Профили качества обслуживания

Различные приложения, которые могут использовать передачу данных через GSM/GPRS сети, предъявляют существенно отличающиеся требования к таким параметрам, как вероятность ошибки, задержка при передаче и др. В GSM/GPRS сетях абоненты могут получить широкий спектр услуг, которые характеризуются определенным качеством обслуживания QoS (Quality of Service). При подписке абонент получает профиль QoS (QoS Profile). Это максимальное качество обслуживания, которое может быть предоставлено абоненту. При активации PDP сеть может снизить параметры качества, реально предоставляемые абоненту, с учетом загрузки сети и других факторов.

Очевидно, например, что видеоконференция в режиме реального времени и отправка сообщения электронной почты предъявляют разные требования, например, к задержкам на пути пакетов данных. В табл. 10.1 приведены условия реализации наиболее востребованных услуг передачи данных [93]. Поэтому в GPRS существует несколько классов QoS, подразделяющихся по признакам, описанным ниже.

Таблица 10.1

Услуги передачи данных	Максимальная скорость передачи, кбит/с
	восходящий канал	нисходящий канал
Доступ к базам данных	9,6	28,8
Просмотр Web-страниц	9,6	9,6-28,8
Аудиовизуальная информация (MPEG-4)	9,6
Передача данных (формат UDI)	9,6-64	9,6-64
Электронная почта	9,6-28,8	9,6-28,8
Электронные новости	9,6	28,8
Передача факсов (группа 3)	14,4	14,4
Видеоконференцсвязь (Н.324)	28,8	28,8
Видеотелефония (Н.320)	64-384	64-384
Видеотелефония (Н.324)	28,8	28,8
Телеметрия	9,6	9,6
Онлайновые банковские услуги	9,6	9,6-64
Диспетчерская связь	9,6	9,6
Медленные видеоизображения	9,6-19,2	9,6-19,2
Дистанционное управление сис-темами безопасности	2,4	2,4
Мультипользовательские игры	9,6-64	9,6-64

В сети GSM/GPRS на каждого абонента формируется так называемый профиль абонента. Профиль абонента содержит информацию об услугах и других параметрах, определенных на согласованный оговоренный в контракте период. Профиль содержит следующую информацию:

- подписанные услуги (PTP-CLNS, PTP-CONS);

- подписанный профиль качества обслуживания QoS.

Профили качества обслуживания для первой стадии внедрения GPRS характеризуются пятью различными характеристиками, как показано в табл. 10.2.

Таблица 10.2. Параметры качества обслуживания QoS

Параметр	Значение
Приоритет	Высокий, нормальный, низкий
Надежность	Вероятность потери пакетов: н-р, 10 , 10 , 10
Задержка для паке-тов из 128 октетов	Класс
Среднее значение, с	<0,5	<5	<50	Лучший
95%, с	<1,5	<25	<250	Лучший
Пиковая скорость	8кбит/с...2Мбит/с
Средняя скорость	0,22 бит/с... 111 кбит/с

Во второй стадии внедрения GPRS цель состоит в том, чтобы выровнять профили качества обслуживания GPRS с профилями качества обслуживания в беспроводных сетях третьего поколения [78, 79]. Так как профиль качества обслуживания может быть представлен как логический интерфейс между системой GPRS и приложением, это выравнивание позволило бы осуществить прозрачный роуминт между GPRS и UMTS. В настоящее время продолжается стандартизация QoS во второй стадии GPRS.

Профиль QoS характеризует сочетание параметров, которое наилучшим образом приближается к требованиям конкретных приложений. Возможные значения параметров относят к одному из классов QoS:

- приоритетность (Precedence class);

- задержка (Delay class);

- надежность (Reliability class);

- пиковая пропускная способность (Peak throughput class);

- средняя пропускная способность (Mean throughput class).

Комбинируя эти параметры, можно создать необходимое число профилей QoS, удовлетворяющих потребностям сети. Класс QoS выбирается индивидуально для каждой новой сессии передачи данных. Кроме QoS, в характеристику сессии передачи данных входят:

- тип PDP протокола (PDP type – Packet Data Protocol type);

- PDP адрес, выданный мобильной станции (выдача адресов бывает как статической, так и динамической);

- адрес GGSN, с которым идет работа.

«Профиль» сессии (или PDP-context) записывается в телефон, а также в обслуживающие его HLR, SGSN и GGSN. Одновременно может поддерживаться несколько профилей передачи данных для каждого пользователя. Таким образом PDP-context включает тип PDP-протокола (Х.25, РРР, IP), PDP-адрес (IP-адрес), PDP-состояние (active/inactive) и QoS-профили. PDP-context содержит маршрутную информацию для передачи пакетов между MS и GGSN. После процедуры активизации PDP-контекста MS становится «известной» в GGSN.

Механизм мультиплексирования пакетов данных, стандартизированный для GPRS, не зависит от физических характеристик радиоканалов. Поэтому при модернизации базовых станций технология GPRS может использоваться на будущих радиоканалах. Профиль абонента, хранимый в базе данных HLR оператора, содержит основные параметры услуг связи, согласованные между абонентом и оператором. Раскроем их [92, 93].

Производительность. Данный класс определяется двумя согласуемыми параметрами: «Максимальная битовая скорость» и «Средняя битовая скорость»; эти скорости могут быть согласованы в единицах ТСН: от одного ТСН до восьми ТСН (9,6 кбит/с – 8x9,6 кбит/с). Кроме того, может быть дифференцирована битовая скорость в зависимости от типа линии: «вверх» или «вниз»; для этой цели используется параметр Mobile Station Multislot Capability. Этот параметр указывает для пользовательских данных пропускную способность, затрачиваемую пользователем. Пропускная способность определяется двумя задаваемыми параметрами:

- максимальная (пиковая) скорость;

- средняя скорость.

Пиковую пропускную способность оценивают на выходе MS. Она представляет максимальное число октетов, которые можно передать за 1 с для данного PDP-контекста. Нет гарантии, что такая пропускная способность будет возможна в течение определенного временного интервала. Это зависит от возможностей MS и доступных радиоресурсов. Классы пиковой пропускной способности не связаны с классами задержки.

Одновременно может поддерживаться несколько профилей передачи данных для каждого пользователя.

Во время согласования профиля QoS MS должна иметь возможность запросить значение каждого атрибута QoS, включая хранящиеся в HLR значения по умолчанию. Сеть должна согласовать каждый атрибут на уровне, соответствующем доступным ресурсам GPRS. Сеть должна всегда стремиться предоставлять необходимые ресурсы для поддержки согласованного профиля QoS.

Первоначально предполагалось использовать технологию GPRS для передачи данных в сетях GSM, характеризующихся изменяемой во времени необходимой скоростью передачи. С этой целью технология GPRS унаследовала преимущества сетей с пакетной коммутацией и сетей передачи данных, которые позволяют оптимально мультиплексировать информацию, передаваемую несколькими пользователями по радиоканалам. Услуги, предоставляемые в режиме реального времени, также могут быть встроены в GPRS, однако для этого не- обходимо дополнительно решить вопрос о качестве передаваемой информации, так как пропускная способность сети с коммутацией пакетов не всегда позволяет обеспечить малую задержку, необходимую для подобного вида услуг. Типичными примерами таких услуг являются голосовая телефония и двусторонняя передача видеоизображения (видеотелефония).

Для достижения приемлемого качества речи при ее маршрутизации через сети с пакетной коммутацией были разработаны новые схемы кодирования информации, новые методы пакетизации и алгоритмы эффективного управления радиоресурсами.

Привлекательность концепции передачи речи через GRPS объясняется тем, что использование пакетной передачи данных позволяет существенно увеличить статистическую пропускную способность радиоинтерфейса. Это увеличение достигается в результате мультиплексирования нескольких источников речи, которая представляет собой сочетание звуков и пауз.

Для того чтобы воспользоваться преимуществами пакетной технологии в части емкостных характеристик для приложений типа передачи речи, необходимо с большой вероятностью гарантировать высокое качество (разборчивость и задержка) передаваемой информации. Для передачи речи по сетям с пакетной коммутацией требуются дополнительные (специальные) методы, позволяющие оптимизировать кодирование передаваемой речи и обеспечить ее наилучшую маршрутизацию через сеть.

При пакетной передаче понятие «качество речи» имеет статистическую природу, т.е. оно может быть гарантировано лишь с определенной вероятностью, что связано с тем, что пакеты вынуждены «конкурировать» за ресурсы системы на каждом этапе прохождения через сетевые элементы. Эта конкуренция приводит к накоплению задержки в передаче пакетов, что и влияет на качество речи.

Среднюю пропускную способность оценивают на тех же интерфейсах, что и пиковую. Однако измеряют ее числом октетов, которые можно передать за 1 час для данного PDP-контекста (считая, что PDP-контекст в течение этого времени сохраняется). Всего определены 19 классов средней пропускной способности.

В табл. 10.3. представлены классы пиковой скорости, в табл. 10.4 – классы средней скорости.

В GPRS предусмотрена возможность передавать параметры пропускной способности во время сессии.

Надежность. Чтобы избежать потерь, возникающих при передаче поврежденных пакетов с неречевой информацией, в системах с пакетной коммутацией используется повторная посылка таких пакетов. Для решения этой проблемы вводится дополнительная защита пакетов с помощью специального канального кодирования, перемежения пакетов и избыточности информации внутри пакетов.

Таблица 10.3. Классы пиковой скорости

Класс пиковой скорости	Пиковая скорость в октетах в секунду
	Up to 1 000 (8 кбит/ с)
	Up to 2 000 (16 кбит/с)
	Up to 4 000 (32 кбит/с)
	Up to 8 000 (64 кбит/с)
	Up to 16 000 (128 кбит/с)
	Up to 32 000 (256 кбит/с)
	Up to 64 000 (512 кбит/с)
	Up to 128 000 (1024 кбит/с)
	Up to 256 000 (2048 кбит/с)

Таблица 10.4. Классы средней скорости

Класс средней скорости	Средняя скорость в октетах в час
	Наилучшая попытка
	100 (0,22 бит/с)
	200 (0,44 бит/с)
	500(1,11 бит/с)
	1 000 (2,2 бит/ с)
	2 000 (4,4 бит/с)
	5 000 (11,1 бит/с)
	10 000 (22 бит/с)
	20 000 (44 кбит/с)
	50 000(111 бит/с)
	100 000 (0,22 кбит/с)
	200 000 (0,44 кбит/с)
	500 000 (1,11 кбит/с)
	1 000 000 (2,2 кбит/с)
	2 000 000 (4,4 кбит/с)
	5 000 000 (11,1 кбит/с)
	10 000 000 (22 кбит/с)
	20 000 000 (44 кбит/с)
	50 000 000(111 кбит/с)

Спецификациями GSM для службы GPRS обеспечивается пять классов надежности; каждый класс определяет вероятность потери, дублирования или ошибочного изменения последовательности пакетов SDU – CUE, искажение CUE. Путем комбинации протокольных режимов GTP, LLC и RLC устанавливаются параметры производительности для каждого класса надежности.

В табл. 10.5 представлены 3 класса надежности.

Таблица 10.5. Классы надежности

Класс надеж-ности	Вероятность потери ин-формацион-ных единиц (а)	Вероятность дублирования информацион-ных единиц	Вероятность нарушения порядка CUE	Вероятность искажения CUE (б)	Пример характеристик приложения
	10	10	10	10	Чувствительность к ошибкам, отсутствие возможностей по исправлению ошибок, ограниченная стойкость к ошибкам
	10	10	10	10	Чувствительность к ошибкам, ограниченные возможности по исправлению ошибок
	10	10	10	10	Нечувствительность к ошибкам, возможность коррекции ошибок или очень хорошая стойкость к ошибкам

а) Потеря CUE может произойти в результате переполнения буфера, отказа протокола, превышения максимального времени хранения CUE, после которого CUE сбрасывается.

б) Вероятность искажения CUE, вероятность того, что CUE будет принят с неисправляемой ошибкой.

Задержка. В сетях с пакетной передачей наилучшее качество передачи речи обеспечивается наикратчайшим путем маршрутизации пакетов. На задержку в сетях влияют две причины: скорость транспортировки и «предоставление доступа» к ресурсам сети. Проблему транспортной задержки можно решить, присваивая пакетам, переносящим определенную информацию, приоритет, указывающий всем промежуточным устройствам на пути следования пакетов на их особые права на распространение.

Стандартом GSM определены 4 класса задержки (табл. 10.6). Минимальное требование к сети – поддержка 4-го класса, так называемого класса «Best Effort Delay class» (класса с наименьшей задержкой при заданных условиях). Требования к максимальной задержке зависят от длины пакета. При передаче коротких пакетов требования к задержке несколько жестче.

Таблица 10.6. Классы задержки

Класс задержки	Задержка (max величина)
SDU размер – 128 байт	SDU размер -1024 байта
Значение задержки передачи,с	95% задержка, с	Значение задержки передачи,с	95% задержка, с
	<0,5	<1,5	<2	<7
	<5	<25	<15	<75
	<50	<250	<75	<375
	Не определены

Маршрутизаторы GPRS вносят при обработке пакетов определенную задержку в передачу данных. Эти задержки определяются имеющимися сетевыми ресурсами, выделяемыми оператором для обслуживания конкретного трафика.

Параметр задержки определяет задержку передачи, возникающую при передаче SDU через сеть GPRS. Он включает задержку доступа к радиоканалу, передачи по радиоканалу и передачи по GPRS сети, но не включает задержку передачи во внешних сетях. Задержка рассчитывается между эталонными точками доступа R или S (для мобильных терминалов) и Gi (для фиксированных терминалов).

Приоритетность. Данный класс позволяет устанавливать последовательности обслуживающих процедур в случае аварийных или сбойных ситуаций, а также при перегрузке сети (ля удовлетворения требований, которые определены профилями QoS всех абонентов. В GPRS определены три уровня приоритетов, представленные в

табл. 10.7.

Таблица 10.7. Классы приоритета в GPRS

Приоритет	Название приоритета	Интерпретация
	Высокий приоритет	Обязательства по обслуживанию должны иметь преимущество по отношению к классам 2 и 3
	Нормальный приоритет	Обязательства по обслуживанию должны иметь преимущество по отношению к классу 3
	Низкий приоритет	Обязательства по обслуживанию должны выпол-няться после классов приоритета 1 и 2

Стандарт GPRS определяет три типа мобильных терминалов [3, 80]:

1. Терминалы класса А обеспечивают доступ к GSM- и GPRS-услугам, т.е. поддерживают одновременно режимы передачи CS (с коммутацией каналов) и PS (с коммутацией паке тов). В этом случае терминал имеет возможность параллельно и независимо принимать/передавать вызовы и сообщения через MSC (речевой трафик) и SGSN (трафик данных).

2. Терминалы класса В не поддерживают одновременную передачу двух видов трафика и обеспечивают доступ только к одному из наборов услуг (либо GSM-, либо GPRS-услуги), т.е. поддерживают либо режим передачи CS, либо PS. В этом случае терминалы принимают вызовы как от MSC, так и от SGSN, но передачу/прием можно осуществлять лишь от одного источника информации по выбору абонента – или голос от MSC, или данные от SGSN. Абонент, работая с данными, может принять вызов от MSC, прервать работу с данными, ответить на звонок и затем продолжить работу.

3. Терминалы класса С при подключении к сети поддерживают только режим передачи данных (GPRS -attach/Ready) и не принимает входящие вызовы или сигналы от другого источника информации.