Технология gprs

Традиционная передача данных

Для мобильного интернета уже достаточно давно можно использовать функцию GSM телефона "передача данных", которая позволяет работать на скорости 9,6 кбит/c. Однако, у традиционной передачи данных есть ряд существенных недостатков. Во-первых, это низкая скорость. Обычные модемы, которые работают на телефонной линии, способны обеспечивать скорость в 3-5 раз выше. Во-вторых, относительно высокая стоимость доступа, которая обусловлена тем, что при работе необходимо постоянно висеть на линии, а оплата услуг ведется на повременной основе. Кроме того, при таком способе подключения нерационально используются частотные ресурсы оператора, так как при работе в интернете часто возникает ситуация, когда данные не передаются а линия остается занята.

GPRS

Следующим шагом на пути развития технологии передачи данных стала система GPRS (General Packet Radio Service - пакетная передача данных по радиоканалу). При передаче информации через GPRS не выделяется отдельная линия, а используются небольшие порции данных или "пакеты". Кроме того, пакеты данных передаются одновременно по многим каналам в паузах между передачей речи. Именно в одновременном использовании нескольких каналов и заключается выигрыш в скорости, которая теоретически может достигать 171.2 кбит/с. Более реальные цифры - около 30 кбит/c что приблизительно сопоставимо с обычной наземной модемной линией. Важно отметить, что голосовой трафик имеет безусловный приоритет перед данными, так что скорость передачи информации определяется не только возможностями сетевого и абонентского оборудования, но и загрузкой сети. В GPRS ни один канал не занимается под передачу данных целиком - и это основное качественное отличие этой технологии от используемых ранее.

Еще одно немаловажное отличие - иная схема оплаты услуги. При использовании GPRS расчеты производятся пропорционально объему переданной информации, а не времени, проведенному online. То есть можно, к примеру, весь день общаться в ICQ а в итоге заплатить лишь за небольшой объем переданной/полученной информации.

Для чего нужен GPRS?

Если вы не собираетесь подключать свой телефон к каким либо устройствам, то основной сферой применения GPRS в телефоне являться просмотр WAP страниц. Технология GPRS способна значительно оживить интерес к WAP. Многие пользователи WAP остаются недовольны низкой скоростью и дороговизной услуги, так как при просмотре страниц приходится оставаться на линии. Благодаря GPRS работа с WAP становится весьма быстрой и недорогой. Можно с легкостью пользоваться всеми WAP ресурсами, получать информацию о погоде, афиши кинотеатров и массу подобной информации. Кроме того, посредством WAP и GPRS можно производить загрузку всевозможного контента вроде логотипов, мелодий и игр. Некоторые операторы сотовой связи предлагают неограниченную возможность использования WAP через GPRS за фиксированную ежемесячную оплату. Также возможна отсылка SMS через сеть GPRS. Кроме того, GPRS используется как транспортный протокол для обмена мультимедийными MMS сообщениями, которые помимо текста могут содержать в себе фотографии, звук, мелодии.

В том случае, если вы обладатель карманного компьютера, у вас открывается значительно больше возможностей. Это работа с электронной почтой, Web страницами, ICQ и другими системами обмена сообщениями, а также всеми другими приложениями, которые используют интернет. Причем, если у вас карманный компьютер и мобильный телефон имеют возможность связи через Bluetooth, то можно носить в одном кармане телефон, а в другом карманный компьютер с постоянной запущенной ICQ или E-mail клиентом, который будет периодически проверять почту! И что самое приятное - оплата идет только за трафик, который в этом случае будет относительно небольшим.

Если подключать телефон к ноутбуку или обычному компьютеру, то мы получим выход в интернет с скоростью сопоставимой с обычным модемом. Причем пользоваться всем этим можно не только около телефонной розетки, а в любом месте где есть покрытие сети и работает GPRS. Например в кафе, на даче, в машине и т.д. В случае с ноутбуком, можно рассматривать вариант подключения PCMCIA GPRS модема. А многие новые модели уже имеют встроенный GPRS модуль...

Корпоративные пользователи и телеметрия Для тех, кто пользуется интернетом по работе, будет весьма востребована возможность удаленного беспроводного доступа к ресурсам корпоративной сети и базам данных. В первую очередь это удобно тем сотрудникам которые вынуждены работать вдалеке от офиса. GPRS позволит иметь практически мгновенный доступ к нужной информации.

На основе GPRS также можно создавать блоки для телеметрии. Например, гораздо проще установить в банкомат GPRS модуль, чем искать и устанавливать выделенную линию. А в случае, если вблизи нет возможности установить телефон - беспроводная связь единственно возможное решение.

GPRS изнутри

Доработку GSM-сети для предоставления услуг высокоскоростной передачи данных GPRS можно условно разделить на две формы - программную и аппаратную. Если говорить о программном обеспечении, то оно нуждается в замене или обновлении практически всюду - начиная с реестров HLR-VLR и заканчивая базовыми станциями BTS. В частности, вводится режим многопользовательского доступа к временным кадрам каналов GSM, а в HLR, например, появляется новый параметр Mobile Station Multislot Capability (количество каналов, с которыми одновременно может работать мобильный телефон абонента, но об этом ниже).

Ядро системы GPRS (GPRS Core Network) состоит из двух основных блоков - SGSN (Serving GPRS Support Node - узел поддержки GPRS) и GGPRS (Gateway GPRS Support Node - шлюзовой узел GPRS). Остановимся на их функциях более подробно.

SGSN является, грубо говоря, мозгом рассматриваемой системы. В некотором роде SGSN можно назвать аналогом MSC - коммутатора сети GSM. SGSN контролирует доставку пакетов данных пользователям, взаимодействует с реестром абонентов HLR, проверяя, разрешены ли запрашиваемые пользователями услуги, ведет мониторинг находящихся online пользователей, организует регистрацию абонентов вновь "проявившихся" в зоне действия сети и т.п. Так же как и MSC, SGSN, в системе может быть и не один - в этом случае каждый узел отвечает за свой участок сети.

Предназначение GGSN можно понять из его названия - это шлюз между сотовой сетью (вернее, ее частью для передачи данных GPRS) и внешними информационными магистралями (Internet, корпоративными интранет-сетями, другими GPRS системами и так далее). Основной задачей GGSN, таким образом, является маршрутизация данных, идущих от и к абоненту через SGSN. Вторичными функциями GGSN является адресация данных, динамическая выдача IP-адресов, а также отслеживание информации о внешних сетях и собственных абонентах (в том числе тарификация услуг).

Заметим, что в GPRS-систему заложена хорошая масштабируемость - при появлении новых абонентов оператор может увеличивать число SGSN, а при увеличении суммарного трафика - добавлять в систему новые GGSN. Внутри ядра GPRS-системы (между SGSN и GGSN) данные передаются с помощью специального туннельного протокола GTP (GPRS Tunneling Protocol).

Еще одной составной частью системы GPRS является PCU (Packet Control Unit - устройство контроля пакетной передачи). PCU стыкуется с контроллером базовых станций BSC и отвечает за направление трафика данных непосредственно от BSC к SGSN.

Прежде чем приступить к работе с GPRS, мобильная станция, так же как и в обычном случае передачи голоса, должна зарегистрироваться в системе. Как уже было сказано, регистрацией (а, точнее, "прикреплением" (attachment) к сети) пользователей занимается SGSN. В случае успешного прохождения всех процедур (проверки доступности запрашиваемой услуги и копирования необходимых данных о пользователе из HLR в SGSN) абоненту выдается P-TMSI (Packet Temporary Mobile Subscriber Identity - временный номер мобильного абонента для пакетной передачи данных), аналогичный TMSI, который назначается мобильному телефону для передачи голоса (кстати, если абонентский терминал относится к классу А, то ему при регистрации выделяется как TMSI, так и P-TMSI).

Для быстрой маршрутизации информации к мобильному абоненту GPRS-система нуждается в данных о его месторасположении относительно сети, причем с большей точностью, нежели в случае передачи голосового трафика. Но представьте себе, как возрастет служебный трафик в сотовой сети и расход энергии мобильным аппаратом, если телефон будет информировать систему каждый раз при переходе от одной соты к другой! Чтобы найти разумный компромисс между объемом сигнального трафика в сети GPRS и необходимостью знать с высокой точностью местонахождение абонента принято деление терминалов на три класса:

IDLE (неработающий). Телефон отключен или находится вне зоны действия сети. Очевидно, что система не отслеживает перемещение подобных абонентов.

STANDBY (режим ожидания). Аппарат зарегистрирован (прикреплен) в GPRS-системе, но уже долгое время (определяемое специальным таймером) не работает с передачей данных. Местоположение STANDBY-абонентов известно с точностью до RA (Routing Area - область маршрутизации). RA мельче, чем LA (каждая LA разбивается на несколько RA, но, тем не менее, RA крупнее, чем сота, и состоит из нескольких элементарных ячеек).

READY (готовность). Абонентский терминал зарегистрирован в системе и находится в активной работе. Координаты телефонов, находящихся в режиме READY, известны системе (а, точнее, SGSN) с точностью до соты.

Согласно этой идеологии, терминалы, находящиеся в STANDBY-режиме, при переходе из одного RA в другой посылают SGSN специальный сигнал о смене области маршрутизации (routing area update request). Если новая и старая RA контролируется одним SGSN, то смена RA приводит лишь к корректировке записи в SGSN. Если же абонент переходит в зону действия нового SGSN, то новый SGSN запрашивает у старого информацию о пользователе, а MSC, VLR, HLR и вовлеченные в работу GGSN ставятся в известность о смене SGSN. Когда телефон, работающий с GPRS-системой, перемещается в другую LA, то SGSN отправляет соответствующему VLR сообщение о необходимости смены записи о местонахождении абонента.

Следует отметить такой важный параметр, как QoS (Quality of Service - качество сервиса). Очевидно, что видеоконференция в режиме реального времени и отправка сообщения электронной почты предъявляют разные требования, например, к задержкам на пути пакетов данных. Поэтому в GPRS существует несколько классов QoS, подразделяющихся по необходимому приоритету, надежности, задержкам, пиковым и средним значением скорости.

GPRS телефоны

Для работы с системой пакетной передачи данных необходимо иметь телефон, совместимый с GPRS. GPRS-терминалы подразделяются на три класса:

устройства класса А

способны одновременно работать как с передачей голоса, так и с передачей данных.

устройства класса В

могут осуществлять либо передачу голоса, либо передачу данных, но не одновременно.

устройства класса С

поддерживают только передачу данных и не могут быть использованы для голосовой связи. Как правило, это такие устройства как GPRS модемы.

Следует заметить, что максимальная скорость передачи данных определяется, в первую очередь, количеством каналов, с которыми одновременно может работать телефон. Один канал обеспечивает передачу данных со скоростью до 13.4 кбит/с. Конфигурация телефона может выглядеть как 4/1, то есть 4 канала на прием и 1 на передачу.