Publikacja w serwisie

Bookmark and Share

3723  odsłona

Seminarium pakietowa transmisja danych – GPRS

Seminarium pakietowa transmisja danych – GPRS

GPRS (Generale Packet Radio Services) to pakietowa transmisja rozpoczynająca się już od poziomu terminala. Szczeliny czasowe, które w klasycznym GSM na stałe zajęte są w czasie połączenia, w GPRS przydziela się dynamicznie w zależności od potrzeb. Technika ta uznawana jest za kolejną fazę rozwoju GSM w kierunku trzeciej generacji. Szczeliny czasowe są przydzielane albo w paśmie uplink, albo w paśmie downlink w zależności od tego, w którą stronę odbywa się transmisja. Maksymalna, możliwa do uzyskania prędkość wynosi 170kb/s. Najczęściej podawaną wartością jest jednak 115kb/s. W powszechnie stosowanym dziś kodowaniu kanałowym CS1 i CS2 szybkości transmisji nie mogą być jednak aż tak wysokie.
Pakietowe przesyłanie danych znacznie zwiększa wydajność interfejsu radiowego. Umożliwia także taryfikację w zależności od generowanego ruchu pakietowego, a nie od czasu trwania połączenia. Płacimy tu nie jak jesteśmy przyzwyczajeni za ilość czasu przesyłania danych, ale za ilość przesłanych danych reasumując płacimy za to, co przesłaliśmy, czyli powinniśmy płacić taniej. GPRS daje natychmiastową możliwość przyjmowania i odbierania danych. Niestety, żeby móc wykonywać operacje potrzebny jest do tego telefon przystosowany do przesyłu i odbioru danych, operator sieci musi być przystosowany do tej technologii no i musimy wykupić taki pakiet usług. Usługa ta korzysta z tego samego protokołu, co Internet, więc możliwe umieszczenie GPRS jako podsieć Internetu, więc każdy terminal GPRS będzie miał swoje, IP. W sieciach GSM, bez względu na częstotliwość, transmisja danych charakteryzuje się dosyć niską prędkością (9,6kbit/s), częstym przerywaniem połączeń, wolnym logowaniem się do sieci. Transmisja danych opiera się na komutacji łączy. Oznacza to, że jeśli korzystamy z przesyłania danych, od chwili połączenia aż do rozłączenia zajmujemy całe łącze. W wyniku tego zasoby systemu telekomunikacyjnego wykorzystywane są w  sposób nieefektywny, ponieważ są one zajmowane również w tych okresach, w których informacje nie są przesyłane.

 

Przesył danych w GPRS.

Ponieważ GPRS nie posiada ograniczeń standardowej transmisji (9.6kbps) i SMS (160 znaków), może więc spowodować, ze operatorzy sieci komórkowych staną się pełnoprawnymi dostarczycielami Internetu. GPRS teoretycznie oferuje prędkości transmisji zaczynając od 9,05kb/s, a kończąc na 171,2kbit/s. Maksymalną, lecz niestety jedynie teoretyczną, prędkością, jaką pozwala uzyskać jest 171,2kb/s przy równoczesnym użyciu 8 szczelin czasowych. To około trzy razy szybciej od dotychczas najszybszej, możliwej transmisji i niemal dziesięć razy szybciej od transmisji standardowo dostępnej w sieci GSM. Dostępne prędkości transmisji danych zależą również od sposobu kodowania nadawanych informacji. Zdecydowano, że do celów transmisji pakietowej wykorzystane będą cztery typy zapisywania danych (Coding Schemes), różniące się od siebie liczbą kontrolnych bitów parzystości przypadających na każdą porcję informacji. Schematy kodowania mogą zmieniać się dynamicznie podczas transmisji. Obecnie stosuje się tylko kodowanie CS1 i CS2, gdyż nie ma obecnie możliwości technicznych zaimplementowania schematów CS3 i CS4 w istniejących sieciach GSM. Rzeczywiste prędkości uzależnione są od typu posiadanego aparatu (a więc możliwości obsługi określonej liczby kanałów) oraz od warunków propagacyjnych panujących w danej lokalizacji. Obecne telefony umożliwiają transmisję GPRS wykorzystując od 2 do 3 kanałów, co daje maksymalne prędkości transmisji odpowiednio 26,8kbit/s i 40,2kbit/s.

 

Infrastruktura – architektura logiczna.

Zanim można było skorzystać z GPRS, należało przystosować samą sieć telefoniczną do obsługi transmisji pakietowej. Wymóg ten był oczywisty, ponieważ sieć była budowana na potrzeby komunikacji przeprowadzanej z wykorzystaniem komutacji łączy. Ingerencja w strukturę istniejących sieci GSM była jednak niewielka i obyło się bez zmian w wykorzystywanym już sprzęcie. Zainstalowano nowe typy urządzeń dedykowanych do obsługi nowej techniki transmisji danych: SGSN (Serving GPRS Support Node) - urządzenie obsługujące zestawienie połączeń GPRS oraz zapewniające współpracę z infrastrukturą GSM; (węzły pomocnicze), GGSN (Gateway GPRS Support Node) - urządzenie realizujące współpracę "starej" części sieci GSM (wykorzystującej komutację łączy) z sieciami opartymi o protokoły IP i X.25; (Sieci pakietowe, węzły bramkujące), Charging Gateway - urządzenie zbierające informacje dla celów taryfikacyjnych o otwartych sesjach oraz liczenie przesłanych i odebranych danych w czasie ich trwania. Dodatkowo potrzebna jest jeszcze zmiana oprogramowania w klasycznej części sieci GSM. Sterowniki stacji bazowych muszą zostać dodatkowo wyposażone w moduły pakietowe PCU (Packet Control Unit), w których to następuje rozdzielenie ruchu pakietowego i komutacji łączy. Kontrolery PCU, zgodnie ze specyfikacją GPRS, mogą być instalowane również w samych stacjach bazowych lub bezpośrednio w węzłach SGSN. Najważniejsze jest jednak to, że nie trzeba dokonywać przeróbek sprzętowych (wymiana zespołu stacji bazowych jest bardzo kosztowna), gdyż format przekazywanych danych nie zmienia się w przypadku transmisji pakietów. GPRS wykorzystuje częściowo kanały logiczne standardowego GSM, jednak podstawą jego funkcjonowania są wydzielone kanały logiczne do obsługi ruchu pakietowego. Zależnie od konfiguracji i obciążenia komórki ruchem, kanały pakietowe mogą występować w różnych kombinacjach. Szczelina czasowa, TDMA, którą wykorzystuje GPRS nazywana jest PDCH (Packet Data Channel). Pakiety informacji w sieci GPRS zorganizowane są w bloki TBF (Temporary Block Flow), które są tworzone na potrzeby przesłania informacji pakietowych zarówno do terminala, jak i do stacji bazowej. Charakterystyczną cechą bloków TBF jest brak korelacji pomiędzy blokami TBF wysyłanymi w łączu uplink i downlink dla tego samego terminala. Każdy blok TBF wyposażony jest w unikalny w skali komórki numer identyfikacyjny TFI (Temporary Flow Identity). Blokami TBF steruje i zarządza kontroler PCU. Ilość wysyłanych bloków TBF jest podstawową miarą ruchu w sieci GPRS. W sieci GSM o wyborze komórki pracy decyduje sterownik BSC, podobnie sytuacja wygląda w przypadku przełączenia komórek (Handover). Natomiast w sieci GPRS, to terminal decyduje o wyborze komórki pracy (Cell selection) i ewentualnych ponownych selekcjach komórek w przypadku zmieniających się warunków propagacji sygnału. Proces ten w systemie GPRS nosi nazwę Cell re-selection i jest niezależny od parametrów odpowiedzialnych za Handover w komórce. Kryteria wyborów komórek GPRS (C31 i C32) są analogiczne do znanych z systemu GSM kryteriów C1 i C2, jednak zawierają dodatkowe funkcjonalności do sterowania ruchem pakietowym w sieci i obowiązują wyłącznie dla ruchu pakietowego. W szczególnym przypadku, procedura Cell re-selection może być poprzedzona całkowitym zanikiem sygnału z komórki aktualnie obsługującej terminal, nie powinno nastąpić w takim przypadku zjawisko zerwania połączenia (kontekstu PDP). Po procedurze Cell-reselection i wyborze innej komórki, następuje wznowienie transmisji. Podczas procedury Cell re-selection, terminal sprawdza czy nie zmienił się jego obszar przywołań dla ruchu pakietowego RA (Routing Area), jeżeli taka zmiana nastąpiła terminal wykonuje procedurę aktualizacji położenia (RA update). W przypadku, gdy zmienia się również obszar przywołań dla komutacji łączy, terminal jednocześnie wykonuje procedurę aktualizacji położenia dla komutacji łączy (Location Update). Obszary przywołań LA (Location Area) i obszary przywołań RA (Routing Area) w sieciach, w których ruch pakietowy jest stosunkowo niski, mogą się pokrywać. Jednak dla zwiększającego się ruchu GPRS, zaleca się zmniejszać obszary przywołań RA, ze względu na znacznie zwiększający się ruch na kanałach sygnalizacyjnych GPRS. W systemie stacji bazowych GPRS są używane te same rejestry, co w systemie GSM. Rejestr z informacjami o terminalach (EIR - Equipment Identity Register) zawiera listę aparatów nieobsługiwanych przez sieć z powodu kradzieży lub wad fabrycznych. Rejestr EIR zawiera również listę aparatów z wadami fabrycznymi, uniemożliwiającymi świadczenie niektórych usług. Rejestr VLR zawiera dane o wszystkich użytkownikach znajdujących się w obrębie jednej centrali MSC lub jednego routera brzegowego, natomiast rejestr HLR (Home Location Register) zbiera informacje o użytkownikach, dla których dana centrala jest centralą macierzystą. Nowym elementem, nieznanym z GSM, jest CGF (Charging Gateway Function) - bramka między SGSN i systemem bilingowym. Oprócz tego w architekturze GPRS znajduje się podsystem wysyłania wiadomości SMS, który obecnie jest przystosowany zarówno do przesyłania SMS-ów starym sposobem, jak i przez sieć GPRS.

 

Porównywanie sposobów przesyłania danych.

Dla wielu ludzi duże znaczenie może mieć sama obecność on-line, ze względu na charakter ich pracy, bo głównie do nich skierowana jest ta usługa. Pozostaje, więc pytanie, dlaczego operatorzy na całym świcie zdecydowali się na wprowadzenie GPRS w sytuacji, gdy na horyzoncie widać już UMTS, oferujący znacznie większe możliwości. Otóż piętrzące się trudności z powszechnym wprowadzeniem UMTS-u przyczyniają się do wzmocnienia pozycji technologii GPRS umożliwiającej szybką transmisję pakietową w sieci GSM. Do najistotniejszych zalet technologii GPRS zalicza się fakt, że dzięki innej interpretacji informacji zawartych w ramkach i szczelinach TDMA uzyskuje się cechy przekazów pakietowych. Korzystanie z Internetu z wykorzystaniem technologii pakietowej transmisji danych jest, więc prostsze, szybsze i tańsze. GPRS ma dwie podstawowe zalety: pojemność i nowy rodzaj billingu. Owy biling oparty na wolumenie ruchu okazuje się najodpowiedniejszy do pewnych usług. ( Na przykład chat - ktoś już kiedyś policzył, ze godzina czatowania za pomocą GPRS to poniżej złotówki; łatwo policzyć – 1 znak = 1 B) I to, że jest w zasadzie platformą do tworzenia nowych usług a nie samą usługą. Mimo wielu zalet ten sposób transmisji pakietowej ma również swoje wady. Przede wszystkim osiągana przepustowość nie pozwala na dostarczanie wideo w czasie rzeczywistym - wymagającego przepływności nie mniejszych niż 384kb/s. Poza tym GPRS wpływa na obniżenie możliwości przeprowadzania rozmów telefonicznych. Może się zdarzyć, że gdy w zasięgu stacji bazowych znajdzie się zbyt wiele osób przesyłających dane (np. odbierających naraz pocztę elektroniczną) pojawią się kłopoty podczas próby zarejestrowania w sieci "zwykłych" użytkowników. (Aby rozwiązać problemy z pojemnością sieci i jej ograniczoną przepływnością można zastosować technologię EDGE, która wykorzystuje bardziej wydajny niż w sieciach GSM sposób modulacji fali elektromagnetycznej.) Dodatkowo dane przesłane w postaci pakietów mogą napotkać ograniczenia w konstrukcji samych aparatów. Problemem jest niemożliwość jednoczesnego nadawania i odbioru we wszystkich ośmiu szczelinach terminalu przenośnego z powodu zakłócania toru odbiorczego przez aktywne kanały nadawcze. Do czasu rozwiązania tego problemu większość terminali GPRS będzie przystosowana do integracji trzech, czterech lub pięciu szczelin przyporządkowanych do jednego połączenia użytkownika. Innym zagadnieniem jest sposób zasilania telefonów przenośnych działających w standardzie GSM/GPRS. Ponieważ w trakcie nadawania moc pobierana ze źródła zasilającego wzrasta pięciokrotnie w stosunku do mocy pobieranej podczas odbioru komunikatów, przedłużanie czasu pracy nadajnika w czasie wywiera destrukcyjny wpływ na ogólną żywotność akumulatora telefonu komórkowego. W przypadku wykorzystywania jednej szczeliny czasowej nie ma to większego znaczenia dla czasu pracy telefonu, ale przy rozszerzaniu pasma o kolejne szczeliny czasowe wpływa znacząco również na żywotność zasilania bateryjnego. Problem ten jest istotny w sytuacjach, gdy użytkownik chce przekazywać muzykę, transmitować pliki graficzne i rozsyłać ogromne zasoby danych. Należy wtedy stosować specjalne akumulatory o podwyższonej żywotności i zwiększonej pojemności energii. Wyniki testów usługi GPRS u polskich operatorów GSM wykazały, że w Erze i Idei zdarzają się spore przerwy w transmisji. Powinno się to polepszyć wraz z rozwojem infrastruktury, ale nie wiadomo jak się to zmieni wraz z powiększeniem liczby użytkowników GPRS-u.

 

Zastosowanie pakietowej transmisji danych.

Technika GPRS przeżywała krótkie załamanie z powodu niedoborów terminali. Obecnie, choć GPRS nadal nie jest standardowym wyposażeniem każdego telefonu, prawie wszyscy producenci oferują egzemplarze, które mogą korzystać z GPRS-u. Nadaje się praktycznie tylko do tych zastosowań, które nie wymagają przesyłania dużej ilości danych. Obecnie narzucającym się rozwiązaniem jest poczta elektroniczna w ograniczonym zakresie. Przesyłanie dużych załączników jest kosztowne, natomiast zupełnie spokojnie można przesyłać wiadomości tekstowe. Większe załączniki mogą przesyłać abonenci biznesowi, dla których cena nie jest tak istotna. Przykładowo pracownik ustalający szczegóły umowy może ją przesłać do firmy w celu uzyskania akceptacji, wartość, bowiem takiej umowy znacznie przekracza cenę przesyłania informacji przez GPRS. Dużym błędem byłoby jednak traktowanie GPRS jako alternatywnej metody dostępu do Internetu z powodu dużego wzrostu objętości stron WWW. Niewielki rozwój GPRS spowodowany jest również brakiem aplikacji, które w pełni wykorzystywałyby jego specyficzne cechy. Sposób taryfikacji (objętość danych zamiast czasu połączenia) może być przecież atutem w stosunku do połączeń komutowanych, nawet stacjonarnych. Przykładem potencjalnego zastosowania może być uwierzytelnianie kart kredytowych. Dziesięć tysięcy takich operacji może generować niewielki ruch i być relatywnie tanie. Takie samo uwierzytelnianie przez sieć telefoniczną oznacza dziesięć tysięcy połączeń, każde oddzielnie naliczane, lub konieczność posiadania stałego łącza, które nie zawsze jest dostępne, a zwykle jest dość drogie. Potencjalnym zastosowaniem GPRS-u może być telemetria. Terminale GPRS w urządzeniach pomiarowych zapewniają szybki dostęp do danych. Zaletą jest zarówno cena połączeń, jak i łatwość instalacji. Wadą jest koszt terminali. Należy się spodziewać, że tak samo jak w przypadku telefonów GSM, będzie on sukcesywnie malał. Ciekawym zastosowaniem może być system powiadamiania w sieciach automatów dystrybucyjnych. Zainstalowanie w każdym z nich terminalu GPRS pozwoliłoby na sprawne zarządzanie siecią. Braki mogłyby być szybko uzupełniane, a pracownicy obsługi nie traciliby czasu na sprawdzanie pełnych automatów. Terminalami GPRS mogą być zarówno zwykłe telefony, jak i komputery wyposażone w modem GPRS, a nawet automat służący do autoryzacji kart płatniczych. Oceniając pod względem przydatności dla systemu GPRS, zarówno wygląd, jak i zastosowanie jest kwestią drugorzędną, podstawową zaś sprawą jest typ terminalu (A, B lub C) określający możliwość jednoczesnej pracy w trybie pakietowym i komutacji kanałów. Terminale grupy A mogą równolegle obsługiwać połączenia GPRS i GSM, czyli umożliwiają jednoczesne prowadzenie rozmowy i np. przeglądanie stron WWW. Terminale typu B mogą cały czas obserwować kanały GSM i GPRS, ale za jednym razem mogą obsługiwać albo transmisję pakietową, albo komutację kanałów. Sytuację można porównać do telefonu z faksem - w tym samym czasie można albo odbierać faks, albo rozmawiać, ale w każdej chwili można do nas zadzwonić i wysłać faks. Ostatni typ terminalu, typ C jest ręcznie przełączany z trybu GPRS na GSM i na odwrót. Oznacza to, że albo mamy włączony terminal GPRS i możemy w każdej chwili odebrać pocztę, ale dla systemu GSM "abonent jest czasowo niedostępny", albo możemy mieć telefon GSM, wybór zaś między jedną a drugą opcją wymaga ręcznego przełączenia. Terminal GPRS w sieci może być w trzech stanach: idle, standby, active. Dane mogą być przesyłane tylko w stanie active. Wtedy sieć GPRS zna dokładnie komórkę sieci, w której znajduje się MS. W stanie standby sieć zna tylko grupę komórek, w której MS przebywa. W wypadku potrzeby transmisji danych kanał PPCH zostaje użyty do dokładnego określenia ulokowania MS. W stanie standby MS "nasłuchuje" tylko kanału PPCH, zwalniając jednocześnie kanały PTDCH i oszczędzając w ten sposób baterie. Stan idle oznacza MS wyłączony z sieci. Każdy terminal może inicjować wiele osobno zarządzanych połączeń określanych przez kontekst PDP.

Literatura:

    1. Vademecum Teleinformatyka, tom I, Wydawnictwo: IDG POLAND
    2. Materiały reklamowe firm telekomunikacyjnych.

Serwis ODA - Strona główna > Wykaz publikacji  |  

Zamknij okno

góra