Цифрова система рухомого радіозв'язку стандартаGPRS.
Архітектура сетіGPRS. Інтерфейси сетіGPRS, радиоинтерфейс мережі; фізичні і логічні канали в сетіGPRS; передача пакетних даних радіопослуга; шифрування в сетіGPRS.
Послуги та якість обслуговування в сетіGPRS (послуги та їх безпеку, збір даних про з'єднання, якість обслуговування).
Управління трафіком в сетіGPRS: підключення і відключення в мережі; дані про абонента; перевизначення розташування; управління сеансом.
ТЕХНОЛОГІЯ ПОБУДОВИ СЕТІGPRS
13.1. Загальне уявлення
У традиційній мережі GSM можлива передача даних зі швидкістю 9,6 Кбіт / с при використанні режиму комутації каналів. Вказане значення можна істотно збільшити, застосувавши технологію високошвидкісної передачі даних по комутованих каналах, тобто виділення одному абоненту на несучої частоті декількох слотів. Так, при виділенні чотирьох слотів швидкість передачі може складати до 48 Кбіт / с. До переваг такої технології відносяться висока і постійна швидкість і мала затримка, що гарантують передачу інформації в реальному часі.
Для підвищення ефективності передачі даних в мережах GSM Європейським інститутом стандартів в області телекомунікацій (ETSI - European Telecommunications Standards Institute) була здійснена модернізація стандарту GSM, що дозволила організувати передачу даних на базі пакетної комутації. В рамках такої технології діючу мережу необхідно піддати деякому видозміні: розгорнути принципово нові вузли, змінити деяке обладнання, інсталювати додаткове програмне забезпечення. Фактично при цьому паралельно діючої мережі створюється нова мережа, тісно пов'язана зі старою і використовує спільні з нею ресурси. Розглянемо принципи побудови та функціонування мережі GPRS [4, 6].
13.2. Комутація каналів і комутація пакетів
В основу реалізації традиційної мережі GSM покладено принцип комутації каналів, тобто при кожному сеансі зв'язку мережеві ресурси в повному обсязі надаються абонентам на весь період з'єднання. Такий підхід забезпечує відносно малі затримки сигналів і зазвичай використовується в мобільних і стаціонарних мережах для передачі мовних повідомлень.
Різницю розглянутих принципів комутації ілюструє рис. 13.1.
З історичної точки зору пакетна мережа GPRS є розвитком існуючих мереж з канальною комутацією, так як дозволяє організувати обмін даними безпосередньо від мобільного абонента.
У той же час в такій мережі забезпечується доступ до мереж передачі даних, які працюють за стандартним мережевим протоколам, наприклад протоколами Х.25 корпоративних мереж або Інтернет-протоколах.
Пакети інформації від різних абонентів об'єднуються (мультиплексируются) маршрутизатором в укрупнені блоки, передача яких далі здійснюється по окремих дільницях мережі в певній послідовності. Наприклад, після передачі пакета даних від одного абонента радіоканал може бути наданий іншому абоненту. Таким чином, пакети даних проходять практично через все елементи мережі GPRS, а також, можливо, через ряд підмереж.
Незважаючи на те що передача інформації при GPRS здійснюється дискретним чином, у абонентів створюється вра-
ня прямого фізичного з'єднання, званого в цьому випадку віртуальним. Однак в цих мережах все ж можливі різні затримки, тому між мережним оператором і споживачем повинні бути обговорені умови за якістю послуг, що надаються.
Швидкість передачі інформації в мережах з пакетною комутацією не є фіксованою, як це має місце в мережах з комутацією каналів, а може змінюватися в залежності від поточного стану мережі та потреби абонентів. Стандарт GPRs передбачає широкий діапазон швидкостей передачі даних-від 100 біт / с до 100 Кбіт / с, але в будь-якому випадку вибір конкретного значення здійснюється як компроміс між швидкістю передачі і зоною покриття.
Порівнюючи можливості передачі даних в традиційній мережі GSM і мережі GSM / GPRS, слід, перш за все, помітити менші вимоги останніх до обмеження зони охоплення і допустимому кількості помилок. Нагадаємо, що в мережі GSM передача даних можлива з максимальною швидкістю 14,4 Кбіт / с проте така послуга забезпечується за рахунок зниження коректує здатності завадостійкого кодування, а отже, зменшення зони охоплення. У той же час в мережі GPRS за рахунок виділення всіх восьми слотів досягається швидкість передачі 171,2 Кбіт / с. При цьому, якщо додаток від одного користувача займає менше одного слота, можливе об'єднання в одному слоті кількох таких додатків від різних користувачів, що ще більше збільшує ефективність використання мережевих ресурсів.
13.3. СетьGPRSкак шлях до сістемамтретьего покоління
В даний час в світі налічується більше 1,5 млрд. Мобільних абонентів і понад 300 млн. Користувачів мережі Інтернет, і можна стверджувати, що доступна мобільний зв'язок і доступ до глобальної інформаційної мережі є основною тенденцією сучасного суспільства.
Незважаючи на потенційні переваги перспективних стандартів систем множинного доступу з кодовим розділенням стандарт GSM фактично є лідером систем мобільного зв'язку в усьому світі (використовується приблизно 2/3 від загального числа мобільних абонентів), і ця ситуація буде зберігатися щонайменше ще одне десятиліття. Виходячи з цього природними виглядають зусилля по його модернізації і залучення в створювану концепцію універсальної системи мобільного зв'язку - УСМС (UMTS).
Залучення мережі GSM в концепцію yMTS передбачає наявність в першій декількох необхідних складових, в число яких входять (рис. 13.2): I •
високошвидкісна передача дан-jpjx зі швидкостями до 57,6 Кбіт / с в мережах GSM при комутації каналів;
передача даних зі швидкостями до 171,2 Кбіт / с в мережах GPRS при комутації пакетів;
підвищена (до 384 Кбіт / с) швидкість передачі даних (EDGE - Enhanced Data Rate for GSM Evolution);
універсальна система мобільного зв'язку, що реалізує швидкості передачі даних до 384 Кбіт / с на великі відстані і до 2 Мбіт / с на малі відстані.
Високошвидкісна передача даних з комутацією каналів HSCSD, що є першим етапом на шляху просування GSM в UMTS, передбачає об'єднання декількох слотів для передачі інформації від кожного користувача. При цьому додавання кожного слота збільшує швидкість передачі даних до 9,6 або 14,4 Кбіт / с, а об'єднання чотирьох слотів дозволяє досягти швидкості передачі 38,4 або 57,6 Кбіт / с.
Для того щоб домогтися наближення характеристик мобільних мереж до характеристик стаціонарних мереж, необхідно перш за все забезпечити в них можна порівняти швидкості передачі даних. Серед великої кількості мереж передачі даних орієнтиром є мережа, що забезпечує швидкість передачі 64 Кбіт / с, і саме технологія HSCSD дозволяє здійснити таке наближення.
Наступним кроком на шляху еволюції від GSM до UMTS є технологія GPRS, що дозволяє досягати швидкостей передачі Даних до 171,2 Кбіт / с. При цьому необхідні додаткові мережеві елементи, що забезпечують, в першу чергу, доступ Даних до мереж Інтернет / Інтранет, встановлюються паралельно існуючим функціональним вузлам мережі GSM (рис. 13.3).
Як вже говорилося, GPRS дозволяє ефективно використовувати ресурси, забезпечуючи їх гнучке поділ між користувачами. Так, ресурси радіоканалу виявляються задіяними тільки в момент безпосередньої передачі інформації, навіть якщо абоненти з'єднані постійно. При цьому встановлення з'єднання відбувається практично миттєво, а користувачі Реально знаходяться в режимі передачі даних проміжок часу, менший, ніж час з'єднання.
Технологія ж GPRS більше підходить для послуг динамічного характеру, наприклад таких, як телеметрія або телеуправління. Для забезпечення подібних послуг необхідна установка додаткового обладнання, що вимагає істотних фінансових і організаційних витрат. До того ж для деяких з існуючих функціональних вузлів традиційної мережі GSM потрібно часткова або повна модернізація програмно-апаратного забезпечення.
На зміну GPRS повинна прийти технологія, що забезпечує підвищену швидкість передачі даних, т. Е. Що дозволяє досягати значень до 384 Кбіт / с. Досягнення зазначеної швидкості передачі даних можливо за рахунок використання більш ефективної багатопозиційною схеми модуляції ФМ-8 (PSK - Phase Shift Keying), тобто фазової маніпуляції з вісьмома можливими значеннями початкової фази високочастотного коливання. (Нагадаємо, що в традиційній GSM використовується ГММС - гауссовская модуляція з мінімальним зрушенням частоти.) Не дивлячись на те що використання ФМ-8 призводить до деякого зниження завадостійкості прийому, а отже, до скорочення зони покриття, цей метод проте більш кращий з- за забезпечення істотно більш високій швидкості передачі.
Нарешті, вершиною еволюції GSM є концепція універсальної системи мобільного зв'язку, що реалізується за принципом множинного доступу з широкосмуговим кодовим поділом (WCDMA - Wideband Code Division Multiple Access), що обумовлює досягнення швидкості передачі даних до 2 Мбіт / с.
В UMTS повинен використовуватися новий радиоинтерфейс, а також нові мережеві компоненти, і головне завдання полягає в їх об'єднанні модульним способом з існуючими функціональними вузлами. Такий підхід здатний забезпечити операторам плавний перехід до даної концепції, при якому основний «пір робиться на вже існуючу мережеву інфраструктуру.