Общая служба пакетной радиосвязи - General Packet Radio Service

Sony Ericsson K310a показывает домашнюю страницу Википедии через Internet GPRS.

General Packet Radio Service ( GPRS ) - это пакетно-ориентированный стандарт мобильных данных в глобальной системе мобильной связи (GSM) сотовой связи 2G и 3G . GPRS была создана Европейским институтом стандартов электросвязи (ETSI) в ответ на более ранние технологии сотовой связи CDPD и i-mode с коммутацией пакетов. Сейчас он поддерживается Проектом партнерства третьего поколения (3GPP).

GPRS обычно продается в соответствии с общим объемом данных, переданных в течение цикла выставления счетов, в отличие от данных с коммутацией каналов , которые обычно выставляются за минуту времени соединения или иногда с шагом в одну треть. Использование сверх лимита пакетных данных GPRS может взиматься за Мб данных, скорость ограничена или запрещена.

GPRS - это лучший сервис, предполагающий переменную пропускную способность и задержку, которые зависят от количества других пользователей, одновременно использующих сервис, в отличие от коммутации каналов , при которой определенное качество обслуживания (QoS) гарантируется во время соединения. В системах 2G GPRS обеспечивает скорость передачи данных 56–114 кбит / с. Сотовая технология 2G в сочетании с GPRS иногда описывается как 2.5G , то есть технология между вторым ( 2G ) и третьим ( 3G ) поколениями мобильной телефонии. Он обеспечивает передачу данных со средней скоростью за счет использования неиспользуемых каналов множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA), например, в системе GSM. GPRS интегрирован в GSM Release 97 и более новые версии.

Технический обзор

Базовая сеть GPRS позволяет мобильным сетям 2G , 3G и WCDMA передавать IP- пакеты во внешние сети, такие как Интернет . Система GPRS является составной частью подсистемы коммутации сети GSM .

Предлагаемые услуги

GPRS расширяет возможности передачи данных с коммутацией пакетов GSM и делает возможными следующие услуги:

  • SMS-сообщения и трансляция
  • "Всегда активный" доступ в Интернет
  • Служба мультимедийных сообщений (MMS)
  • Нажми и говори по сотовой связи (PoC)
  • Обмен мгновенными сообщениями и присутствие - беспроводная деревня
  • Интернет-приложения для смарт-устройств через протокол беспроводных приложений (WAP)
  • Услуга точка-точка (P2P): взаимодействие в сети с Интернетом (IP)
  • Услуга многоточечной связи (P2M): многоадресная рассылка многоадресной связи и групповые вызовы многоточечной связи

Если используется SMS через GPRS, скорость передачи SMS может составлять около 30 SMS-сообщений в минуту. Это намного быстрее, чем использование обычных SMS через GSM, скорость передачи которых составляет от 6 до 10 SMS-сообщений в минуту.

Поддерживаемые протоколы

GPRS поддерживает следующие протоколы:

  • Интернет-протокол (IP). На практике встроенные мобильные браузеры используют IPv4 до того, как IPv6 получил широкое распространение.
  • Протокол точка-точка (PPP) обычно не поддерживается операторами мобильной связи, но если сотовый телефон используется в качестве модема для подключенного компьютера, PPP может использоваться для туннелирования IP-адреса в телефон. Это позволяет динамически назначать IP-адрес (с использованием IPCP, а не DHCP ) мобильному оборудованию.
  • Соединения X.25 обычно используются для таких приложений, как беспроводные платежные терминалы, хотя они были удалены из стандарта. X.25 по-прежнему может поддерживаться через PPP или даже через IP, но для этого требуется либо сетевой маршрутизатор для выполнения инкапсуляции, либо программное обеспечение, встроенное в конечное устройство / терминал; например, пользовательское оборудование (UE).

Когда используется TCP / IP , каждому телефону может быть назначен один или несколько IP-адресов . GPRS будет хранить и пересылать IP-пакеты на телефон даже во время передачи обслуживания . TCP восстанавливает все потерянные пакеты (например, из-за паузы, вызванной радиошумом).

Аппаратное обеспечение

Устройства, поддерживающие GPRS, делятся на три класса:

Класс А
Возможность одновременного подключения к услуге GPRS и услуге GSM (голос, SMS). Такие устройства сейчас доступны.
Класс B
Может быть подключен к услуге GPRS и к услуге GSM (голос, SMS), но только по одному за раз. Во время службы GSM (голосовой вызов или SMS) служба GPRS приостанавливается и автоматически возобновляется после завершения службы GSM (голосовой вызов или SMS). Большинство мобильных устройств GPRS относятся к классу B.
Класс C
Подключены к услуге GPRS или GSM (голос, SMS) и должны переключаться вручную между одной службой и другой.

Поскольку устройство класса A должно обслуживать сети GPRS и GSM вместе, ему фактически необходимы два радиомодуля. Чтобы избежать этого требования к оборудованию, мобильное устройство GPRS может реализовать функцию режима двойной передачи (DTM) . Мобильный телефон с поддержкой DTM может обрабатывать как пакеты GSM, так и пакеты GPRS с сетевой координацией, чтобы гарантировать, что оба типа не передаются одновременно. Такие устройства считаются псевдоклассом A, иногда называемым «простым классом A». Некоторые сети поддерживают DTM с 2007 года.

3G / GPRS-модем Huawei E220

USB-модемы 3G / GPRS имеют терминальный интерфейс через USB с форматами данных V.42bis и RFC  1144 . Некоторые модели оснащены разъемом для внешней антенны . Доступны модемные карты для портативных компьютеров или внешние USB-модемы, похожие по форме и размеру на компьютерную мышь или флешку .

Обращение

Соединение GPRS устанавливается по его имени точки доступа (APN). APN определяет такие службы, как доступ по протоколу беспроводных приложений (WAP), службу коротких сообщений (SMS), службу обмена мультимедийными сообщениями (MMS), а также службы связи в Интернете, такие как электронная почта и доступ к всемирной паутине .

Чтобы установить GPRS-соединение для беспроводного модема , пользователь должен указать APN, необязательно имя пользователя и пароль и очень редко IP-адрес , предоставляемый оператором сети.

Модемы и модули GPRS

Модуль GSM или модули GPRS похожи на модемы, но есть одно отличие: модем - это внешняя часть оборудования, тогда как модуль GSM или модуль GPRS могут быть интегрированы в электрическое или электронное оборудование. Это встроенное оборудование. С другой стороны, мобильный телефон GSM - это полноценная встроенная система. Он поставляется со встроенными процессорами, предназначенными для обеспечения функционального интерфейса между пользователем и мобильной сетью.

Схемы кодирования и скорости

Скорости выгрузки и загрузки, которые могут быть достигнуты в GPRS, зависят от ряда факторов, таких как:

  • количество временных интервалов TDMA BTS, назначенных оператором
  • используемая кодировка канала.
  • максимальные возможности мобильного устройства, выраженные как мультислотовый класс GPRS

Схемы множественного доступа

Эти многочисленные методы доступа , используемые в GSM с GPRS основаны на дуплексной связи с частотным разделением (FDD) и TDMA. Во время сеанса пользователю назначается одна пара частотных каналов восходящей и нисходящей линии связи. Это сочетается со статистическим мультиплексированием во временной области, что позволяет нескольким пользователям совместно использовать один и тот же частотный канал. Эти пакеты имеют постоянную длину, что соответствует временному интервалу GSM. Понижающего ссылка использует первый пришел первый обслужен планирование пакетов, в то время как на линии связи использует схему , очень похожую на резервирования ALOHA (R-ALOHA). Это означает, что сегментированная ALOHA (S-ALOHA) используется для запросов резервирования во время фазы конкуренции, а затем фактические данные передаются с использованием динамической TDMA с принципом « первым пришел - первым обслужен».

Кодирование канала

Процесс кодирования канала в GPRS состоит из двух этапов: во-первых, циклический код используется для добавления битов четности, которые также называются последовательностью проверки блоков, с последующим кодированием с помощью возможно проколотого сверточного кода . Схемы кодирования с CS-1 по CS-4 определяют количество битов четности, генерируемых циклическим кодом, и скорость исключения сверточного кода. В схемах кодирования от CS-1 до CS-3 сверточный код имеет скорость 1/2, то есть каждый входной бит преобразуется в два кодированных бита. В схемах кодирования CS-2 и CS-3 вывод сверточного кода прокалывается для достижения желаемой кодовой скорости. В схеме кодирования CS-4 сверточное кодирование не применяется. В следующей таблице приведены варианты.


Схема кодирования GPRS
Битрейт, включая накладные расходы RLC / MAC
(кбит / с / слот)
Скорость
передачи без учета служебных данных RLC / MAC (кбит / с / слот)
Модуляция Скорость кода
CS-1 9.20 8.00 ГМСК 1/2
CS-2 13,55 12.00 ГМСК ≈2 / 3
CS-3 15,75 14,40 ГМСК ≈3 / 4
CS-4 21,55 20.00 ГМСК 1

Наименее надежная, но самая быстрая схема кодирования (CS-4) доступна рядом с базовой приемопередающей станцией (BTS), в то время как наиболее надежная схема кодирования (CS-1) используется, когда мобильная станция (MS) находится дальше от BTS.

Используя CS-4, можно достичь пользовательской скорости 20,0 кбит / с на временной интервал. Однако при использовании этой схемы покрытие соты составляет 25% от нормального. CS-1 может достигать скорости пользователя всего 8,0 кбит / с на временной интервал, но имеет 98% нормального покрытия. Новое сетевое оборудование может автоматически изменять скорость передачи в зависимости от мобильного местоположения.

Помимо GPRS, существуют две другие технологии GSM, которые предоставляют услуги передачи данных: данные с коммутацией каналов (CSD) и данные с высокоскоростной коммутацией каналов (HSCSD). В отличие от общего характера GPRS, они вместо этого устанавливают выделенный канал (обычно с поминутной оплатой). Некоторые приложения, такие как видеозвонки, могут предпочесть HSCSD, особенно когда существует непрерывный поток данных между конечными точками.

В следующей таблице приведены некоторые возможные конфигурации GPRS и услуг передачи данных с коммутацией каналов.

Технология Скачать (кбит / с) Загрузить (кбит / с) Выделенные временные интервалы TDMA (DL + UL)
CSD 9,6 9,6 1 + 1
HSCSD 28,8 14,4 2 + 1
HSCSD 43,2 14,4 3 + 1
GPRS 85,6 21.4 (Класс 8 и 10 и CS-4) 4 + 1
GPRS 64,2 42,8 (класс 10 и CS-4) 3 + 2
EGPRS (EDGE) 236,8 59.2 (Класс 8, 10 и MCS-9) 4 + 1
EGPRS (EDGE) 177,6 118,4 (класс 10 и MCS-9) 3 + 2

Класс мультислота

Класс мультислота определяет скорость передачи данных, доступную в направлениях Uplink и Downlink . Это значение от 1 до 45, которое сеть использует для распределения радиоканалов в восходящем и нисходящем направлениях. Многослотовые классы со значениями больше 31 называются старшими многослотовыми классами.

Мультислотовое выделение представлено, например, как 5 + 2. Первое число - это количество временных интервалов нисходящей линии связи, а второе - количество временных интервалов восходящей линии связи, выделенных для использования мобильной станцией. Обычно используемым значением является класс 10 для многих мобильных устройств GPRS / EGPRS, который использует максимум 4 временных интервала в направлении нисходящей линии связи и 2 временных интервала в направлении восходящей линии связи. Однако одновременно можно использовать максимум 5 одновременных временных интервалов как в восходящей, так и в нисходящей линии связи. Сеть автоматически настроится на работу 3 + 2 или 4 + 1 в зависимости от характера передачи данных.

Некоторые мобильные устройства высокого класса, обычно также поддерживающие UMTS , также поддерживают мультислотовый класс 32 GPRS / EDGE. Согласно 3GPP TS 45.002 (версия 12), таблица B.1, мобильные станции этого класса поддерживают 5 временных интервалов в нисходящей линии связи и 3 временных интервала в восходящей линии связи с максимум 6 одновременно используемых временных интервалов. Если трафик данных сконцентрирован в нисходящем направлении, сеть настроит соединение для работы 5 + 1. Когда больше данных передается по восходящей линии связи, сеть может в любой момент изменить группировку на 4 + 2 или 3 + 3. При наилучших условиях приема, т. Е. Когда может использоваться лучшая схема модуляции и кодирования EDGE , 5 временных интервалов могут нести полосу пропускания 5 * 59,2 кбит / с = 296 кбит / с. В восходящем направлении 3 временных интервала могут передавать полосу пропускания 3 * 59,2 кбит / с = 177,6 кбит / с.

Классы мультислотов для GPRS / EGPRS

Класс мультислота Нисходящий TS Восходящий ТС Активный TS
1 1 1 2
2 2 1 3
3 2 2 3
4 3 1 4
5 2 2 4
6 3 2 4
7 3 3 4
8 4 1 5
9 3 2 5
10 4 2 5
11 4 3 5
12 4 4 5
30 5 1 6
31 год 5 2 6
32 5 3 6
33 5 4 6
34 5 5 6

Атрибуты мультислотового класса

Каждый мультислотовый класс идентифицирует следующее:

  • максимальное количество временных интервалов, которые могут быть выделены на восходящей линии связи
  • максимальное количество временных интервалов, которые могут быть выделены на нисходящем канале
  • общее количество временных интервалов, которые сеть может выделить мобильному
  • время, необходимое MS для выполнения измерения уровня сигнала соседней соты и подготовки к передаче
  • время, необходимое MS, чтобы подготовиться к передаче
  • время, необходимое MS для выполнения измерения уровня сигнала соседней соты и подготовки к приему
  • время, необходимое MS, чтобы подготовиться к приему.

Спецификация различных классов мультислотов подробно описана в Приложении B Технической спецификации 3GPP 45.002 (Мультиплексирование и множественный доступ на радиотракте).

Юзабилити

Максимальная скорость соединения GPRS, предложенная в 2003 году, была аналогична модемному соединению в аналоговой проводной телефонной сети, около 32–40 кбит / с, в зависимости от используемого телефона. Задержка очень высока; время приема-передачи (RTT) обычно составляет около 600–700 мс и часто достигает 1 с. GPRS обычно имеет более низкий приоритет, чем речь, и поэтому качество соединения сильно различается.

Обычно доступны устройства с улучшением задержки / RTT (например, с помощью функции расширенного режима UL TBF). Кроме того, у некоторых операторов доступны сетевые обновления функций. Благодаря этим усовершенствованиям можно сократить активное время приема-передачи, что приведет к значительному увеличению пропускной способности на уровне приложений.

История GPRS

GPRS открылась в 2000 году как услуга передачи данных с коммутацией пакетов, встроенная в сотовую радиосеть GSM с коммутацией каналов . GPRS расширяет возможности фиксированного Интернета за счет подключения мобильных терминалов по всему миру.

Протокол CELLPAC, разработанный в 1991–1993 годах, стал отправной точкой для начала в 1993 году спецификации стандарта GPRS ETSI SMG . В частности, функции CELLPAC Voice & Data, представленные на семинаре ETSI 1993 года, предвосхищают то, что позже стало известно как истоки GPRS. Этот вклад семинара упоминается в 22 патентах США, связанных с GPRS. Системы-преемники GSM / GPRS, такие как W-CDMA ( UMTS ) и LTE, полагаются на ключевые функции GPRS для мобильного доступа в Интернет, представленные CELLPAC.

Согласно исследованию истории развития GPRS, Бернхард Вальке и его ученик Питер Декер являются изобретателями GPRS - первой системы, обеспечивающей всемирный мобильный доступ в Интернет.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки