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General Packet RadioSystem - GPRS
André-Luc BEYLOTENSEEIHT
Département Télécommunications et Réseaux
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PLAN GENERALn Introduction
n Architecture Protocolaire et Interfaces
n Gestion de l ’itinérance et de sessions
n Echange de données utilisateur
n Conclusion
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GPRSn Constat :
u GSM permet le transfert de données en mode circuitu débit faible et ressources mal utilisées
n Objectifs :u offrir un service de transfert de données en mode paquetu support pour des trafics sporadiquesu utilisation efficace des ressources radio (allocation
dynamique)u accès temps rapide (0.5 à 1 sec)u connectivité INTERNET (et X.25)u coexistence avec GSM (parole)
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GPRS - Architecture Généralen Architecture Générale du GSM conservée :
u BTS + BSCu HLR, SMS
n Deux nœuds supplémentaires par rapport au GSMu SGSN : Serving GPRS Support Node
F connexion avec la station de base, semblable au MSCu GGSN : Gateway GPRS Support Node
F connexion avec les réseaux de type paquet : Internet ou X.25u Encapsulation des paquets avec le protocole GPRS (tunneling)u Sécurité : assurée par le SGSN, comme dans GSM
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GPRS - Principales Interfaces
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GPRS - Description Générale
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GPRS - ArchitectureProtocolaire - Plan U
SNDCP : Subnetwork Dependent Convergence ProtocolGTP : GPRS Tunnelling Protocol
BSSGP : Base Station System GPRS ProtocolRLC : Radio Link Control
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GPRS - ArchitectureProtocolaire - Plan C
PHY
MAC
RLC
GMM/SM
LLC
Air
MAC
PHY
Gb
L1bis
FR
BSSGPRLC
L1bis
FR
BSSGP
GMM/SM
LLC
MS BSS SGSN
L1
L2
IP
GTP
UDP
Gn Gb
MTP1
MTP2
MTP3
GGSN Passerelle IP/SS7 HLR
L1
L2
IP
GTP
UDP SCCP
TCAPMAP
MTP1
MTP2
MTP3
SCCP
TCAP
MAP
MTP1
MTP2
MTP3
BSSAP+
SCCP
SGSN MSC/VLR
Gs
MTP1
MTP2
MTP3
BSSAP+
SCCP
SGSN HLRGr
MTP1
MTP2
MTP3
SCCP
TCAP
MAP
MTP1
MTP2
MTP3
SCCP
TCAP
MAP
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Enregistrement et contexte PDPn Procédures d’enregistrement + gestion mobilité~ GSM
n Contexte PDP (Packet Data Protocol)u Type de réseau utilisé (X.25, IP)u Adresse du terminal (@IP, X.121)u @IP du SGSN courantu NSAPI utilisé (point d ’accès au service réseau utilisé entre
SNDPC et Couche réseau)u Qualité de Service requise
n Géré au niveau du SGSN et utilisé par le GGSN
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GPRS : gestion de la mobilité
IDLE
READY
STANDBY
MS
GPRS AttachGPRS Detach
STANDBY timerexpiry
READY timer Expiryor Force to STANDBY
PDU transmission
u IDLE = reposu READY = prêt à transmettre, mobile
repéré à la cellule prèsu STANDBY = surveillance, repéré à la
zone de routage près - nécessité defaire un paging
u Permet d ’éviter trop de sig pour lalocalisation de l ’utilisateur
u Zone de Routage de taille inférieure àla zone de localisation GSM
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GPRS : Attach Function
MS BSS New SGSN Old SGSN GGSN EIR New MSC/VLR
Old MSC/VLRHLR
Attach requestIdentification requestIdentification response
Identity request
Identity response
Authentication
IMEI Check
Update LocationCancel LocationCancel Location Ack
Insert Subscriber Data
Insert Subscriber Data AckUpdate Location Ack
Location Updating Request
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GPRS : Attach Function
MS BSS New SGSN Old SGSN GGSN EIR New MSC/VLR
Old MSC/VLRHLR
Update Location
Cancel Location
Cancel Location Ack
Insert Subscriber Data
Insert Subscriber Data Ack
Update Location Ack
Location Updating AcceptAttach Accept
Attach Complete
TMSI Reallocation Complete
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Terminaux GPRS
Type A: Peuvent supporter le mode et le mode circuitsimultanément.
Type B: Peuvent supporter les modes paquets et circuitsmais pas simultanément mais peuvent être enregistréspour les deux : i.e. adresse IP et numéro de téléphone.
Type C: Ne peuvent être enregistrés à un momentdonné qu’en mode paquet ou en mode circuit
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Echange de données utilisateurEn-tête Données
NSAPI
En-tête Données
Compression
En-tête En-têteSegmentation
SAPI (QoS)
Couche Réseau
Couche SNDCP
SAPI = 1 ou 7
Plan de Transmission GMM,SM
Couche LLC En-têteCRC
Couche RLC/MAC En-têteCRC
En-têteCRC
En-têteCRC
Trame LLC suivante
Couche Physique Codage CanalCS-1 à 4
Jusqu’à 1520 o
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Protocole SNDCP
n Multiplexage de PDUs venant de plusieurs réseaux depaquets sur une LLC
n Compression (en-tête et données)n Peut utiliser l ’entité LLC selon plusieurs modes
u Connecté avec acquittement (pas de numérotation)u Sans connexion ni acquittement (SNDCP-PDU numérotées)
n Pas de Mécanismes de reprise sur erreurn En-tête contient
u NSAPIu bit Moreu type d ’algo de compression utilisé
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Protocole LLCn Inspiré d ’HDLCn 3 types de fonctionnement
u sans acquittements avec FCS sur l’ensemble de la trameF Utilisé pour la signalisation et les SMS
u sans acquittements avec protection de l’en-tête seuleu avec acquittements
F trames RR, RNR, ACK, SACKF piggybacking
n SABM, UA, UI, I+’S’ (‘S’= RR, RNR, ACK ou SACK)n @ =SAPI :
u 1 = GMM ; 7 = SMS ; 3,5,9,11 : données utilisateursn Trames peuvent être chiffrées
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Acheminement vers l’utilisateur
BGBG
GGSN
@MS
tunnel
GGSN
SGSN
@MS@
SGSNEntête
IMSINSAPI
GTPTCP/UDP
IP
tunnel
SGSNRéseau inter-opérateur
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Acheminement depuisl’utilisateur
BGBG
GGSN
tunnel
GGSN
SGSN
@CN@
GGSNEntête
IMSINSAPI
GTPTCP/UDP
IP
tunnel
SGSNRéseau inter-opérateur
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Interface Air :Canaux physiques et logiques
n Canal Physique GPRS : Packet Data Channel (PDCH)n Partagé entre plusieurs utilisateursn Multitrame GPRS = 52 trames TDMA (240ms)
T: PTCCH (Packet Timing Control Channel), i: idle
n 1 PDCH peut supporter plusieursu PDTCH : données, PACCH : Acquittement + contrôle de
puissance, PTCCH : avance en tempsu maître/esclave
n Infos systèmes : on peut utiliser les canaux GSM (BCCH,PCH, RACH, AGCH
n ou canaux GPRS spécifiques : (P-*CH)
Bloc 0 Bloc 1 Bloc 2 Bloc 3 Bloc 4 Bloc 5 Bloc 6 Bloc 7 Bloc 8 Bloc 9 Bloc 10 Bloc 11T Ti i
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Codage - couche physique
USF : Uplink State Flag(voie descendante)T : block type indicatorPC : Power Control
4 niveaux de codage : CS-1 : 9,05 kb/s, CS-2 : 13,4 kb/s1 bloc de données => 4 bursts
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Couches RLC/MAC
n Flux de données (TBF = Temporary Block Flow) : succession deLLC PDUs à envoyer
n Flux existe tant qu ’il y a des données en mémoire à transmettren identifié par un TFI (Temporary Flow Identifier)n caractérise un sens de la transmissionn correspond à des données ou de la signalisation
Packet Channel Request
PRACH
Packet Channel Assignement (TFI, TA, n°PDCH, n°USF)
PAGCH
Packet Resource Request (TFI, TLLI, mesures radios)
PACCH
Packet Uplink Assignement (TFI, TLLI, TA, n°PDCH, n°USF)
PACCH
PAGCH
Packet Downlink Assignement (TLLI,TFI, TA, n°PDCH, n°USF)
Attente 1 bloc
} à la demande du SGSN où de l ’utilisateurpermet de préciser le débit demandé et le nombre de blocs à envoyer,
Eventuellement précédé d’1 paging
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Couche RLC
n Segmentation/Réassemblage des Trames LLC en blocs radion Supervision de la transmission mobile/BSS
u transmission avec ou sans acquittementn Blocs RLC
u Données ou contrôleF MAC = allocation de ressource, RLC = acquittements
u Numérotésu TFIu Longueur (en particulier pour la concaténation)
n Packet Downlink/Uplink Ack/Nack, blocs transmis sur PACCHn Contrôle de Flux et d ’Erreur par mécanisme de retransmission
sélective (assez sophistiqué)
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Couche MAC
n Distinction voie montante/voie descendanten Voie descendante : géré au niveau du BSC
u émission : pas de problème seul le BSC émet et indique ledestinataire dans chaque bloc
u acquittement/contrôle : mécanisme d ’interrogationF en-tête MAC du bloc contient :
• 1 bit pour indiquer que le BSC suggère une réponse• le numéro du bloc correspondant
F utilisation laissé à l ’appréciation du terminal : ack, mesures,demandes de ressources
F peut être répété : tolérant aux erreurs
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Couche MACVoie Montante
n Voie montante : Partage statique ou dynamiquen PARTAGE STATIQUE
u à l ’établissement du flux, le BSS donne les n° de blocs alloués- valable pour les TBF fermés (nbr de blocs connus a priori)
u allocation par mécanisme de requête pour les TBF ouvertsn PARTAGE DYNAMIQUE
u Utilisation de l ’indicateur USF contenu dans l ’en-tête MACu Donne le ‘ numéro ’ du mobile ayant le droit de parole dans le
prochain bloc montantu Accès aléatoire par canal RACH ou PRACHu Pour indiquer que le prochain bloc montant (4 bursts) peuvent
être utilisés en accès aléatoire (PRACH), USF=7 dans le blocprécédent
u USF=0, conservé pour polling d ’un mobile (retransmission)
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Exemple d’échange
Data block (TFI, BSN=1)
Data block (TFI, BSN=2, Polling, 3)
Data block (TFI, BSN=3, Polling, 2)
PDTCH
PDTCH
PDTCH
Data block (TFI, BSN=4, Fin bloc=oui, Polling, 1)PDTCH
Packet Downlink Ack/Nack (TFI, mesures)PACCH
Data block (TFI, BSN=1, Polling, 2)PDTCH
Data block (TFI, BSN=4, Fin bloc=oui, Polling, 1)PDTCH
Packet Downlink Ack/Nack (TFI, mesures, acq final = oui)PACCH
Libération TFIRetour balise
Réallocation possible TFI
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Exemple d’échange
Data block (TFI, BSN=1, reste 3)
Data block (TFI, BSN=2, reste 2)
Data block (TFI, BSN=3, reste 1)
PDTCH
PDTCH
PDTCH
Data block (TFI, BSN=4, reste 0)PDTCH
Packet Uplink Ack/Nack (Polling)(TFI)PACCH
Data block (TFI, BSN=2, reste 0)PDTCH
Packet uplink Ack/Nack (Polling, acq final = oui) TFIPACCH
Retour balise
Réallocation possible TFI
Packet control ack (TLLI)PACCH
Libération TFI
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GPRS : gestion de la mobilité
n Etat « IDLE »n Etat « STANDBY »
u attachement à GPRS mobilityF entre MS et SGSNF le SGSN fait un paging et on passe à l’état READY
u on peut exécuter un Detach GPRSn Etat « READY »
u identificateur de la cellule dans l’entête BSSGPu on reste dans cet état en cas d’échange ou de non échange d’informationsu timer
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Terminaux Multislots
n Pour augmenter les débits : émission/réception surplusieurs slots de la trame TDMA
n Plusieurs types de terminaux selon :u Full Duplex/Half Duplexu Temps pour commuter entre émission/réception/mesures
n Canaux Multislotsu plusieurs canaux physiques et donc plusieurs USFu 1 seul PACCH, avance en temps aussiu Attention au saut de fréquence (cohérence)
n Seuls CS-1 et CS-2 sont utilisésn Mobiles les plus performants = 4 slots en réceptionn Débits annoncés ne tiennent pas compte des surcharges
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