Что такое GPRS
GPRS (General Packet Radio Service — пакетная радиосвязь общего пользования) - надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных, позволяющая работать в сети Internet, используя обычный мобильный телефон. Стандартизация этой технологии началась в 1993 году в European Telecommunication Standards Institute (ETSI - Европейский институт стандартизации электросвязи). С помощью GPRS, пользователи могут работать со своей электронной почтой, с обычными Web-серверами (а не со специальными WAP-версиями) и т.д.
До разработки технологии GPRS абонент оплачивал все время соединения независимо от того, использовал ли он установленный канал передачи данных. Основное достоинство GPRS-сетей состоит в том, что пользователь оплачивает только объем передаваемой/получаемой информации, а не время нахождения в сети. Иными словами, ресурсы сети задействованы только во время непосредственной передачи данных от телефона. Во время пауз (например, просмотр полученной электронной почты) ресурсы сети предоставляются в распоряжение других абонентов.
Стандарт GSM с технологией GPRS занимает промежуточное положение между вторым и третьим поколениями связи, посему нередко называется вторым с половиной поколением (2,5G). Называется он так еще и потому, что GPRS знаменует собой половину пути GSM/GPRS-сетей к совместимости с UMTS.
В GPRS максимально возможная скорость передачи данных составляет 171,2 Кбит/с - это почти в 12 раз быстрее работы передачи данных в обычных сетях GSM (9,6 Кбит/с). Однако на данный момент скорости не так высоки - обычно 30-40 Кбит/с. В настоящее время практически все сотовые операторы России предлагают своим абонентам услуги GPRS.
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 приоритет передачи — голосовой трафик или передача данных — выбирается оператором связи. Федеральная тройка в России использует безусловный приоритет голосового трафика 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 тайм-слотах TDMA составляет 171,2 Kбит/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, которые характеризуют возможности устройства, поддерживающего GPRS.
Класс состоит из двух частей.
Первая часть класса указывает на возможности по совместному использованию голосовых и пакетных (GPRS) сервисов.
- Class A — подразумевает одновременное использование: можно одновременно совершать/принимать вызов и принимать передавать данные.
- Class B — подразумевает автоматическое переключение между сессиями: в перерывах между сеансами приёма/передачи данных (даже если сессия не прервана) можно совершать голосовые звонки.
- Class C — подразумевает использование только одного вида сервиса, применяется в GPRS-модемах.
Вторая часть класса указывает на возможности по скорости обмена данными, так называемые мультислот-классы, по количеству одновременно используемых тайм-слотов для передачи и приёма данных. Современные телефоны (июнь 2006) поддерживают до 4-х тайм-слотов одновременно для приема по линии "вниз" (то есть могут принимать 85 Kбит/c по кодовой схеме CS-4), и до 2-х для передачи по линии "вверх" (Class 10 или 4+2).
Те же классы используются и для EGPRS (EDGE).
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. Например, современная версия программного обеспечения контроллеров базовых станций допускает одновременное использование одного тайм-слота шестнадцатью абонентами в разное время и до 5 (из 8) тайм-слотов на частоте, итого — до 80 абонентов, пользующихся GPRS на одном канале связи (средняя максимальная скорость при этом 21,4*5/80 = 1,3 Kбит/с на абонента). Другой крайний случай — пакетирование тайм-слотов в один непрерывный с вытеснением голосовых абонентов на другие частоты (при наличии таковых и с учётом приоритета). При этом телефон, работающий в режиме GPRS, принимает все пакеты на одной частоте и не тратит времени на переключения. В этом случае скорость передачи данных достигает максимально возможной, как и описано выше, 4+2 тайм-слота (Class 10).
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 платёжными системами (установка банкоматов, терминалов оплаты услуг), в промышленности (датчики и счётчики различного рода, например, по ходу нефте- и газопроводов).
Что такое EDGE
Технология EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution - улучшенные скорости передачи данных для эволюции GSM-стандарта), как нетрудно догадаться из ее названия играет сразу две роли: во-первых, обеспечивает более высокую пропускную способность для передачи и приема данных, а во-вторых, служит еще одним шагом на пути от GSM к UMTS. Первый шаг — внедрение GPRS, уже сделан. Не за горами и второй шаг — внедрение EDGE уже началось в мире и в нашей стране.
Впервые EDGE была представлена ETSI (Европейский институт стандартизации электросвязи) в начале 1997 года в качестве эволюции существующего стандарта GSM. EDGE использует ту же полосу пропускания и структуру временных слотов, что и GSM. Таким образом оператор может продолжать использовать уже имеющиеся диапазоны частот по 200 кГц, структуру каналов и частотные планы, при этом предлагая своим абонентам ряд услуг третьего поколения. Более того, использующийся в EDGE формат пакета полностью идентичен аналогичному пакету в TDMA или GSM. Он включает тестовую последовательность из 26 символов в центре пакета, две хвостовые последовательности из трех символов с каждого конца пакета, две последовательности с данными по 58 символов и контрольную последовательность из 8.25 символов.
Технология EDGE может внедряться двумя разными способами: как расширение GPRS, в этом случае ее следует называть EGPRS (enhanced GPRS) или как расширение CSD (ECSD). Учитывая, что GPRS распространена намного шире, чем HSCSD, остановимся на рассмотрении EGPRS.
EDGE не является новым стандартом сотовой связи.
Однако, EDGE подразумевает дополнительный физический уровень, который может быть использован для увеличения пропускной способности сервисов GPRS или HSCSD. При этом, сами сервисы предоставляются точно так же, как и раньше. Теоретически, сервис GPRS способен обеспечивать пропускную спосность до 160 Кбит/с (на физическом уровне, на практике же поддерживающие GPRS Class 10 или 4+1/3+2 аппараты обеспечивают лишь до 38-42 Кбит/с и то, если позволяет загруженность сети сотовой связи), а EGPRS — до 384-473,6 Кбит/с. Для этого необходимо использование новой модуляционной схемы, новых методов кодирования каналов и коррекции ошибок.
EDGE, по сути, является "надстройкой" (вернее, подстройкой, если считать, что физический уровень находится ниже остальных) к GPRS и не может существовать отдельно от GPRS. EDGE, как уже было сказано выше, подразумевает использование иных модуляционных и кодовых схем, сохраняя совместимость с CSD-сервисом голосовой связи.
Таким образом, с точки зрения клиентского терминала, с внедрением EDGE не должно измениться ничего. Однако, инфраструктура базовой станции претерпит некоторые изменения, хотя и не такие уж серьезные. Помимо увеличения пропускной способности для передачи данных, внедрение EDGE увеличивает емкость сети сотовой связи: в один и тот же тайм-слот можно теперь "упаковать" большее количество пользователей, соответственно, можно надеяться не получать сообщение "сеть занята" в самые неподходящие моменты.
