GPRS - Datenrouting
Das Datenrouting oder Routing von Datenpaketen von einem mobilen Benutzer hin und her ist eine der Pivot-Anforderungen im GPRS-Netzwerk. Die Anforderung kann in zwei Bereiche unterteilt werden:
- Datenpaket-Routing
- Mobilitätsmanagement.
Datenpaket-Routing
Die wichtigen Rollen von GGSN beinhalten Synergien mit dem externen Datennetz. Der GGSN aktualisiert das Standortverzeichnis unter Verwendung der von den SGSNs bereitgestellten Routing-Informationen über den Standort einer MS. Es leitet das über das GPRS-Backbone gekapselte externe Datennetzwerkprotokollpaket an den SGSN weiter, der derzeit die MS bedient. Es entkapselt auch externe Datennetzwerkpakete und leitet sie an das entsprechende Datennetz weiter und sammelt Ladedaten, die an ein Ladegateway (CG) weitergeleitet werden.
Es gibt drei wichtige Routing-Schemata:
Mobile-originated message - Dieser Pfad beginnt am mobilen GPRS-Gerät und endet am Host.
Network-initiated message when the MS is in its home network - Dieser Pfad beginnt am Host und endet am mobilen GPRS-Gerät.
Network-initiated message when the MS roams to another GPRS network - Dieser Pfad beginnt am Host des besuchten Netzwerks und endet am GPRS-Mobilgerät.
Das GPRS-Netzwerk kapselt alle Datennetzwerkprotokolle in ein eigenes Kapselungsprotokoll, das als GPRS-Tunnelprotokoll (GTP) bezeichnet wird. Das GTP gewährleistet die Sicherheit im Backbone-Netzwerk und vereinfacht den Routing-Mechanismus und die Datenübertragung über das GPRS-Netzwerk.
Mobilitätsmanagement
Der Betrieb des GPRS ist teilweise unabhängig vom GSM-Netz. Einige Verfahren teilen die Netzwerkelemente jedoch mit aktuellen GSM-Funktionen, um die Effizienz zu steigern und freie GSM-Ressourcen (z. B. nicht zugewiesene Zeitfenster) optimal zu nutzen.
Eine MS kann sich im GPRS-System in einem der folgenden drei Zustände befinden. Das Drei-Zustands-Modell ist einzigartig für Paketfunk. GSM verwendet ein Zwei-Zustands-Modell, das entweder inaktiv oder aktiv ist.
Aktiver Zustand
Daten werden nur dann zwischen einer MS und dem GPRS-Netzwerk übertragen, wenn sich die MS im aktiven Zustand befindet. Im aktiven Zustand kennt der SGSN den Zellenort der MS.
Die Paketübertragung an eine aktive MS wird durch Paket-Paging initiiert, um die MS über ein eingehendes Datenpaket zu benachrichtigen. Die Datenübertragung erfolgt unmittelbar nach dem Paket-Paging über den in der Paging-Nachricht angegebenen Kanal. Der Zweck der Paging-Nachricht besteht darin, den Empfang von Paketen zu vereinfachen. Die MS hört nur die Paging-Nachrichten ab und nicht alle Datenpakete in den Downlink-Kanälen. Dies reduziert den Batterieverbrauch erheblich.
Wenn eine MS ein zu sendendes Paket hat, muss sie auf den Uplink-Kanal zugreifen (dh auf den Kanal zum Paketdatennetz, in dem sich Dienste befinden). Der Uplink-Kanal wird von mehreren MS gemeinsam genutzt, und seine Verwendung wird von einem BSS zugewiesen. Die MS fordert die Verwendung des Kanals in einer Direktzugriffsnachricht an. Das BSS weist der MS einen nicht verwendeten Kanal zu und sendet eine Zugriffsgewährungsnachricht als Antwort auf die Direktzugriffsnachricht.
Standby-Status
Im Standby-Zustand ist nur der Routing-Bereich der MS bekannt. (Der Routing-Bereich kann aus einer oder mehreren Zellen innerhalb eines GSM-Standortbereichs bestehen.)
Wenn der SGSN ein Paket an eine MS sendet, die sich im Standby-Zustand befindet, muss die MS ausgelagert werden. Da der SGSN den Routing-Bereich der MS kennt, wird eine Paket-Paging-Nachricht an den Routing-Bereich gesendet. Beim Empfang der Paket-Paging-Nachricht leitet die MS ihren Zellenstandort an den SGSN weiter, um den aktiven Zustand herzustellen.
Leerlaufzustand
Im Ruhezustand ist der MS kein logischer GPRS-Kontext aktiviert oder keine PSPDN-Adressen (Packet-Switched Public Data Network) zugewiesen. In diesem Zustand kann die MS nur die Multicast-Nachrichten empfangen, die von einer GPRS-MS empfangen werden können. Da die GPRS-Netzwerkinfrastruktur den Standort der MS nicht kennt, ist es nicht möglich, Nachrichten von externen Datennetzen an die MS zu senden.
Routing-Updates
Wenn eine MS, die sich in einem aktiven oder einem Standby-Zustand befindet, innerhalb des Servicebereichs eines SGSN von einem Routing-Bereich in einen anderen wechselt, muss sie eine Routing-Aktualisierung durchführen. Die Routing-Bereichsinformationen im SGSN werden aktualisiert, und der Erfolg der Prozedur wird in der Antwortnachricht angezeigt.
Eine zellenbasierte Routing-Aktualisierungsprozedur wird aufgerufen, wenn eine aktive MS eine neue Zelle betritt. Die MS sendet über GPRS-Kanäle eine Kurznachricht mit der Identität der MS und ihrem neuen Standort an ihren aktuellen SGSN. Diese Prozedur wird nur verwendet, wenn sich die MS im aktiven Zustand befindet.
Das Inter-SGSN-Routing-Update ist das komplizierteste Routing-Update. Die MS wechselt von einem SGSN-Bereich in einen anderen und muss eine neue Verbindung zu einem neuen SGSN herstellen. Dies bedeutet, einen neuen logischen Verbindungskontext zwischen der MS und dem neuen SGSN zu erstellen und den GGSN über den neuen Standort der MS zu informieren.