GPRS

GPRS

A. Notiuni introductive

Este un serviciu specificat in faza 2+ de standardizare a GSM. Reteaua GPRS interopereaza cu infrastructura GSM si este considerata solutia de baza pentru transmisiunea datelor in UMTS. Este un salt tehnologic semnificativ pentru ca face trecerea de la comutatie de circuite la cea de pachete.

S-a urmarit crestea eficientei utilizarii interfetei radio prinS

- cresterea ratei de transmisie a datelor prin reducerea codarii canalului (sunt 4 scheme de codare 9.05kbps, 13.4kbps, 15.6kbps, 21.4kbps);

- cresterea ratei de transmisie prin operarea multislot (pana la 8TS/utilizator);

- cresterea eficientei utilizarii resurselor radio prin multiplexarea mai multor utilizatori pe acelasi canal fizic (posibila datorita transmisiei de pachete: maxim 8 utilizatori/TS);

- cresterea eficientei utilizarii resurselor radio prin alocare asimetrica uplink/downlink;

- cresterea eficientei utilizarii resurselor radio prin alocarea dinamica a canalelor intre serviciile commutate in mod circuit, respective pachet.

Rata utila instantanee maxima (fara corectie la erori) / utilizator:

8 * 21,4 = 171.2 Kbps

Comutatia de pachete:

fara conexiune → pachetele = datagrame - se transmit independent, urmarid rute posibil diferite. Sosirea la receptor este in ordine aleatoare reordonarea la receptie, pe baza informatiilor continute in pachet (mesajul din care face parte si locul pe care il ocupa in el). Ex. internetul.

orientata pe conexiune: (circuit virtual) - se stabileste o cale pe care o urmeaza pachetele (se configureaza un circuit logic).

Din fiecare nod, pachetele pleaca in ordinea cu care au fost emise sosirea in ordine la receptie. Ex. X.25 si ATM.

Dezavantaj: congestionarea rutelor in cazul debit mare la rutare greu de folosit pentru timp real (telefonia).

1 pachet GPSR = 128 octeti sau 1024 octeti.

Intr-o retea GSM/GPRS, serviciile GSM comutate in mod circuit (voce, date, SMS) si serviciile GPRS comutate in mod pachet (date, SMS) pot fi oferite in paralel.

MS pot fi din 3 clase:

Clasa A → permite operarea simultana a serviciilor GSM (mod circuit) si GPRS (mod pachet); terminalul mobil e atasat simultan la GSm si GPRS. Utilizatorul poate vorbi la telefon in timp ce MS efectueaza un transfer de fisiere.

Clasa B → MS este atasata simultan la GSM si GPRS, dar nu e posibil traficul simultan.

Clasa C → MS nu poate fi atasata simultan la GSM si GPRS.

B. Arhitectura GPRS

IWF E

F

C

A

D

Daca se doreste un serviciu GSM, prelucrarile informatiei in MS si BTS sunt conforme cu specificatiile descrise anterior.

Daca se doreste un serviciu GPRS, prelucrarile sunt conforme cu specificatiile GPRS. In MS - GPRS si in BTS se implementeaza un nou bloc = unitate de codare a canalului (CCU - Channel Codec Unit).

Pe langa codare / decodarea informatiei pentru protectia la erori, CCU raspunde si de masuratorile efectuate pe canalul radio pe durata sesiunilor GPRS.

In BSS se realizeaza separarea intre fluxul de biti si semnalizarile aferente serviciilor GSM (in mod circuit) si pachetele de date si semnalizare aferente GPRS.

In BSC se introduce unitatea de control a pachetelor (PCU - Packet Control Unit). Acest bloc gestioneaza resursele radio pentru transmisia radio cu comutatie de pachete.

Functii: alocarea resurselor (pana la 8TS / legatura si / sau pana la 8 utilizatori / TS), independent uplink si downlink; stabilirea tipului de codare ce se aplica datelor pe interfata radio, functie de starea interfetei si controlul puterii; in plus, functii de nivel legaturi de date → segmentare si reasamblare.

In NSS → se extinde HLR , care devine baza de date comuna MSC/GPRS si contine, in plus, date referitoare la abonatii GPRS     plus informatii privind rutarea in reteaua GPRS.

EIR devine baza de date comuna GSM/GPRS. HLR si EIR interopereaza (pe interfete diferite) cu comutatoarele GSM si nodurile GPRS.

In MSC/GMSC se implementeaza interoperarea cu nodurile GPRS, dar numai la nivelul de semnalizari.

Comutatoarele SMS (SMS - GMSC si SMS - IW MSC) interactioneaza cu nodurile GPRS si prin schimburi de date, nu numai semalizari.

Reteaua nucleu GPRS → e formata din noduri care comunica prin intermediul unei retele interne de transmisiune IP.

SGSN → pentru gestiunea mobilitatii si a comunicatiei (similar MSC);

GGSN → interoperare cu retele de date de tip X.25 si IP.

Reteaua de trunchiuri IP: - interna (intre PLMN)

- inter-PLMN: linii proprii, inchiriate sau trunchiuri din

retelele publice de date(internet) → spatiul GPRS

Nodurile(GGSN) care contin functii de interfatare cu alte retele (PLMN - GPRS) = B - GGSN(Border - GGSN).

Interfete GPRS

a). Pentru transferul pachetelor de date si semnalizarilor.

- interna GPRS, intre BSS si SGSN. Circula pachete de date, SMS (mod GPRS) si semnalizari

- interna GPRS; intre 2 noduri GSN de oricare tip, cu conditia sa fie situate in aceeasi retea GPRS. Circula pachete de date, SMS (mod GPRS) si semnalizari.

- interna GPRS; intre SGSN si comutatoarele SMS. Circula SMS (mod GPRS) si semnalizari SMS.

- pentru interoperare cu alta retea GPRS. E situata intre doua porti de frontiera (B - GGSN si B - SGSN). Circula pachete de date si semnalizari.

- pentru interoperare cu retele externe de tip IP (v4 si v6) sau X.25. Este intre GGSN si un ruter IP, respectiv un DCE X.25. Circula pachete de date si semnalizari.

b). Pentru transportul semnalizarilor. Pentru ele sunt specificate numai protocoale de transport, in planul de control.

→ SGSN ↔ HLR.

→ optionala, GGSN ↔ HLR.

→ SGSN ↔ EIR.

→ SGSN ↔ MSC. Este vitala pentru functionarea MS de clasa A si B. Permite atasarea simultana GSM si GPRS, actualizarea simultana a localizarii sau paging GSM prin reteaua GPRS.

Spre deosebire de GSM, in GPRS, o legatura MS - SGSN are suport fizic (canalul radio si flux intre BTS si SGSN) numai in intervalele de timp in care se transmit efectiv pachete de date. In rest, MS si SGSN raman conectate logic pana la cererea de eliberare a legaturii logice si fizice.

Situatia este destul de complicata la nivelul resurselor radio. Trebuie rezolvate problemele de alocare intre operatorii GPRS si cele de partajare statica si dinamica intre utilizatorii GSM si GPRS.

Selectia celei mai potrivite celule se face in GPRS ca si in GSM pe baza masurarii calitatii semnalului receptionat de la diverse celule candidate + mecanisme de detectie si evitare a congestiei.

C. Identificatori in reteaua GPRS

Identificatori GSM

a)      identificatori de retea: LAI; CGI; BSIC

b)      identificarea abonatului GSM:

MSISDN; IMS = ficsi;

MSRN; TMSI = temporari;

c)      Identificarea echipamentului

IMEI

IMEI SV (Software Version) → pentru identificarea echipamentelor inclusiv la nivel de versiune software.

Identificatori GPRS

a)      identificatori de retea

RA (Routing Area) - aria de rutare → in aceasta arie se transmit apeluri catre MS - GPRS. E similara LA si o submultime a ei.

RAI = Routing Area Identity

RAI = LAI + RAC (Routing Area Code - identifica RA in interiorul unei LA).

RAC + MCC + MNC + LAC = RAI

MCC = Mobile Country Code

MNC = Mobile Network Code (identifica operatorul in interiorul tarii)

LAC = Location Area Code (identifica LA in interiorul unei retele GSM)

b)      identificarea abonatului GPRS

IMSI (sau nu, pentru anonimi)

Adrese PDP (Packet Data Protocol) - alocate utilizatorului de catre retea, temporar sau permanent(poate fi adresa IP sau X.121 - pentru X.25)

P - TMS; -pentru protejarea identitatii abonatului, prin evitarea transmisiunii IMSI in clar (P - TMSI se aloca pana s-a terminat cifrarea) - 4 octeti.

Discriminarea intre TMSI si P - TMSI se realizeaza cu 2 MSB. Pentru P - TMSI au valoarea 11.

c)      identificarea echipamentului → IMEI si IMEI - SV

Modelul general al retelei GPRS are 3 planuri (asemanator GSM si ISDN):

planul transmisie (sau utilizator - V )

planul de control (al semnalizarilor - C )

planul de gestiune (management - M )

D. Interfata radio: nivelul fizic

Pe ** sunt definite 2 stive de protocoale, una pentru date si una pentru semnalizari.

Nivelul fizic dintre MS si BTS = nivel GSM RF si are 2 componente:

Nivel fizic RF (RFL - RF Layer).

Nivelul legaturii fizice (PLL - Physical Link Layer).

La nivelul fizic RF se face modularea bitilor furnizati de subnivelul superior + demodularea semnal receptionat. Se asigura caracteristicile purtatoarelor, ale emitator si receptor + structura canalelor radio GSM. In GPRS nu s-au operat modificari fata de GSM la acest (sub)nivel.

Subnivelul PLL asigura:

codarea canalului, intretesere si formare salve (se asigura protectia la pachete de erori prin transmiterea intretesata a unui bloc de date pe durata a 4 salve);

detectia congestiei legaturii fizice;

sincronizare (+ avans temporal); monitorizarea calitatii semnalului pe legatura radio, selectia si reselctia celulei;

controlul puterii de emisie.

La nivelul PLL, in GPRS s-au operat modificari fata de GSM.

Nivelul GSM RF este implementat uzual in BTS si MS si este dependent de GSM.

GPRS(continuare)

A.     Canalele logice

Accesul multiplu GPRS este dependent de infrastructura GSM → GPRS utilizeaza (in mod comun cu GSM) aceleasi cadre TDMA cu 8 intervale de timp (15/26 msec. fiecare). Cand un astfel de cadru fizic e utilizat de GPRS (deci comutat in mod pachet), el se numeste PDCH(Packet Data Channel). Pe canalele PDCH vor fi mapate canalele logice GPRS (sunt de trafic si de control).

Canale de trafic

Sunt denumite PTCH(Packet Traffic Channels) si sunt bidirectionale.

PDTCH(Packet Data Transfer Channel) → se transmit uplink(UL) si downlink(DL) datele utilizator. Pentru servicii PTP(point-to-point) este atribuit unui singur utilizator(MS). Pentru PTM este atribuit mai multor MS din celula. Un MS poate utiliza mai multe PDTCH simultan.

PACCH(Packet Associated Control Channel) → se transmit UL sau DL informatii de control ce privesc un MS(controlul puterii, avansul temporal sau informatii privitoare la atribuirea resurselor). Indiferent de numarul de PDTCH de care dispune, un MS are un singur PACCH. Pentru MS de clasa A sau B care primesc un apel GSM in timp ce sunt angajate in transfer de date, pagingul pentru apelul in mod circuit se poate transmite pe PACCH.

Canale de control

Sunt destinate transportului pachetelor cu informatie de control, alta decat cea dedicata unui unic MS. Sunt 2 categorii de canale de control:

a). Canale difuzate

- PBCCH(Packet Broadcast Control Channels) → pentru difuzarea in celula a informatiei legate de GPRS

b). Canale comune (PCCCH - Packet Common Control Channel)

- PRACH (Packet Random Acces Channel) → MS → BTS

- PAGCH (Packet Acces Grant Channel) MS → BTS care a raspuns la o cerere pe PRACH.

- PPCH (Packet Paging Channel) BTS → MS

- PNCH (Packet Notification Channel) → pentru transferuri de date PTM in celula.

Toate canalele utilizeaza la nivelul fizic RF salve normale (cu 2 exceptii). Pe PRACH salve de acces si pe PACCH (dar numai cand se transmit informatii de avans temporal). Pentru oricare alt tip de mesaj se utilizeaza salve normale pe PACCH.

Toate canalele logice pot fi multiplexate pe un canal fizic. Multiplexarea canalelor logice pe PDCH nu este fixata, ca in GSM.

Multiplexarea la nivelul fizic pe interfata radio are la baza blocul radio = succesiunea a 4 salve consecutive.

Un bloc radio contine blocul de date furnizat de nivelul legaturii de date nivelului fizic, codat, intretesut si transmis in 4 salve consecutive. Cand un canal logic primeste dreptul de a transmite, el va ocupa canalul fizic respectiv pentru minim 4 cadre TDMA succesive.

In GPRS se face o actualizare continua a avansului temporal(la fiecare ≈ 2 msec.) → traficul e in rafale si in perioade de "tacere". MS isi poate schimba semnificativ pozitia.

Alocarea resurselor radio GPRS = statica si dinamica.

Serviciile GSM au prioritate fata de GPRS, pachetele GPRS fiind transmise cand exista resurse neutilizate.

Pe un PDCH, canalele logice pot fi mapate simetric(ambele sensuri au alocate resurse simetrice atat pentru trafic cat si pentru control) sau dinamic(la cerere) (mai avantajoasa).

Indiferent de tehnica de alocare aleasa, multiplexarea canalelor logice pe PDCH este dinamica.

Nou in GPRS → pana la 8 MS-GPRS pot fi multiplexate pe acelasi PDCH.