<-На зміст->

 

9.6 Технологія передавання даних GPRS

 

Існуючі мережі GSM, в тому числі і нова технологія HSCSD, можуть підтримувати лише трафік мереж з комутацією каналів. Тому одним найважливіших кроків на шляху еволюції мереж GSM стало впровадження послуг пакетного передавання GPRS (General Packet Radio Service). Система GPRS забезпечує прозору передачу даних (від абонента до абонента) в пакетному режимі IP-протоколу з підвищенням швидкості передавання до 115,2 кбіт/с. Слід відмітити, що саме послуга GPRS здатна надавати нові види послуг третього покоління вже сьогодні.
Оскільки послуга передавання даних GPRS надбудовується над існуючою мережею GSM, то немає необхідності в кардинальній модернізації існуючої мережевої інфраструктури. Що стосується нових функціональних можливостей і зміни принципу спряження з новими мережами, то вони є завданнями системи комутації і лише розширенням існуючої мережі GSM.
На рис. 9.14 наведено основні вузли модернізованої системи мобільного зв’язку GSM, де:

  • BG (Billing Gateway) – білінговий шлюз;
  • BTS (Base Transceiver Station) – базова приймально-передавальна станція;
  • EIR (Equipment Identification Register) – регістр ідентифікації обладнання;
  • GGSN (Gateway GPRS Support Node) – шлюзовий вузол підтримки послуг GPRS;
  • GMSC (Gateway MSC) – шлюзовий мобільний центр комутації;
  • HLR (Home Location Register) – домашній регістр;
  • IWMSC (Interworking MSC) – MSC для забезпечення міжмережевого обміну;
  • MSC/VLR (Mobile Switching Center/ Visitor Location Register) – мобільний центр комутації/ суміщений з гостьовим регістр;
  • MS (Mobile Station) – мобільна станція;
  • PCU (Packet Controller Unit) – пакетний контролер;
  • SGSN (Serving GPRS Support Node) – сервісний вузол підтримки послуг GPRS;
  • SM-SC (Short Message Switching Center) – центр комутації коротких повідомлень;
  • SMS (Short Message Service) – послуга коротких повідомлень;
  • PDN (Public Data Network) – мережа передавання даних загального користування;
  • PSTN (Public Switched Telephone Network) – телефонна мережа загального користування;
  • PLMN(Public Land Mobile Network) – мережа сухопутного мобільного зв’язку загального користування.

Як видно з рис. 9.14, впровадження GPRS пов’язано в основному із доданням нових мережевих елементів, які призначені для підтримки пакетного передавання даних: SGSN та GGSN – в системі комутації, PCU – в системі базової станції.
Сервісний вузол SGSN забезпечує маршрутизацію пакетів, аутентифікацію і шифрування, а також керування мобільністю всіх абонентів, які перебувають в його зоні обслуговування. На вищому мережевому рівні вузол SGSN підтримує функції, аналогічні тим, які забезпечує MSC/VLR в мережах з комутацією каналів. Вихідний трафік з вузла SGSN перенаправляється до контролера базових станцій, і далі через базові станції до абонентів.
Зв’язок мережі GSM з зовнішніми мережами передавання даних здійснюється через протоколи Х.25 та IP і реалізується через вузол GGSN, який відіграє роль шлюзу між SGSN та PDN. В обладнанні GGSN реалізовані функції забезпечення безпеки, обробки рахунків абонентів і динамічного виділення IP-адрес. Зважаючи на те, що вузли SGSN та GGSN відносяться до системи комутації, а не системи базової станції, варіанти їх розміщення, протоколи взаємодії та інтерфейси в даному розділі не розглядаються.

Рисунок 9.14 – Архітектура мережі GSM

Введення послуг GPRS вимагає не тільки вдосконалення контролерів базових станцій та доробки програмного забезпечення, але й приводить до нововведень на радіоінтерфейсі. Для передавання ІР-трафіку в GPRS використовується один або декілька виділених логічних каналів, які називаються PDCH (англ. Packet Data Channel) і оптимізовані для пакетного передавання даних.
Канальна структура GPRS включає три типи логічних каналів. Інформаційні пакети передаються по логічному каналу PDTCH (англ. Packet Data Traffic Channel). Мовна і загальносистемна інформація передаються з базових станцій на мобільні по каналу РВССН (англ. Packet Broadcast Control Channel). Третій тип логічного каналу РСССН (англ. Packet Common Control Channel) призначений для передавання керувальної інформації. В системі GPRS він виконує декілька функцій. По ньому передаються повідомлення про виклик, які вказують на початок пакетного передавання. Канал РСССН може також використовуватись базовою станцією для передавання даних про розподіл мережевих ресурсів між мобільними станціями. Проте використання РСССН не є обов’язковим у всіх комірках мережі GSM/GPRS. Замість нього мобільний абонент може прослуховувати стандартний канал управління СССН, який використовується в GSM.
Один канал PDCH вміщується в один часовий інтервал тривалістю 576,92 мкс, що дозволяє використовувати ту ж канальну структуру, що і в звичайних мережах GSM. Передача інформації в GPRS здійснюється з швидкістю 270,833 кбіт/с з використанням гаусівської маніпуляції з мінімальним зсувом (GMSK). Як і в GSM, один символ закодованої послідовності відповідає одному модульованому символу. Формат канального інтервалу в GPRS також ідентичний GSM, тобто звичайний пакет містить 2×57 інформаційних бітів, 2 службові біти, 26 бітів тренувальної послідовності і 2×3 кінцеві біти. Сусідні інтервали розділені захисним інтервалом, тривалість якого відповідає 8,25 бітам.
Для забезпечення гнучкості і підвищення пропускної здатності в системі GPRS запропоновано чотири схеми кодування даних: від CS1 до CS4. Для керування роботою радіолінії в режимі пакетного передавання розроблено спеціальний протокол RLC, який забезпечує його адаптивне настроювання, програмне переналаштовування частоти і керування потужністю. Адаптація радіолінії включає вибір схеми кодування CS1-CS4 залежно від видів інформації, що передається, характеристик радіоканалу і рівня завад.

Таблиця 9.1 – Основні характеристики схем кодування в GPRS


Схема кодування

Позначення

CS1

CS2

CS3

CS4

Статусний прапорець в лінії "вверх"

f

3

6

6

12

Кількість інформаційних бітів

d

181

268

312

428

Біти перевірки на парність

p

40

16

16

16

Кінцеві біти

t

4

4

4

0

Швидкість кодування

r

½

½

½

1

Кількість бітів, що вирізаються

b

0

132

220

0

Загальна кількість бітів в кадрі

m

456

456

456

456

Загальна швидкість передавання в каналі, кбіт/с

R0

22,8

22,8

22,8

22,8

Швидкість передавання інформації, кбіт/с

R1

9,05

13,4

15,6

21,4

Таким чином, в режимі GPRS кожному абоненту може виділятись від 1 до 8 канальних інтервалів. Під час пакетного передавання ресурси лінії зв’язку "вверх" і "вниз" можуть визначатись незалежно, тобто в системі може використовуватись асиметричний режим пакетного передавання. Реалізована на практиці швидкість передавання даних в GPRS складає 115,2-(8×14,4) кбіт/с, проте теоретично вона може бути збільшена до 171,2-(8×21,4) кбіт/с при використанні схеми кодування CS4 (табл. 9.1). З метою резервування в структуру повідомлень GPRS введено статусний прапорець в лінії "вверх".

Принципи оптимізації якості зв’язку при використанні чотирьох варіантів кодування даних залежно від відношення сигнал/шум (C/I) наведено на рис. 9.15.
Перша схема CS1 гарантує з’єднання в будь-яких умовах і є найбільш зручною при передаванні сигналізації і коротких повідомлень. Друга схема CS2 призначена для передавання трафіку і дозволяє підвищити пропускну здатність мережі. Два інших варіанти кодування забезпечують найвищі швидкості передавання при високому відношенні сигнал/шум, проте при відношенні С/І менше, ніж 9 дБ поступаються CS1 і CS2. Слід відмітити, що реалізація CS3 та СS4 вимагає модернізації A-bis інтерфейсу.

Рисунок 9.15 – Максимальна пропускна здатність радіоінтерфейсу GPRS
Основна відмінність технології GPRS від HSCSD – новий механізм тарифікації, який допускає можливість сумісного використання декількома абонентами одного канального інтервалу і одночасного надання кількох видів послуг, наприклад, прийом повідомлення від третього абонента під час сеансу зв’язку з другим. В цьому випадку оплата перерозподіляється між різними абонентами, які використовують один канал. Фактично абонент GPRS платить не за час зайняття каналу, а тільки за об’єм переданої інформації.

 

<-На зміст->