GPRS служба изнутри

GPRS служба

Вполне естественно возникновение иди по применению GSM сетей для организации связи между компьютерами. Одним из существенных недостатков сетей сотовой связи стандарта GSM на сегодняшний день является низкая скорость передачи данных (максимум 9.6 кбит/с). Для передачи данных абоненту выделяется всего один голосовой канал, а оплата осуществляется, исходя из времени соединения (причем по тарифам, мало отличающимся от голосовых).

Для высокоскоростной передачи данных посредством существующих GSM-сетей была разработана GPRS (General Packet Radio Service) - служба пакетной передачи данных по радиоканалу. Необходимо отметить, что кроме повышения скорости (максимум составляет 171.2 кбит/с, но об этом чуть ниже), новая система предполагает иную схему оплаты услуги передачи данных - при использовании GPRS службы расчеты производятся пропорционально объему переданной информации, а не времени использования канала. К тому же GPRS служба более рационально использует выделяемую полосу частот: особо не вдаваясь в технические тонкости можно сказать, что "пакеты" данных передают одновременно по многим каналам (именно в одновременном использовании нескольких каналов и заключается выигрыш в скорости) в паузах между передачей речи. И только в паузах - голосовой трафик имеет безусловный приоритет перед данными, так что скорость передачи информации определяется не только возможностями сетевого и абонентского оборудования, но и загрузкой сети. Ни один канал GPRS службы не занимают под передачу данных целиком - и это основное качественное отличие новой технологии от описанных выше.

Разумеется, разработчики GPRS службы приложили все усилия для того, чтобы установка новой системы "поверх" существующих GSM-сетей оказалась как можно менее обременительной (и разорительной, что немаловажно) для операторов сотовой связи. Рассмотрим подробнее, какие новые блоки и связи появляются в общей архитектуре системы сотовой связи стандарта GSM с внедрением GPRS службы.

Доработку GSM сети для предоставления GPRS услуг высокоскоростной передачи данных 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 баз HLR-VLR и заканчивая базовыми станциями BS. В частности, вводится режим многопользовательского доступа к временным кадрам каналов GSM, а в HLR базе, например, появляется новый параметр Mobile Station Multislot Capability (количество каналов, с которыми одновременно может работать мобильный телефон абонента, подробнее об этом ниже).

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

SGSN, в некотором роде, можно назвать аналогом MSC – центра мобильной коммутации сети GSM. SGSN контролирует доставку пакетов данных пользователям, взаимодействует с HLR базой собственных абонентов сети, проверяя, разрешены ли запрашиваемые пользователями услуги, ведет мониторинг находящихся в online пользователей, организует регистрацию абонентов вновь "проявившихся" в зоне действия сети и т.п. Так же как и MSC центр, SGSN узел в системе может быть не один, в этом случае каждый узел отвечает за свой участок сети. Например, SGSN узел производства компании Motorola имеет следующие характеристики: каждый узел поддерживает передачу до 2000 пакетов в секунду, одновременно контролирует до 10000 находящихся online пользователей. Всего же в системе может быть до 18 SGSN узлов, производства Motorola.

Назначение GGSN узла видно из его названия - это шлюз между сотовой сетью (вернее, ее частью для передачи данных через GPRS службу) и внешними информационными магистралями (Internet, корпоративными интранет-сетями, другими GPRS системами и так далее). Основной задачей GGSN узла является маршрутизация данных, идущих от и к абоненту через SGSN узел. Вторичными функциями GGSN узла является адресация данных, динамическая выдача IP-адресов, а также отслеживание информации о внешних сетях и собственных абонентах (в том числе тарификация услуг). Эти функции относятся к сетевому уровню модели OSI ISO, поэтому мы их рассмотрим в разделе ….

Рис.

В GPRS службу заложена хорошая масштабируемость: при появлении новых абонентов оператор может увеличивать число SGSN узлов, а при эскалации суммарного трафика - добавлять в систему новые GGSN узлы. Внутри ядра GPRS службы (между SGSN и GGSN узлами) данные передаются с помощью специального туннельного протокола GTP (GPRS Tunneling Protocol. Подробно туннелирование мы рассмотрим в разделе …).

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

В перспективе (при ориентации системы на мобильный Интернет) возможно добавление специального узла - IGSN (Internet GPRS Support Node - узел поддержки Интернет).

Прежде чем приступить к работе с GPRS службой, мобильный терминал, так же как и в обычном случае передачи голоса, должен зарегистрироваться в системе. Как уже было сказано, регистрацией пользователей занимается SGSN узел. В случае успешного прохождения всех процедур (проверки доступности запрашиваемой услуги и копирования необходимых данных о пользователе из HLR базы в SGSN узел) абоненту выдается P-TMSI (Packet Temporary Mobile Subscriber Identity - временный идентификатор мобильного абонента для пакетной передачи данных), аналогичный TMSI идентификатору, который назначается мобильному телефону для передачи голоса.

Для быстрой маршрутизации информации к мобильному абоненту GPRS служба нуждается в данных о его месторасположении относительно сети, причем с большей точностью, нежели в случае передачи голосового трафика (напомним, HLR база и VLR база хранят информацию о том, где находится абонент). Из-за необходимости точно знать расположение MS терминала в GSM сети, терминал информирует MSC станцию о переходе от одной соты к другой. Это требует значительного расхода энергии батарей и увеличивает служебный трафик в сети. Чтобы найти разумный компромисс между объемом сигнального трафика в сети и необходимостью знать с высокой точностью местонахождение абонента в GPRS службе 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 службе, но уже долгое время (определяемое специальным таймером) не передает 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). (Подробно понятия маршрутизация, область маршрутизации и т.д. мы рассмотрим в главе 5.)

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

Согласно этой идеологии, терминалы, находящиеся в STANDBY-режиме, при переходе из одной RA области в другую посылают SGSN узлу специальный сигнал о смене области маршрутизации (routing area update request). Если новая и старая RA контролируются одним SGSN узлом, то смена RA приводит лишь к корректировке записи в SGSN узел. Если же абонент переходит в зону действия нового SGSN узла, то новый SGSN узел запрашивает у старого информацию о пользователе, а ранее используемые MSC центр, базы VLR и HLR и GGSN узел ставятся в известность о смене SGSN узла. Когда телефон, работающий с GPRS службой, перемещается в другую LA, то SGSN узел отправляет соответствующей VLR базе сообщение о необходимости смены записи о местонахождении абонента.

Следует отметить такой важный параметр функционирования GPRS службы, 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 следующим признакам:

· необходимому приоритету (существует высокий, средний и низкий приоритет данных);

· надежности (разделение на три класса по количеству возможных ошибок разного рода, потерянных пакетов и т.п.);

· задержкам (задержки информации вне GPRS-сети в расчет не принимаются);

· количественным характеристикам (пиковое и среднее значение скорости);

Класс QoS выбирается индивидуально для каждой новой сессии передачи данных.

Стандарт услуги GPRS предусматривает два режима "соединений":

· PTP (Point-To-Point - точка-точка);

· PTM (Point-To-Multipoint - точка-многоточие).

Широковещательный режим РТМ в свою очередь подразделяется на два класса:

PTM-M (PTM-Multicast) - передача необходимой информации всем пользователям, находящимся в определенной географической зоне;

PTM-G (PTM-Group Call) - данные направляются определенной группе пользователей.

Развитие стандарта GPRS службы предполагает вскоре поддержку режима "многоточечной" передачи информации PTM.

Дата добавления: 2014-01-20