5. Telefonie Mobila Sistemul GPRS

FACULTATEA DE AUTOMATICĂ ŞI CALCULATOARE

Transmisii de Date

Lucrarea de laborator 5.

Telefonie mobilă. Serviciul GPRS.

© 2005 Radu Bogdan Rusu Pagina 1 revision 0.1

1. Scopul lucrării

Scopul lucrării este de a prezenta modul de funcţionare al serviciului de telefonie mobilă GPRS în cadrul reţelelor GSM.

Se vor analiza caracteristicile serviciului GPRS şi se vor enumera şi explica avantajele precum şi dezavantajele folosirii acestuia.


2. Consideraţii teoretice

Ce semnifică ancronimul GPRS?

GPRS înseamnă “General Packet Radio Service”, şi este denumirea dată unuia dintre serviciile de transmisie de date ale sistemului GSM. GPRS este considerat ca un serviciu de tipul 2.5G (adică între generaţia a doua 2G şi generaţia a treia 3G a tehnologiilor de telefonie mobilă).

Serviciul iniţial de transmisie de date al sistemului GSM a fost CSD (en. Circuit

Switched Data). Viteza maximă de transmisie a datelor folosind serviciul CSD este de 9.6Kbps. Această viteză s-a dovedit destul de repede a fi o limită în calea aplicaţiilor care folosesc un volum mare de date.

22..11.. AArrhhiitteeccttuurraa ddee bbaazzăă aa sseerrvviicciiuulluuii GGPPRRSS

Structura de bază a serviciului GPRS se bazează pe arhitectura sistemului GSM, la care se mai adaugă:

NSSG – Nodul de Suport Servicii GPRS NSGG – Nodul de Suport Gateway GPRS UCP – Unitatea de Control Pachete

Arhitectura simplificată a sistemului GSM+GPRS este prezentată în figura 5.1. Datorită faptului că elementele sistemului GSM au fost deja prezentate în cadrul lucrării cu titlul „Telefonie mobilă. Sistemul GSM.”, în continuare se va pune accentul doar pe elementele noi care apar în structură.

TD.Laborator 5. Consideraţii teoretice


Figura 5.1. Structura de bază a sistemului GSM+GPRS.

Nodul de Suport Gateway GPRS reprezintă interfaţa sistemului GSM/GPRS cu reţelele externe acestuia (spre exemplu cu reţeaua Internet).

Nodul de Suport Servicii GPRS reprezintă suportul funcţional al unităţilor mobile GPRS. Datele GPRS sunt stocate în regiştrii GPRS (en. GPRS Registers), parte componentă a NSSG. Legătura între Unitatea de Control Pachete şi NSGG este realizată tot prin intermediul nodului de suport servicii.

În momentul în care un pachet de date ajunge de la unitatea mobilă la NSSG, acesta va fi analizat prin prisma informaţiilor din antetul lui. Verificarea informaţiilor de adresă precum şi transmiterea pachetului către NSGG-ul corespunzător revine tot în sarcina NSSG.

Unitatea de Control Pachete se ocupă de interfaţarea reţelei GSM cu elementele GPRS. UCP converteşte toate datele primite în frame-uri cu un format şi o lungime proprie, similare cu cele ale reţelei GSM. Astfel, CSB-ul reţelei GSM poate procesa transparent atât frame-uri GPRS cât şi frame-uri GSM. UCP controlează de asemenea şi accesul la reţea al diferitelor staţii mobile GPRS.

22..22.. SSttiivvaa pprroottooccooll GGPPRRSS

Principiul general de transmitere a datelor folosind serviciul GPRS se bazează pe encapsularea datelor în pachete şi transmiterea acestora printr-un canal de date între NSSG şi NSGG. Protocolul prin care datele sunt transmise se numeşte GTP (en. GPRS Tunnel Protocol). GTP foloseşte fie TCP fie UDP ca şi protocoale efective pentru transmiterea datelor.

GTP foloseşte antete de lungime fixă (20 octeţi) pentru a spori viteza de prelucrare a pachetelor de către unităţile GPRS. Numele de „tunneling protocol” vine de la faptul că protocolul GTP crează tunele (canale) virtuale de date între unităţile aferente comunicaţiei. Identificarea informaţiei din aceste canale virtuale de date se face folosind un identificator de canal TI (en. Tunnel Identifier).



22..33.. AAvvaannttaajjeellee tteehhnnoollooggiieeii GGPPRRSS

Principalul avantaj al tehnologiei GPRS este acela că nu necesită schimbarea infrastructurii reţelelor de telefonie mobilă GSM existente. Prin folosirea GPRS, reţelele GSM sunt îmbunătăţite de performanţele aduse în cadrul serviciului de transfer de date, similar cu folosirea HSCSD.

22..33..11.. VViitteezzăă ssppoorriittăă ddee ttrraannssffeerr aa ddaatteelloorr

Viteza maximă teoretică admisibilă a sistemelor care folosesc serviciul GPRS este de 172.4 Kbps, viteză atinsă prin folosirea tuturor celor 8 sloturi în acelaşi timp. Această viteză este de aproximativ 3 ori mai mare decat cea a reţelelor de telefonie fixă, şi de aproximativ 10 ori mai mare decat cea a reţelelor GSM care folosesc serviciul CSD.

Serviciul GPRS introduce 3 scheme de codificare a datelor, numite CS-2, CS-3 şi CS-4. Prin folosirea acestor scheme de codificare se pot obţine viteze mai mari de transfer a datelor pe un slot faţă de vitezele CSD, însă nu oferă acelaşi grad de protecţie a datelor. Un exemplu de viteze maxime admisibile în funcţie de tipul de codificare ales precum şi de numărul de sloturi este dat în tabelul 5.1.

Codificare 1 Slot 2 Sloturi 8 Sloturi

CS-1 9.2 Kbps 18.4 Kbps 73.6 Kbps CS-2 13.55 Kbps 27.1 Kbps 108.4 Kbps

CS-3 15.75 Kbps 31.5 Kbps 126 Kbps CS-4 21.55 Kbps 43.1 Kbps 172.4 Kbps

Tabelul 5.1. Exemple de viteze maxim admisibile GPRS.

22..33..22.. CCoonneeccttaarree ppeerrmmaanneennttăă

Spre deosebire de alte servicii clasice de transmisie de date, serviciul GPRS nu necesită o iniţializare a conexiunii. Informaţia este trimisă sau primită instant în momentul în care este nevoie. De aceea, se spune despre serviciul GPRS că este „în permanenţă conectat”.

Avantajul este imediat în momentul folosirii unor aplicaţii care necesită transmiterea respectiv primirea datelor instant, fără întârziere.

22..33..33.. NNooii aapplliiccaaţţiiii

O consecinţă a vitezei sporite de transfer a datelor este aceea că aplicaţii care nu puteau fi utilizate în trecut, datorită limitărilor serviciului CSD, devin acum utilizabile. Serviciul GPRS face posibilă folosirea aplicaţiilor Internet, de la navigare web la aplicaţii chat. Orice aplicaţie care suportă protocoalele TCP sau UDP este automat utilizabilă pe un terminal GPRS.



22..33..44.. SSuuppoorrttăă TTDDMMAA şşii GGSSMM

Serviciul GPRS poate funcţiona atât pe reţele de telefonie GSM, cât şi pe reţele de telefonie mobilă TDMA (en. Time Division Multiple Access), populare in America de Nord.

22..33..55.. EEffiicciieennţţaa ssppeeccttrruulluuii

Datorită mecanismului de comutare a pachetelor, resursele radio GPRS sunt folosite doar în momentul în care utilizatorul trimite sau primeşte date. În locul alocării unui canal dedicat pentru o perioadă fixă de timp, resursele radio pot fi împărţite între mai mulţi utilizatori. Această eficienţă a folosirii spectrului duce la creşterea numărului de utilizatori care pot folosi concurent resurse GPRS. Numărul maxim de utilizatori depinde de aplicaţia folosită precum şi de cantitatea de informaţie trimisă de acea aplicaţie.

Serviciul GPRS permite operatorilor de telefonie mobilă să maximizeze resursele reţelelor într-un mod dinamic şi flexibil.

22..44.. LLiimmiittăărriillee tteehhnnoollooggiieeii GGPPRRSS

GPRS este un serviciu important pentru transmiterea datelor în cadrul sistemelor moderne de telefonie mobilă GSM, însă odată cu avantajele enumerate mai sus, apar şi câteva limitări ale folosirii acestuia.

22..44..11.. LLiimmiittaarreeaa ccaappaacciittăăţţiiii uunneeii cceelluullee ppeennttrruu ttooţţii uuttiilliizzaattoorriiii

Serviciul de date GPRS foloseşte aceleaşi resurse în cadrul unei celule de reţea ca şi serviciul standard de voce. Astfel, folosirea simultană a celor două servicii duce la creşterea gradului de ocupare a celulei de reţea folosite.

Cu toate acestea, serviciul GPRS este capabil de alocarea dinamică a managementului celulei de reţea folosite prin transmiterea unor mesaje de dimensiuni scurte prin canalele GPRS.

22..44..22.. VViitteezzee mmaaii mmiiccii îînn rreeaalliittaattee

Atingerea vitezei maxime teoretice a serviciului GPRS de 172.2Kbps se poate face doar prin folosirea simultană a celor 8 sloturi fără a folosi modalităţi de corectare a erorilor care apar. Terminalele existente pe piaţă însă, sunt sever limitate la folosirea doar a 2-3 sloturi, ducând astfel la limitarea capacităţii totale a benzii pentru un utilizator.

În realitate, reţelele de telefonie mobilă care transferă date prin serviciul GPRS, au viteze de transfer a datelor mai mici decât reţelele de telefonie fixă. În momentul introducerii serviciilor de generaţie a 3-a, precum EDGE (en. Enhanced Data GSM



Evolution) sau UMTS (en. Universal Mobile Telephone System) acest lucru se va schimba.

22..44..33.. MMoodduullaaţţiiee ssuubbooppttiimmaallăă

Serviciul GPRS se bazează pe o modalitate de modulaţie a datelor denumită GMSK (en. Gaussian Minimum-Shift Keying). Serviciul 3G de transfer al datelor EDGE este bazat pe o nouă tehnică de modulaţie care permite atingerea unor viteze mai mari prin aer, şi anume 8 PSK (en. Eight Phase Shift Keying).

22..44..44.. VViitteezzee ddee îînnttâârrzziieerree

Folosind serviciul GPRS, pachetele de date sunt transmise în toate direcţiile pentru a ajunge la aceeaşi destinaţie. Acest fapt duce la apariţia unor potenţiale probleme ca unul din aceste pachete să se piardă sau să ajungă corupte în timpul transmisiei radio. GPRS recunoaşte aceste erori şi încorporează strategii de verificare a integrităţii şi retransmiterii datelor.

Datorită verificări integrităţii datelor, apar întărzieri. Aceste întărzieri fac imposibilă folosirea unor aplicaţii care necesită spre exemplu, transmisii video de calitate în timp real. De aceea, pentru aplicaţii de acest gen se foloseşte serviciul HSCSD.

22..44..55.. IInneexxiisstteennţţaa uunnuuii mmeeccaanniissmm ddee ssttooccaarree aa ddaatteelloorr

Dacă în cadrul serviciul SMS, mecanismul de store-and-forward (ro. stochează şi transmite mai departe) este practic esenţa centrului de mesaje SMS, serviciul GPRS nu beneficiază de un asemenea mecanism. Astfel datele nu pot fi stocate pentru a fi retransmise mai tărziu.

22..55.. AApplliiccaaţţiiii ppeennttrruu GGPPRRSS

Prin folosirea serviciului GPRS, o gamă largă de aplicaţii care nu puteau fi folosite datorită limitărilor CSD sau SMS, devin utilizabile.

Aplicaţii de tip chat; Aplicaţii care oferă informaţii vizuale; Aplicaţii care folosesc imagini statice sau în mişcare; Aplicaţii Internet (navigare web, transfer de fişiere, etc); Aplicaţii audio; Aplicaţii Home Automation sau Vehicle Positioning.


3. Desfăşurarea lucrării

Se vor studia caracteristicile serviciului GPRS.

Documents

5. Telefonie Mobila Sistemul GPRS