GPRS

GPRS (англ. General Packet Radio Service — пакетная радиосвязь общего пользования) — надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю мобильного телефона производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет. GPRS предполагает тарификацию по объему переданной/полученной информации, а не времени.

Строение

Служба передачи данных GPRS надстраивается над существующей сетью GSM. На структурном уровне систему GPRS можно разделить на две части: подсистему базовых станций (BSS) и опорную сеть GPRS (GPRS Core Network).

В BSS входят все базовые станции и контроллеры, которые поддерживают пакетную передачу данных. Для этого BSC (Base Station Controller) дополняется блоком управления пакетами — PCU (Packet Controller Unit), а BTS (Base Tranceiver Station) — кодирующим устройством CCU (Channel Codec Unit).

Основным элементом опорной сети является сервисный узел поддержки GPRS — SGSN (Serving GPRS Support Node). Он занимается обработкой пакетной информации и преобразованием кадров данных GSM в форматы, используемые протоколами TCP/IP.

Шлюзы с внешними сетями (Internet, intranet, X.25) называют GGSN (Gateway GPRS Support Node). Обмен информацией между SGSN и GGSN происходит на основе IP-протоколов.

Также в состав GPRS Core входят DNS (Domain Name System) и Charging Gateway (шлюз для связи с системой тарификации).

Принцип работы

При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передается через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы — такая технология предполагает более эффективное использование ресурсов сети GSM. При этом голосовой трафик имеет безусловный приоритет перед данными, поэтому скорость передачи зависит не только от возможностей оборудования, но и от загрузки сети. Возможность использования сразу нескольких каналов обеспечивает достаточно высокие скорости передачи данных, теоретический максимум при всех занятых таймслотах TDMA составляет 171,2 кбит/c. Существуют различные классы GPRS, различающиеся скоростью передачи данных и возможностью совмещения передачи данных с одновременным голосовым вызовом.

Передача данных разделяется по направлениям «вниз» (downlink, DL) — от сети к абоненту, и «вверх» (uplink, UL) — от абонента к сети. Мобильные терминалы разделяются на классы по количеству одновременно используемых таймслотов для передачи и приёма данных. Современные телефоны (июнь 2006) поддерживают до 4-х таймслотов одновременно для приёма по линии «вниз» (т.е. могут принимать 85 килобит в секунду по кодовой схеме CS-4), и до 4-х для передачи по линии «вверх» (class12).

Абоненту, подключенному к GPRS, предоставляется виртуальный канал, который на время передачи пакета становится реальным, а в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей. При этом каждый пакет содержит идентификатор, необходимый для корректной его доставки пользователю. Поскольку один канал могут использовать несколько абонентов, возможно возникновение очереди на передачу пакетов, и, как следствие, задержку связи. Здесь возможна градация абонентов (например, в зависимости от оплаты) по приоритету доставки данных, для чего используется одна из характеристик QoS (Quality of Service) — допустимая величина задержки.

Технология GPRS использует GMSK-модуляцию. В зависимости от качества радиосигнала, данные, пересылаемые по радиоэфиру, кодируются по одной из 4-х кодовых схем (CS1—CS4). Каждая кодовая схема характеризуется избыточностью кодирования и помехоустойчивостью, и выбирается автоматически в зависимости от качества радиосигнала.

Интеграция с Интернет

GPRS по принципу работы аналогична Интернет: данные разбиваются на пакеты и отправляются получателю (необязательно одним и тем же маршрутом), где происходит их сборка. При установлении сессии каждому устройству присваивается уникальный адрес, что по сути превращает его в сервер. Протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, поэтому интеграция GPRS с Интернет незаметна конечному пользователю. Пакеты могут иметь формат IP или X.25, при этом не имеет значения, какие протоколы используются поверх IP, поэтому есть возможность использования любых стандартных протоколов транспортного и прикладного уровней, применяемых в Интернет (TCP, UDP, HTTP, HTTPS, SSL, POP3, Jabber и др.). Также при использовании GPRS мобильный телефон выступает как клиент внешней сети, и ему присваивается IP-адрес (постоянный или динамический).

Применение

• Мобильный доступ в Интернет с приемлемой скоростью передачи данных, быстрым соединением и тарификацией по количеству переданных/полученных данных.

• Мобильный и безопасный доступ сотрудников к корпоративным сетям, удаленным базам данных, почтовым и информационным серверам предприятий.

• Телеметрия. Устройство может оставаться в подключенном состоянии, не занимая при этом отдельный канал. Такая услуга востребована службами охраны (сигнализация), банками и платежными системами (установка банкоматов, терминалов оплаты услуг), в промышленности (датчики и счетчики различного рода, например по ходу нефте- и газопроводов).

• высокая средняя скорость передачи данных – 20-40 Кбит/сек.;
• тарификация GPRS-услуг не зависит от продолжительности соединения;
• быстрое и стабильное GPRS-соединение;
• возможность разговаривать по телефону и обмениваться SMS-сообщениями, не разрывая GPRS-соединение;
• эффективное использование энергоресурсов телефона при установленном GPRS-соединении.

• при использовании GPRS данные формируются в пакеты, которые передаются одновременно несколькими радиоканалами, при этом данные радиоканалы могут последовательно использоваться несколькими пользователями;
• голосовые вызовы имеют более высокий приоритет, чем GPRS-соединение, поэтому передача пакетов данных происходит только через свободные от голосовых вызовов радиоканалы;
• GPRS совместима со всеми распространенными протоколами пакетной передачи данных (TCP/IP, X.25 и т.д.);
• скорость передачи пакетов данных зависит от:
  • схемы кодирования каналов, реализованной в GPRS-сети (в сети UMC используется схема кодирования CS2, которая обеспечивает скорость до 13.4 Кбит/сек. на радиоканал);
  • количества радиоканалов на получение или отправку данных, которые одновременно может поддерживать телефон;
  • загрузки сети в месте осуществления передачи;
  • качества покрытия сети в месте осуществления передачи.

• Для того, чтобы воспользоваться GPRS-услугами, необходимо иметь мобильный телефон с поддержкой GPRS.
  
• Мобильные телефоны с поддержкой GPRS делятся на три класса:
  • телефоны класса А  – голосовой звонок и передача пакетов данных могут осуществляться одновременно;
  • телефоны класса B  – голосовой звонок и передача пакетов данных не могут осуществляться одновременно (при поступлении голосового вызова либо SMS-сообщения передача пакетов данных приостанавливается и возобновляется после завершения звонка либо получения SMS-сообщения);
  • телефоны класса C  – поддерживают только передачу пакетов данных.