) SGSN sono:

Velocità dati massima di ca. 60 kbit/s (150 kbit/s per EDGE) per abbonato
Connettersi tramite frame relay o IP alla centralina pacchetto utilizzando lo stack del protocollo Gb
Accetta i dati di uplink per formare pacchetti IP
Cripta i dati di downlink, decrittografa i dati di uplink
Eseguire la gestione della mobilità al livello di una cella per cellulari in modalità connessa

Funzioni SGSN specifiche per WCDMA

Trasporta fino a circa 42 Mbit/s di traffico in downlink e 5,8 Mbit/s di traffico in uplink (HSPA+)
Pacchetti di downlink/uplink tunnel/detunnel verso il controller di rete radio (RNC)

Punto di accesso

Un punto di accesso è:

Una rete IP alla quale è possibile connettere un telefono cellulare
Un insieme di impostazioni che vengono utilizzate per quella connessione
Un'opzione particolare in una serie di impostazioni in un telefono cellulare

Quando un telefono cellulare GPRS configura un contesto PDP, viene selezionato il punto di accesso. A questo punto viene determinato un Access Point Name (APN)

Esempio: aricenttechnologies.mnc012.mcc345.gprs

Esempio: geocell

Esempio: internet

Esempio: hcl.cisco.ggsn

Questo punto di accesso viene quindi utilizzato in una query DNS a una rete DNS privata. Questo processo (chiamato risoluzione APN) fornisce infine l'indirizzo IP del GGSN che dovrebbe servire il punto di accesso. A questo punto si può attivare un contesto PDP.

Contesto PDP

Il contesto del protocollo dati a pacchetto (PDP; ad es. IP, X.25, FrameRelay) è una struttura dati presente sia sul nodo di supporto GPRS servente (SGSN) che sul nodo di supporto GPRS gateway (GGSN) che contiene le informazioni sulla sessione dell'abbonato quando il l'abbonato ha una sessione attiva. Quando un cellulare vuole utilizzare il GPRS, deve prima collegare e poi attivare un contesto PDP . Questo alloca una struttura di dati di contesto PDP nel SGSN che l'abbonato sta attualmente visitando e il GGSN che serve il punto di accesso dell'abbonato. I dati registrati includono

Indirizzo IP dell'abbonato
Abbonato IMSI
ID dell'endpoint del tunnel dell'abbonato (TEID) presso il GGSN
ID dell'endpoint del tunnel dell'abbonato (TEID) presso il SGSN

Punti di riferimento e interfacce

All'interno degli standard della rete centrale GPRS ci sono una serie di interfacce e punti di riferimento (punti logici di connessione che probabilmente condividono una connessione fisica comune con altri punti di riferimento). Alcuni di questi nomi possono essere visualizzati nel diagramma della struttura di rete in questa pagina.

Interfacce nella rete GPRS

Ga: L'interfaccia serve i CDR (registrazioni contabili) che sono scritti nel GSN e inviati al gateway di ricarica (CG). Questa interfaccia utilizza un protocollo basato su GTP, con modifiche che supportano i CDR (chiamati GTP' e GTP prime ).
Gb: Interfaccia tra il sottosistema della stazione base e l'SGSN il protocollo di trasmissione potrebbe essere Frame Relay o IP.
io: Interfaccia tra il Radio Network Controller e l'SGSN. L'interfaccia scambia segnalazione e carico utile.
Gc: Interfaccia tra il GGSN e l' HLR in modo che il GGSN possa ottenere i dettagli della posizione di una stazione mobile . Per evitare di implementare MAP/SS7 nel GGSN, questa interfaccia è facoltativa. Quando non è presente, il GGSN si rivolge all'HLR tramite un SGSN .
Gd: Interfaccia tra SGSN e SMS Gateway. Può utilizzare MAP1, MAP2 o MAP3.
Ge: L'interfaccia tra il SGSN e il punto di controllo del servizio (SCP); utilizza il protocollo CAP .
Gf: L'interfaccia tra il SGSN e il Registro di identità dell'apparecchiatura (EIR), utilizzata per verificare il numero di identità dell'apparecchiatura mobile (IMEI) rispetto a un elenco di telefoni cellulari rubati.
Gi: Interfaccia basata su IP tra il GGSN e una rete dati pubblica (PDN) direttamente a Internet o tramite un gateway WAP .
Gmb: L'interfaccia tra il GGSN e il Broadcast-Multicast Service Center (BM-SC), utilizzato per il controllo delle portanti MBMS.
gno: Interfaccia basata su IP tra SGSN e altri SGSN e GGSN (interni). Anche il DNS condivide questa interfaccia. Utilizza il protocollo GTP.
Gp: Interfaccia basata su IP tra SGSN interni e GGSN esterni. Tra il SGSN e il GGSN esterno, c'è il gateway di confine (che è essenzialmente un firewall ). Utilizza anche il protocollo GTP.
GR: Interfaccia tra SGSN e HLR. I messaggi che passano attraverso questa interfaccia utilizzano il protocollo MAP3.
Gs: Interfaccia tra SGSN e MSC (VLR). Utilizza il protocollo BSSAP+ . Questa interfaccia consente il paging e la disponibilità della stazione quando esegue il trasferimento dei dati. Quando la stazione è collegata alla rete GPRS, l'SGSN tiene traccia di quale area di instradamento (RA) è collegata alla stazione. Una RA è una parte di un'area di localizzazione più ampia (LA). Quando una stazione viene cercata, queste informazioni vengono utilizzate per conservare le risorse di rete. Quando la stazione esegue un contesto PDP, l'SGSN ha l'esatto BTS utilizzato dalla stazione.
Gx: L'interfaccia di politica on-line tra il GGSN e la funzione delle regole di tariffazione (CRF). Viene utilizzato per il provisioning del flusso di dati del servizio in base alle regole di addebito. Utilizza il protocollo del diametro.
Gy: L'interfaccia di ricarica online tra il GGSN e il sistema di ricarica online (OCS). Utilizza il protocollo del diametro ( applicazione DCCA ).
Gz: L' interfaccia di ricarica off-line ( basata su CDR ) tra il GGSN e il sistema di ricarica utilizza GTP'.
Lg: L'interfaccia tra il SGSN e il Gateway Mobile Location Center ( GMLC ), utilizzato per i servizi basati sulla posizione.
S3: Questa interfaccia è definita tra SGSN e MME ed è utilizzata per scambiare informazioni su utenti e portatori nelle procedure di mobilità intersistemica. Questa interfaccia è implementata usando eGTP-C .
S4: Questa interfaccia è definita tra SGSN e SGW (Serving Gateway). Il termine "S4-SGSN" si riferisce a un SGSN Release-8 che ha almeno un set di interfacce S4/S3/S16 abilitato.
S6d: L'interfaccia tra SGSN e Home Subscriber Server (HSS). È un'interfaccia basata sul diametro che viene utilizzata per trasferire i dati di sottoscrizione e autenticazione dell'utente a HSS per l'autenticazione e l'autorizzazione dell'accesso utente.
S13': Questa interfaccia è definita tra il SGSN e l'EIR (Equipment Identity Register). L'interfaccia S13' si applica solo all'SGSN basato su S4. L'interfaccia è basata sul protocollo Diameter.
S16: Questa interfaccia è definita tra due SGSN e utilizza esclusivamente GTPv2-C.

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