Obecná paketová rozhlasová služba - General Packet Radio Service

Sony Ericsson K310a zobrazující domovskou stránku Wikipedie prostřednictvím internetového GPRS.

General Packet Radio Service ( GPRS ) je paket orientovaný mobilní datové standardem na 2G a 3G buňkové komunikační sítě globálního systému pro mobilní komunikace (GSM). GPRS byl zřízen Evropským institutem pro telekomunikační standardy (ETSI) v reakci na dřívější buněčné technologie s přepínáním paketů CDPD a i-mode . Nyní je udržován partnerským projektem 3. generace (3GPP).

GPRS se obvykle prodává podle celkového objemu dat přenesených během fakturačního cyklu, na rozdíl od dat s přepínáním okruhů , která se obvykle účtují za minutu doby připojení nebo někdy v přírůstcích o jednu třetinu minuty. Použití nad limit datového balíku GPRS může být účtován za MB dat, omezená rychlost nebo zakázána.

GPRS je služba s nejlepším úsilím , což znamená proměnnou propustnost a latenci, která závisí na počtu dalších uživatelů, kteří službu sdílejí souběžně, na rozdíl od přepínání obvodů , kde je během připojení zaručena určitá kvalita služby (QoS). V systémech 2G poskytuje GPRS datové rychlosti 56–114 kbit /s. 2G mobilní technologie kombinovaná s GPRS je někdy popisována jako 2,5G , tj. Technologie mezi druhou ( 2G ) a třetí ( 3G ) generací mobilní telefonie. Poskytuje středně rychlý přenos dat pomocí nepoužívaných kanálů TDMA ( Time-Division Multiple Access ) například v systému GSM. GPRS je integrován do GSM verze 97 a novějších verzí.

Technický přehled

Viz také: Základní síť GPRS

Základní síť GPRS umožňuje mobilním sítím 2G , 3G a WCDMA přenášet IP pakety do externích sítí, jako je internet . Systém GPRS je integrovanou součástí subsystému přepínání sítí GSM .

Nabízené služby

GPRS rozšiřuje možnosti přepínání datových okruhů GSM paketů a umožňuje následující služby:

  • SMS zprávy a vysílání
  • „Vždy zapnutý“ přístup k internetu
  • Služba multimediálních zpráv (MMS)
  • Push-to-talk přes mobilní (PoC)
  • Okamžité zasílání zpráv a přítomnost - bezdrátová vesnice
  • Internetové aplikace pro chytrá zařízení prostřednictvím bezdrátového aplikačního protokolu (WAP)
  • Služba Point-to-Point (P2P): inter-networking with the Internet (IP)
  • Služba point-to-multipoint (P2M): skupinové hovory point-to-multipoint multicast a point-to-multipoint

Pokud používáte SMS přes GPRS, lze dosáhnout rychlosti přenosu SMS asi 30 SMS za minutu. To je mnohem rychlejší než použití běžné SMS přes GSM, jejíž rychlost přenosu SMS je zhruba 6 až 10 SMS zpráv za minutu.

Podporované protokoly

GPRS podporuje následující protokoly:

  • Internetový protokol (IP). V praxi vestavěné mobilní prohlížeče používají IPv4, než je IPv6 rozšířený.
  • Protokol PPP ( Point-to-Point Protocol ) obvykle není podporován mobilními operátory, ale pokud je jako modem připojeného počítače použit mobilní telefon , lze PPP použít k tunelování IP do telefonu. To umožňuje dynamické přiřazování IP adresy (pomocí IPCP spíše než DHCP ) mobilnímu zařízení.
  • Připojení X.25 se obvykle používají pro aplikace, jako jsou bezdrátové platební terminály, i když byly ze standardu odstraněny. X.25 může být stále podporován přes PPP nebo dokonce přes IP, ale to vyžaduje buď síťový router pro provedení zapouzdření, nebo software zabudovaný do koncového zařízení/terminálu; např. uživatelské vybavení (UE).

Při použití TCP/IP může mít každý telefon přidělenou jednu nebo více IP adres . GPRS bude ukládat a předávat IP pakety do telefonu i při předání . TCP obnoví všechny ztracené pakety (např. Kvůli pauze způsobené rádiovým šumem).

Hardware

Zařízení podporující GPRS jsou seskupena do tří tříd:

Třída A.
Lze připojit ke službě GPRS a službě GSM (hlas, SMS) současně. Taková zařízení jsou nyní k dispozici.
Třída B
Lze připojit ke službě GPRS a službě GSM (hlas, SMS), ale současně používat pouze jednu. Během služby GSM (hlasový hovor nebo SMS) je služba GPRS pozastavena a obnovena automaticky po ukončení služby GSM (hlasový hovor nebo SMS). Většina mobilních zařízení GPRS je třídy B.
Třída C.
Jsou připojeni ke službě GPRS nebo ke službě GSM (hlas, SMS) a je nutné mezi nimi ručně přepínat.

Protože zařízení třídy A musí obsluhovat sítě GPRS a GSM společně, ve skutečnosti potřebuje dvě rádia. Aby se tomuto hardwarovému požadavku vyhnula, může mobilní zařízení GPRS implementovat funkci duálního přenosového režimu (DTM) . Mobilní telefon s podporou DTM zvládne jak pakety GSM, tak pakety GPRS s koordinací sítě, aby bylo zajištěno, že oba typy nebudou vysílány současně. Taková zařízení jsou považována za pseudotřídu A, někdy také označovanou jako „jednoduchá třída A“. Některé sítě podporují DTM od roku 2007.

Modem Huawei E220 3G/GPRS

Modemy USB 3G/GPRS mají rozhraní podobné terminálu přes USB s datovými formáty V.42bis a RFC  1144 . Některé modely obsahují konektor externí antény . K dispozici jsou karty modemu pro přenosné počítače nebo externí modemy USB, které mají podobný tvar a velikost jako počítačová myš nebo pendrive .

Adresování

Připojení GPRS je navázáno odkazem na jeho název přístupového bodu (APN). APN definuje služby, jako je bezdrátový aplikační protokol (WAP) přístup, služba krátkých textových zpráv (SMS), multimediálních zpráv (MMS), a pro Internet komunikační služby, jako je e-mail a World Wide Web přístup.

Aby bylo možné nastavit připojení GPRS pro bezdrátový modem , musí uživatel zadat APN, volitelně uživatelské jméno a heslo a velmi zřídka IP adresu , kterou poskytne operátor sítě.

GPRS modemy a moduly

Moduly GSM nebo moduly GPRS jsou podobné modemům, existuje však jeden rozdíl: modem je externí zařízení, zatímco modul GSM nebo modul GPRS lze integrovat do elektrického nebo elektronického zařízení. Jedná se o vložený kus hardwaru. Mobilní telefon GSM je naproti tomu kompletní vestavěný systém sám o sobě. Dodává se s integrovanými procesory určenými k poskytování funkčního rozhraní mezi uživatelem a mobilní sítí.

Schémata kódování a rychlosti

Rychlost odesílání a stahování, které lze dosáhnout v GPRS, závisí na řadě faktorů, jako například:

  • počet časových slotů BTS TDMA přiřazených operátorem
  • použité kódování kanálu.
  • maximální schopnost mobilního zařízení vyjádřená jako třída GPRS multislot

Vícenásobná přístupová schémata

Metody vícenásobného přístupu používané v GSM s GPRS jsou založeny na frekvenčně děleném duplexu (FDD) a TDMA. Během relace je uživatel přiřazen k jednomu páru frekvenčních kanálů up-link a down-link. To je kombinováno se statistickým multiplexováním v časové oblasti, které umožňuje několika uživatelům sdílet stejný frekvenční kanál. Tyto pakety mají konstantní délku, odpovídající časový úsek GSM. Down-link používá plánování paketů, kdo dřív přijde , ten dřív slouží, zatímco up-link používá schéma velmi podobné rezervaci ALOHA (R-ALOHA). To znamená, že ALOHA s otvory (S-ALOHA) se používá pro dotazy ohledně rezervace během fáze sporu a poté se skutečná data přenášejí pomocí dynamického TDMA s funkcí „kdo dřív přijde, ten dřív mele“ .

Kódování kanálu

Proces kódování kanálu v GPRS se skládá ze dvou kroků: za prvé, cyklický kód se používá k přidání paritních bitů, které se také označují jako bloková kontrolní sekvence, a poté kódování s případně punktuovaným konvolučním kódem . Schémata kódování CS-1 až CS-4 specifikují počet paritních bitů generovaných cyklickým kódem a rychlost punktu konvolučního kódu. V kódovacích schématech CS-1 až CS-3 má konvoluční kód rychlost 1/2, tj. Každý vstupní bit je převeden na dva kódované bity. V kódovacích schématech CS-2 a CS-3 je výstup konvolučního kódu punktován, aby se dosáhlo požadované rychlosti kódu. V Coding Scheme CS-4 není aplikováno žádné konvoluční kódování. Následující tabulka shrnuje možnosti.


Schéma kódování GPRS		 Přenosová
rychlost včetně režie RLC/MAC (kbit/s/slot) 		Přenosová
rychlost bez režie RLC/MAC (kbit/s/slot) 		Modulace Kódová sazba
CS-1 9.20 8.00 GMSK 1/2
CS-2 13.55 12.00 GMSK ≈2/3
CS-3 15,75 14,40 GMSK ≈3/4
CS-4 21.55 20.00 GMSK 1

Nejméně robustní, ale nejrychlejší kódovací schéma (CS-4) je k dispozici v blízkosti základnové vysílací / přijímací stanice (BTS), zatímco nejrobustnější kódovací schéma (CS-1) se používá, když je mobilní stanice (MS) dále od BTS.

Pomocí CS-4 je možné dosáhnout uživatelské rychlosti 20,0 kbit/s za časový úsek. Při použití tohoto schématu je však pokrytí buněk 25% normálu. CS-1 může dosáhnout uživatelské rychlosti pouze 8,0 kbit/s za časový úsek, ale má 98% normálního pokrytí. Novější síťová zařízení mohou rychlost přenosu přizpůsobit automaticky v závislosti na mobilním umístění.

Kromě GPRS existují dvě další technologie GSM, které poskytují datové služby: data s přepojováním okruhů (CSD) a vysokorychlostní data s přepínáním okruhů (HSCSD). Na rozdíl od sdílené povahy GPRS tyto místo toho vytvářejí vyhrazený obvod (obvykle účtovaný za minutu). Některé aplikace, jako například videohovory, mohou upřednostňovat HSCSD, zvláště když mezi koncovými body probíhá nepřetržitý tok dat.

Následující tabulka shrnuje některé možné konfigurace GPRS a datových služeb s přepojováním okruhů.

Technologie Stáhnout (kbit/s) Nahrát (kbit/s) Přidělené časové sloty TDMA (DL+UL)
CSD 9.6 9.6 1+1
HSCSD 28.8 14.4 2+1
HSCSD 43.2 14.4 3+1
GPRS 85,6 21,4 (třída 8 a 10 a CS-4) 4+1
GPRS 64.2 42,8 (třída 10 a CS-4) 3+2
EGPRS (EDGE) 236,8 59,2 (třída 8, 10 a MCS-9) 4+1
EGPRS (EDGE) 177,6 118,4 (třída 10 a MCS-9) 3+2

Třída Multislot

Třída multislot určuje rychlost přenosu dat, která je k dispozici ve směrech Uplink a Downlink . Je to hodnota mezi 1 a 45, kterou síť používá k přidělování rádiových kanálů ve směru nahoru a dolů. Třída multislot s hodnotami většími než 31 se označuje jako vysoké třídy multislot.

Alokace více slotů je reprezentována například jako 5+2. První číslo je počet časových slotů pro stahování a druhé je počet časových slotů pro nahrávání přidělených pro použití mobilní stanicí. Běžně používanou hodnotou je třída 10 pro mnoho mobilních telefonů GPRS/EGPRS, která využívá maximálně 4 timesloty ve směru downlinku a 2 timesloty ve směru uplinku. Současně však lze v uplinku i downlinku použít maximální počet 5 simultánních časových slotů. Síť se automaticky nakonfiguruje na provoz 3+2 nebo 4+1 v závislosti na povaze přenosu dat.

Některé mobilní telefony vyšší třídy, obvykle také podporující UMTS , také podporují tříslotovou třídu 32 GPRS/ EDGE. Podle 3GPP TS 45.002 (vydání 12), tabulka B.1, mobilní stanice této třídy podporují 5 timeslotů v downlinku a 3 timesloty v uplinku s maximální počet 6 současně používaných časových slotů. Pokud je datový provoz soustředěn směrem dolů, síť nakonfiguruje připojení pro provoz 5+1. Když je v uplinku přenášeno více dat, síť může kdykoli změnit konstelaci na 4+2 nebo 3+3. Za nejlepších podmínek příjmu, tj. Když lze použít nejlepší schéma modulace a kódování EDGE , může 5 časových slotů přenášet šířku pásma 5*59,2 kbit/s = 296 kbit/s. V uplinkovém směru mohou 3 timesloty přenášet šířku pásma 3*59,2 kbit/s = 177,6 kbit/s.

Třídy více slotů pro GPRS/EGPRS

Třída Multislot Downlink TS Uplink TS Aktivní TS
1 1 1 2
2 2 1 3
3 2 2 3
4 3 1 4
5 2 2 4
6 3 2 4
7 3 3 4
8 4 1 5
9 3 2 5
10 4 2 5
11 4 3 5
12 4 4 5
30 5 1 6
31 5 2 6
32 5 3 6
33 5 4 6
34 5 5 6

Atributy třídy multislot

Každá třída více slotů identifikuje následující:

  • maximální počet časových slotů, které lze přidělit uplinku
  • maximální počet časových slotů, které lze přidělit na downlinku
  • celkový počet časových slotů, které může síť přidělit mobilu
  • čas potřebný k tomu, aby MS provedl měření úrovně signálu sousedních buněk a byl připraven k vysílání
  • čas potřebný k tomu, aby se členské státy připravily na vysílání
  • čas potřebný k tomu, aby MS provedl měření úrovně signálu sousedních buněk a připravil se na příjem
  • doba potřebná k tomu, aby se MS připravila na příjem.

Různé specifikace tříd multislotů jsou podrobně popsány v příloze B technické specifikace 3GPP 45.002 (multiplexování a vícenásobný přístup na rádiové cestě)

Použitelnost

Maximální rychlost připojení GPRS nabízeného v roce 2003 byla podobná modemovému připojení v analogové drátové telefonní síti, přibližně 32–40 kbit/s, v závislosti na použitém telefonu. Latence je velmi vysoká; zpáteční doba (RTT) je obvykle asi 600–700 ms a často dosahuje 1 s. GPRS má obvykle nižší prioritu než řeč, a proto se kvalita připojení velmi liší.

Zařízení se zlepšením latence/RTT (například prostřednictvím rozšířené funkce režimu UL TBF) jsou obecně dostupná. U některých operátorů jsou také k dispozici síťové aktualizace funkcí. Díky těmto vylepšením lze zkrátit dobu aktivního zpátečky, což má za následek výrazné zvýšení rychlosti propustnosti na úrovni aplikace.

Historie GPRS

GPRS byl otevřen v roce 2000 jako datová služba s přepojováním paketů integrovaná do celulární rádiové sítě GSM s přepínáním kanálů . GPRS rozšiřuje dosah pevného internetu propojením mobilních terminálů po celém světě.

Protokol CELLPAC vyvinutý v letech 1991-1993 byl spouštěcím bodem pro zahájení specifikace standardního GPRS od ETSI SMG v roce 1993 . Zejména funkce CELLPAC Voice & Data představené v příspěvku ETSI Workshop z roku 1993 předjímají to, co bylo později známé jako kořeny GPRS. Na tento workshopový příspěvek se odkazuje ve 22 patentech USA souvisejících s GPRS. Nástupnické systémy GSM/GPRS, jako je W-CDMA ( UMTS ) a LTE, spoléhají na klíčové funkce GPRS pro přístup k mobilnímu internetu, jak je zavedl CELLPAC.

Podle studie o historii vývoje GPRS jsou Bernhard Walke a jeho student Peter Decker vynálezci GPRS - prvního systému poskytujícího celosvětový mobilní přístup k internetu.

Viz také

Reference

externí odkazy