Rola GGSN i SGSN w architekturze GPRS

Rola GGSN i SGSN w architekturze GPRS

Dziś przyjrzymy się kluczowym elementom sieci GPRS, jakimi są GGSN (Gateway GPRS Support Node) oraz SGSN (Serving GPRS Support Node). Oba komponenty pełnią fundamentalną rolę w zapewnieniu transmisji danych w sieciach pakietowych opartych na technologii GPRS. Omówimy ich funkcje, współdziałanie oraz wpływ na efektywność i bezpieczeństwo transmisji w sieciach mobilnych.

GPRS (General Packet Radio Service) to rozszerzenie sieci GSM, które umożliwia przesyłanie danych pakietowych, pozwalając na korzystanie z usług internetowych i aplikacji mobilnych. Architektura GPRS opiera się na kilku istotnych elementach sieciowych, spośród których GGSN i SGSN wyróżniają się jako główne węzły odpowiedzialne za obsługę ruchu danych.

Podstawowe funkcje SGSN

SGSN działa w obrębie sieci operatora i zajmuje się obsługą ruchu danych pomiędzy terminalem użytkownika (np. telefonem komórkowym) a siecią zewnętrzną. Jest on odpowiedzialny za:

• Rejestrację i lokalizację użytkownika: SGSN śledzi, w której części sieci znajduje się użytkownik, zapewniając ciągłość sesji danych przy przemieszczaniu się abonenta.
• Zarządzanie sesją pakietową: Ustanawia, utrzymuje oraz kończy połączenia pakietowe z terminalem, kontrolując dostęp do zasobów radiowych.
• Kontrolę autoryzacji i bezpieczeństwa: Weryfikuje tożsamość użytkownika oraz szyfruje dane przesyłane między terminalem a siecią.
• Przekazywanie danych: Kieruje ruch pakietowy pomiędzy urządzeniem mobilnym a GGSN, pełniąc rolę pośrednika w przesyle danych.
• Zarządzanie jakością usług (QoS): Monitoruje i realizuje polityki dotyczące priorytetyzacji oraz parametrów transmisji danych.

SGSN jest zatem kluczowym elementem odpowiedzialnym za kontakt bezpośredni z abonentem w sieci radiowej, zarządzając jego obecnością i bezpieczeństwem.

Główne zadania GGSN

GGSN to węzeł, który pełni funkcję bramy pomiędzy siecią GPRS a zewnętrznymi sieciami IP (np. Internetem, intranetem operatora). Jego podstawowe zadania to:

• Konwersja protokołów: GGSN przekształca pakiety GPRS na protokoły IP oraz odwrotnie, umożliwiając komunikację z sieciami zewnętrznymi.
• Adresacja IP: Przydziela adresy IP terminalom mobilnym podczas sesji oraz zarządza ich routingiem.
• Kontrola dostępu i bezpieczeństwo: Wdraża mechanizmy kontroli dostępu, filtracji pakietów oraz zabezpieczeń na styku sieci operatora i sieci zewnętrznych.
• Zarządzanie routingiem: Odpowiada za prawidłowe kierowanie ruchu danych do i z sieci GPRS, współpracując ze SGSN w celu prawidłowego dostarczenia pakietów.
• Zarządzanie kontami użytkowników i rozliczeniami: GGSN zbiera dane dotyczące wykorzystania zasobów, które są podstawą do rozliczeń za usługi transmisji danych.

GGSN działa jako punkt wyjścia i wejścia dla ruchu IP w sieci GPRS, realizując funkcje bramki oraz translacji adresów.

Współpraca SGSN i GGSN w architekturze GPRS

Architektura GPRS bazuje na ścisłej współpracy między SGSN i GGSN. Te dwa elementy komunikują się za pomocą protokołu GTP (GPRS Tunneling Protocol), który umożliwia przesyłanie danych w tunelu pomiędzy nimi, niezależnie od lokalizacji abonenta. Proces przesyłu danych można opisać następująco:

1. Użytkownik inicjuje połączenie pakietowe, a SGSN identyfikuje i uwierzytelnia abonenta oraz lokalizuje go w sieci.
2. SGSN ustanawia tunel GTP z odpowiednim GGSN, który będzie pośredniczył w dostępie do sieci IP.
3. GGSN przydziela adres IP użytkownikowi i zarządza routingiem danych w sieci zewnętrznej.
4. Pakiety danych przesyłane są w tunelu GTP pomiędzy SGSN a GGSN, gdzie SGSN zarządza dostępem radiowym i lokalizacją, a GGSN realizuje interfejs do internetu lub innych sieci IP.
5. W trakcie sesji oba węzły monitorują parametry QoS, bezpieczeństwo oraz prowadzą rejestry rozliczeniowe.

Znaczenie architektury GPRS w kontekście SGSN i GGSN

Rozdzielenie funkcji pomiędzy SGSN i GGSN umożliwia efektywne skalowanie sieci i modularność usług. SGSN jest bliżej użytkownika końcowego, dbając o kontrolę radiową i mobilność, natomiast GGSN działa na granicy sieci operatora, zapewniając transparentny dostęp do usług internetowych. To rozdzielenie pozwala na elastyczność w rozwoju sieci, dodawanie nowych usług i zarządzanie bezpieczeństwem.

Dzięki temu rozwiązaniu możliwe jest zapewnienie odpowiedniej jakości usług, dynamiczne przydzielanie zasobów oraz bezpieczeństwo transmisji danych na różnych poziomach sieci. GGSN i SGSN realizują także mechanizmy rozliczeń, co jest niezbędne z punktu widzenia operatora do monitorowania i fakturowania wykorzystania transmisji danych przez abonentów.

Przykładowe scenariusze zastosowań i wyzwania

W codziennej eksploatacji sieci GPRS, rola SGSN i GGSN jest krytyczna przy realizacji usług takich jak mobilny dostęp do internetu, przesyłanie wiadomości multimedialnych (MMS) czy aplikacje korzystające z protokołów IP. Wyzwania obejmują m.in.:

• Zapewnienie płynnej obsługi ruchu przy dużej mobilności abonenta
• Optymalizację opóźnień i przepustowości sieci radiowej
• Utrzymanie bezpieczeństwa i prywatności danych w warunkach transmisji bezprzewodowej
• Zarządzanie rosnącym ruchem danych i skalowalność sieci

Współczesne sieci ewoluują w kierunku nowszych technologii, ale zasady działania i podział funkcji na poziomie SGSN i GGSN stanowią fundament, na którym opierają się dalsze rozwiązania w zakresie mobilnej transmisji danych.

Zachęcam do zapoznania się z tematem dotyczącym roli protokołu GTP w sieciach GPRS i LTE, co pozwoli lepiej zrozumieć mechanizmy tunelowania danych w sieciach mobilnych.