Цифровая система подвижной радиосвязи стандарта GPRS (стр. 1 из 16)

Цифровая система подвижной радиосвязи стандарта GPRS.

Технология построения; коммутация каналов и коммутация пакетов. Принципы передачи данных в пакетных сетях: стек протоколов TCP/IP; IP-адресация; маршрутизация дейтаграмм.

Архитектура сети GPRS. Интерфейсы сети GPRS, радиоинтерфейс сети; физические и логические каналы в сети GPRS; передача пакетных данных по радиоинтерфейсу; шифрование в сети GPRS.

Услуги и качество обслуживания в сети GPRS (услуги и их безопасность, сбор данных о соединении, качество обслуживания).

Управление трафиком в сети GPRS: подключение и отключение в сети; данные об абоненте; переопределение местоположения; управление сеансом.

Глава 13

ТЕХНОЛОГИЯПОСТРОЕНИЯСЕТИGPRS

13.1. Общеепредставление

В традиционной сети GSMвозможна передача данных со скоростью 9,6 Кбит/с при использовании режима коммутации каналов. Указанное значение можно существенно увеличить, применив технологию высокоскоростной передачи данных по коммутируемым каналам, т.е. выделения одному абоненту на несущей частоте нескольких слотов. Так, при выделении четырех слотов скорость передачи может составлять до 48 Кбит/с. К достоинствам такой технологии относятся высокая и постоянная скорость и малая задержка, гарантирующие передачу информации в реальном времени.

В то же время даже при использовании технологии высокоскоростной передачи данных с коммутацией каналов (HSCSD) на время всего сеанса связи между абонентами организуется дуплексный канал, который находится в исключительном пользовании данной пары абонентов независимо от его реальной загруженности. Так как многие приложения (электронная почта, факс, работа в сети Интернет) характеризуются неравномерным трафиком, передача данных на основе коммутации каналов может оказаться неэффективной с точки зрения использования сетевых ресурсов.

Для повышения эффективности передачи данных в сетях GSMЕвропейским институтом стандартов в области телекоммуникаций (ETSI— EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute) была осуществлена модернизация стандарта GSM, позволившая организовать услугу передачи данных на базе пакетной коммутации. В рамках такой технологии действующую сеть необходимо подвергнуть некоторому видоизменению: развернуть принципиально новые узлы, изменить некоторое оборудование, инсталлировать дополнительное программное обеспечение. Фактически при этом параллельно действующей сети создается новая сеть, тесно связанная со старой и использующая общие с ней ресурсы. Рассмотрим принципы построения и функционирования сети GPRS[4, 6].

13.2. Коммутацияканаловикоммутацияпакетов

В основу реализации традиционной сети GSMположен принцип коммутации каналов, т.е. при каждом сеансе связи сетевые ресурсы в полном объеме предоставляются абонентам на весь период соединения. Такой подход обеспечивает относительно малые задержки сигналов и обычно используется в мобильных и стационарных сетях для передачи речевых сообщений.

Однако, как уже говорилось, существует класс сетей передачи данных с использованием принципа коммутации пакетов, при котором передаваемая информация делится на отдельные части — пакеты, содержащие наряду с информационной частью адрес (идентификатор) назначения, позволяющий специальным сетевым устройствам — маршрутизаторам — передавать пакет по сети, _а также во внешние сети.

Разницу рассматриваемых принципов коммутации иллюстрирует рис. 13.1.

С исторической точки зрения пакетная сеть GPRSявляется развитием существующих сетей с канальной коммутацией, так как позволяет организовать обмен данными непосредственно от мобильного абонента.

В то же время в такой сети обеспечивается доступ к сетям передачи данных, работающим по стандартным сетевым протоколам, например протоколам Х.25 корпоративных сетей или Интернет-протоколам.

Пакеты информации от различных абонентов объединяются (мультиплексируются) маршрутизатором в укрупненные блоки, передача которых далее осуществляется по отдельным участкам сети в определенной последовательности. Например, после передачи пакета данных от одного абонента радиоканал может быть предоставлен другому абоненту. Таким образом, пакеты данных проходят практически через все элементы сети GPRS, а также, возможно, через ряд подсетей.

Несмотря на то что передача информации при GPRSосуществляется дискретным образом, у абонентов создается впечатле-

ние прямого физического соединения, называемого в этом случае виртуальным. Однако в этих сетях все же возможны различные задержки, поэтому между сетевым оператором и потребителем должны быть оговорены условия по качеству предоставляемых услуг.

Скорость передачи информации в сетях с пакетной коммутацией не является фиксированной, как это имеет место в сетях с коммутацией каналов, а может изменяться в зависимости от текущего состояния сети и потребности абонентов. Стандарт GPRsпредусматривает широкий диапазон скоростей передачи данных-от 100 бит/с до 100 Кбит/с, но в любом случае выбор конкретного значения осуществляется как компромисс между скоростью передачи и зоной покрытия.

Сравнивая возможности передачи данных в традиционной сети GSMи сети GSM/GPRS, следует, прежде всего, заметить меньшие требования последних к ограничению зоны охвата и допустимому количеству ошибок. Напомним, что в сети GSMпередача данных возможна с максимальной скоростью 14,4 Кбит/с однако такая услуга обеспечивается за счет снижения корректирующей способности помехоустойчивого кодирования, а следовательно, уменьшения зоны охвата. В то же время в сети GPRSза счет выделения всех восьми слотов достигается скорость передачи 171,2 Кбит/с. При этом, если приложение от одного пользователя занимает менее одного слота, возможно объединение в одном слоте нескольких таких приложений от разных пользователей, что еще больше увеличивает эффективность использования сетевых ресурсов.

13.3. СетьGPRSкакпутьксистемам третьегопоколения

В настоящее время в мире насчитывается более 1,5 млрд. мобильных абонентов и более 300 млн. пользователей сети Интернет, и можно утверждать, что доступная мобильная связь и доступ к глобальной информационной сети являются основной тенденцией современного общества.

Несмотря на потенциальные преимущества перспективных стандартов систем множественного доступа с кодовым разделением стандарт GSMфактически является лидером систем мобильной связи во всем мире (используется примерно 2/3 от общего числа мобильных абонентов), и эта ситуация будет сохраняться по меньшей мере еще одно десятилетие. Исходя из этого естественными выглядят усилия по его модернизации и вовлечению в создаваемую концепцию универсальной системы мобильной связи — УСМС (UMTS).

Вовлечение сети GSMв концепцию yMTSпредполагает наличие в первой нескольких необходимых составляющих, ^вчисло которых входят (рис. 13.2): I•

высокоскоростная передача дан-jpjxсо скоростями до 57,6 Кбит/с в сетях GSMпри коммутации каналов;

• передача данных со скоростями до 171,2 Кбит/с в сетях GPRSпри коммутации пакетов;

• повышенная (до 384 Кбит/с) скорость передачи данных (EDGE— EnhancedDataRateforGSMEvolution);

• универсальная система мобильной связи, реализующая скорости передачи данных до 384 Кбит/с на большие расстояния и до 2 Мбит/с на малые расстояния.

Высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов HSCSD, являющаяся первым этапом на пути продвижения GSMв UMTS, предусматривает объединение нескольких слотов для передачи информации от каждого пользователя. При этом добавление каждого слота увеличивает скорость передачи данных до 9,6 или 14,4 Кбит/с, а объединение четырех слотов позволяет достичь скорости передачи 38,4 или 57,6 Кбит/с.

Для того чтобы добиться приближения характеристик мобильных сетей к характеристикам стационарных сетей, необходимо прежде всего обеспечить в них сравнимые скорости передачи данных. Среди большого количества сетей передачи данных ориентиром является сеть, обеспечивающая скорость передачи 64 Кбит/с, и именно технология HSCSDпозволяет осуществить такое приближение.

Следующим шагом на пути эволюции от GSMк UMTSявляется технология GPRS, позволяющая достигать скоростей передачи Данных до 171,2 Кбит/с. При этом необходимые дополнительные сетевые элементы, обеспечивающие, в первую очередь, доступ Данных к сетям Интернет/Интранет, устанавливаются параллельно существующим функциональным узлам сети GSM(рис. 13.3).

Как уже говорилось, GPRSпозволяет эффективно использовать ресурсы, обеспечивая их гибкое разделение между пользователями. Так, ресурсы радиоканала оказываются задействованными только в момент непосредственной передачи информации, даже если абоненты соединены постоянно. При этом установление соединения происходит практически мгновенно, а пользователи Реально находятся в режиме передачи данных промежуток времени, меньший, чем время соединения.

Сравнив технологии HSCSDи GPRS, можно сказать, что первая — обеспечивает гарантированные скорость и задержку передачи сообщений и, следовательно, идеально подходит для передачи услуг в реальном времени, например для передачи малокадрового видеосигнала. Кроме того, использование этой технологии не требует от оператора больших дополнительных вложений для модернизации сложившейся структуры сети.

Технология же GPRSбольше подходит для услуг динамичного характера, например таких, как телеметрия или телеуправление. Для обеспечения подобных услуг необходима установка дополнительного оборудования, что требует существенных финансовых и организационных затрат. К тому же для некоторых из существующих функциональных узлов традиционной сети GSMпотребуется частичная или полная модернизация программно-аппаратного обеспечения.