Gprs sgsn сессия что это

Обновлено: 25.01.2025

GPRS поддерживает протоколы пакетной передачи данных, а именно, IP (Internet Protocol) и Х.25.
Физический канальный ресурс выделяют группе пользователей; занятие канала производят по мере поступления пакетов в соответствии с качеством услуг QoS (Quality of Service), предоставляемых абоненту; каждый пакет содержит идентификатор абонента и предназначен для конкретного пользователя.
Пользователь передает и получает информацию пакетами; во время пауз канал связи занимают другие абоненты.
Скорость передачи данных в пакете может изменяться, достигая 160 кбит/с (абоненту могут выделять до 8 TS на одной частоте).
Скорости передачи в направлениях “вверх” и “вниз”, как правило, разные, например, 64 кбит/с в направлении BSSÞMS и 3 кбит/с в направлении MSÞBSS, причем асимметричные каналы обычно выделяют при доступе в Интернет.
Стоимость сервиса зависит от объема переданной информации, QoS сеанса связи и общего времени подсоединения к сети.
Абонентская станция виртуально подключена к сети Интернет и на время сеанса связи получает интернет-адрес.

Подсистема GPRS (рис. 1) является «наложенной» на подсистему коммутации классической GSM. Роль MSC/VLR в пакетной сети подвижной связи выполняет SGSN: Serving GPRS Support Node (обслуживающий узел GPRS). Шлюзы с пакетными сетями передачи данных представляют собой GGSN - Gateway GPRS Support Node (шлюзовые узлы GPRS). При сетевом подходе к обмену информацией структура GPRS (SGSN, GGSN и другие элементы) является подсетью внешних пакетных сетей, где GGSN играют роль межсетевых коммутаторов. Со стороны SGSN подсеть GPRS связана с подсистемой базовых станций.

Рис. 1. Обобщенная структура сети GSM с поддержкой GPRS

Абонент и соответственно абонентский терминал в GPRS выступают как пользователи внешней сети передачи данных. В этой сети абоненту назначают статический (постоянный) или динамический (временный) IP адрес, по которому идет обмен информационными пакетами. Пользователь постоянно подключен к пакетной сети, где ему предоставлен виртуальный канал, который становится реальным (физическим) радиоканалом на время передачи пакета. В остальное время этот физический канал используют для передачи пакетов других абонентов. Абонентская станция включает дополнительное программное обеспечение для подключения к мобильной сети и обслуживания в ней.

Поскольку один и тот же канальный ресурс используют несколько абонентов, а во время сеанса связи могут одновременно поступать пакеты разных пользователей, возможно возникновение очереди на передачу пакетов, что вызовет задержку в связи. Одной из характеристик, определяющих качество обслуживания абонента, является допустимая величина задержки.

Для GPRS свойственно гибкое управление предоставляемыми услугами. Пользователи могут получать различное качество услуг (QoS) с соответствующей градацией оплаты. Если в обычных сетях с коммутацией каналов QoS определяют 2 параметра: вероятность отказа в предоставлении канала P_отк и коэффициент ошибок при приеме информации BER (bit error rate), в GPRS качество обслуживания описывают 5 характеристик (рис. 2). При заключении договора клиент и оператор сети оговаривают все характеристики, в связи с чем меняются тарифы на предоставляемые услуги. QoS включает в себя:

- пиковую и среднюю пропускную способность канала,

- надежность в передаче информации.

Рис. 2. QoS при GPRS

Ниже описаны функции основных элементов подсети.

SGSN

- маршрутизирует (коммутирует) потоки пакетов данных между абонентской станцией и GGSN (пакетными сетями);

- осуществляет преобразование протоколов передачи информации по магистрали Интернета в протоколы, используемые в BSS;

- ведет базу данных обслуживаемых пакетной сетью абонентов, обеспечивая их локализацию (процедуры Mobility Management) и необходимый QoS;

- реализует взаимодействие с MSC/VLR и HLR сети подвижной связи с коммутируемыми каналами;

- собирает информацию об оказанных услугах для биллинга.

Шлюз GGSN

- занимается маршрутизацией пакетов в направлении внешняя пакетная сеть Û MS;

- обеспечивает интерфейс с пакетной сетью передачи данных;

- участвует в назначении динамических адресов абонентам совместно с другими элементами сети;

- собирает информацию для биллинга.

При создании сети GPRS усложняются функции BSC и BTS. В состав BSC включен дополнительный блок PCU - Packet Control Unit.

BSC

- распределяет канальный ресурс между абонентами, обслуживаемыми по коммутируемым каналам, и MS, работающими в пакетном режиме;

- организует каналы абонентам пакетной сети в соответствии с требуемым QoS;

- реализует фрагментацию и сборку кадров для их передачи по радиоканалам;

- осуществляет контроль качества передачи по радиоканалам.

В состав BTS входит новое кодирующее устройство CCU (Channel Codec Unit).

В HLR находятся дополнительные данные об абонентах, которым предоставляют услуги GPRS (базисный PDP - Packet Data Protocol контекст).

Реальная структура GPRS приведена на рис. 3. К GPRS магистрали, связывающей SGSN c различными GGSN для выхода на разные сети (например, Интернет, корпоративные сети), подключают несколько дополнительных шлюзов:

LIG - Legal Interception Gateway, шлюз для законного прослушивания информации;

CG - Charging Gateway, шлюз для доступа в биллинглвый центр,

BG - Border Gateway, шлюз для доступа на межоператорскую (международную) сеть GPRS.

Рис. 3 . Реальная структура GPRS

SGSN – Serving GPRS Support Node – Обслуживающий узел GPRS;

GGSN – Gateway GPRS Support Node – Шлюзовый узел GPRS;

BG – Border Gateway – Граничный шлюз;

FW – Firewall – Брандмауэр;

LAN – Local Area Nenwork – Местная (корпоративная) сеть;

CG – Charging Gateway – Шлюз для подключения к биллинговому центру;

DNS – Domain Name Server – Сервер имен доменов;

LIG – Legal Interception Gateway – Шлюз для законного прослушивания информации;

NMS – Network Management System – Подсистема управления сетью.

С магистралью GPRS связан DNS (Domain Name System), сервер имен доменов, организующий подмену символических адресов пакетных сетей (Интернет, Интранет) на соответствующие им числовые адреса. С целью обеспечения защиты сети GPRS от несанкционированного входа со стороны внешних сетей устанавливают брандмауэры (FW - firewall). Управление сетью GPRS реализует подсистема управления NMS (Network Management System).

В сети GPRS вводятся новые процедуры. Во время подключении пользователя к сети GPRS происходит его регистрация в SGSN, активизация программного обеспечения GPRS в MS и в базах данных по обслуживанию абонента в SGSN и GGSN (активизация PDP контекста). При этом пользователь или получает временный адрес в соответствующей пакетной сети, или активируют его постоянный адрес. Во время сеанса связи MS может находиться в разных состояниях:

Ready– абонентской станции выделен канальный ресурс;
Standby – абонентская станция находится в режиме ожидания вызова.

Когда MS находится в движении при состоянии Standby, происходит процедура RoutingArea Updating, подобная процедуре LocationUpdating в обычной GSM. Если MS находится в состоянии Ready, то при перемещении из соты в соту станция производит реселекцию сот. BSC по ее запросу переключает каналы трафика от одной BTS к другой. Хэндовера в GPRS нет.

Об этапах развития мобильной связи и новых технологиях читайте в новой книге "Мобильная связь на пути к 6G".

Ядро GPRS - сеть является центральной частью радиослужбы общего пакета (GPRS) , который позволяет 2G , 3G и WCDMA сетей мобильной связи для передачи IP - пакетов с внешними сетями , такими как Интернет . Система GPRS является составной частью подсистемы коммутации сети GSM .

Сеть обеспечивает управление мобильностью , управление сеансами и транспорт для пакетных услуг Интернет протокола в сетях GSM и WCDMA. Базовая сеть также обеспечивает поддержку других функций, таких как выставление счетов и законный перехват . Также на одном этапе было предложено поддерживать услуги пакетной радиосвязи в системе D-AMPS TDMA США , однако на практике все эти сети были преобразованы в GSM, поэтому этот вариант стал неактуальным.

Модуль PRS - это система, основанная на открытых стандартах. Органом стандартизации является 3GPP .

СОДЕРЖАНИЕ

Протокол туннелирования GPRS (GTP)

GPRS Tunneling Protocol является определение IP -На протокола сердцевинной GPRS сети. В первую очередь это протокол, который позволяет конечным пользователям сети GSM или WCDMA перемещаться с места на место, продолжая подключаться к Интернету, как если бы из одного места на узле поддержки шлюза GPRS (GGSN) . Он делает это, передавая данные абонента от текущего обслуживающего узла поддержки GPRS (SGSN) абонента в GGSN, который обрабатывает сеанс абонента. Базовая сеть GPRS использует три формы GTP.

установка и удаление контекстов PDP;
проверка доступности ГСН;
обновления; например, когда абоненты переходят от одного SGSN к другому.

Узлы поддержки GPRS (GSN)

GSN - это сетевой узел, который поддерживает использование GPRS в базовой сети GSM. Все GSN должны иметь интерфейс Gn и поддерживать протокол туннелирования GPRS. Существует два основных варианта GSN, а именно: шлюз и обслуживающий узел поддержки GPRS.

Узел поддержки шлюза GPRS (GGSN)

Узел поддержки GPRS шлюза (GGSN) является одним из двух компонентов домена PS GPRS. GGSN вместе с SGSN обрабатывают передачу пакетов между сетью GPRS и внешними сетями с коммутацией пакетов, такими как Интернет или сеть X.25 .

С точки зрения внешней сети, GGSN - это маршрутизатор «подсети», потому что GGSN «скрывает» инфраструктуру GPRS от внешней сети. Когда GGSN получает данные, адресованные определенному пользователю, он проверяет, активен ли пользователь. Если это так, GGSN пересылает данные в SGSN, обслуживающий мобильного пользователя, но если мобильный пользователь неактивен, данные отбрасываются. В другом направлении пакеты, исходящие от мобильных устройств, направляются GGSN в нужную сеть.

GGSN - это точка привязки, которая обеспечивает мобильность пользовательского терминала в сетях GPRS / UMTS . По сути, он выполняет роль в GPRS, эквивалентную домашнему агенту в Mobile IP . Он поддерживает маршрутизацию, необходимую для туннелирования блоков данных протокола (PDU) в SGSN, который обслуживает конкретную мобильную станцию (MS).

GGSN преобразует пакеты GPRS, поступающие от SGSN, в соответствующий формат протокола пакетных данных (PDP) (например, IP или X.25) и отправляет их в соответствующую сеть пакетной передачи данных. В другом направлении PDP-адреса входящих пакетов данных преобразуются в GSM-адрес целевого пользователя. Пакеты с переадресацией отправляются в ответственный SGSN. Для этого GGSN сохраняет текущий адрес SGSN пользователя и его или ее профиль в своем регистре местоположения. GGSN отвечает за назначение IP-адресов и является маршрутизатором по умолчанию для подключенного пользовательского оборудования (UE). GGSN также выполняет функции аутентификации и начисления платы.

Другие функции включают в себя проверку абонентов, управление пулом IP-адресов и сопоставление адресов , обеспечение QoS и контекста PDP.

В сценарии LTE функциональность GGSN перемещается на шлюз SAE (при этом функциональность SGSN работает в MME ).

Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN)

Общие функции SGSN

Отстройка пакетов GTP от GGSN (нисходящая линия)
Туннелируйте IP-пакеты к GGSN (восходящий канал)
Осуществлять управление мобильностью, когда мобильный телефон в режиме ожидания перемещается из одной области маршрутизации в другую область маршрутизации.
Выставление счетов пользователю в соответствии с использованными данными.
Процедура проверки подлинности мобильного оборудования (интерфейсы Gf / S13 ').
SMS GMSC и SMS IWMSC поддерживают передачу SMS через SGSN.
Автономная система начисления платы (OFCS) собирает записи о начислении платы от SGSN.
SGSN содержит механизмы для предотвращения и обработки ситуаций перегрузки.
SGSN обменивается данными с другими SGSN и / или MME ( объектами управления мобильностью ) (интерфейсы Gn / S16 / S3)

GSM / EDGE специфические функции SGSN

Максимальная скорость передачи данных прибл. 60 кбит / с (150 кбит / с для EDGE) на абонента
Подключение через Frame Relay или IP к блоку управления пакетами с использованием стека протоколов Gb
Принимать данные восходящего канала для формирования IP-пакетов
Шифровать данные нисходящего канала, дешифровать данные восходящего канала
Управление мобильностью до уровня соты для мобильных устройств в подключенном режиме

Специальные функции SGSN для WCDMA

Переносит до 42 Мбит / с трафика по нисходящему каналу и до 5,8 Мбит / с по восходящему каналу (HSPA +)
Туннелирование / расхождение пакетов нисходящей / восходящей линии связи к контроллеру радиосети (RNC)

Точка доступа

Точка доступа - это:

IP-сеть, к которой можно подключить мобильный телефон.
Набор настроек, которые используются для этого подключения.
Конкретная опция в наборе настроек в мобильном телефоне

Когда мобильный телефон GPRS устанавливает контекст PDP, выбирается точка доступа. На этом этапе определяется имя точки доступа (APN).

Пример: aricenttechnologies.mnc012.mcc345.gprs Пример: геоячейка Пример: Интернет Пример: hcl.cisco.ggsn

Затем эта точка доступа используется в запросе DNS к частной сети DNS. Этот процесс (называемый разрешением APN) наконец дает IP-адрес GGSN, который должен обслуживать точку доступа. На этом этапе можно активировать контекст PDP.

Контекст PDP

Контекст протокола пакетных данных (PDP; например, IP, X.25, FrameRelay) представляет собой структуру данных, присутствующую как на обслуживающем узле поддержки GPRS (SGSN), так и на узле поддержки GPRS шлюза (GGSN), которая содержит информацию о сеансе абонента, когда у абонента активная сессия. Когда мобильный телефон хочет использовать GPRS, он должен сначала подключиться, а затем активировать контекст PDP . Это выделяет структуру данных контекста PDP в SGSN, который абонент в настоящее время посещает, и GGSN, обслуживающем точку доступа подписчика. Записанные данные включают

IP-адрес подписчика
IMSI подписчика
Идентификатор конечной точки туннеля подписчика (TEID) в GGSN
Идентификатор конечной точки туннеля подписчика (TEID) в SGSN

Ориентиры и интерфейсы

В рамках стандартов базовой сети GPRS существует ряд интерфейсов и эталонных точек (логических точек подключения, которые, вероятно, имеют общее физическое соединение с другими эталонными точками). Некоторые из этих имен можно увидеть на схеме сетевой структуры на этой странице.

С развитием мобильных сетей развивается и мобильный интернет. Все привыкли к обычному интернету: витая пара, Ethernet, TCP/IP. А что же скрывает в себе интернет мобильный? Попробуем выяснить! В нашем исследовании мы коснемся общих принципов работы мобильного интернета, рассмотрим поближе GPRS Tunneling Protocol, поговорим о GRX-сети и обсудим некоторые практические подходы к безопасности мобильной пакетной сети.

Теперь, когда мы знаем необходимые параметры, мы можем подключаться к мобильному интернету! Как же происходит эта загадочная процедура? Происходит она в два этапа:

GPRS Attach

В процедуре GPRS Attach телефон начинает «общаться» с пакетной сетью оператора. Происходит аутентификация и авторизация пользовательского оборудования по следующим параметрам:

абонента;
ключи, хранящаяся на SIM-карте – для аутентификации абонента;
проверка доступных абоненту сервисов (Internet, MMS, WAP) по записи в базе абонентов

После успешного завершения процедуры GPRS Attach начинается процедура PDP (Packet Data Protocol) Context Activation. Чтобы разобраться в этой процедуре, отвлечемся и определим некоторые понятия.
SGSN (Serving GPRS Support Node, узел обслуживания абонентов GPRS) — устройство, реализующее основные функции обработки пакетных данных в мобильной сети.

GGSN (GPRS Gateway Service Node, шлюзовой узел GPRS) — устройство, обеспечивающее передачу данных из сети оператора во внешние сети (например, в интернет). По сути может быть обычным маршрутизатором с поддержкой некоторых специфических функций.

GTP (GPRS Tunneling Protocol) — стек протоколов, используемый в GPRS-, UMTS- и LTE-сетях.
Итак, PDP Context Activation (схема сильно упрощена).

Что же происходит при реализации этой схемы?

Телефон отправляет запрос активации контекста на SGSN, в котором, в числе прочего, присутствуют логин, пароль и APN.
SGSN, получив APN, пытается разрешить его на внутреннем DNS-сервере. Сервер разрешает предоставленный APN и возвращает адрес отвечающего за данный APN GGSN.
По этому адресу SGSN отсылает запрос на создание PDP-контекста.
GGSN проверяет на RADIUS-сервере предоставленные логин и пароль.
Затем получает IP-адрес для нашего телефона.
И всю необходимую для активации PDP-контекста информацию передает обратно на SGSN.
SGSN завершает процедуру активации, отсылая на телефон данные, необходимые для установления соединения.

Роуминг

Немедленно возникает вопрос: как же это все работает в роуминге? Оказывается, что существует специальная сеть: GRX (Global Roaming Exchange) — сеть для обмена пакетными данными роуминговых абонентов мобильных сетей. Через нее и «бегает» весь наш трафик. Примерно вот так:

Успешно доехав в теплые края, мы решили скачать любимый сериал. Включили телефон, начали подключаться к интернету (отправляем логин, пароль, APN).
Зарубежный SGSN пытается разрешить предоставленный нами APN на своем DNS-сервере.
DNS-сервер, не найдя у себя подобных записей, обращается к корневому DNS-серверу, который находится в GRX-сети.
Корневой DNS-сервер направляет запрос к DNS-серверу в сети нашего родного оператора.
Тот в свою очередь отвечает ему адресом нашего GGSN.
Корневой DNS сообщает этот адрес DNS-серверу зарубежного оператора.
Который в свою очередь сообщает этот адрес зарубежному SGSN.
SGSN, зная адрес GGSN, направляет ему запрос на активацию PDP-контекста.
GGSN, если соблюдены все условия (есть деньги на счету, указаны верные логин и пароль и т. д.), присылает подтверждение, SGSN его принимает и пересылает нашему телефону подтверждение на доступ в интернет.

И тут приходит идея: а не попробовать ли нам сообразить нечто подобное в лабораторных условиях? Построить свои SGSN и GGSN. А ну как придем к невероятным открытиям?

SGSN + GGSN на коленке

После длительных поисков выяснилось следующее.

Существует ПО специального назначения, реализующее некоторые функции SGSN. Выглядит оно как скрипт под Linux, который способен эмулировать все необходимые процедуры (GPRS Attach и PDP Context Activation) и выдать в итоге готовый интерфейс для выхода в интернет, как будто бы мы воткнули 3G-модем. Узнав об этом, мы немедленно кинулись искать устройство, готовое взвалить на свои плечи функции GGSN. Оказалось, что популярный маршрутизатор Cisco 7200 вполне подходит.

После недолгих манипуляций, настроек и тестов нас ждал успех.

Стенд легко поднимал туннели, через которые был «виден» самый настоящий интернет. Мы тут же принялись смотреть, какие же пакеты ходят между нашими могучими SGSN и GGSN. Похожи ли они на настоящие? С замиранием сердца открываем дамп — и таки да! пакеты как настоящие.

Аналогичные пакеты могут ходить в GRX-сети, и их вполне может подслушать злобный хакер. Что же он там увидит? Попробуем разузнать.

Вопросы безопасности

Протокол GTP бывает нескольких типов: GTP-U используется для непосредственной упаковки и передачи пользовательских данных, GTP-C для управления сессиями (именно с его помощью осуществляется процедура PDP Context Activation и прочие служебные процедуры); существует еще GTP’ (GTP Prime) — он используется для передачи биллинговой информации. GTP не поддерживает аутентификацию пиров и шифрование, работает поверх UDP. Что во всем этом интересного? Интересно тут практически все!

Возьмем GTP-U и посмотрим, как выглядит туннель с пользовательскими данными. Туннели разделены параметром TEID (Tunnel Endpoint Identificator).

При дальнейшем изучении выяснилось, что при желании поле с TEID можно подменить, а отправив пакет с подмененным идентификатором туннеля можно неожиданно для себя вломиться в чужую сессию.

А вот GTP-C. С удивлением обнаружив отсутствие какой-либо аутентификации или намеков на шифрование передаваемых данных, можно попробовать не только послушать, но и, извините, что-нибудь послать. Например «левые» запросы на установление или разрыв сессии.

Попробуем таким образом наметить векторы возможных атак и рассмотрим их поближе.

Вот, например, атака DNS flood. Злоумышленник отправляет большое количество запросов на разрешение APN нашего оператора. Все эти пакеты будут бомбардировать бедный операторский DNS, который не выдержит накала и вообще откажется передавать адрес GGSN кому-либо, вызывая глобальный DoS для абонентов.

Или злоумышленник начнет отправлять собственноручно сформированные запросы на создание PDP-контекста. GGSN, увидев такой напор, вполне может и задуматься, а то и вовсе зависнуть. Что опять же приведет к отказу в обслуживании абонентов.

А что, если попробовать вместо запросов на создание отправлять запросы на разрыв сессии?

Например, вот так:

Злобный хакер, подставляя адрес зарубежного SGSN, будет отсылать запросы на разрыв соединения. GGSN, подумав, что абонент докачал свой любимый сериал и хочет завершить интернет-сессию, удаляет у себя этот туннель, разрывая соединение.

Набросав несколько векторов, обратим свой взор на реальные объекты, чтобы все это «потрогать». Наберем запрос «GGSN» в shodan. Вот кусок выданных результатов.

Все это смахивает на реальные GGSN, выставленные в интернет.

Или попробуем написать скрипт, посылающий запросы GTP-echo, да и пустить его гулять по интернету: вдруг кто откликнется. И откликающиеся находятся:

Иногда даже с открытым telnet.

В стандарте нового поколения под кодовым именем LTE все так же используется протокол GTP, а посему все вышеописанное актуально и будет актуальным в обозримом будущем.

На сегодня все. До новых встреч!

Хочу выразить благодарность отделу анализа безопасности сетевых устройств Positive Technologies за помощь в подготовке материала.

На пути от 2G к 3G: система GPRS

Одним из существенных недостатков сетей сотовой связи стандарта GSM на сегодняшний день является низкая скорость передачи данных (максимум 9.6 кбит/с). Да и сама организация этого процесса далека от совершенства - для передачи данных абоненту выделяется один голосовой канал, а биллинг осуществляется исходя из времени соединения (причем по тарифам, мало отличающимся от речевых).

Разумеется, разработчики GPRS приложили все усилия для того, чтобы установка новой системы "поверх" существующих GSM-сетей оказалась как можно менее обременительной (и разорительной, что немаловажно) для операторов. Давайте рассмотрим подробнее, какие новые блоки и связи появляются в общей архитектуре системы сотовой связи стандарта GSM с внедрением GPRS, а потом обсудим пользовательское оборудование, способное работать с высокоскоростной пакетной передачей данных.

GPRS изнутри.

Доработку GSM-сети для предоставления услуг высокоскоростной передачи данных GPRS можно условно разделить на две формы - программную и аппаратную. Если говорить о программном обеспечении, то оно нуждается в замене или обновлении практически всюду - начиная с реестров HLR-VLR и заканчивая базовыми станциями BTS (расшифровку упомянутых аббревиатур и объяснение основных принципов работы GSM-сети можно найти тут). В частности, вводится режим многопользовательского доступа к временным кадрам каналов GSM, а в HLR, например, появляется новый параметр Mobile Station Multislot Capability (количество каналов, с которыми одновременно может работать мобильный телефон абонента, но об этом ниже).

Ядро системы GPRS (GPRS Core Network) состоит (рис.1) из двух основных блоков - SGSN (Serving GPRS Support Node - узел поддержки GPRS) и GGPRS (Gateway GPRS Support Node - шлюзовой узел GPRS). Остановимся на их функциях более подробно.

SGSN является, грубо говоря, мозгом рассматриваемой системы. В некотором роде SGSN можно назвать аналогом MSC - коммутатора сети GSM. SGSN контролирует доставку пакетов данных пользователям, взаимодействует с реестром собственных абонентов сети HLR, проверяя, разрешены ли запрашиваемые пользователями услуги, ведет мониторинг находящихся online пользователей, организует регистрацию абонентов вновь "проявившихся" в зоне действия сети и т.п. Так же как и MSC, SGSN, в системе может быть и не один - в этом случае каждый узел отвечает за свой участок сети. Например, SGSN производства компании Motorola имеет следующие характеристики: каждый узел поддерживает передачу до 2000 пакетов в секунду, одновременно контролирует до 10000 находящихся online пользователей. Всего же в системе может быть до 18 SGSN Motorola.

Предназначение GGSN можно понять из его названия - грубо говоря, это шлюз между сотовой сетью (вернее, ее частью для передачи данных GPRS) и внешними информационными магистралями (Internet, корпоративными интранет-сетями, другими GPRS системами и так далее). Основной задачей GGSN, таким образом, является роутинг (маршрутизация) данных, идущих от и к абоненту через SGSN. Вторичными функциями GGSN является адресация данных, динамическая выдача IP-адресов, а также отслеживание информации о внешних сетях и собственных абонентах (в том числе тарификация услуг).

Замечу, что в GPRS-систему заложена хорошая масштабируемость - при появлении новых абонентов оператор может увеличивать число SGSN, а при эскалации суммарного трафика - добавлять в систему новые GGSN. Внутри ядра GPRS-системы (между SGSN и GGSN) данные передаются с помощью специального туннельного протокола GTP (GPRS Tunneling Protocol).

Еще одной составной частью системы GPRS является PCU (Packet Control Unit - устройство контроля пакетной передачи). PCU стыкуется с контроллером базовых станций BSC и отвечает за направление трафика данных непосредственно от BSC к SGSN.

В перспективе (при ориентации системы на мобильный Интернет) возможно добавление специального узла - IGSN (Internet GPRS Support Node - узел поддержки Интернет).

За управление и контроль GPRS-системы отвечает OMC-R/G (Operation and Maintenance Center - Radio/GSN - центр управления и обслуживания радио/узла GPRS: на рис.1 не показан). Это, так сказать, интерфейс между системой и обслуживающим ее персоналом.

Прежде чем приступить к работе с GPRS, мобильная станция, так же как и в обычном случае передачи голоса, должна зарегистрироваться в системе. Как уже было сказано, регистрацией (а, точнее, "прикреплением" (attachment) к сети) пользователей занимается SGSN. В случае успешного прохождения всех процедур (проверки доступности запрашиваемой услуги и копирования необходимых данных о пользователе из HLR в SGSN) абоненту выдается P-TMSI (Packet Temporary Mobile Subscriber Identity - временный номер мобильного абонента для пакетной передачи данных), аналогичный TMSI, который назначается мобильному телефону для передачи голоса (кстати, если абонентский терминал относится к классу А (см. ниже), то ему при регистрации выделяется как TMSI, так и P-TMSI).

Для быстрой маршрутизации информации к мобильному абоненту GPRS-система нуждается в данных о его месторасположении относительно сети, причем с большей точностью, нежели в случае передачи голосового трафика (напомню, HLR и VLR хранят номер Location Area (LA), в которой находится абонент: подробней об этом можно прочитать тут ). Но представьте себе, как возрастет служебный трафик в сотовой сети и расход энергии мобильным аппаратом, если телефон будет информировать систему каждый раз при переходе от одной соты к другой! Чтобы найти разумный компромисс между объемом сигнального трафика в сети GPRS и необходимостью знать с высокой точностью местонахождение абонента принято деление терминалов на три класса:

Интересно обстоят дела с маршрутизацией данных в случае роуминга GPRS-абонента. При этом возможны два варианта, или, правильней сказать, сценария. SGSN в обоих случаях используется гостевой (VSGSN - Visited SGSN), а вот GGSN может использоваться либо гостевой (VGGSN - Visited GGSN), либо домашний (HGGSN - Home GGSN). В последнем случае между домашним и гостевым операторами должна существовать GPRS-магистраль (InterPLMN GPRS BackBone - GPRS-линия между разными мобильными сетями) для передачи трафика между HGGSN и мобильным абонентом. Кроме того, появляется необходимость в BG (Border Gateway - граничный шлюз) с обеих сторон с целью обеспечения защиты сетей от атак извне.

необходимому приоритету (существует высокий, средний и низкий приоритет данных);
надежности (разделение на три класса по количеству возможных ошибок разного рода, потерянных пакетов и т.п.);
задержкам (задержки информации вне GPRS-сети в расчет не принимаются);
количественным характеристикам (пиковое и среднее значение скорости);

Класс QoS выбирается индивидуально для каждой новой сессии передачи данных.

Кроме QoS, в характеристику сессии передачи данных входит тип протокола (PDP type - Packet Data Protocol type); PDP-адрес, выданный мобильной станции (выдача адресов бывает как статической, так и динамической); а также адрес GGSN, с которым идет работа. "Профиль" сессии (в англоязычной литературе принято обозначение "PDP context") записывается в телефон, а также в обслуживающие его SGSN и GGSN. Одновременно может поддерживаться несколько профилей передачи данных для каждого пользователя.

Вообще говоря, пакетная передача данных предусматривает два режима "соединений":

PTP (Point-To-Point - точка-точка);
PTM (Point-To-Multipoint - точка-многоточие).
Широковещательный режим РТМ в свою очередь подразделяется на два класса:
PTM-M (PTM-Multicast) - передача необходимой информации всем пользователям, находящимся в определенной географической зоне;
PTM-G (PTM-Group Call) - данные направляются определенной группе пользователей.

Поддержка режима "многоточечной" передачи информации PTM ожидается в будущих спецификациях GPRS.

GPRS снаружи - абонентские устройства.

Поговорим теперь о клиентском оборудовании GPRS. К сожалению или к счастью, но для работы с системой пакетной передачи данных необходимо иметь специальный телефон, совместимый с GPRS. Говоря более строго, GPRS-терминалы подразделяются на три класса:

устройства класса А способны одновременно работать как с передачей голоса, так и с передачей данных (они, говоря техническим языком, обладают возможностью функционировать как в режиме коммутации каналов (circuit switched), так и в режиме коммутации пакетов (packet switched). Подчеркну - речь идет об одновременной работе в разных режимах);
устройства класса В могут осуществлять либо передачу голоса, либо передачу данных, но не одновременно;
устройства класса С поддерживают только передачу данных и не могут быть использованы для голосовой связи. Как правило, это разного рода компьютерные платы для обеспечения беспроводного доступа к данным.

Следует заметить, что максимальная скорость передачи данных определяется, в первую очередь, количеством каналов, с которыми одновременно может работать абонентский терминал. Один канал обеспечивает передачу данных со скоростью до 13.4 кбит/с.

Французская фирма SAGEM стала одним из первых производителей, представивших GPRS-совместимые телефоны. Модель Sagem MC-850 , презентация которой прошла на Женевской выставке TELECOM-99, относится к классу В и имеет один канал для передачи данных и три - для приема, а чуть более современный Sagem MW-959 , вынесенный на суд общественности на CEBIT-2000, включает в себя уже четыре канала для входящего трафика (на передачу остался по-прежнему один канал, также не изменился класс устройства). Таким образом, максимальная скорость приема данных с помощью телефона Sagem MW-959 составляет 53.6 кбит/с, а передачи - 13.4 кбит/с.

Заключение.

В нынешнем 2001 году ожидается лавинообразное, если так можно выразиться, внедрение GPRS по всему миру. На момент подготовки этого материала система пакетной передачи данных была введена в коммерческую эксплуатацию лишь в нескольких сетях (например, английской BT Cellnet, немецкой T-D1, турецкой TelSim), однако внедрение и испытания новой системы проводят практически все операторы GSM. Не стали исключением и участники московского сотового рынка - БиЛайн наращивает свою сеть с помощью компании Nokia (в Сокольниках организована опытная GPRS-зона под управлением одного контроллера BSC), а МТС строит GPRS вместе с американским гигантом Motorola. Кстати, Motorola является единственным производителем, предлагающим все необходимое для GPRS оборудование, начиная с абонентских терминалов (по предварительной информации, первым GPRS-телефоном Motorola станет модель Timeport P7389i) и кончая сетевыми устройствами. По плану, опытно-коммерческая эксплуатация системы пакетной передачи данных в сети МТС должна была начаться в декабре 2000 года, но 15 декабря произошел небольшой конфуз - как заявила сама компания: "в связи с запуском в опытную эксплуатацию сети GPRS на нескольких контроллерах МТС <…> 15 декабря 2000 года в 16.25 произошел сбой программного обеспечения на контроллерах, находящихся на участке опытной сети GPRS. В результате, в это время возникло ограничение доступа к сети у части абонентов МТС" (полный текст пресс-релиза, посвященного сбою, можно найти тут). Будем надеяться, что случившаяся неприятность не изменит планов Мобильных ТелеСистем по вводу в строй новой системы.

Следующим шагом от GSM к сетям третьего поколения UMTS (Universal Mobile Telephone System) является технология EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution - в вольном переводе "передача данных на повышенной скорости"), позволяющая осуществлять перекачку информации на скоростях до 384 кбит/с в восьми GSM-каналах (48кбит/с на канал). Для внедрения EDGE "поверх GPRS" операторам необходимо будет заменить аппаратуру базовых станций BTS, а пользователям - приобрести поддерживающие EDGE телефонные аппараты. Хотя на настоящий момент мне лично сложно представить, что должен делать абонент сотовой сети GSM, чтобы ему не хватило скорости в 170 кбит/с, предлагаемой GPRS. Но в наше время бурно развивающихся цифровых технологий прогнозы - дело не благодарное…

Читайте также: