Introduction to GPRS

Contents 簡介 GPRS系統架構 GPRS介面 GPRS無線電介面協定 GPRS核心網路

1. 簡介 GPRS General Packet Radio Service 一般封包式無線電服務 GPRS標準 制訂於1994年 制訂單位ETSI/SMG (European Telecommunications Standards Institute / Special Mobile Group) 主要內容於1997年由SMG#25通過 完成於1999年

GPRS是一種分封數據交換(packet switch)協定 可加入現有GSM系統 可做為IS-136的加強版 可直接演進為3G核心網路的一部份 GPRS是一種分封數據交換(packet switch)協定 提供如WWW，需耗費許多時間閱讀，偶爾傳送大量數據的應用

GPRS靠自有的傳輸網路(transport network)提供封包傳送服務 點對點(point-to-point)服務 單點對多點(point-to-multipoint)服務 GPRS靠自有的傳輸網路(transport network)提供封包傳送服務

Circuit Switched vs. Packet Switched Nice picture Packet Switched

Circuit and Packet Support

1.1 GSM→GPRS的演進 GPRS使用現有的BS，做少數修改 無線電介面定義許多logic radio channel 傳送packet 控制訊號(signal)交換

設計GPRS協定時，盡可能讓channel的配置有彈性，以增加系統容量 以timeslot為基本傳送packet的單位，最多可將同一carrier的8個timeslots都分配給同一個MS 手機傳送封包的channel 以符合像web、file transfer之asymmetric flow的特性，分別分配uplink與downlink的channel 提供fast reservation，可在0.5到1 sec啟動資料傳輸

四種channel coding schemes (CS1、CS2、CS3、CS4) user data rate：9.05Kbps correction capability：highest max cell range：450m CS2 user data rate：13.4Kbps max cell range：390m

CS3 user data rate：15.6Kbps max cell range：350m CS4 user data rate：21.4Kbps max cell range：290m correction capability：none

編碼演算法：GPRS調整GSM編碼演算法以適合packet data的傳輸 GPRS系統方面 GPRS元件中由舊的GSM元件加以修改(software upgrade)而得 MS、BSS、MSC/VLR、HLR 例如：HLR會加上GPRS subscriber information

軟體部分 由遠端遙控方式下載到BTSs 硬體部分 在BSC加上PCU (Packet Control Unit) 增加GGSN和SGSN用以傳送封包資料

手機方面 主要挑戰：解決省電問題 GPRS手機為支援與資料相關的特性(e.g. multiple time-slot transmission)，比GSM手機耗電

TRAU：Transcoder and Rate Adaptation Unit

1.2 GPRS Implementation GPRS phase 1 implementation 標準封包傳送服務(point to point packet bearer service) 達成CS-1及CS-2通道編碼技術 建置下列介面 Gn (SGSN ↔ SGSN) Gb (SGSN ↔ BSS) Gp (SGSN ↔ GGSN (other PLMN)) Gs (SGSN ↔ MSC/VLR)

彈性的無線電資源配置 Class B與Class C手機的規範 Class A：上網時可同時接聽電話 can be connected to GPRS service and GSM service (voice, SMS), using both at the same time such devices are known to be available today Class B：上網時不可同時接聽電話 can be connected to GPRS service and GSM service (voice, SMS), but using only one or the other at a given time during GSM service (voice call or SMS), GPRS service is suspended, and then resumed automatically after the GSM service (voice call or SMS) has concluded most GPRS mobile devices are Class B

匿名存取(anonymous access) 安全性(security) Class C：只可上網不可接聽電話 are connected to either GPRS service or GSM service (voice, SMS) must be switched manually between one or the other service GPRS計費，如以封包計費及QoS計費 提供靜態及動態IP address配置 匿名存取(anonymous access) 安全性(security)

建立與外界封包資料網路的IP，X.25的介面 註：X.25從1970年開始發展，由國際電話暨電報諮詢委員會(CCITT)制訂，是發展最早也是最純熟的網路封包交換(packet switching)標準，是一種點對點通訊協定(Point-to-Point Protocol，PPP)，傳送資料前須先建立傳送路徑(path)，定義終端機使用者和數位通訊設備的交換通訊程序

GPRS phase 2 implementation 加強GPRS的QoS支援 無格式化位元組資料流(unstructured octet [八位元組] stream)的GPRS PDP (Packet Data Protocol) type 對ISP及Intranet的接取 GPRS預付機制(prepaid)

GPRS收費建議(Advice of Charge，AoC)機制 AoC service provides the mobile subscriber with an estimate of the call charges two types of AoC information provides the subscriber with an estimate of the bill used for immediate charging purposes (hot billing) 群體通話(point-to-multipoint services) 點對多點的multicast服務

2. GPRS系統架構

Logical Architecture：Interfaces 註：公 眾 行 動 電 話 網 路 (Pulbic Land Mobile Network, PLMN)

在此GPRS網路內，GSM定義一種新的邏輯網路節點 GPRS支援節點(GPRS Support Node，GSN) GSN依其負責的功能劃分 GPRS服務支援節點(Serving GPRS Support Node，SGSN) GSN閘道(Gateway GPRS Support Node，GGSN)

2.1 SGSN 連接基地台子系統(BSS) 將手機送出的數據資料，轉送到GGSN 再透過外界分封數據網路，送交與其通訊的終端主機(host) GGSN從外界收到的封包 會傳送到SGSN，再送達服務範圍內的各個手機

PDP context activation GPRS attach SGSN會為MS建立一個MM context (關於MS的mobility及security) PDP context activation SGSN會為每個session建立一個PDP context用於儲存轉送封包等資訊

2.2 GGSN GPRS系統對外界的窗口 提供與其它分封數據網路(Packet Data Network，PDN)的數據網路協定轉換邏輯介面

2.3 GPRS Backbone Network GGSN與SGSN形成GPRS backbone network 用來傳送資料的GPRS網路本身就是一個以IP為基礎的網路，作為傳送封包的骨幹網路

2.4 Tunneling 包裝(encapsulate) & 解包裝(decapsulate) 註：協定數據單元(PDU) 當協定數據單元(Protocol Data Unit，PDU)送達發送端的GSN (SGSN)時，須先做encapsulate，並在接收端的GSN (GGSN)中做解包裝(decapsulate)，就像建立一個隧道(tunneling) 註：協定數據單元(PDU) 為用戶端手機網路層應用程式(X.25或IP的應用程式)的封包資料

PDU的路由相關資訊儲存在GGSN中 GPRS用於傳送資料與路由方式的用戶資訊，存在HLR中

2.5 兩手機間通訊的路由範例 Case1：二個位在相同GPRS網路的手機 Case2：二個位在不同GPRS網路的手機 Case3：GPRS手機與PDN (Packet Data Network)上的PC

Case1：二個位在相同GPRS網路的手機 [步驟1] 在發送端手機(MS1)的SGSN1，先將手機所要傳送的PDU加以包裝，根據HLR中的資訊，找到目前負責MS2的SGSN2的位置 [步驟2] 建立隧道的流程，PDU在SGSN1包裝，傳送到SGSN2，進行解包裝的工作 [步驟3] 透過無線電傳輸，最後資料將到達MS2 而完成整個傳遞的過程

二個位在相同GPRS網路的手機

Case2：二個位在不同GPRS網路的手機 [步驟1] 在發送端手機MS1的GPRS服務支援節點SGSN1將手機所要傳送的PDU加以包裝，送到適當的GPRS支援節點閘道GGSN1 [步驟2] 在GGSN1解包裝後，根據封包的目的位置，透過一般的分封數據網路或網際網路(Internet)，轉送給接收端手機MS2所在的網路GPRS network2

[步驟3] 當經過網路的入口GPRS支援節點閘道GGSN2時，GGSN2可根據本身資料庫中的資訊，找到MS2所在的GPRS服務支援節點SGSN2的位置 [步驟4] 再經過一次建立隧道的流程，PDU在GGSN2包裝，傳送到SGSN2，進行解包裝的工作，透過無線電傳輸，最後資料將到達MS2而完成整個傳遞的過程

二個位在不同GPRS網路的手機

Case3：GPRS手機與PDN上的PC [步驟1] MS首先會做GPRS-attached，以開始啟動GPRS的服務，此後MS與SGSN建立起一個session

[步驟2] 此時若MS想要傳資料給某一external network的PC，或網路有資料要傳給手機，就須建立傳送資料的連結(PDP context activation) PDP：類似於啟動modem與dial up到ISP的動作 每個連結(PDP context)須一個IP address，MS可同時連到不同的網路 GPRS最多允許一個mobile device有14個PDP contexts同時存在

[步驟3] GGSN1向DHCP server要到一個IP address，透過SGSN1送給MS，建立起PDP context 註：DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

GPRS手機與PDN上的PC DHCH Server

2.6 APN (Access Point Name) APN可在GPRS網路上，用以描述MS要連上的外部網路 APN可將一個GPRS service，用簡單的name 表示出來 APN是個label，根據DNS命名原則，用於描述對外部資料網路的存取點(GGSN) 例如：電信業者會提供其GPRS使用者預設的APN，供使用者能順利連接上外部網路

在Internet上，DNS server會把domain name轉成IP address，在GPRS network上的DNS server，會將此APN轉成GGSN的IP address

在HLR和MS會儲存APN，HLR會檢查MS是否可以存取此APN HLR中可能會有APN*代表 default的APN或 user可存取任何的APN

透過APN存取GPRS Service的步驟 [步驟一] 使用者啟動一個service，MS會送request給SGSN [步驟二] SGSN比較HLR中的用戶資料，檢查此service是否有授權給該user [步驟三] SGSN向local GPRS DNS server查詢負責此APN的GGSN的IP address

[步驟四] 如果在local DNS找不到APN相對應的IP address case 1：user在自己的home network，此request會被拒絕 case 2：user在foreign network，SGSN會向MS的home network的DNS查詢 [步驟五] 當找到GGSN的IP address SGSN會藉助GTP (GPRS Tunneling Protocol)建立起與GGSN間的tunnel

2.7 MS IP Address Allocation 要建立起MS與external network間的連結(PDP context)，MS必須要有IP address GPRS有兩種分配MS IP address的方式 fixed addressing dynamic addressing

Fixed addressing 永遠分配給MS相同的IP address，此IP address存在HLR中 當MS想要開啟一個PDP context到某一個APN，HLR將IP address送到SGSN再送到MS 此種方式是搶迫MS一定要使用network分配的IP address

Dynamic addressing 當MS開啟PDP context時，GGSN會分配一個IP address，並透過SGSN傳送給MS 當關閉PDP context時，SGSN收回此IP address

2.8 GGSN取得IP Address的四種方式 from a local address pool on the GGSN via RADIUS form an external RADIUS server via DHCP from the customer network via an L2TP tunnel from the GGSN

From a local address pool on the GGSN 運作方式類似PSTN dialup server GGSN有一個IP address pool 當有MS需要IP，GGSN從pool分配一個IP給MS 如客戶端選擇由operator分配IP，這是所有方式 中最簡單的方式

Via RADIUS form an external RADIUS server 通常RADIUS server會在customer network RADIUS server認證user terminal，給予一個fixed IP address 註：RADIUS (Remote Access Dial In User Service) Protocol 提供authentication機制，用來辨認使用者的身份與密碼 確認通過後，經由authorization授權使用者登入網域使用相關資源 提供accounting機制，保存使用者的網路使用記錄，以提供系統服務業者完整認證收費機制的一個基礎

Via DHCP GGSN向DHCP server要一個IP address 可把DHCP server設定成fixed IP address，則MS每次都會取得相同的IP address

From the customer network via an L2TP tunnel from the GGSN L2TP是Layer 2的tunneling protocol 通常用於PSTN dial-up到一個Remote Access Server 對GPRS而言，L2TP在GGSN與customer network 的router間建立一個安全的連結

Footnote：Layer 2 Tunneling Protocol (L2TP) A tunneling protocol used to support virtual private networks (VPNs) It does not provide any encryption or confidentiality by itself; it relies on an encryption protocol that it passes within the tunnel to provide privacy Although L2TP acts like a Data Link Layer protocol in the OSI model, L2TP is in fact a Session Layer protocol

2.9 GPRS Billing

GPRS的計費資訊是由SGSN及GGSN收集 SGSN收集MS的radio resource usage GGSN收集MS的network usage 如MS到其它GPRS network使用資源 若到訪的GPRS network使用dynamic address 連到MS，則計費資料會送到home GPRS network

SGSN所搜集的計費相關資訊 location information 指出MS是在home network還是在visited network cell location mobile origination及mobile termination的資料傳輸量 資料量在SGSN的SNDCP (Sub Network Dependent Convergence Protocol) level測得 使用者指定的QoS profile 使用的通訊協定

GGSN所搜集的計費相關資訊 destination和source的addresses MS與external data network間所使用的資料傳輸量(資料量在GGSN的GTP level所測得) MS使用到PDP address的整段時間

Call Detailed Records (CDRs) SGSN與GGSN收集到的計費資料會轉成call detailed records (CDR) Call detailed record分成 S-CDR (SGSN PDP context generated-CDR) 由SGSN產生，記錄MS無線電資源的使用量 G-CDR (GGSN generated-CDR) 由GGSN產生，記錄MS所使用GGSN的外部網路 M-CDR (Mobility Management generated-CDR) 由SGSN產生，記錄MS行動管理的相關資料

S-CDR的欄位包含 mobile originating (MO) data volume：手機撥出資料量 mobile terminating (MT) data volume：手機接收資料量 location information：手機的位置資訊 SMS MO：SGSN mobile originated SMS record SMS MT：SGSN mobile terminated SMS record associated QoS：相關的QoS資訊 record duration：相關record存在SGSN中的時間

G-CDR的欄位包含 source address destination address 收到外部網路的資料量 送到外部網路的資料量 相關的QoS資訊 record duration：record存在GGSN中的時間

每位使用者的PDP context，會產生一個CDR 啟動(activate) PDP context時，會開始產生相對應的CDR 每個PDP context可能產生數筆S-CDRs及G-CDRs

當手機在通訊狀態下移動到不同GSN，數個CDRs可由不同的GSNs及外部資料網路產生 end-of-call accounting schedule：通話結束時產生 time-of-day accounting schedule：一天中的某時刻產生 inter-SGSN routing area update：跨SGSN RA (Routing Area)移動時產生 當手機在通訊狀態下移動到不同GSN，數個CDRs可由不同的GSNs及外部資料網路產生

計算封包數(packet-switched)計費遠較circuit-switched困難 量測封包數量所花的成本，可能比因傳送封包賺取的金額還高 原有GSM計費系統無法處理GPRS即時CDR資訊 系統中通常會有所謂的charging gateway，根據SGSNs/GGSNs所提供的資訊來執行帳務調整

Charging gateway function (CGF) CDR被送到GPRS Billing Mediation (調停) 控制charging data record (CDR)的收集 CDR被送到GPRS Billing Mediation (調停) 組成billing record，再送到billing system，做為計費的依據

GPRS的幾種billing方式 flat-rate billing (ex：月租費800元) per-packet billing (ex：0.2元/128kbytes) volume-based billing (PDP activate到deactivate的時間) value-based billing (加值服務，depend on context)

影響上述rate的因素 Quality of Service time of day (如減價時段，off-peak time/peak time) day of week (如weekend，weekday，holiday) content, call type, services used (ex：0204、圖形下載) source or destination (如國外電話，用戶是員工、員警等屬性)

Billing by Quality of Service Service precedence class Reliability class loss ratio (for each layer) out of order (失序率) corrupted ratio (誤碼率) duplicate ratio (重覆率) reliability (1-5 levels) Peak throughput class (吞吐量) Mean throughput class Delay class (傳輸延遲)

3. GPRS介面(Interface)

新的protocol也都遵循GSM MAP架構 GPRS架構於GSM上，盡可能不動原先GSM 的運作，除air interface及與SGSN、GGSN相連的介面外，基本上都延用GSM的protocol 新的protocol也都遵循GSM MAP架構 Gs (SGSN ↔ MSC/VLR) Gr (SGSN ↔ HLR) Gc (GGSN ↔ HLR) Gf (SGSN ↔ EIR)

3.1 GPRS Transmission & Signaling Planes GPRS延用OSI 7-layer概念，每個interface定義的協定都具layered structure 使用的protocol stack分為 transmission plane 傳送使用者資料及與此資訊傳送相關的控制程序 例如：流量控制、錯誤偵測、更正與回覆 signaling plane 其它用於控制transmission plane functions所用到的控制訊號

3.1.1 GPRS Transmission Plane

GPRS protocol 參考ISO/OSI (International Organization for Standardization/Open Systems Interconnection)架構所建議的GPRS傳輸協定架構 在手機與終端主機的網路層之上，可根據應用程式需求，採用不同協定 例如：在應用程式下可使用TCP (Transmission Control Protocol)來傳送，至於是架在X.25或IP上，GPRS並不限制

GGSN具上下兩個IP層 上層IP 對應的是手機及終端主機各自的IP位址 此IP位址在GPRS網路內被包裝成使用者資料 當離開GPRS網路後，下層的GTP已被移去，才將上層IP位址作為外界分封數據網路的路由位址 此手機的IP位址為GPRS系統業者給定的固定專屬IP位址(static IP)

GPRS系統業者可在建立數據資料連線時，使用動態主機配置協定(DHCP)，配置動態IP (dynamic IP)位址或虛擬IP (virtual IP)位址給手機

下層IP 供GPRS網路內部路由辨認時所需的IP位址，做為路徑上每個GSN決定資料流向的依據 在GTP之IP層以下，OSI的layer1 (L1)與layer2 (L2)，可由系統業者自行決定使用何種協定

3.1.2 GPRS Signaling Plane

SGSN↔GGSN之Gn interface與transmission plane的不同 在MS與SGSN間 GMM/SM layer提供GPRS行動管理(GMM)及會期管理(SM)功能 SGSN↔GGSN之Gn interface與transmission plane的不同 只採用UDP傳送控制訊息

GGSN↔HLR的Gc interface的MAP 將GSM的MAP延伸成能支援GPRS行動管理的能力 SGSN↔MSC/VLR的Gs interface 上層採用extended BSSAP，而非使用TCAP

3.1.2.1 MS ↔ BSS MS與BSS間實體層(physical layer) 實體無線電子層(physical RF subLayer，RFL) 負責GSM無線電相關規範，執行modulation/demodulation 實體連結子層(Physical Link subLayer，PLL) 負責在實際連結上資訊的傳輸

MS與BSS間MAC層/RLC層 無線電連結控制層(Radio Link Control，RLC)和媒介擷取控制層(Medium Access Control， MAC)的功用 讓上層服務能順利經由GPRS無線電介面的實體層傳送(RLC) 定義讓數個手機能同時共享相同傳輸介質的傳送方式(MAC)

MAC層 採用Slotted Aloha型保留協定(Slotted Aloha based reservation protocol)，負責管理無線電資源分配 因存取通道有限，當眾多手機同時送出無線電通道存取要求時，可能會發生碰撞 主要工作是解決碰撞後重送的問題 負責在眾多手機提出服務要求時，在網路端根據用戶需求，決定無線電資源分配的方式

Note：Aloha A system for coordinating and arbitrating access to some shared communication channel A medium access method is supposed to prevent two or more systems from transmitting at the time on a shared medium

In the Aloha system a station transmits whenever data is available to send if another station transmits at the same time, a collision occurs and the frames that were transmitted are lost however, a station can listen to broadcasts on the medium, even its own, and determine if the frames were transmitted

Aloha

Slotted Aloha distinct time slots are created in which systems can transmit a single frame one system emits a signal at the start of each slot to let all other systems know when the slot is available by aligning frames on slots, overlaps in the transmissions are reduced

however, systems must wait a fraction of a second for the beginning of a time slot before they can transmit also, data may be lost if stations contend for the same slot tests have shown that slotted Aloha has a performance advantage

Slotted Aloha

RLC層 負責將資料透過無線電介面傳送的過程，使用選擇性重送(selective ARQ)的錯誤更正程序，提供可靠的邏輯無線電連結傳輸

Note：Selective ARQ Automatic Repeat-reQuest (ARQ) an error control method for data transmission which uses acknowledgments and timeouts to achieve reliable data transmission an acknowledgment is a message sent by the receiver to the transmitter to indicate that it has correctly received a data frame a timeout is a reasonable point in time after the sender sends the data frame; if the sender does not receive an acknowledgment before the timeout, it usually re-transmits the frame until it receives an acknowledgment or exceeds a predefined number of re-transmissions

Selective (Repeat) ARQ a specific instance of the Automatic Repeat-reQuest (ARQ) Protocol it may be utilized as a protocol for the delivery and acknowledge of message units, or it may be utilized as a protocol for the delivery of subdivided message sub-units the sending process continues to send a number of frames specified by a window size even after a frame loss the receiving process will continue to accept and acknowledge frames sent after an initial error

the receiver process keeps track of the sequence number of the earliest frame it has not received, and sends that number with every ACK it sends if a frame from the sender does not reach the receiver, the sender continues to send subsequent frames until it has emptied its window the receiver continues to fill its receiving window with the subsequent frames, replying each time with an ACK containing the sequence number of the earliest missing frame once the sender has sent all the frames in its window, it re-sends the frame number given by the ACKs, and then continues where it left off

3.1.2.2 BSS ↔ SGSN NS (Network Service) 利用下層frame relay建立起BSS與SGSN間的virtual connection (NS-VC) NS是在管理NS-VC以提供上層BSSGP傳送BSSGP PDU

基地台GPRS協定(BSS GPRS Protocol， BSSGP) 負責在BSS與SGSN間傳送路由與QoS資訊的工作，並提供上層LLC傳遞的服務 在BSS上，BSSGP的relay function須提供RLC/MAC (MS↔BSS)與BSSGP (BSS↔SGSN)間buffering及parameter mapping功能，以轉送MS 與SGSN間的packet

BSSGP也要執行 mobility management (MM) 通知cell去page MS 指示MS更新Routing Area network management (NM) 管理BSS與SGSN downlink flow control QoS link的相關工作

3.1.2.3 MS ↔ SGSN 在Layer 2的LLC要提供服務，使MS與SGSN間能有可靠的第三層連結 flow control sequence control error detection and recovery ciphered data link QoS delay class ack/unack mode

在transmission plane，LLC上層是收斂協定(SubNetwork-Dependent Convergence Protocol，SNDCP) 在MS與SGSN間，LLC與上層X.25或IP的溝通是透過SNDCP來完成 SNDCP將上層網路的需求，對應到下層的LLC來達成協定轉換的工作 SNDCP的工作包括multiplexing、segmentation、reassembly、compression

3.1.2.4 SGSN ↔ GGSN 在GTP之下採用TCP或UDP (User Datagram Protocol)及IP路由的方式，作為傳輸的骨幹 在GPRS網路上，封包的發送端與接收端兩個GPRS支援節點間，使用GPRS隧道協定(GPRS Tunnel Protocol，GTP) 透過附加路由資訊(包裝)的方式，將上層X.25或IP應用程式的協定數據單元(PDU)包裝起來，經由GPRS骨幹網路傳送 依據應用程式需求，提供不同服務品質(QoS)

4. GPRS無線電介面協定 規定MS與BSS間，實體層、RLC層及MAC層彼此間在相互通訊時，須遵守的協定 對分封數據服務而言，最大特色是單向、短暫的傳輸，而非語音般雙向、對稱、固定資料量大小的傳輸 為提供非對稱性(asymmetric)、高速率的數據傳輸服務，GPRS的上行、下行通道基本上是獨立運作，並依據用戶實際需求，動態配置頻道，確保無線電資源有效利用

GPRS分封數據邏輯通道(packet data logic channel)所提供的功能與現有GSM所提供的相同 專門用於packet data的實體層通道統稱為PDCH (Packet Data CHannel) PDCH再分別為各邏輯通道所使用

4.1 Logical Channel Map

分封數據邏輯通道 分封共同控制通道(Packet Common Control CHannel，PCCCH) 分封廣播控制通道(Packet Broadcast Control Channel，PBCCH) 分封時間預先控制通道(Packet Timing advance Control Channel，PTCCH) 分封傳輸通道(Packet Traffic Channel，PTCH)

4.1.1 分封共同控制通道(PCCCH) 分封共同控制通道(Packet Common Control CHannel，PCCCH) 所有手機間共享的通訊通道，做為建立GPRS數據通訊服務之用

PCCCH細分為 分封隨機擷取通道(Packet Random Access CHannel，PRACH) 每位用戶都能透過該上行通道，以隨機存取程序自由傳送各自的數據通道要求 分封傳呼通道(Packet Paging Channel，PPCH) 用於網路端下行呼叫手機

分封擷取允諾通道(Packet Access Grant CHannel，PAGCH) 用於網路下行通知手機所分配到的資源 分封通知通道(Packet Notification CHannel，PNCH) 用於網路下行通知一群手機(即單點對多點的服務)所分配到的資源

4.1.2 分封廣播控制通道(PBCCH) 分封廣播控制通道(Packet Broadcast Control Channel，PBCCH) 為下行通道，提供GPRS用戶本基地台系統資訊

4.1.3 分封時間預先控制通道(PTCCH) 分封時間預先控制通道(Packet Timing advance Control CHannel，PTCCH) PTCCH in the uplink direction (PTCCH/U) 讓MS傳送random access burst的通道 BSS利用此random access burst便可估計出time advance (TA) PTCCH in the downlink direction (PTCCH/D) BSS利用此通道傳送TA updates給MS

4.1.4 分封傳輸通道(PTCH) 分封傳輸通道(Packet Traffic Channel，PTCH) 可上行與下行 分成兩類 分封數據傳輸通道(Packet Data Traffic Channel，PDTCH) 分封相關控制通道(Packet Associated Control CHannel，PACCH)

分封數據傳輸通道(Packet Data Traffic Channel，PDTCH) 傳送資料的通道 一個PDTCH對應到一個實體通道 分封相關控制通道(Packet Associated Control CHannel，PACCH) 當數據通道建立後，此通道負責傳送分封數據建立與傳送過程所須的控制訊息

4.2 上行分封數據通道取得流程

程序 [步驟一] 當手機想利用GPRS傳送數據時，須透過PRACH送出分封通道要求(packet channel request)爭取通道使用權 [步驟二] 網路端將分配給此手機的分封數據通道，透過分封即刻分配(packet immediate assignment)訊息通知用戶，此時就可開始傳送資料

[步驟三] 對需要較高速數據服務的用戶而言，其用戶相關資訊與對頻寬的需求，可在PACCH通道上送出分封資源要求(packet resource request)告知網路，網路會衡量當時網路狀況，以分封資源分配(packet resource assignment)訊息，分配較多的PDCH(分封數據通道)給手機 [步驟四] 該預留的PACCH通道，使用戶不需再透過PRACH的隨機存取競爭過程，就可直接將分封資源要求送給網路

4.3 下行分封數據通道取得流程

程序 [步驟一] 網路端首先須在PPCH上呼叫手機，稱為分封傳呼要求(packet paging request) [步驟二] 手機需取得上行的PRACH，回覆網路並送出分封通道要求(packet channel request) [步驟三] 網路透過PAGCH的分封即刻分配訊息，保留一個PACCH通道給手機

[步驟四] 手機將其分封傳呼回應(packet paging response)透過PACCH送回 [步驟五] 當網路端確認無誤後，以分封資源分配訊息通知手機分封數據通道的資訊，可開始傳送資料給用戶

5. GPRS核心網路 GPRS核心網路的服務區(service domains) 建立連線傳送packet時須先建立的內容 Circuit-switched service (CS) domain Packet-switched service (PS) domain 建立連線傳送packet時須先建立的內容 Mobility Management (MM) context Packet Data Protocol (PDP) context Quality-of-Service (QoS) profile

5.1 Location Tracking MS可能同時在CS domain與PS domain上運作，因此會分別有不同的location記錄，分開做mobility management 如MS與CS domain連上(i.e. 與GSM MS同)，稱為IMSI-attached 此時以LA (Location Area)做為記錄MS位置的基本單位，記錄於VLR上

如MS與PS domain連上，稱為GPRS-attached 此時以RA (Routing Area)做為記錄MS位置的單位 MS與SGSN都會有MS狀態的記錄 如果MS正在傳送數據，SGSN會以cell為單位追蹤MS

5.2 Mobility Management 追蹤MS的位置，以傳送data給MS GPRS自行定義所謂的Routing Area (RA)，是數個cell所組成的區域，當做是MS location的基本單位 基本上Routing Area是GSM的Location Area的subarea

當MS跨越一個cell時，不一定會跨越routing area，當然也不見得會跨越location area，會有下列三種狀況 一定要做cell update 可能要做RA update 可能要做RA update及LA update

MS要執行GPRS的功能，須支援GPRS MM功能，儲存 MM (Mobility Management) context PDP (Packet Data Protocol) context

MS存取GPRS服務 若MS使用具GPRS功能(GPRS-aware)的SIM card 所有與GPRS相關的參數都會存在SIM中，並在各個程序中取出使用 若MS使用沒有GPRS功能的SIM card 這些特殊參數會存在ME (Mobile Equipment)中，稱為IMSI image

其他GPRS使用到的參數，但與SIM無關，也會存在ME中，包括 MM state cell ID ciphering algorithm radio access classmark SGSN classmark PDP type...

GPRS MS MM and PDP Context

與SIM相關的參數(在上圖SIM欄中標示為∨者) IMSI (International mobile subscriber identity) 用於存取VLR、HLR與SGSN、GGSN的資料庫 P-TMSI (Packet-Temporary Mobile Subscriber Identity) 是GPRS中與GSM TMSI功能相同的ID

RA (Routing Area) 提供MS目前所在位置給GPRS MM Ciphering key即Kc CKSN (Ciphering Key Sequence Number) Kc的相關參數 P-TMSI Signature used for identification checking

與MM相關參數 MM state cell identity ciphering algorithm radio access classmark 決定radio capabilities 如multiple time slot capability、power class SGSN classmark 決定network-related capability 如ciphering capability

與PDP context相關參數 PDP type PDP address PDP state dynamic-address-allowed 決定MS是否可使用dynamic address requested and negotiated QoS profile

5.3 MM State MM state用於描述MS在GPRS網路上目前mobility的三種狀態(states) IDLE state：MS尚未與GPRS MM建立起連繫(not GPRS-attached) STANDBY state：MS已與GPRS MM連繫，但只保留部份的location資訊(GPRS-attached) READY state：MS已與GPRS連繫，且有詳細記錄到MS cell位置的資訊(GPRS-attached)

當MS想要傳送data時，就要進行GPRS-attached procedure MS與SGSN會記錄MS進入READY state，分別建立一份MM context，之後可做authentication/ ciphering 在GPRS-attached狀況下，MS與SGSN間會存在邏輯上的連結(data link)

GPRS的兩種location tracking READY state SGSN知道MS所在的cell，當有packet要傳給MS，paging cost低但location update cost高 MS每跨一個cell都要做location update

STANDBY state SGSN知道MS所在的RA，當有packet要傳給MS，paging cost高但location update cost低 MS跨RA時才要做location update

5.4 Mobility Management (MM) Context MS及SGSN存放的MM context內含 MM state MM-related information GPRS MS 只連繫GSM網路(IMSI-attached) 只連繫GPRS網路(GPRS-attached) 可同時連繫GSM網路及GPRS網路(IMSI-attached 及GPRS-attached)

MS在IDLE state時 當啟動GPRS-attach 不允許執行任何關於MM的procedure 會由IDLE state變成READY state 此時建立起MM context，分別在MS與SGSN各有一MM context 接下來進行authentication及ciphering MS與SGSN建立起logic link，從MS做GPRS attach (READY，STANDBY)，到GPRS detach (進入IDLE)，期間稱為一個session

5.4.1 Mobility Management State Machine

可由MS啟動此轉變，也可能因為SGSN page MS，所以MS才send packet T1 (IDLE→READY) MS performs GPRS attach 可由MS啟動 T2 (READY→IDLE) MS is detached from GPRS 可由MS或SGSN啟動此轉變 T3 (STANDBY→READY) MS sends a packet to SGSN 可由MS啟動此轉變，也可能因為SGSN page MS，所以MS才send packet

T4 (READY→STANDBY) a READY timer is timeout 可由MS或SGSN啟動此轉變，在MS與SGSN都有個READY timer，若在timeout前MS都未再送出packet，則會轉到STANDBY state 只有SGSN才可改變READY timer的時間長度 透過Attach Accept和Routing Area Update Accept等訊息，通知MS關於timer的值 有些方法，在探討SGSN不使用READY timer，而算MS已經移動多少cell，超過某一設定值才換成STANDBY

T5 (STANDBY→IDLE) when tracking of MS is lost 當SGSN無法追蹤到MS，SGSN會啟動state machine，轉成IDLE state 若HLR送給SGSN 一個cancel location的訊號(MS移到其它SGSN的管轄範圍)，也會轉到IDLE state

5.4.1.1 STANDBY State MS執行GPRS-attached，MS進入STANDBY狀態 此時仍不可進行資料傳輸(只有在READY才能傳送資料) 若要傳送資料，可進行PDP context activation (ACTIVE) 也可讓已經進入ACTIVE的PDP context回到INACTIVE

一旦MS要傳送data (PDP context進入ACTIVE)，或MS被呼叫，就會自動進入READY狀態 如果執行GPRS-detach，就會結束MM連接，回到IDLE狀態 對於追蹤MM的位置，SGSN只記錄到MS所在RA的位置 當MS跨越RA時，會執行GMM RA update procedure (GPRS Mobility Management Routing Area update procedure)

5.4.1.2 READY State MS做GPRS-attached動作，MS進入READY狀態 GPRS網路執行GPRS cell selection及re-selection 當跨越cell時，會執行cell update；跨越RA時，會執行RA update 資料封包外層的BSSGP (Base Station System GPRS Protocol) header包含 GCI (Global Cell Identity) RAC (Routing Area Code) LAC (Location Area Code)

網路不再為處於READY state的手機起始GPRS呼叫 CS Page 可發送及接受PDP 網路不再為處於READY state的手機起始GPRS呼叫 CS Page SGSN可接受由MSC發來的calls或SM (Session Management)的連線要求，並經由GPRS channel呼叫被呼的手機 手機隨後使用一般GSM channel回應呼叫

Ready State的其它特性 若要傳送資料，可進行PDP context activation 也可讓已經進入ACTIVE的PDP context回到INACTIVE 當READY State的timer結束時，MS會回到STANDBY狀態

5.4.2 SGSN MM Context 對每個MS使用者，會有一相對應的SGSN MM Context，包含下列資訊 IMSI (the main reference key in SGSN) P-TMSI (Packet-TMSI) P-TMSI Signature (used for identification checking purposes) MSISDN IMEI (International Mobile Equipment Identity)

MM state (Mobility Management state) 可以是IDLE、STANDBY或 READY Routing area MS目前所在的routing area Cell identity 若MS是READY cell identity是目前所在的cell ID 若MS是STANDBY或IDLE cell identity是最後一次READY得到的cell ID

Cell identity age 最後一個MS送LLC PDU到SGSN之已經過的時間 VLR number 正在負責該MS的VLR號碼 New SGSN address the IP address of the new SGSN where buffered and not sent should be forwarded to Authentication, ciphering parameters, current ciphering key Kc, and the selected ciphering algorithm

Radio access classmark (MS radio access capabilities) SGSN classmark (MS network capabilities) Mobile station Not Reachable for GPRS flag (MNRG) indicates whether activity from the MS shall be reported to the HLR Non-GPRS Alert Flag (NGAF) indicates whether activity from the MS shall be reported to the MSC/VLR Paging Proceed Flag (PPF) indicates whether paging for GPRS and non-GPRS services can be initiated

5.5 PDP (Packet Data Protocol) 對於每條GGSN與MS間傳送封包的連結，都會在各個節點建立起相對應的PDP context以描述該session MS、HLR、SGSN與GGSN都會有PDP context 進行資料傳輸前，MS要先做PDP context activation procedure，最後做PDP context deactivation PDP context有兩種狀態：ACTIVE與INACTIVE 建立起PDP context，GGSN才會知道MS的存在，也才能讓MS與外界網路通訊

5.5.1 PDP Context 當MS在STANDBY或READY的MM state時，可開啟PDP context，而且令PDP context由INACTIVE改為ACTIVE 經過此程序後，GGSN才有MS的記錄，才可傳送資料到外部網路 一個MS可有多個PDP context，分別是不同的session 雖是同一個MS，但不同PDP context需使用不同IP address，所以terminal要有支援Multiple IP addresses的功能

對ACTIVE PDP context做deactivated時，會由ACTIVE state回到INACTIVE state 如MS做GPRS-detached，所有PDP contexts都會作廢

5.5.2 SGSN PDP Context 對每個MM context (一個user)，可能會有零或多個PDP context PDP context identifier (index of PDP context), PDP type (e.g., X.25, PPP or IP), PDP address (e.g., an X.25 address), PDP state (Active, or Inactive) Access Point Name (APN) to the external data network QoS profile subscribed, QoS profile requested, QoS profile negotiated

GGSN address in use Charging ID IP address of the GGSN currently used by the activated PDP context Charging ID charging identifier, identifies charging record generated by SGSN and GGSN

5.6 QoS Profile QoS profile中的attributes包括 precedence class 有三種傳送等級的優先權，如遇到congestion，最低等級的封包將最先被丟棄

delay class 傳送128位元組，所期望的傳輸速率有四種延遲等級的優先權 class 1：delay小於0.5 sec class 2：delay小於5 sec class 3：delay小於50 sec class 4：best-effort (未指定任何傳輸速度的限制)

peak throughput class 設定期望的最大資料傳輸速率(maximum data transmission rate) 9種等級，從8Kbps到2,048 Kbps mean throughput class 指定平均的資料傳輸速率(average data transmission rate) 19種等級，從best-effort到111Kbps

reliability class 定訂關於data loss、out-of-sequence、corrupted data等error rates的五種等級 reliability class 1 支援acknowledgement for GTP mode、LLC frame mode和RLC block mode LLC data受到保護(protection) reliability class 5 全未支援acknowledgement LLC data未受到保護

Reliability - QoS

上表格說明五種reliability classes的作業方式 Ack 要求acknowledgement Unack 不需acknowledgement Protected 代表此LLC data受到保護 Traffic Type 說明每種class適合那類需求的應用