The NonAccess Stratum (NAS) is a protocol that is used between the UE and the MME to establish services and to do mobility operations. It is defined in 24.301. It is similar in concept, but very different in implementation, from the NAS protocol used in UMTS/GSM/ GPRS/EDGE. For 2G/3G the NAS protocol is defined in 24.008. Location Update Procedure. In order to make a mobile terminated call, The GSM network should know the Hi All, As Prepaid Call Flow with MNP is already posted, but GPRS (General Packet Radio Service) is a packet based communication service for mobile devices that allows data to be sent an.
The GPRS core network is the central part of the general packet radio service (GPRS) which allows 2G, 3G and WCDMAmobile networks to transmit IP packets to external networks such as the Internet. The GPRS system is an integrated part of the GSMnetwork switching subsystem.
The network provides mobility management, session management and transport for Internet Protocol packet services in GSM and WCDMA networks. The core network also provides support for other additional functions such as billing and lawful interception. It was also proposed, at one stage, to support packet radio services in the US D-AMPS TDMA system, however, in practice, all of these networks have been converted to GSM so this option has become irrelevant.
PRS module is an open standards driven system. The standardization body is the 3GPP.
- 2GPRS support nodes (GSN)
- 2.2Serving GPRS support node (SGSN)
- 5Reference points and interfaces
GPRS tunnelling protocol (GTP)[edit]
GPRS Tunnelling Protocol is the defining IP-based protocol of the GPRS core network. Primarily it is the protocol which allows end users of a GSM or WCDMA network to move from place to place while continuing to connect to the Internet as if from one location at the Gateway GPRS support node (GGSN). It does this by carrying the subscriber's data from the subscriber's current serving GPRS support node (SGSN) to the GGSN which is handling the subscriber's session. Three forms of GTP are used by the GPRS core network.
- setup and deletion of PDP contexts
- verification of GSN reachability
- updates; e.g., as subscribers move from one SGSN to another.
GPRS support nodes (GSN)[edit]
A GSN is a network node which supports the use of GPRS in the GSM core network. All GSNs should have a Gn interface and support the GPRS tunneling protocol. There are two key variants of the GSN, namely Gateway and Serving GPRS support node.
Gateway GPRS support node (GGSN)[edit]
The gateway GPRS support node (GGSN) is a main component of the GPRS network. The GGSN is responsible for the internetworking between the GPRS network and external packet switched networks, such as the Internet or an X.25 network.
From an external network's point of view, the GGSN is a router to a 'sub-network', because the GGSN ‘hides’ the GPRS infrastructure from the external network. When the GGSN receives data addressed to a specific user, it checks if the user is active. If it is, the GGSN forwards the data to the SGSN serving the mobile user, but if the mobile user is inactive, the data is discarded. In the other direction, mobile-originated packets are routed to the right network by the GGSN.
The GGSN is the anchor point that enables the mobility of the user terminal in the GPRS/UMTS networks. In essence, it carries out the role in GPRS equivalent to the home agent in Mobile IP. It maintains routing necessary to tunnel the protocol data units (PDUs) to the SGSN that services a particular mobile station (MS).
The GGSN converts the GPRS packets coming from the SGSN into the appropriate packet data protocol (PDP) format (e.g., IP or X.25) and sends them out on the corresponding packet data network. In the other direction, PDP addresses of incoming data packets are converted to the GSM address of the destination user. The readdressed packets are sent to the responsible SGSN. For this purpose, the GGSN stores the current SGSN address of the user and his or her profile in its location register. The GGSN is responsible for IP address assignment and is the default router for the connected user equipment (UE). The GGSN also performs authentication and charging functions.
Other functions include subscriber screening, IP pool management and address mapping, QoS and PDP context enforcement.
With LTE scenario the GGSN functionality moves to SAE gateway (with SGSN functionality working in MME).
Serving GPRS support node (SGSN)[edit]
The Serving GPRS Support Node (SGSN) is the node that is serving the MS/UE. The SGSN supports GPRS and/or UMTS.[1] The SGSN keeps track of the location of an individual MS/UE and performs security functions and access control. The SGSN is connected to the GERAN base station system through the Gb or Iu interface and/or to the UTRAN through the Iu interface.[2]A SGSN is responsible for the delivery of data packets from and to the mobile stations within its geographical service area. Its tasks include packet routing and transfer, mobility management (attach/detach and location management), logical link management, and authentication and charging functions. The location register of the SGSN stores location information (e.g., current cell, current VLR) and user profiles (e.g., IMSI, address(es) used in the packet data network) of all GPRS users registered with it.
Common SGSN functions[edit]
- Detunnel GTP packets from the GGSN (downlink)
- Tunnel IP packets toward the GGSN (uplink)
- Carry out mobility management when a standby mode mobile moves from one routing area to another routing area
- Billing a user according to data used.
- Mobile Equipment Identity Check Procedure (Gf/S13' interfaces).
- The SMS GMSCs and SMS IWMSCs support SMS transmission via the SGSN.[3]
- The Offline Charging System (OFCS) collects charging records from SGSNs.[2]
- The SGSN contains mechanisms for avoiding and handling overload situations. [4]
- The SGSN communicate with other SGSN(s) and/or MME(s) (Mobility Management Entity) (Gn/S16/S3 interfaces)
GSM/EDGE specific SGSN functions[edit]
Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) specific SGSN functions and characteristics are:
- Maximum data rate of approx. 60 kbit/s (150 kbit/s for EDGE) per subscriber
- Connect via frame relay or IP to the packet control unit using the Gb protocol stack
- Accept uplink data to form IP packets
- Encrypt down-link data, decrypt up-link data
- Carry out mobility management to the level of a cell for connected mode mobiles
WCDMA specific SGSN functions[edit]
- Carry up to about 42 Mbit/s traffic downlink and 5.8 Mbit/s traffic uplink (HSPA+)
- Tunnel/detunnel downlink/uplink packets toward the radio network controller (RNC)
Access point[edit]
An access point is:
- An IP network to which a mobile set can be connected
- A set of settings which are used for that connection
- A particular option in a set of settings in a mobile phone
When a GPRS mobile phone sets up a PDP context, the access pointis selected. At this point an Access Point Name (APN) isdetermined
- Example: aricenttechnologies.mnc012.mcc345.gprs
- Example: geocell
- Example: internet
- Example: hcl.cisco.ggsn
This access point is then used in a DNS query to a private DNSnetwork. This process (called APN resolution) finally gives the IPaddress of the GGSN which should serve the access point. At thispoint a PDP context can be activated.
PDP context[edit]
The packet data protocol (PDP; e.g., IP, X.25, FrameRelay) context is a data structure present on both the serving GPRS support node (SGSN) and the gateway GPRS support node (GGSN) which contains the subscriber's session information when the subscriber has an active session.When a mobile wants to use GPRS, it must first attach and then activate a PDP context.This allocates a PDP context data structure in the SGSN that the subscriber is currently visiting and the GGSN serving the subscriber's access point. The data recorded includes
- Subscriber's IP address
- Subscriber's IMSI
- Subscriber's Tunnel Endpoint ID (TEID) at the GGSN
- Subscriber's Tunnel Endpoint ID (TEID) at the SGSN
Reference points and interfaces[edit]
Within the GPRS core network standards there are a number of interfaces and reference points (logical points of connection which probably share a common physical connection with other reference points). Some of these names can be seen in the network structure diagram on this page.
Interfaces in the GPRS network[edit]
- Ga
- The interface serves the CDRs (accounting-records) which are written in the GSN and sent to the charging gateway (CG). This interface uses a GTP-based protocol, with modifications that supports CDRs (Called GTP' and GTP prime).
- Gb
- Interface between the base station subsystem and the SGSN the transmission protocol could be Frame Relay or IP.
- Iu
- Interface between the Radio Network Controller and the SGSN. The interface exchanges signaling and payload.
- Gc
- Interface between the GGSN and HLR so that the GGSN can get the location details of a mobile station. To avoid implementing MAP/SS7 in the GGSN, this interface is optional. When not present, the GGSN routes inquires to the HLR via an SGSN.
- Gd
- Interface between the SGSN and the SMS Gateway. Can use MAP1, MAP2 or MAP3.
- Ge
- The interface between the SGSN and the service control point (SCP); uses the CAP protocol.
- Gf
- The interface between the SGSN and the Equipment Identity Register (EIR), used for checking the mobile's equipment identity number (IMEI) against a list of reported stolen mobile phones.
- Gi
- IP based interface between the GGSN and a public data network (PDN) either directly to the Internet or through a WAP gateway.
- Gmb
- The interface between the GGSN and the Broadcast-Multicast Service Center (BM-SC), used for controlling MBMS bearers.
- Gn
- IP based interface between SGSN and other SGSNs and (internal) GGSNs. DNS also shares this interface. Uses the GTP Protocol.
- Gp
- IP based interface between internal SGSN and external GGSNs. Between the SGSN and the external GGSN, there is the border gateway (which is essentially a firewall). Also uses the GTP Protocol.
- Gr
- Interface between the SGSN and the HLR. Messages going through this interface uses the MAP3 protocol.
- Gs
- Interface between the SGSN and the MSC (VLR). Uses the BSSAP+ protocol. This interface allows paging and station availability when it performs data transfer. When the station is attached to the GPRS network, the SGSN keeps track of which routing area (RA) the station is attached to. An RA is a part of a larger location area (LA). When a station is paged this information is used to conserve network resources. When the station performs a PDP context, the SGSN has the exact BTS the station is using.
- Gx
- The on-line policy interface between the GGSN and the charging rules function (CRF). It is used for provisioning service data flow based on charging rules. Uses the diameter protocol.
- Gy
- The on-line charging interface between the GGSN and the online charging system (OCS). Uses the diameter protocol (DCCA application).
- Gz
- The off-line (CDR-based) charging interface between the GGSN and the Charging system Uses GTP'.
- Lg
- The interface between the SGSN and the Gateway Mobile Location Center (GMLC), used for location-based services.
- S3
- This interface is defined between the SGSN and the MME and it is used to exchange user and bearer information in inter-system mobility procedures. This interface is implemented using eGTP-C.
- S4
- This interface is defined between the SGSN and the SGW (Serving Gateway). The term 'S4-SGSN' refers to a Release-8 SGSN that has at least one set of S4/S3/S16 interfaces enabled.[5]
- S6d
- The interface between SGSN and Home Subscriber Server (HSS). It is a Diameter based interface which is used for transferring subscription and authentication data of the user to HSS for authenticating and authorizing user access.
- S13'
- This interface is defined between the SGSN and the EIR (Equipment Identity Register). The S13' interface applies only to the S4-based SGSN.[6] The interface is based on Diameter protocol.
- S16
- This interface is defined between two SGSNs and exclusively uses GTPv2-C.[7]
See also[edit]
- Base station subsystem
References[edit]
- ^3G TS 23.060 version 3.1.0, p.23
- ^ ab3GPP TS 23.060 V14.3.0 (2017-03), p.23
- ^3GPP TS 23.060 V14.3.0 (2017-03), p.24
- ^3GPP TS 23.060 V14.3.0 (2017-03), p.35
- ^3GPP TS 29.303 version 10.1.0 Release 10, p.7
- ^SAE and the Evolved Packet Core: Driving the Mobile Broadband Revolution, p. 365
- ^SAE and the Evolved Packet Core: Driving the Mobile Broadband Revolution, p. 237-238
External links[edit]
Main Reference[edit]
Retrieved from 'https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=GPRS_core_network&oldid=900379124'
Продолжаем наше знакомство с пакетной передачей в сетях мобильных операторов, которое мы с Вами начали в первой части о GPRS/EDGE технологиях. В этой статье речь пойдет о процессе аутентификации и авторизации, т.н. процедуре GPRS Attach, а также активирование услуги, запрошенной абонентом — поднятие PDP Context'а. Посмотрим какие данные хранятся на стороне SGSN'а, а какие на стороне абонента.Ну, что ж поехали…
GPRS Attach
Я упущу некоторые процессы, непосредственно предшествующие и сопровождающие процедуру GPRS Attach, а конкретнее:
- выделение радиоресурсов
- обмен служебной информацией по логическим каналам между базовой станцией и терминалом абонента
- установление канала передачи данных
- изменение состояния терминала
Если кого-то заинтересуют подробности, прошу задавать вопросы. Начнем мы сразу с процедуры GPRS Attach, позволяющей идентифицировать абонента, определить какие сервисы доступны абоненту, проверить легальность использования мобильного терминала абонента в сети оператора (процедура IMEI Check — опциональна) и собственно, предоставить абоненту возможность активировать услугу, которую он запрашивает.
Процесс аутентификации и авторизации, т.н. процедура GPRS Attach, изображен на схеме ниже (картинка кликабельна).
- Attach Request
Процедура GPRS Attach начинается с запроса абонента со своего мобильного терминала, GPRS/EDGE сервиса (либо когда абонент выбирает на аппарате постоянное подключение к пакетной сети: Меню -> Настройки -> Подключение устройств -> Пакетные данные -> Пакетное подключение -> По требованию/Постоянный доступ), т.е. открытие мобильного браузера/проверка почты/попытка отправить MMS/etc., что в свою очередь инициирует отправку запроса Attach Request, если абонент был до этого еще не подключен к пакетной сети оператора. В случае если абонент собирается подключиться к сети впервые, то в запросе будут присутствовать следующие основные данные:- Attach type: GPRS Attach (подписка только на пакетную передачу данных), IMSI attach (подписка только на голосовые услуги, если абонент регистрируется для совершения/принятия голосовых услуг), Combined Attach (комбинированная подписка = голос + пакетные данные)
- P-TMSI (замена IMSI, в случае если абонент уже «известен» SGSN'у)
- RAI = MCC + MNC + LAC + RAC, т.е. координаты абонента в пределах подсети базовых станций
RAI — Routing Are Identity
MCC — Mobile Country Code (международный код страны)
MNC — Mobile Network Code (международный код оператора в пределах страны)
LAC — Location Area Code (совокупность базовых станций, объединенных одним кодом)
RAC — Routing Area Code (зона, меньшая, либо равная LAC) - MS network capability — возможности терминала абонента в плане передачи данных
- MS radio access capability — возможности терминала абонента в плане радиопередачи
- Identification Request
Если абонент находился до этого в зоне обслуживания другого SGSN'а, то при переходе к обслуживанию в новый SGSN, абоненту нет необходимости заново предоставлять всю информацию для своей идентификации, т.к. она будет запрошена с предыдущего элемента. В случае если абонента в это время пользовался услугами GPRS/EDGE, т.е. у него был открыт PDP Context, новый SGSN «заберет» абонента вместе с его сессией, без прерывания предоставления сервиса. - Identity Request(Req)/Response(Res)
Эта процедура проводиться, для новых абонентов, либо для абонентов, данные о которых не были переданы (либо переданы не корректно) со старого SGSN'а, тогда SGSN запрашивает заново все данные от абонента, которые мы рассмотрели в процедуре Attach Request (вместо P-TMSI [Packet-TMSI], TMSI [Temporary Mobile Station Identity] обязательно запрашивается IMSI [International Mobile Subscriber Identity]). - Send Authentication Info Req/Res
В процессе этой процедуры, SGSN на основании IMSI абонента, производит запрос в HLR/AuC, который представляет собой базу данных об абонентах сети оператора. На стороне HLR/AuC, IMSI абонента соответствует определенная контрольная сумма/секретное число — Ki, также на стороне HLR/AuC есть рандомный генератор, который формирует случайное число для нашего запроса. Затем формируется, т.н. триплет [TRIPLETS = RAND + SRES (Signed Response) + Kс] данных, который состоит из:- RAND — случайное число
- SRES — результат, «прогонки» случайного числа RAND через алгоритм А3
- Kс — результат, «прогонки» числа Ki через алгоритм А5
- Authentication and Cyphering Req/Res
Значения полученные от HLR/AuC сохраняются на стороне SGSN'a, а к мобильному терминалу абонента передается значение числа RAND, на основании которого на стороне абонента «рассчитываются» значения — SRES и Kс, т.к. в SIM карте абонента «зашиты» алгоритмы шифрования А3/А5, а также секретное число Ki. - Identity Check Request(Req)/Response(Res)
Эта процедура является опциональной и позволяет проверить легальность использования терминала абонента в сети оператора, т.е. производиться запрос IMEI кода терминала и его сравнение с базами Белых, Серых и Черных списков. Если абонент окажется в Черном списке, то ему уже на этом этапе будет отказано в обслуживании, но это все в теории. На практике выходит все наоборот, т.к. реально блокировка по черному списку все еще не работает (говорю за территорию Украины). - Check IMEI Req/Res
Проверка IMEI на EIR, собственно на основании которой будет принято решение о легитимности использования терминала абонента в сети оператора. - Location Update Procedures Req/Res
В процессе GPRS Attach процедуры происходит обновление информации о местоположении абонента, т.е. SGSN обновляет информацию в HLR, а затем HLR обновляет данные в MSC/VLR.
Если абонент совершает Combined Attach, то SGSN обновляет информацию об абоненте и в MSC/VLR - Attach Accept
После успешного выполнения всех вышеуказанных операций, SGSN сообщает абоненту, что GPRS Attach принят и абонент теперь может воспользоваться услугами пакетной передачи данных в сети оператора. - TMSI Realocation Complete
Окончательным этапов является обновление/уведомление MSC/VLR о новом значении TMSI, назначенного абоненту.
Вот собственно так происходит аутентификация и авторизация абонента, для предоставления передачи пакетных данных в сети оператора. После этой процедуры на терминале абонента появится буковка «G» (или «Е» :), сообщающая об успешном завершении подключения к пакетной сети, но это еще не позволит абоненту воспользоваться какой-либо услугой* в пакетной сети, т.к. необходимо еще активировать PDP Context по запрашиваемой услуге.
* — после успешной процедуры GPRS Attach, абоненту доступна только отправка коротких сообщений через сеть GPRS/EDGE, т.н. SMS over GPRS.
PDP Context Activation
После успешного прохождения процедуры GPRS Attach, пользователь может активировать PDP Context, что позволит ему воспользоваться услугами пакетной передачи данных.
Сама процедура активации контекста, чем-то напоминает процедуру активации коммуникации при Dial-Up соединении. Давайте посмотрим на эти две процедуры в сравнении.
Упрощенно, процедуру активации линка Dial-Up можно представить в качестве схемы:
Теперь давайте посмотрим на принципиальную схему активации PDP Context'a:
Как видим, похожесть между двумя этими процедурами, состоит в применении одинаковых протоколов, довольны похожи сами этапы и процедуры, которые используются на этапах установления соединения, а также схожи ключевые узлы, участвующие в процессе установления коммуникации.
Определив ключевые моменты, при активации PDP Context'a, рассмотрим полную процедуру и определим, какие же данные передаются во время этой процедуры.
Схема активации PDP Context'a представлена на рисунке ниже:
- Activate PDP Context Request
В этом запросе передается довольно много различных данных, нас же больше будут интересовать следующие:- QoS requested — запрашиваемый профиль обслуживания абонента, качественные характеристики соединения, если же это поле будет пустым, то решение о назначенном профиле примет SGSN
- PDP type — определяет, какой тип протокола будет использован терминалом, для определенного сервиса IP/X.25/etc.
- Address — тип адреса, выдаваемый абоненту для коммуникации в сети [IPv4, IPv6, auto]
- APN* [Access Point Name] — имя точки доступа, определяющие адрес GGSN'а, который будет обслуживать сессию пользователя.
* — более детально про выбор и использование APN в процессе активации контекста, можно прочитать в статье: «Не важно кто ты… важно какая у тебя APN»
- DNS Query/Response
Получив от абонента в запросе конкретную APN, SGSN сформирует полный адрес, добавив к APN, т.н. GOI [GGSN Operator Identifier], полный адрес будет иметь примерно такой вид:
internet.mnc009.mcc255.gprs, где
internet — APN, прописанная в терминале абонента,
mnc009.mcc255.gprs — GOI некоторого виртуального оператора (Украина).
Затем, формируется запрос к локальному DNS серверу оператора, результатом которого будет IP адрес(а) GGSN'ов, которые предоставляют пользователю запрашиваемую услугу.
В случае если локальный DNS сервер не может «распознать» полный адрес (допустим, для роумингового абонента), то запрос перенаправляется в DNS серверу высшего уровня (здесь, все очень похоже на структуру IP сетей). - Create PDP Context Req/Res
Все собранные данные от авторизированного пользователя, включая запросы на выдачу IP адреса, IMSI, MSISDN, APN (в случае доступа к внутренней сети, например) передаются специальным запросов [Create PDP Context Request] на GGSN. По этому событию открывается биллинговая запись на сессию абонента. - Activate PDP Context Accept
В ответном сообщении, которое направляется терминалу абонента содержится все необходимая информация для завершения активации PDP Context'a. Этим сообщением пользователю назначается определенный IP адрес в сети оператора, согласовываются профили обслуживания, а также начинается предоставление запрошенной услуги.
После успешной процедуры активации PDP Context'a, на терминале пользователя буковка «G» (или «Е» :), обводиться квадратом и символизирует об использовании пакетной передачи данных.
Information stored before/after GPRS Attach
Давайте разберемся, какие данные хранятся на стороне абонента, а какие на стороне SGSN'а до и после процесса аутентификации и авторизации в пакетной сети оператора.
Сводная таблица представлена ниже:
MS | SGSN | HLR | |
Before GPRS Attach | IMSI MSISDN RAI Ki QoS profile | IMSI MSISDN Ki QoS profile | |
After GPRS Attach | PMM State P-TMSI | PMM State P-TMSI MSISDN RAI Kc QoS profile | SGSN address |
Небольшой помощник:
APN — Access Point Name
CHAP — Challenge Handshake Authentication Protocol
EIR — Equipment Identity Register
GGSN — Gateway GPRS Support Node
GOI – GGSN Operator Identifier
GPRS — General Packet Radio Service
HLR — Home Location Register
HPLMN — Home PLMN
IMSI – International Mobile Subscriber Identity
IPCP – Internet Protocol Control Protocol
MS – Mobile Station
MSC – Mobile Switching Centre
MSISDN – Mobile Station Integrated Services Digital Number
PAP — Password Authentication Protocol
PDN — Packet Data Networks
PDP — Packet Data Protocol
PLMN — Public Land Mobile Network
PPP – Point-to-Point Protocol
RAS — Registration, Admission and Status
![Location Location](http://etutorials.org/shared/images/tutorials/tutorial_157/fig345_01.jpg)
SGSN — Serving GPRS Support Node
VLR — Visitors Location Register
VPLMN — Visitor PLMN
Ссылки по теме (en):