Структура GPRS

Подробности: Родительская категория: 2G; Категория: GPRS

Основными задачами технологии GPRS являются: эффективное использование канального ресурса, создание комфортной среды для абонента при работе с Интернетом, при передаче и получении мультимедийных сообщений MMS – Multimedia Messages Service.

Свойства GPRS:

GPRS поддерживает протоколы пакетной передачи данных, а именно, IP (Internet Protocol) и Х.25.
Физический канальный ресурс выделяют группе пользователей; занятие канала производят по мере поступления пакетов в соответствии с качеством услуг QoS (Quality of Service), предоставляемых абоненту; каждый пакет содержит идентификатор абонента и предназначен для конкретного пользователя.
Пользователь передает и получает информацию пакетами; во время пауз канал связи занимают другие абоненты.
Скорость передачи данных в пакете может изменяться, достигая 160 кбит/с (абоненту могут выделять до 8 TS на одной частоте).
Скорости передачи в направлениях “вверх” и “вниз”, как правило, разные, например, 64 кбит/с в направлении BSSÞMS и 3 кбит/с в направлении MSÞBSS, причем асимметричные каналы обычно выделяют при доступе в Интернет.
Стоимость сервиса зависит от объема переданной информации, QoS сеанса связи и общего времени подсоединения к сети.
Абонентская станция виртуально подключена к сети Интернет и на время сеанса связи получает интернет-адрес.

Подсистема GPRS (рис. 1) является «наложенной» на подсистему коммутации классической GSM. Роль MSC/VLR в пакетной сети подвижной связи выполняет SGSN: Serving GPRS Support Node (обслуживающий узел GPRS). Шлюзы с пакетными сетями передачи данных представляют собой GGSN - Gateway GPRS Support Node (шлюзовые узлы GPRS). При сетевом подходе к обмену информацией структура GPRS (SGSN, GGSN и другие элементы) является подсетью внешних пакетных сетей, где GGSN играют роль межсетевых коммутаторов. Со стороны SGSN подсеть GPRS связана с подсистемой базовых станций.

Обобщенная структура сети GSM с поддержкой GPRS

Рис. 1. Обобщенная структура сети GSM с поддержкой GPRS

Абонент и соответственно абонентский терминал в GPRS выступают как пользователи внешней сети передачи данных. В этой сети абоненту назначают статический (постоянный) или динамический (временный) IP адрес, по которому идет обмен информационными пакетами. Пользователь постоянно подключен к пакетной сети, где ему предоставлен виртуальный канал, который становится реальным (физическим) радиоканалом на время передачи пакета. В остальное время этот физический канал используют для передачи пакетов других абонентов. Абонентская станция включает дополнительное программное обеспечение для подключения к мобильной сети и обслуживания в ней.

Поскольку один и тот же канальный ресурс используют несколько абонентов, а во время сеанса связи могут одновременно поступать пакеты разных пользователей, возможно возникновение очереди на передачу пакетов, что вызовет задержку в связи. Одной из характеристик, определяющих качество обслуживания абонента, является допустимая величина задержки.

Для GPRS свойственно гибкое управление предоставляемыми услугами. Пользователи могут получать различное качество услуг (QoS) с соответствующей градацией оплаты. Если в обычных сетях с коммутацией каналов QoS определяют 2 параметра: вероятность отказа в предоставлении канала P_отк и коэффициент ошибок при приеме информации BER (bit error rate), в GPRS качество обслуживания описывают 5 характеристик (рис. 2). При заключении договора клиент и оператор сети оговаривают все характеристики, в связи с чем меняются тарифы на предоставляемые услуги. QoS включает в себя:

- допустимые задержки,

- приоритет пользователя,

- пиковую и среднюю пропускную способность канала,

- надежность в передаче информации.

QoS при GPRS

Рис. 2. QoS при GPRS

Ниже описаны функции основных элементов подсети.

SGSN

- маршрутизирует (коммутирует) потоки пакетов данных между абонентской станцией и GGSN (пакетными сетями);

- осуществляет преобразование протоколов передачи информации по магистрали Интернета в протоколы, используемые в BSS;

- аутентифицирует абонентов;

- обеспечивает шифрацию сообщений, закрытие абонентов временными номерами при работе в пакетной сети (P-TMSI);

- ведет базу данных обслуживаемых пакетной сетью абонентов, обеспечивая их локализацию (процедуры Mobility Management) и необходимый QoS;

- реализует взаимодействие с MSC/VLR и HLR сети подвижной связи с коммутируемыми каналами;

- собирает информацию об оказанных услугах для биллинга.

Шлюз GGSN

- занимается маршрутизацией пакетов в направлении внешняя пакетная сеть Û MS;

- обеспечивает интерфейс с пакетной сетью передачи данных;

- участвует в назначении динамических адресов абонентам совместно с другими элементами сети;

- собирает информацию для биллинга.

При создании сети GPRS усложняются функции BSC и BTS. В состав BSC включен дополнительный блок PCU - Packet Control Unit.

BSC

- распределяет канальный ресурс между абонентами, обслуживаемыми по коммутируемым каналам, и MS, работающими в пакетном режиме;

- организует каналы абонентам пакетной сети в соответствии с требуемым QoS;

- реализует фрагментацию и сборку кадров для их передачи по радиоканалам;

- осуществляет контроль качества передачи по радиоканалам.

В состав BTS входит новое кодирующее устройство CCU (Channel Codec Unit).

В HLR находятся дополнительные данные об абонентах, которым предоставляют услуги GPRS (базисный PDP - Packet Data Protocol контекст).

Реальная структура GPRS приведена на рис. 3. К GPRS магистрали, связывающей SGSN c различными GGSN для выхода на разные сети (например, Интернет, корпоративные сети), подключают несколько дополнительных шлюзов:

LIG - Legal Interception Gateway, шлюз для законного прослушивания информации;

CG - Charging Gateway, шлюз для доступа в биллинглвый центр,

BG - Border Gateway, шлюз для доступа на межоператорскую (международную) сеть GPRS.

Реальная структура GPRS

Рис. 3 . Реальная структура GPRS

SGSN – Serving GPRS Support Node – Обслуживающий узел GPRS;

GGSN – Gateway GPRS Support Node – Шлюзовый узел GPRS;

BG – Border Gateway – Граничный шлюз;

FW – Firewall – Брандмауэр;

LAN – Local Area Nenwork – Местная (корпоративная) сеть;

CG – Charging Gateway – Шлюз для подключения к биллинговому центру;

DNS – Domain Name Server – Сервер имен доменов;

LIG – Legal Interception Gateway – Шлюз для законного прослушивания информации;

NMS – Network Management System – Подсистема управления сетью.

С магистралью GPRS связан DNS (Domain Name System), сервер имен доменов, организующий подмену символических адресов пакетных сетей (Интернет, Интранет) на соответствующие им числовые адреса. С целью обеспечения защиты сети GPRS от несанкционированного входа со стороны внешних сетей устанавливают брандмауэры (FW - firewall). Управление сетью GPRS реализует подсистема управления NMS (Network Management System).

В сети GPRS вводятся новые процедуры. Во время подключении пользователя к сети GPRS происходит его регистрация в SGSN, активизация программного обеспечения GPRS в MS и в базах данных по обслуживанию абонента в SGSN и GGSN (активизация PDP контекста). При этом пользователь или получает временный адрес в соответствующей пакетной сети, или активируют его постоянный адрес. Во время сеанса связи MS может находиться в разных состояниях:

Ready – абонентской станции выделен канальный ресурс;
Standby – абонентская станция находится в режиме ожидания вызова.

Когда MS находится в движении при состоянии Standby, происходит процедура RoutingArea Updating, подобная процедуре LocationUpdating в обычной GSM. Если MS находится в состоянии Ready, то при перемещении из соты в соту станция производит реселекцию сот. BSC по ее запросу переключает каналы трафика от одной BTS к другой. Хэндовера в GPRS нет.

Об этапах развития мобильной связи и новых технологиях читайте в новой книге "Мобильная связь на пути к 6G".

Портал о современных технологиях мобильной и беспроводной связи

Структура GPRS

Читайте также: