double arrow

Общая характеристика технологии GPRS


Для высокоскоростной передачи данных посредством существующих GSM-сетей была разработана технология GPRS (General Packet Radio Service) – служба пакетной передачи данных по радиоканалу. Технология GPRS использует существующий в GSM радиоинтерфейс на основе TDMA для высокоскоростной передачи данных и является промежуточным шагом в создании систем третьего поколения. Системы, поддерживающие технологию GPRS, получили название 2G+. Базовые спецификации GPRS были приняты ETSI в 1998 г. в качестве стандартной технологии GSM Фаза 2+, реализующей пакетную радиопередачу данных. Системы, поддерживающие технологию GPRS, получили название 2G+. Базовые спецификации GPRS были приняты ETSI в 1998 г. в качестве стандартной технологии GSM Фаза 2+, реализующей пакетную радиопередачу данных [79, 80, 81]. Большое количество зарубежных и отечественных публикаций освещают различные стороны технологии GPRS, связанные с общей организацией сети GPRS, описанием основных компонентов сети и их функций, организацией физических и логических каналов, структурой протоколов GPRS, процедурами активизации пакетной передачи, внутрисетевой адресацией, форматами представления протокольных блоков данных различных уровней протокольного стека GPRS, управления услугами, биллинга и др. [3, 15, 24, 26,44, 88, 89, 91, 92, 93, 96, 97, 100, 101].




В настоящее время передача данных по GSM-каналам организована следующим образом: абоненту выделяется отдельный канал, используемый системой для передачи голоса посредством модема, встроенного в мобильный терминал, происходит передача данных через этот канал, при этом' в промежутках между передачей данных канал остается занятым. GPRS – это система, которая реализует и поддерживает протокол пакетной передачи информации в рамках сети СПС стандарта GSM. При использовании системы GPRS информация собирается в пакеты и через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы, которые всегда есть в промежутках между разговорами абонентов, передается в эфир. Использование сразу нескольких голосовых каналов обеспечивает высокие скорости передачи данных. При этом этап установления соединения занимает несколько секунд. Таким образом, ресурсы сети используются более эффективно.

Основные узлы, реализующие технологию GPRS, содержат базы данных абонентов службы GPRS; в них происходит активизация специального программного обеспечения. Для GPRS разработаны специфические интерфейсы, обеспечивающие прохождение трафика и сигнализации в пакетном режиме, взаимодействие тракта GPRS с элементами подсистемы коммутации MSC/VLR и HLR обычной сети GSM с коммутируемыми каналами, а также предоставление информации об оказанных услугах для биллинга абонентов. В результате абонент может принимать как телефонный трафик, так и данные в пакетном режиме. Создание межсетевых соединений обеспечивает глобальный роуминг абонентов GPRS, возможность подключения к локальным сетям независимо от местонахождения абонента.



Подсистема GPRS представляет структуру, работающую параллельно подсистеме ком-рации классической GSM. Роль MSC/VLR в пакетной сети подвижной связи выполняет называемый сервисный узел поддержки GPRS – SGSN (Serving GPRS Support Node). |Шлюзы с пакетными сетями передачи данных называют узлами GGSN (Gateway GPRS Sup-krt Node). Подсистема базовой станции BSS дополняется блоком управления пакетами JU (Packet Controller Unit).

GPRS транспортирует пакеты между мобильными устройствами и сетями пакетной пе-Ьдачи. Пакеты могут быть формата IP или Х.25. Пакеты IP из внешних сетей смогут достигать мобильных устройств, даже если те находятся в движении. Для GPRS не имеет значения, какие протоколы работают поверх IP; таким образом, использовать можно любые стандартные протоколы Интернета, в том числе TCP, UDP, HTTP, SSL (Secure Sockets Layer) и jJPSec [93].

Абонент и соответственно MS в GPRS выступают как пользователи внешней сети передачи данных. В этой сети абоненту присваивают статический (постоянный) или динамический (временный) IP-адрес, по которому идет обмен информационными пакетами. MS содержит дополнительное программное обеспечение для подключения к мобильной сети и обслуживания в ней.

Таким образом, пакетная передача данных в сети GSM организуется на двух уровнях [3]:

- модифицируются радиоканалы GSM: в аппаратном и программном обеспечении базовых станций и контроллере BSC вводятся новые режимы многопользовательского использования физических каналов GSM (слотов), модифицируется программное обеспечение MSC и HLR;



- в структуре сети GSM появляются новые узлы пакетной коммутации – PCU, SGSN и GGSN и несколько новых интерфейсов для поддержки функций GPRS. Эти узлы имеют встроенную IP-функциональность, которая позволяет им взаимодействовать с IP-маршрутизаторами.

В начальной фазе внедрения GPRS предполагается, что трафик GPRS составляет относительно малую долю общего сетевого трафика. Поэтому операторы могут использовать существующую топологию сот и их радиопараметры. С ростом трафика GPRS и объема услуг пакетной передачи границы сот и их другие параметры должны быть изменены.

Каналы пакетной передачи GPRS могут быть сконфигурированы в действующих приемопередатчиках TRX двояким образом: а) в режиме совместного использования с обычным трафиком GSM; б) в выделенном режиме использования только для трафика GPRS. Естественно, что для GPRS могут быть установлены также новые блоки TRX и свои отдельные рабочие частоты [3].

Сетевая инфраструктура GPRS может постепенно и органично добавляться к существующим сетевым элементам GSM. Таким образом, на основе развития GPRS операторы GSM могут параллельно решать две важные взаимосвязанные задачи [3]:

а) эволюционно перестраивать сетевую инфраструктуру, внедрять высокоскоростные радиоканалы и режимы связи, соответствующие требованиям UMTS;

б) постепенно строить новую сетевую инфраструктуру, отвечающую стандартам Mobile IP и новым IP приложениям.

Необходимо отметить, что кроме повышения скорости (теоретический максимум составляет 171,2 кбит/с при всех занятых слотах), в рамках данной радиослужбы предполагается иная схема оплаты услуги передачи данных – при использовании GPRS расчеты будут производиться пропорционально объему переданной информации, а не времени, проведенному online. К тому же, введение технологии GPRS способствует рациональному распределению и использованию радиочастотного канального ресурса: пакеты данных разных пользователей передаются одновременно по многим каналам в паузах между передачей речи; Голосовой трафик имеет безусловный приоритет перед данными, таким образом скороспй передачи информации определяется не только возможностями сетевого и абонентского оборудования, но и загрузкой сети. :

Один и тот же физический канал в направлении от BTS к MS предоставляется группе абонентов и пакеты передаются по мере их поступления, в зависимости от объема информации и приоритета абонентов. Каждый пакет содержит идентификатор или адрес, который используют при его доставке. Абонент постоянно подключен к пакетной сети, где ему предоставлен виртуальный канал, который становится реальным (физическим) радиоканалом на время передачи пакета. В остальное время этот физический канал используют для передачи пакетов других пользователей.

Так как один и тот же канальный ресурс используют несколько абонентов, а во время сеанса связи могут одновременно поступать пакеты разных пользователей, возможно возникновение очереди на передачу пакетов, что вызывает задержку связи. Допустимая величина задержки – одна из характеристик, определяющих качество обслуживания абонента. Для GPRS характерно гибкое управление предоставляемыми услугами. Абоненты могут получать различное качество услуг QoS (Quality of Service) с соответствующей градацией оплаты.

GPRS позволяет ввести принципиально новые услуги, которые раньше не были доступны. Прежде всего, это мобильный доступ к ресурсам Интернета с удовлетворяющей потребителя скоростью, оперативным соединением и с гибкой системой тарификации вводимых услуг [ 92, 93].

Технология GPRS позволит быстро передавать и получать большие объемы данных, видеоизображения, музыкальные файлы стандарта МР-3 и другую мультимедийную информацию. На базе GPRS получают новое развитие WAP услуги.

Для корпоративных пользователей система GPRS может послужить удобным инструментом для обеспечения безопасного и быстрого доступа сотрудников к корпоративным сетям предприятий, к почтовым, информационным серверам, удаленным базам данных. При этом появится возможность получать доступ к корпоративным сетям, даже если абонент находится в сети другого GSM оператора, с которым организован GPRS-роуминг.

Технологии GPRS могут применяться в системах телеметрии: устройство может быта все время подключено, не занимая при этом отдельный канал. Такая услуга может быть востребована службами охраны, банками для подключения банкоматов и POS-терминалов, г также в других областях, в том числе и промышленных.

GPRS – это набор новых GSM услуг, использующих пакетный режим передачи внутри PLMN и обеспечивающих межсетевой обмен с другими сетями. GPRS предоставляет абонентам возможность передавать и принимать данные в режиме «точка-точка» без использо-вания сетевых ресурсов в режиме коммутации каналов.

Это обеспечивается за счет возможностей установления соединения по сети с коммута цией каналов с функциональностью высокоскоростной пакетной передачи данных с IР-адресацией, что позволяет получить доступ к информационным сетям по каналам Интернет. Как известно, существующие сети мобильной связи второго поколения накладывают ряд технических ограничений, которые должны быть преодолены для того, чтобы задействовать приложения Интернета: скорость передачи 9,6 кбит/с недостаточна для удовлетворительного доступа в Интернет; длительное время установления соединения; когда качество передачи через радиоинтерфейс падает ниже определенного порогового значения, абонент получает непригодные фрагменты вместо полных файлов.

В силу этих обстоятельств передача данных по существующей сети мобильной связи с коммутацией каналов оказывается ненадежной и дорогой, вследствие чего были разработаны новые стандарты, нацеленные на решение перечисленных проблем. В основу решения был положен принцип отделения трафика данных от голосового в точке сети, распложенной как можно ближе к абоненту, с тем, чтобы не загружать трафиком данных ресурсы коммутации каналов. После отделения трафик данных маршрутизируется как для абонентов сетей GSM, так и для внешних сетей передачи данных (PDN) по внутренней ceти передачи данных [44].

Использование пакетного принципа передачи информации позволяет более эффективно задействовать доступную пропускную способность в случае нерегулярного трафика при передаче данных и разделять ее между несколькими абонентами. В случае GPRS соединение может оставаться открытым неограниченно долго, т.е. абонент имеет постоянное соединение для получения и передачи файлов.

Технология GPRS базируется на принципах TDMA, позволяет работать мобильным станциям в многослотовом режиме по радиоинтерфейсу на одной несущей в рамках одного TDMA-кадра. Это позволяет увеличить скорость передачи в число раз, пропорциональное количеству задействованных канальных интервалов. Число тайм-слотов, выделяемых под передачу информации, в TDMA-кадре может изменяться от 1 до 8. Причем значение имеет гасло тайм-слотов как для передачи «вверх», так и для передачи «вниз». Поэтому в GPRS-агецификациях появился второй класс, определяющий, сколько тайм-слотов в кадре доступно для передачи «вверх», а сколько «вниз».

Емкость канала предоставляется по требованию, при котором физические каналы соты назначаются динамически для использования в режиме коммутации каналов и коммутации пакетов.

Один и тот же физический канал радиоинтерфейса или группу до восьми физических каналов одновременно могут использовать до 32-х разных абонентов. В этом случае работа абонентов происходит поочередно с регламентированной задержкой ожидания на одних и тех же частотах в одних и тех же канальных интервалах [26].

При этом абонент занимает эфир, только когда он действительно передает информацию, а не все время, как в случае телефонного сервиса с коммутацией каналов. Это дает возможность ввести новую систему оплаты – не за время соединения, а за переданный объем информации. Трафик данных инкапсулируется в короткие пакеты. Пакеты разных пользователей по алгоритму статистического мультиплексирования перемешиваются и выделение требуемой полосы пропускания происходит при необходимости передачи. В результате добавление технологии GPRS к сети GSM дает два основных результата: пакетизацию радиоинтерфейса и внедрение базовой инфраструктуры с коммутацией пакетов, обеспечивающей передачу трафика в виде IP-пакетов мобильному абоненту.







Сейчас читают про: