Радиоканалы в GPRS. Организация пользовательских

Каналов.

Физические каналы в GPRS определяют 3 параметра: частота, временной интервал (TS) и блок. По назначению каналы разделяют на каналы трафика PDTCH и управления.

Для передачи логических каналов в GSM/GPRS сетях организуют 52-кадровый мультикадр (в отличие от 26-ти и 51-го кадровых мультикадров классической GSM). Структура мультикадра для GPRS приведена на рис. 4.10.

Рис. 4.10. 52-кадровый мультикадр, используемый в GPRS

Мультикадр состоит из 12 блоков (B0 - B11) по 4 кадра каждый и 4 кадров вне блоков. Каждый блок используют для передачи сообщения одного из логических каналов трафика или управления (за исключением сообщений каналов PTCCH). Кадровая структура GSM при этом полностью сохранена.

Логические каналы в GPRS

Каналы трафика

PDTCH/U – Packet Data Traffic Channel (uplink),

PDTCH/D – Packet Data Traffic Channel (downlink)

Каналы управления

PBCCH – Packet Broadcast Control Channel

Общие каналы управления PCCCH – Packet Common Control

Channel:

PPCH – Packet Paging Channel,

PAGCH – Packet Access Grant Channel,

PNCH – Packet Notification Channel,

PRACH – Packet Random Access Channel

Выделенные каналы управления PDCCH – Packet Dedicated

Control Channel:

PACCH – Packet Associated Control Channel,

PTCCH/U – Packet Timing advance Control Channel (uplink),

PTCCH/D – Packet Timing advance Control Channel (downlink)

Каналы трафика пакетированных данных (Packet Data Traffic Channel - PDTCH) выделяют MS для передачи абонентских данных. В многослотовом режиме одна MS может параллельно использовать до восьми PDTCH на одном частотном канале. Все PDTCH однонаправленные: для исходящей передачи данных (вверх) используют PDTCH/U (uplink), для входящей (вниз) - PDTCH/D (downlink). В отличие от классической GSM при GPRS каналы трафика PDTCH используют и для передачи сигнальной информации, относящейся к управлению мобильностью и сеансом связи (GMM/SM). При этом вместо пакетов трафика в соответствующих блоках размещают пакеты канала PACCH.

Для организации канала PDTCH/U (uplink) может быть использовано статическое и динамическое выделение канального ресурса. При фиксированном выделении ресурса MS получает список TS и блоков, выделенных ей персонально. При динамическом выделении каналов в направлении вверх MS в сообщении по каналу PAGCH (AGCH) получает список PDCH, включая номера TS, и параметр USF (User State Flag) для каждого физического канала. Длина USF составляет 3 бита, поэтому один TS могут использовать до 8 MS. В каждом предшествующем блоке на линии вниз передают USF той MS, которая может передавать свое сообщение в следующем блоке. Например, чтобы MS могла использовать на линии вверх блок B(x) (при 1<x<11), в заголовке блока B(x-1) на линии вниз должен быть указан присвоенный ей USF. Выделение блока B(0) осуществляют в заголовке блока B11 предыдущего мультикадра.

13-й и 39-й кадры мультикадра предназначены для передачи сообщений каналов PTCCH/U и PTCCH/D (управления временем упреждения). В направлении вверх конкретная MS разделяет канал PTCCH/U с 15 другими MS, поэтому фактически MS передает короткий пакет доступа (access burst) один раз за 8 мультикадров (т.е. один раз каждые 1.92 с). Соответствующие номера мультикадра и кадра в его составе (13-й или 39-й) MS определяет на основании параметра (Timing Advance Index - TAI), передаваемого сетью в сообщении о выделении ресурса. Одно сообщение канала PTCCH/D занимает 4 кадра, поэтому его передают в течение 2 мультикадров (0,48 с). Это сообщение содержит информацию для нескольких MS.

Выделяемый абоненту канальный ресурс позволяет гибко менять скорость передачи данных в широких пределах. В одном TS абоненту можно выделять от 1 до 12 блоков. Используя различные схемы избыточного кодирования при максимальном числе выделенных блоков равном 12, можно менять скорость передачи данных от 9 до 21 кбит/с (табл.4.2). Если нужны бơльшие скорости, то абоненту выделяют несколько физических каналов в нескольких TS на одной частоте (максимально 8 с увеличением скорости передачи в 8 раз).

Таблица 4.2.

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. 4.11).

l

l Рис. 4.11. Логическая структура сети GSM/GPRS

Структура протоколов при передаче абонентской информации приведена на рис.4.12. 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 более низкому LLC уровню (рис.4.13). 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

Рис. 4.12. Структура протоколов для передачи абонентской информации

Рис. 4.13. Преобразование информации при передаче в сети GPRS

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).

N-PDU (Network Protocol 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 соединение 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. 4.14).

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.

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 передачи по радиоканалу LLC-фреймы спускают на RLC/MAC уровень, где их фрагментируют и подвергают необходимой обработке (рис. 4.14).

Рис. 4.14. Преобразование информации на LLC и RLC/MAC уровнях

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. На рис. 4.15 представлены структуры RLC/MAC блоков для передачи каналов трафика (PDTCH) и каналов сигнализации.

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..

Рис. 4.15. Возможные структуры RLC/MAC блоков