Тема работы:

 

«Управление сессиями передачи данных в системах радиодоступа (GTP)»

Часть 2.

 

Выполнил:

 

Студент группы 719м

Филатов А.В.

         




Управление сессиями передачи данных в системах радиодоступа (GTP)

Часть 2






Аннотация:

Статья посвящена анализу протокола GTP. Рассмотрен алгоритм создания сессии посредством протокола GTP-C, а также приведены примеры передачи сообщений GTP-U.


Список аббревиатур и условных сокращений


GTP - GPRS туннельный протокол.

GPRS - пакетная радиосвязь общего пользования.

GSN узел поддержки GPRS.

P-GW - пакетный шлюз.

S-GW - обслуживающий шлюз сети.

eNB - базовая станция.

EPC –базовая сетевой архитектуры 3GPP.

MME –устройство управления мобильностью.

UDP протокол пользовательских датаграмм.

UE - пользовательское оборудование.

NS – сетевой сервис.

BSSGP – протокол базовой станции.

LLC – протокол управления логическим каналом.

  SNDCP – протокол конвергенции подсетей.

 


Цель работы:

Анализ управления сессиями  в системах радиодоступа (GTP).

Целью данной курсовой работы является исследование принципов работы протокола GTP в сетях радиодоступа.

Протокол GTP обеспечивает так называемый механизм туннелирования (вложение пакетов) для передачи через магистраль GPRS между узлами GSN пакетов различных интерфейсов.


Рисунок 1.Инкапсуляция IP пакета

 

Пример передачи сообщения с использованием GTP протокола:

К примеру, абонент_а решил передать сообщению абоненту m. Абонент_а сформировал IP пакет, где IP_a - свой собственный IP адрес, а IP_m – адрес абонента_m (Рис.2).


Рисунок 2. Пример работы GTP протокола (1)

Далее, P-GW(Public data network Gateway) принимает пакет от абонента_а, определяет, что пакет предназначается абоненту_m и упаковывает его в свой IP пакет, добавляя UDP заголовок и уникальный идентификатор TEID, который будет указывать S-GW(Serving Gateway), что пакет предназначен не для него, а для абонента_m. Кроме того поле IP_pgw – адрес P-GW, а IP_sgw – адрес S-GW (рис. 3).


Рисунок 3. Пример работы GTP протокола (2)

Далее, S-GW принимает пакет от P-GW, обнаруживает, что данный пакет предназначается абоненту_m (по полю TEID), после чего меняет адрес отправителя на свой (IP_sgw), адрес получателя (IP_enb) на  eNB. Также меняет уникальное значене поля TEID, чтобы базовая станция по данному номеру смогла определить, что сообщение предназначается абоненту_m(рис.4).


Рисунок 4. Пример работы GTP протокола (3)

После приема сообщения eNB извлекает сообщение, которе изначально передавал абонент_а. И отправляет его на терминал абонента_m.

 Создание сесcии

Для организации передачи сообщений GTP-U протокола необходимо, чтобы каждый узел знал, какой TEID принадлежит конкретному абоненту сети. Для этого необходимо создать сессию посредством GTP-C протокола.

С процедуры Attach (подключения) начинается каждый сеанс связи. При этом происходит регистрация UE в сети, подсоединения UE к EPC сети  для реализации услуг передачи пакетного трафика. После подключения абонента к сети происходит процесс создания сессии(рисунок 5).


Рисунок 5 – Создание сессии GTP-C




 1.Отправление запроса создания сессии. 

Запрос создания сессии может отправиться заново, когда происходит процедура передачи обслуживания (рисунок 6).


Рисунок 6 - Запрос сессии

MME(Mobility Management Entity) отправляет запрос создания сеcсии на PGW/SGW.

Стоит обратить внимание на поля:

User Datagram Protocol – указывает, что используется протокол GTP-C

Заголовок GTP пакета содержит поля (рис.5 часть 1):

Version – указывая, что версия GTP-C - 2

Message Type – указывает на тип сообщения: запрос сессии.

Message Length - длина GTP-сообщения  в октетах

Sequence Number – говорит, что если SGW будет отвечать на данный запрос, то в заголовке должен быть такое же значение sequence number.

Также в данном сообщении передается IMSI абонента.

Стоит обратить внимание на поле F-TEID, котрое передает уникальный TEID и IP адрес.

На данном этапе сеть знает как передавать GTP-C Сообщения в прямом направлении (download) (рис.7).


Рисунок 7.Запрос сессии

2.Ответ на запрос сессии.

SGW/PGW отвечает на запрос создания сессии.

Протокол, по которому SGW?PGW отвечает на запрос сеcсии - GTP-C, также в данном сообщении используется такой же Sequence number.

Также стоит обратить внимание на 2 поля F-TEID, которые также содержат уникальный идентификатор TEID и IP адрес. Можно видеть, что на данном этапе сеть знает как передавать пакеты GTP-C в прямом направлении и обратном. А также, исходя из последнего F-TEID поля можно сделать вывод, что сеть может передавать GTP-U сообщения в обратном направлении(Uplink) (рис.8).


Рисунок 8.Ответ на запрос сессии

3.Запрос на модификацию сессии

После ответа на запрос MME отправляет по интерфейсу S11 к S-GW, далее к P-GW еще один запрос для модификации сессии. Также данный запрос может быть передан через интерфейс S4 от узла SGSN(рисунок 9).


Рисунок 9 – Запрос модификации сессии

В запросе на модификацию сессии сеть получает данные, для передачи GTP-U сообщений в прямом направлении(download) (рис.10).



Рисунок 10.Модификация сессии



 Процедура передачи обслуживания

Так как абонеты являются мобильными, а базовая станция покрывает ограниченную зону, возникает необходимость в функции передачи обслуживания.В сетях LTE инициализацию процедуры передачи обслуживания начинает eNB.

Для начала передачи обслуживание eNB(Source) отправляет запрос на MME(Source) . Устройство управления мобильностью, приняв данный запрос, находит MME(Target), которой можно передать обслуживание данного абонента и посылает сообщение, которое содержит информацию о конфигурациях.

Выбранное MME отправляет запрос на создание сесии S-GW и получает ответ. Далее создается туннель для передачи данных о пользователе между S-GW и MME.

После чего с выбранного устройства управления мобильностью на текущий MME посылается информация, по которой eNB(Source) узнает о eNB(Target). Статус eNB передается по интерфейсу S1-AP между двумя MME.

Далее выбранный MME посылает запрос модификации сессии и получает ответ. После чего процедура передачи обслуживания считается выполненной(рисунок 11).


Рисунок 11 – процедура передачи обслуживания

Пример передачи сообщений GTP-U протокола

Терминал пользователя(UE), решил передать свое сообщение на сервер. В свой IP пакет приложение пользователя добавляет адрес отправителя (10.255.1.111) и адрес получателя(10.0.0.100)(рис 12).

Когда данный пакет поступает на базовую станцию, он упаковывается в еще один пакет, который в свою очередь содержит такие поля как:

Свой адрес(eNB) = 10.1.2.11 и адрес SGW/PGW = 10.1.1.12

Название протокола : gtp-user

Версия протокола: 1 (на данный момент во всех сетях, где используется GTP используется именно первая версия)

Уникальный идентификатор, предназначенный для SGW/PGW, по которому данный узел определит, кому необходимо передать пакет(Указывает, что пакет серверу).



Рисунок 12.Пример передачи пакета от UE

 

 Когда сервер отправляет сообщение на UE случай аналогичен с предыдущим, за исключение других адресов(рис. 13).

 

Рисунок 13.Пример передачи пакета от сервера

 Выводы

 На сетевом уровне GPRS поддерживает протоколы IP и Х.25, которые используются конечными приложениями. IP-пакеты или Х.25-пакеты отправляются через сеть GPRS, используя заранее определенные протоколы. Особенность GPRS – вне зависимости от транспортируемых пакетов, IP используется как протокол сетевого уровня для опорной сети GPRS, соединяющей узлы SGSN и GGSN. Протокол GTP GPRS дает возможность передвижения пакетов данных через базовую сеть GPRS между узлами GSN.

Таким образом протокол GTP служит для повышения мобильности передачи данных в сетях радиодоступа.


Список используемых источников

 1. Википедия — свободная энциклопедия 

[Электронный ресурс]. Режим доступа: 

https://en.wikipedia.org/wiki/GPRS_Tunnelling_Protocol

 

2.Блог о пакетной передаче данных в мобильных сетях[Электронный ресурс]. Режим доступа: 

http://pro-gprs.info/terms/gtp.html

 

3. JUNIPER[Электронный ресурс]. Режим доступа: 

https://www.juniper.net/documentation/en_US/junos-mobility11.2/topics/concept/gtp-mobility-protocols-overview.html


4. GTP Primer [Электронный ресурс]. Режим доступа: 

https://www.youtube.com/watch?v=FPfExr9bEEg&t=1861s

 

5.All about Wired and Wireless Technology

[Электронный ресурс]. Режим доступа: 

http://www.simpletechpost.com/2013/03/gprs-tunneling-protocol-gtp-in-lte.html

 

5. Sharetechnote [Электронный ресурс]. Режим доступа:

http://www.sharetechnote.com/html/Handbook_LTE_GTP.html

 

6. LTE GPRS Tunneling Protocol GTP C [Электронный ресурс]. Режим доступа:

https://www.youtube.com/watch?v=xX0pWpatUlU