Цифровая система подвижной радиосвязи стандарта GPRS (стр. 1 )

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.

Гл а в а 13

ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ СЕТИ GPRS

13.1. Общее представление

В традиционной сети GSM возможна 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 GSM Европейским институтом стандартов в области телекоммуника­ций (ETSI — European Telecommunications Standards Institute) 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. Коммутация каналов и коммутация пакетов

В основу реализации традиционной сети GSM положен 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 GPRS является 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 GPRS осуще­ствляется 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 GPRs предусматривает 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 GSM и сети GSM/GPRS, следует, прежде всего, заметить мень­шие требования последних к ограничению зоны охвата и допу­стимому количеству ошибок. Напомним, что в сети GSM пере­дача 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 GPRS за 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. Сеть GPRS как путь к системам третьего поколения

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 GSM фактически 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 GSM в концепцию yMTS предполагает наличие в первой нескольких необходимых составля­ющих, в число которых входят (рис. 13.2): I •

высокоскоростная передача дан-jpjx со скоростями до 57,6 Кбит/с в сетях GSM при коммутации каналов;

передача данных со скоростями до 171,2 Кбит/с в сетях GPRS при ком­мутации пакетов; повышенная (до 384 Кбит/с) ско­рость передачи данных (EDGE — Enhanced Data Rate for GSM Evolution); 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 GSM в 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 HSCSD позволяет осуществить такое при­ближение.

Следующим шагом на пути эволюции от GSM к UMTS являет­ся 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, GPRS позволяет 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 HSCSD и 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 GPRS больше 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 GSM потребу­ется частичная или полная модернизация программно-аппарат­ного обеспечения.