GPRS (англ.
General Packet Radio Service — «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.
История
Начнём нашу историю с т.н.
CSD [Circuit Switched Data]. Данная технология появилась в стандарте GSM и позволяла устанавливать соединения с помощью
модема, встроенного или подключенного в аппарат абонента, при этом абоненту на передатчике базовой станции выделялся все лишь один таймслот (TS), скорость передачи не превышает 9,6 кбит/с.
Передача данных с помощью CSD, практически ничем не отличается от обычного голосового вызова, т.к. на время вызова Вы полностью занимаете канал и посему тарификация такого соединения осуществляется поминутно и естественно на заре развития мобильных сетей была отнюдь не малой.
Следующим этапом развития передачи данных в мобильных сетях, стало улучшение технологии CSD — появилась технология
HSCSD [High Speed CSD]. Использование этой технологии позволило увеличить скорость передачи данных за счет объединения 4 TS + была увеличена пропускная способность одного канала до 14,4 Кбит/с за счет использования «упрошенных» методов корректировки ошибок. Тем самым максимальная пропускная способность для HSCSD составляла 57,6 Кбит/с.
Несмотря на небольшую скорость передачи и поминутную тарификацию, эта технология продолжает пользоваться популярностью для передачи небольших объемов данных в системах, например, охранных сигнализаций (показания счетчиков, индикаторов), прежде всего из-за простоты использования на современных аппаратах.
Все изменилось с появлением (спецификации Phase 1 появились в 2000/2001 гг.) пакетной технологии передачи данных —
GPRS [General Packet Radio Service], которая существенно увеличила пропускную способность канала передачи данных (максимальная скорость передачи, при условии использования 8 TS — 171,2 кбит/с), а также использовала коммутацию пакетов, в отличие от коммутации каналов в CSD/HSCSD, что позволило более эффективно использовать ресурсы на базовых станциях, но в то же время эта технология «потребовала» внесения в структуру сети дополнительных элементов — SGSN, GGSN.
Принципиально технология
EDGE [Enhanced Data rates for GSM Evolution] практически ничем не отличается от GPRS, т.к. может быть реализована на уже существующей сети. Изменения при внедрении EDGE касаются изменения схем кодирования на радиоинтерфейсе, а также изменения ПО на сетевых элементах. Максимальная скорость, которую может предоставить EDGE составляет 473,6 кбит/с (8 тайм-слотов x 59,2 кбит).
Таким образом технологии GPRS/EDGE, по сравнению с технологиями с коммутацией каналов (CSD/HSCSD), позволила предоставить конечному пользователю:
- высокую скорость передачи
- меньшее время на открытие сессии
- более выгодные тарифы использования
- тарификация по объему переданных данных, а не поминутно
- не занимать весь канал на время передачи данных
Появление нового принципа передачи данных в мобильных сетях, потребовало внесения изменений в архитектуру самой сети GSM, что ж давайте взглянем на архитектуру сети…
Основным элементом в сетевой архитектуры GPRS, является SGSN. Как видим из схемы, SGSN связан различными интерфейсами с большинством элементов архитектуры GSM сети. Неотъемлемым «спутником» SGSN'а в пакетной сети оператора является GGSN, который является своеобразным мостом между IP Backbone оператора и другими Packet Data Networks (PDN). Железным исполнением GGSN может выступать «обычный» роутер Cisco, но также есть отдельные решения от вендоров
Nokia Siemens Networks (NSN),
Huawei, etc. В большинстве случаев на сети оператора присутствует несколько подобных элементов, что в свою очередь определяется емкостью сети и нагрузкой на территории.
Функционально SGSN позволяет:
- предоставлять абонентам возможность передавать и получать пакетные данные
(mobile internet/wap / mms / intranet)
- проводить аутентификацию и авторизацию абонентов
- предоставлять биллинговые данные оператору
- передавать SMS_over_IP
- предоставлять интерфейсы для государственных органов
- контролировать и обновлять данные об абонентах в HLR/MSC, т.н. Mobility Management
- осуществлять управление сессиями пользователей
Сейчас не будем рассматривать все интерфейсы SGSN, а остановимся только на нескольких ключевых моментах.
Все интерфейсы, которые связаны с SGSN'ом обозначают с буквы «G», многие из них являются обязательными, другие вносят определенную функциональность и являются вспомогательными. В частности, Gs интерфейс (между MSC и SGSN) позволяет получать и принимать голосовые услуги во время пользования услугами GPRS. Интерфейс Gd (между SMS-GMSC и SGSN) позволяет отправлять
SMS-сообщения через пакетную сеть*.
* — кстати, услуга отправки SMS, является ярким примером того, как операторы не любят снижать свои доходы, т.к. отправка SMS через пакетную сеть, практически в 2-3 раза дешевле для конечного пользователя, то операторы часто «отказываются» от использования этой функциональности, но в тоже время можно отметить, что покрытие GPRS есть не везде. Обычно в аппарате, функция отправки SMS настраивается через: Сообщения -> Настройки сообщений -> Текстовые сообщения -> Использовать пакетные данные.
Два вышеупомянутых интерфейса являются не обязательными, но добавляют определенную функциональность в сеть оператора. В качестве технологий, используемых для передачи данных между различными интерфейсами могут выступать FR/IP/ATM, но в последнее время есть тенденция к переходу на IP Backbone, как наиболее легко реализуемого в техническом плане, так и экономически выгодного транспорта для обмена данными.
Принцип работы
Вкратце, принцип работы пакетной сети можно можно описать так:
1. выделение ресурсов для пакетной передаче на стороне контроллера базовых станций*
* — при этом учитывается приоритет голосовых сервисов.
2. проведение процедуры аутентификации абонента (GPRS Attach), включая идентификацию терминала абонента, т.н. IMEI Check*
* — является опциональным.
3. обновление информации о местоположении абонента в HLR
4. согласование ключей шифрования потока
5. установление коммуникации между оконечным устройством абонента и PS Core Network, что в терминологии архитектуры GPRS/EDGE называется активацией PDP (Packet Data Protocol) Context'а и зависит от типа запрашиваемых данных — Mobile internet/Intranet/Wap/MMS/SMS_over_IP
6. после окончания использования услуг пакетной передачи, производиться отключение абонента — деактивация PDP Context'а
7. в случае, если терминальное устройство абонента настроено не на постоянный коннект с пакетной сетью (проверить это на большинстве аппаратов можно в Меню -> Настройки -> Подключение устройств -> Пакетные данные -> Пакетное подключение -> По требованию/Постоянный доступ), то будет произведенная операция, обратная начальной аутентификации и авторизации абонента, т.н. GPRS Detach.
Более детально этот раздел мы рассмотрим во второй части статьи. Определим, какие данные передаются во время процесса авторизации, а также какие данные хранятся на стороне абонента/SGSN'а, коснемся немного алгоритмов шифрования, используемых в архитектуре GPRS/EDGE.
© Гуляев Борис @TyMaH
Для Geektimes.Ru.
В начало
