Технология GPRS
GPRS (англ. GeneralPacketRadioService — «пакетная радиосвязь общего пользования») — надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю сети сотовой связи производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет. GPRS предполагает тарификацию по объёму переданной/полученной информации, а не по времени, проведённому онлайн.
Архитектура
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 CoreNetwork).
В BSS входят все базовые станции и контроллеры, которые поддерживают пакетную передачу данных. Для этого BSC (BaseStationController) дополняется блоком управления пакетами — PCU (PacketControllerUnit), а BTS (BaseTranceiverStation) — кодирующим устройством GSM в форматы, используемые протоколами TCP/IP.
Шлюзы с внешними сетями (Internet, intranet, X.25) называют GGSN (Gateway GPRS SupportNode). Обмен информацией между SGSN и GGSN происходит на основе IP-протоколов.
Также в состав GPRS Core входят DNS (DomainNameSystem) и ChargingGateway (шлюз для связи с системой тарификации).
Принцип работы
При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передаётся через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы. Такая технология предполагает более эффективное использование ресурсов сети GSM. При этом, что именно является приоритетом передачи — голосовой трафик или передача данных — выбирается оператором связи.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.
Абоненту, подключенному к GPRS, предоставляется виртуальный канал, который на время передачи пакета становится реальным, а в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей. Поскольку один канал могут использовать несколько абонентов, возможно возникновение очереди на передачу пакетов, и, как следствие, задержка связи.
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. По той же схеме и используя то же самое оборудование, работает и технология EDGE. Но внутри таймслота EDGE используется другая, более плотная, упаковка информации (модуляция 8PSK).
Интеграция с Интернетом
Протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, поэтому интеграция GPRS с Интернетом 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 Интернете (TCP, UDP, HTTP, HTTPS, SSL, POP3, XMPP 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, удалённым базам данных, почтовым и информационным серверам предприятий.
· Телеметрия. Устройство может оставаться в подключённом состоянии, не занимая при этом отдельный канал. Такая услуга востребована службами охраны (сигнализация), банками и платёжными системами (установка банкоматов, терминалов оплаты услуг), в промышленности (датчики и счётчики различного рода, например по ходу нефте- и газопроводов).
· Спутниковый мониторинг транспорта
Преимущества:
• Для поставщиков услуг: простота управления при использовании, а также новые биллинговые возможности, ставшие доступными после перехода от коммутируемой к пакетной передаче данных.Для клиентов: множество усовершенствованных сервисов от провайдера.
• Более удобное и доступное использование медиа-контента в небольших мобильных устройствах.
• Более эффективное использование радио-спектра. Пользователи теперь занимают радио-ресурсы только тогда, когда происходит реальная передача данных. Это, по сути, означает, что в одной точке доступа можно обслужить большее число пользователей, тогда как скорости передачи данных остаются высокими.
•Улучшенная функциональность и эффективность GPRS ведет к снижению стоимости коммерческого предоставления сервисов передачи данных.
•Функции QoS стали вполне доступными, и их даже можно будет измерить в терминах надежности, времени отклика и поддерживаемых возможностей.
Недостатки:
•Ограниченная емкость соты. Объем имеющихся радиоресурсов, которые могут быть использованы для различных целей, ограничен, причем использование ресурсов для одной цели препятствует одновременному их использованию для других. Например, и голосовые вызовы, и GPRS-сессии используют одни и те же сетевые ресурсы.
•Реальные скорости гораздо ниже.Мобильные сети, вероятно, всегда будут иметь более низкие скорости передачи данных, по сравнению с фиксированными сетями. Результат: Относительно высокие скорости передачи данных через мобильные устройства могут не быть доступными индивидуальным пользователям мобильных сервисов, пока не появились возможности существенного повышения скоростей на сетях GSM Evolution (EDGE) или UniversalMobileTelephoneSystem (3GSM).
•Неоптимальная модуляция. GPRS основан на технологии модуляции, известной как GMSK (Gaussianminimum-shiftkeying).
•Задержки передачи. Пакеты GPRS посылаются по всем направлениям, чтобы в итоге достичь одного и того же пункта назначения. Это создает опасность того, что один или несколько таких пакетов потеряются или будут повреждены во время передачи данных по радиосвязи. Стандарты GPRS учитывают это неотъемлемое свойство беспроводных пакетных технологий, закладывая в свои стратегии задачи сохранения целостности данных и ретрансмиссии. Однако в результате этой подстраховки могут происходить задержки передачи.
Технология HSDPA
Технология высокоскоростной передачи данных HSDPA (HighSpeedDownlinkPacketAccess) представляет собой часть технологии высокоскоростной передачи данных HSPA сетей мобильной связи стандарта UMTS (UniversalMobileTelecommunicationsSystem), то есть связь в направлении от базовой станции к телефону. В лабораторных условиях технология обеспечивает максимальную скорость передачи данных 14,4 Мбит/сек, практически же достижимая скорость в существующих сетях обычно не превышает 7,2 Мбит/с. Для увеличения скорости обмена информацией из сетей второго поколения стандарта GSM был позаимствован метод модуляции.Технология HSDPA на радиоинтерфейсе между NodeB (базовая станция) и UE (мобильный телефон) использует новый 16-QAM (Quadratureamplitudemodulation) метод модуляции, при котором за один сигнал передается в 3 раза больше информации.
Кроме нового метода модуляции технология HSDPA использует еще скоростную систему автоматических повторных запросов HARQ (Hybridautomaticrepeatrequest), которая предназначена для осуществления автоматических повторных запросов, потерянных либо испорченных ошибками пакетов. Ранее, подобный алгоритм ARQ (Automaticrepeatrequest), использовался в релизе R99 стандарта UMTS. Однако, для ARQ сетевым элементом, выполняющим перезапросы, являлся RNC (RadioNetworkController). Практика эксплуатации убедительно свидетельствует, что информационный сигнал подвергается наибольшим помехам и искажениям на интерфейсе между элементами UE и NodeB. Далее в системах связи сигнал передается до узла RNC по радиорелейной линии связи РРЛ или волоконно-оптической линии связи ВОЛС, которые подвергаются внешним воздействиям в меньшей степени, и, как правило, располагают собственными защитными механизмами от помех. Благодаря этому, искаженные пакеты целесообразно перезапрашивать в элементе NodeB, что приводит к сокращению времени ожидания повторной передачи. Размер пакетов был уменьшен в 10 раз, что также сокращает период ожидания. Кроме этого, на радиоинтерфейсе появились специальные каналы, увеличивающие скорость передачи данных.
Применение в настоящее время
В настоящее время операторами сотовой связи поддерживается работа 138 HSDPA-сетей в 66 странах мира, а еще 47 сетей находятся на стадии тестирования. При этом 8 из вышеуказанных стран располагаются на территории Северной и Южной Америк, 9 - в Африке и на Ближнем Востоке, 12 - в Азиатско-Тихоокеанском регионе и 37 - в Европе, со ссылкой на последний обзор ассоциации GlobalmobileSuppliersAssociation (GSA), сообщает TelecommunicationIndustryNews.
Полоса пропускания большинства HSDPA-сетей колеблется от 0,8 до 1,5 Мбит/с, однако в 66 сетях максимальная скорость доступа достигает 3,6 Мбит/с. Причем число сетей с увеличенной полосой пропускания выросло за последние 6 месяцев на 120%.
Достоинства:
•Основное преимущество пакетного доступа HSDPA, непосредственно воспринимаемое абонентом, заключается в примерно на пять порядков большей величине скорости передачи данных — свыше 10 Мбит/с в пиковые моменты. Реальная скорость передачи данных в сетях с поддержкой технологии HSDPA вполне может превышать 2 Мбит/с, что является вполне достаточным показателем для загрузки больших файлов или просмотра видео высокой четкости (HDTV).
• Дальность связи практически равна дальности охвата сигналом базовой станции.
•Кроме того, существенно снижена задержка прохождения сигнала и повышена емкость соты. Это непосредственно повлияло на эффективность использования спектра системы и на способность системы хорошо работать с централизованными службами данных. В этой связи основное внимание направлено па перенос информации, интерактивную работу и второстепенные услуги, а не услуги реального времени.
Недостатки:
•пакетный доступ HSDPA требует переноса значительной части функций поддержания передачи пакетов к границам сети, что приводит к более распределенной структуре сети.
• высокая скорость доступна только для получения данных, а для отправки придется довольствоваться базовым значением — 384 Кбит/с. Этот недостаток устранен в технологии HSUPA, а связка HSDPA+HSUPA называется просто HSPA.