VLR - Visitor Location Register - регистр временных идентификаторов TMSI - визитеров (при передаче речевых сообщений - TMSI) , а также MSRN - номер роуминга MS

Они поддерживают одновременно два режима работы - в сети GSM (коммутация каналов) и в сети GPRS (коммутация пакетов).

- Терминалы класса "B" также могут работать в режимах GSM/GPRS, но поочередно, т.е. в каждый момент будет осуществляться передача лишь одного вида трафика - с коммутацией каналов или с коммутацией пакетов.

- Терминалы класса "C" могут функционировать только в режиме коммутации пакетов.

Числовременных интервалов (слотов), выделяемых для передачи информации, в схемах множественного доступа с временным разделением (каналов) TDMA может быть организовано от 1 до 8. Значение имеет число

тайм-слотов как для передачи по исходящим каналам связи (от MS к BTS), так и для передачи по нисходящим каналам связи (от BTS к MS). Эти данные отражаются в GPRS-спецификациях, касающихся абонентского оборудования. В технических характеристиках мобильных телефонов производители указывают либо класс мобильных станций (телефонов), либо конкретные значения, например: 4 + 2 (конкретные значения тайм-слотов), класс: 6.
Максимальное число выделяемых тайм-слотов не всегда соответствует арифметической сумме исходящих и нисходящих каналов.

Например, класс 6 - это максимум 4 тайм-слота под пакетную передачу данных.
При распределении ресурса между речевой информацией и пакетной GPRS. Передача речевых сигналов всегда имеет приоритет.

На практике это означает, что временные интервалы могут отниматься у GPRS для передачи речевого сообщения, но не наоборот.

Схемы кодирования GPRS.

Технология GPRS предусматривает использование четырех схем кодирования - Coding Schemes - CS - схемы кодирования: CS1, CS2, CS3, CS4. Также как и тайм-слоты (временные интервалы), используемые схемы кодирования могут ограничиваться как оборудованием абонента (т.е. мобильная станция может не поддерживать все схемы кодирования), так и программное обеспечение сети GPRS. Схема кодирования определяет путь, по которому информация будет декодироваться при плохом качестве соединения и позволяет ускорить процесс передачи данных при хорошем качестве соединения.
-CS1 - 9,05кбит/с
-CS2 - 13,4кбит/с
-CS3 - 15,6кбит/с
-CS4 - 21,4кбит/с.
Каждая схема обеспечивает разную скорость передачи информации в расчете на один временной интервал (тайм-слот).

При увеличении номера схемы кодирования, возрастает обеспечиваемая ею скорость, но вместе с этим кодирование становится менее помехоустойчивым.

Скорость передачи данных в сети GPRS

Скорость передачи в сети GPRS обеспечивается за счет двух основных моментов:

- использования различных схем кодирования;

- временнóго уплотнения.

Для управления работой радиоканала в режиме передачи пакетов разработан специальный протокол RLC - Radio Link Control - радиоканал контроля (управления), который обеспечивает адаптивную настройку, программную перестройку частоты и управление мощностью.

Адаптация радиоканала включает выбор схемы кодирования CS1 - CS4 в зависимости от вида передаваемой информации, характеристик радиоканала и уровня помех. Конкретную схему кодирования для каждого соединения определяет базовая трансиверная станция BTS.
Первая схема кодирования CS1, гарантирует соединение в любых условиях и наиболее удобна для передачи сигнализации и коротких сообщений.

Вторая схема CS2, предназначена для передачи информационного трафика и позволяет существенно увеличить пропускную способность сети.

Два других варианта кодирования обеспечивают наивысшую скорость передачи при высоком значении отношения сигнал/помеха, однако уступают схемам CS1 и CS2 при значении сигнал/помеха менее 9,0дБ.

Кроме того, их реализация потребует модернизации A_bis -интерфейса сетевого уровня эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ЭМ ВОС).
Технология GPRS использует и временнóе уплотнение, т.к. в режиме GPRS каждой мобильной станции MS может предоставлено от 1 до 8 временных интервалов (слотов).

Схемы кодирования определяют скорость передачи пакетов данных:
- при использовании CS1 - скорость почти не отличается от скорости передачи

GSM 900 - 9,6кбит/с - в одном временном интервале (тайм-слоте), но при использовании всех 8 тайм-слотов -скорость достигнуть 72,4кбит/с;
- при использовании CS2 - соответственно: 13,4кбит/с и 107,2кбит/с;

- при использовании CS3 - соответственно: 15,6кбит/с и 124,8кбит/с;
- при использовании CS4 - соответственно: 21,4кбит/с и 171,2кбит/с;

Во время передачи пакетов данных ресурсы каналов связи могут выделяться независимо друг от друга, т.е. в системе допускается реализация симметричного и асимметричного режимов передачи данных. Теоретически скорость передачи данных в GPRS-системе может достигать 171,2 (8х21,4)кбит/с - если применить схему кодирования CS4. Однако, существует несколько препятствий для достижения максимальной скорости: распределение тайм-слотов, доступность схем кодирования и ограниченные возможности мобильных станций (терминалов).
Из-за использования одного и того же частотного ресурса GSM и GPRS, маловероятно, что Оператор сотовой связи будет использовать все 8 тайм-слотов для системы GPRS, так как передача речи является приоритетной услугой.

С другой стороны все пользователи, находящиеся в одной и той же ячейке, совместно используют частотный ресурс соты и, в зависимости от объема пакетов данных, скорость передачи динамически изменяется.

Это означает что, если число передаваемых пакетов увеличивается, автоматически каждый пользователь получает меньшую скорость передачи, и соответственно, если число пакетов уменьшается - скорость передачи данных увеличивается.

Как отмечалось выше, одним из недостатков сетей сотовой связи стандарта GSM является низкая скорость передачи данных (максимум 9,6кбит/с). Для передачи данных пользователю выделяется только один канал, а биллинг (расчеты) осуществляется, исходя из времени соединения, причем по тарифам, мало отличающимся от тарифов на речевые услуги. Для высокоскоростной передачи данных (максимум 171,2кбит/с) посредством существующих сетей GSM и была разработана система GPRS - General Packet Radio Service - услуга пакетной передачи данных по радиоканалу. При использовании сетей GPRS расчеты за полученные пользователями услуги производятся пропорционально объему переданной информации, а не периоду времени нахождения пользователя в сети (!), как это делается в сетях GSM . Введение GPRS способствует более рациональному использованию частотного ресурса последней мили (абонентского беспроводного доступа: между MS и BTS). Пакеты данных передаются одновременно по нескольким каналам в паузах между передачей речи, которой отдается преоритет. Именно в одновременном использовании нескольких каналов и заключается выигрыш в скорости. Речевой трафик имеет безусловный преоритет перед трафиком передачи данных, поэтому скорость передачи информации определяется не только возможностями сетевого и абонентского оборудования, но и загрузкой сети - прежде всего речевой информацией. В системе GPRS ни одна линия связи не занимается под передачу данных целиком и это основное качественное отличие новой технологии от используемых до ее внедрения. Оплачивается услуга пропорционально объему полученных и отправленных сообщений. Разработчики системы GPRS приложили все усилия для того, чтобы установка новой системы "поверх" существующих GSM-сетей оказалась как можно менее обременительной для Операторов связи сетей GSM. Доработку GSM-сети для предоставления услуг высокоскоростной передачи данных GPRS можно условно разделить на две составляющие: программную и аппаратную. Программное обеспечение нуждается в замене или обновлении практическиво всех устройствах сети сотовой связи: начиная с регистров HLR и VLR и заканчивая базовыми трансиверными станциями BTS. В частности, введен режим многопользовательского (множественного) доступа к временным кадрам каналов GSM, а в HLR, например, появляется новый параметр: Mobile Station Multislot Capability - MSMC - количество каналов, с которыми одновременно может работать мобильная станция MS.   Ядро системы GPRS - GPRS Core Network - два основных блока: - SGSN - Serving GPRS Support Node - узел поддержки GPRS; -GGPRS -Gateway GPRS Support Node - шлюзовой узел GPRS; - SGSN является мозгом системы GPRS, является аналогом MSC - центра мобильной коммутации сети GSM. Обслуживающий узел поддержки - SGSN - контролирует доставку пакетов данных пользователям, взаимодействуя с регистром собственных абонентов HLR, проверяет, разрешены ли запрашиваемые пользователями услуги, ведет мониторинг находящихся в режиме On-line мобильных станций MS абонентов "домашней" сети. Так же как и мобильный центр коммутации MSC, узел SGSN, в системе может быть не один - в этом случае каждый узел отвечает за свой участок сети. Шлюзовый узел поддержки GPRS - GGSN - это шлюз между сотовой сетью связи (участком сети, передающим данные GPRS) и внешними сетями пакетной передачи данных (ISDN, Х.25 и другими). Основной задачей шлюзового узла GGSN, является: роуминг (маршрутизация) данных, передаваемых через обслуживающий узел поддержки - SGSN. Вторичными функциями GGSN является: адресация данных, динамическая выдача IP-адресов, а также отслеживание информации о состоянии внешних сетей и собственных абонентах, а также тарификация услуг. В GPRS - системе GPRS заложена хорошая масштабируемость: при появлении новых абонентов Оператор связи может увеличивать число узлов поддержки SGSN, а при резком увеличении суммарного трафика добавлять в систему новые шлюзы GGSN и IGSN. Внутри системы GPRS (между узлом поддержки SGSN и шлюзовым узлом поддержки GGSN) данные передаются с помощью специального туннельного протокола: GTP - GPRS Tunneling Protocol. Важным элементом системы GPRS является PCU - Packet Control Unit - устройство контроля пакетной передачи. PCU стыкуется с контроллером базовых трансиверных станций BSC и отвечает за направление трафика данных непосредственно от BSC к узлу поддержки SGSN. При ориентации системы GPRS на мобильный Интернет возможно добавление специального узла - IGSN - Internet GPRS Support Node - узел поддержки Интернет. За управление и контроль системы GPRS отвечает OMC-R/G - Operation and Maintenance Center - Radio / GSN - центр управления и обслуживания радиоузла GPRS. Это - "интерфейс" между системой GPRS и обслуживающим ее персоналом. Перед началом работы с GPRS, мобильная станция MS, так же как и в случае передачи речевого сигнала, должна зарегистрироваться в системе. Регистрацию ("прикрепление" - attachment - к сети) пользователей обеспечивает узел поддержки SGSN. В случае успешного прохождения всех процедур: проверки доступности запрашиваемой услуги, копирования необходимых данных о пользователе из регистра HLR в узел поддержки SGSN, пользователю выдается P-TMSI - Packet Temporary Mobile Subscriber Identity - временный идентификатор мобильного телефона для пакетной передачи данных, аналогичный TMSI. TMSI назначается мобильной станции MS для передачи речи (если MS относится к классу "А", то ей при регистрации выделяются временные идентификаторы TMSI и P-TMSI). Для быстрой маршрутизации данных к мобильной станции системе GPRS нужны данные о местонахождении MS с большей точностью, чем в случае передачи речевого трафика (HLR и VLR данные LA - Location Area - зоны местонахождения, в которой находится мобильная станция MS пользователя. Если возрастает служебный трафик в сети сотовой связи и расход электроэнергии мобильной станцией, телефон обязан информировать систему каждый раз при переходе из одной зоны местонахождения в другую. Принято деление состояния мобильных станций на три типа: - IDLE (неработающий режим). MS отключена или находится вне зоны действия сети. В этом случае система не отслеживает ее перемещение. - STANDBY (режим ожидания). MS зарегистрирована (прикреплена) в системе GPRS, но уже долгое время (определяемое специальным таймером) не работает с передачей данных. Местоположение STANDBY-пользователей (MS в режиме ожидания) известно с точностью до RA (Routing Area - область маршрутизации). RA мельче, чем LA (каждая LA разбивается на несколько RA, но RA крупнее, чем ячейка (сота) в локальной зоне - LA и состоит из нескольких элементарных ячеек, или сот).   -READY (готовность). MS зарегистрирована в системе и находится в активной работе. Координаты MS, находящихся в режиме готовности READY, известны узлу поддержки GPRS - SGSN с точностью до ячейки. MS, находящиеся в режиме ожидания STANDBY, при переходе из одной области RA в другую посылают SGSN специальный сигнал о смене области маршрутизации (routing area update request). Если новая и предыдущая область маршрутизации RA контролируется одним и тем же узлом поддержки SGSN, то смена области маршрутизации RA приводит лишь к корректировке записи в узле поддержки SGSN. Если мобильная станция MS переходит в зону действия нового узла поддержки SGSN, новый узел SGSN запрашивает у прежнего SGSN информацию о пользователе, а центр коммутации MSC и регистры VLR, HLR, а также шлюзы GGSN ставятся в известность о смене узла поддержки - SGSN. Если MS, взаимодействующая с системой GPRS, перемещается в другую зону LA, узел поддержки SGSN отправляет соответствующему регистру VLR сообщение о необходимости смены записи о местонахождении мобильной станции MS. В случае роуминга в сетях GPRS возможны два варианта: - узел поддержки SGSN в обоих случаях используется гостевой (VSGSN - Visited SGSN); - шлюзовый узел GGSN может использоваться: - либо гостевой (VGGSN - Visited GGSN), - либо домашний (HGGSN - Home GGSN). Во-втором случае между домашним и гостевым шлюзами должна быть организована GPRS-магистраль (Inter PLMN GPRS BackBone - GPRS-линия связи) для передачи трафика между HGGSN шлюзами и мобильной станцией MS. Кроме того, необходим BG (Border Gateway - граничный шлюз) с обеих сторон с целью обеспечения защиты сетей от "атак" извне. QoS (Quality of Service) - качество сервиса. Видеоконференция в режиме реального времени и отправка сообщения электронной почтой предъявляют разные требования, например, к задержкам на пути пакетов данных.   В системах GPRS существует несколько классов качества сервисаQoS, подразделяющихся по следующим признакам: -необходимому приоритету (существует высокий, средний и низкий приоритет данных); -надежности (разделение на три класса по количеству возможных ошибок, потерянных пакетов и т.д.); -задержкам (задержки информации вне GPRS-сети в расчет не принимаются); -количественным характеристикам (пиковое и среднее значение скорости). Класс качества QoS выбирается индивидуально для каждой новой сессии передачи данных. Кроме QoS, в характеристику сессии передачи данных входит: -тип протокола PDP type - Packet Data Protocol type; -PDP-адрес, выданный мобильной станции MS (выдача адресов бывает как статической, так и динамической); -адрес шлюза GGSN, с которым идет работа. Пакетная передача данных предусматривает два режима "соединений": -PTP - Point-To-Point - точка-точка; -PTM - Point-To-Multipoint - точка-многоточие - широковещательный режим. Широковещательный режим РТМ в свою очередь подразделяется на два класса: - PTM-M (PTM-Multicast) - передача необходимой информации всем пользователям, находящимся в определенной географической зоне; - PTM-G (PTM-Group Call) - данные направляются определенной группе пользователей. Поддержка режима "многоточечной" передачи информации PTM реализуется во всех спецификациях GPRS.   GPRS - абонентские устройства Для работы с системой пакетной передачи данных необходимо иметь специальный мобильный телефон, совместимый с системой GPRS. GPRS-терминалы подразделяются на три класса: -устройствакласса "А" способны одновременно работать как с передачей речи, так и с передачей данных (они обладают возможностью функционировать как в режиме коммутации каналов (circuit switched), так и в режиме коммутации пакетов (packet switched), т.е. одновременная работа в разных режимах; -устройства класса "В" могут осуществлять либо передачу речи, либо передачу данных, но не одновременно; -устройствакласса "С"поддерживают только передачу данных и не могут быть использованы для голосовой связи. Как правило, это разного рода компьютерные платы для обеспечения беспроводного доступа к данным. Максимальная скорость передачи данных определяется, в первую очередь, количеством каналов, с которыми одновременно может работать абонентский терминал. Один канал обеспечивает передачу данных со скоростью до 13.4кбит/с. Следующим шагом от сетей GSM второго поколения 2G к сетям третьего поколения 3GUMTS - Universal Mobile Telephone System - является технология EDGE - Enhanced Data Rates for GSM Evolution - передача данных на повышенной скорости, позволяющая осуществлять передачу информации со скоростью до 384,0кбит/с в восьми GSM-каналах (48,0кбит/с - каждый канал). Для внедрения EDGE "поверх GPRS" Операторам связи необходимо заменить аппаратуру базовых трансиверных станций BTS, а пользователям - приобрести поддерживающие EDGE мобильные станции MS. В настоящее время скорость передачи данных ~171,2кбит/с, которую обеспечивает система GPRS, вполне достаточна.

Система GPRS - не является в полной мере системой третьего поколения 3G, а скорее - второго поколения - 2,5G, так как скорость передачи данных в ней не достигает 2,048мбит/с.

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 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.). 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).