I v mobilních komunikacích začíná stoupat poptávka po rychlejších datových přenosech a to zejména touhou přístupu k Internetu nebo do podnikových sítí. Uživatelé tedy chtějí mít možnost přístupu i mimo svůj domov nebo kancelář.
Za nedlouho (během roku 2000) budou moci využívat rychlého připojení i zákazníci Radiomobilu a to díky technologii nazývané zkratkou GPRS (General Packet Radio Service) o které jste mohli číst již v předchozím článku Óda na GPRS. V tomto článku budeme bez technických podrobností pokračovat v popisu základních principů GPRS, jejím začlenění do stávající GSM sítě a možnosti využití.
GPRS technologie, jak už z minulého článku víte, je způsob datové komunikace využívající principu spojování paketů (česky balíčků), které vzniknou rozdělením datového toku na malé části, jenž nesou samotnou informaci + záhlaví, obsahující např. cílovou adresu, charakter přenášené informace atd.) GPRS byla navržena pro digitální sítě GSM, DCS, PCS a je standardizována úřadem etsi
Zjednodušeně řečeno, pomocí GPRS technologie jsou vaše data naporcována na malé části, které jsou následně rozesílány nejvýhodnějšími směry, tak aby se na požadovaném místě setkaly, ve správném pořadí za sebou poskládaly a nakonec byly koncovým zařízením přijaty a zpracovány.
Většina současných spojení totiž v GSM probíhá tak, že z vašeho telefonu nebo jiného terminálu jsou data přenášena jako souvislý řetězec bitů vkládaný do jednotlivých timeslotů, putující do BSS, MSC a následně do vnější sítě (např.Internetu). Máte tedy pro sebe vyhrazený jakýsi okruh (jednu cestu) po kterém jsou data posílána, což ve většině případů zabere mnohem více času a navíc se plýtvá rádiovými zdroji (kmitočty, kanály)
Teď se podíváme se trochu do historie GPRS, což vlastně znamená uvést si přehled a vývoj datových přenosů v GSM.
GSM nabízí čtyři druhy služeb:
- Hlasové služby
- SMS služby
- Faxové služby
- Datové služby
- transparentní (bez chybové korekce, konstantní zpoždění)
- netransparentní (s chybovou korekcí, proměnným zpožděním)
rychlost max. 9600 kbit/s, přístup do PSTN pomocí modemu
Na následujícím obrázku je naznačeno připojeni k vnější datové síti pres stávající síť GSM.
obrázek 1- připojení do vnější sítě z GSM
Datové přenosy, potažmo přístupy do vnějších sítí, přes
GSM nebyly až do nástupu GPRS příliš vhodně řešeny, jak je patrné
z následujících řádek :
Konvenční GSM síť nenabízí přímé spojení do Internetu, neexistuje pro to žádný standard. Přístup je možný jen přes číslo internetového poskytovatele (ISP). (existuje jakýsi proprietární (speciální) přímý přístup do Internetu, který je podobný jako přes ISP, ale není zapotřebí modemu). Jsou tu tyto problémy:
- kanály pro uplink a downlink jsou uživateli přiděleny po celou dobu
- GSM navrženo původně pro přenos hlasu, ne pro přenos dat
- v průměru je 50% kapacity nevyužito
- kódování kanálu přenášejícího data není optimální
- sestavení spojení trvá v průměru 20-25s
- omezená kapacita 9,6 kbit/s ( při nižší chybové korekci 14,4 kbit/s)
- uživatel platí za čas připojení, ne za objem přenesených dat (na nekvalitním spojení vydělává tedy operátor)
Určité zlepšení přináší připojení přes ISDN nebo použití technologie HSCSD kdy se přenosová rychlost pohybuje maximálně kolem N x 9,6 kbit/s nebo N x 14,4 kbit/s, kde N je počet timeslotů (maximálně 8).
V principu je poměrně jednoduché sloučit dohromady technologie GPRS a GSM (FDM/TDMA), na následujícím obrázku jsou některé potřebné úpravy na stávající síti GSM znázorněny
obrázek 2 - některé úpravy sítě GSM při zavádění GPRS
Nasazení GPRS není levná záležitost (např. RadioMobil zainvestuje v konečné fázi 1 miliardu Kč), existující síť GSM musí projít určitým vylepšením, které se v principu dotýká všech jejích částí. Mezi nové části patří zejména uzly SGSN a GGSN, dále směrovače paketů, name servery, firewalls atd, viz násl. obrázek.
Na dalším obrázku je podrobnější pohled strukturu GPRS:
obrázek 3 - připojení do vnější sítě z
GSM/GPRS
BTS..Base Transciever Station
(převaděč)
BSC.Base Station Controler (základnová řídící stanice)
MSC.Mobile Switching Centre (mobilní spínací ústředna)
VLR.Visitor Location Register (návštěvnický lokační
registr)
PSTN..Public Switching Telecommunication Networks (veřejná
telefonní síť)
SMS-G MSC..Short Message Service Gateway
HLR.Home Location Register (domovský lokační registr)
EIR..Equipment Identity Register (registr mobilních stanic)
SGSN....Serving GPRS Support Node
GGSN.Gateway GPRS Support Node
BG...Border Gateway
FIREWALL.systém proti nežádoucímu průniku z vnějšku
G(x) ....příslušné rozhraní
Už víte, že architektura GPRS je jakousi nadstavbou GSM zájmena, o v minulém článku zmiňované, uzly SGSN a CGSN.
Uzel SGSN obsluhuje provoz datových paketů koncových uživatelů v dané oblasti, tedy rozhoduje jakou cestou daný paket poputuje sítí. Uzel CGSN je bránou do jiné sítě, například do Internetu. Uzly jsou navzájem propojeny přes tzv. páteřní sít podle standardu IP, kde mezi sebou komunikují podle GTP protokolu
Uzel SGSN
O uzlu SGSN už něco málo víte, takže si povíme o jeho dalších funkcích:
- SGSN tedy směruje v obou směrech datové pakety a obsluhuje tedy všechny uživatele přihlášené do GPRS sítě kteří se nacházejí v jeho dosahu. Uživatelé GPRS můžou být obslouženi jakýmkoliv uzlem SGSN v jehož oblasti se nacházejí. Ve směru k uživateli je provoz směrován ze SGSN přes BSC na BTS a odtud do mobilní stanice, viz obrázek.
- Provádí autentizaci, šifrování a kontrolu IMEI (v klasické síti probíhá šifrování mezi telefonem a BTSkou)
- Funkce mobility managementu (což je součást 3. vrstvy vrstvového modelu GSM, plnící funkce autentizace, lokalizace atd.)
- Řízení logických kanálů směrem k mobilní stanici
- Přenos a směrování paketů
- Zpoplatňování přenesených dat
- Spojení s HLR, MSC a BSC
Uzel CGSN
poskytuje rozhraní mezi GPRS sítí a externími sítěmi pracující podle standardu IP (Internet) nebo X.25, je tedy jakousi branou mezi GSM a vnějšími sítěmi. V CGSN jsou také obsaženy funkce tzv. mobility managementu (viz výše SGSN) a plní rovněž funkci tzv. přístupového serveru, tzn. že pohledu vnějších síti je CGSN prvkem vlastnícím všechny IP adresy všech přihlášených uživatelů do sítě GPRS.
Dalšími funkcemi CGSN je např. směrování paketů na správný uzel SGSN konverze protokolů mezi GPRS a vnějšími sítěmi.
BSC Base Station Controler
obsahuje nové funkce pro kontrolu paketů. O tuto kontrolu se stará PCU Packet Control Unit. Dále jsou tu nové GPRS funkce tzv. mobility managementu týkající se např. lokalizace, autentizace atd.
Mezi BSC a SGSN je také nové provozní a signalizační rozhraní.
V BTS - Base Transceiver System
jsou obsaženy nové protokoly podporující paketový přenos přes vzdušné rozhraní a funkce pro přidělování time slotů a kanálů (resource allocation)
MSC/VLR - Mobile Switching Centre / Visitor Location Register
Rozhraní mezi MSC a SGSN slouží mimo jiné ke koordinaci signalizace pro mobilní stanice schopné používat oba druhy spojování (paketů i okruhů)
Dosáhnutí teoretického maxima 172,2 kbit/s vyžaduje vyhrazení všech osmi timeslotů pro jednoho uživatele a to ještě bez chybové korekce. Prý se neočekává, že by operátor jednomu uživateli GPRS umožnil použít všech osm timeslotů, navíc prý první GRPS terminály budou umožňovat použití nejvýše tří timeslotů. V praxi tedy bude dosahovaná rychlost nižší
GPRS používá modulaci známou pod zkratkou GMSK. Pro zajímavost udávám, že v sítích 3. Generace se počítá s jinou modulací a to 8-PSK (8 stavová fázová modulace), která umožňuje dosahovat větších bitových rychlostí.
Pro GPRS byly definovány tyto třídy terminálů :
Třída A terminály této třídy jsou schopny současně ovládat služby na základě přepínání (spojování) okruhů i přepínání (spojování) paketů. Oba druhy služeb jsou ovládány nezávisle na sobě.
Třída B tyto terminály ovládají v jeden okamžik jen jednu z těchto služeb, ale je možné automaticky přecházet mezi těmito dvěma režimy. Může přerušit přenos paketů při příchozím hovoru a pokračovat později.
Třída C u těchto terminálů je nutné nastavit režim (paketový nebo okruhový). Při nastavení na spojování okruhů nemůžete využívat GPRS a naopak (tzn. neměli byste mít možnost telefonovat, jen přenášet data) Speciálním případem je terminál sloužící jen k přenosu dat (paketový režim)
Objevily se i úvahy o tom, že rozšíření terminálů brání skutečnost, že majitel přístroje bude platit za přijatá data, o které nemá zájem, stačí aby si z vás někdo udělal legraci, něco vám poslal a na účtu pár korun přibude, mě osobně to přijde trochu přehnaná obava, ale jak to opravdu bude teprve uvidíme
Některé varianty připojení ke GPRS jsou zde:
- Telefony podporující GPRS
- Telefony podporující WAP
- tzv. smartphony, např. Nokia Comunicator
- Handheldy nebo laptopy s GPRS PC-card modemem, nebo připojené k telefonu
- Samostatný GPRS terminál
Podobně jako standardy GSM, tak i GPRS bude rozdělena do tzv. fází. GPRS Phase1 je očekávána komerčně dostupná v letech 2000 2001, kde bude např. podporováno spojení označené jako point to point (komunikace mezi dvěma terminály), podpora SMS přes GPRS, paketová tarifikace.
Specifikace GPRS Phase2 není ještě dokončena, ale očekává se např. podpora spojení typu point tu multipoint, podpora dalších síťových rozhraní, zavedení čtyř kategorií poskytovaných služeb.
Aplikace pro GPRS
V minulém o GPRS jsme se letmo zmínili o aplikacích pro GPRS. V následujícím odstavci vše ve stručnosti shrneme.
www, FTP, telnet, E-mail
vzdálený přístup do LAN
Textové a obrazové informace také jasné, možnost přijímat např. mapy předpovědi počasí atd. atd.
Video videokonference apod.
Audio
Chat určitě znáte, někteří z BBSek, postupem času se dostala i na www, jedná se o textovou komunikaci v reálném čase. Nechcete-li s někým mluvit, máte možnost si s ním psát
Atd, atd ..
Někdy jsou aplikace GPRS děleny na tzv. horizontální aplikace , které nejsou určeny pro konkrétní skupinu uživatelů, mají obecné zaměření a tzv. vertikální aplikace, které jsou naopak vyvíjeny pro specifickou skupinu nebo potřeby uživatelů. Mezi první skupinu patří např. přístup do Internetu, Intranetu (e-mail, společné sdílení dokumentů a dat)
Do druhé skupiny lze např. zařadit sledování polohy vozidel, telemetrie (dálkový sběr dat), služby pro lékařskou záchranou službu nebo policii atd.
Pro některé z vás bude možná zajímavé že váš GPRS telefon se stane zařízením kterým budete moci ovládat el. spotřebiče, můžete na dálku programovat např. video, zapnout el. troubu a ohřát si jídlo než přijedete domů J , nebo využívat GPRS k monitorování vašeho domova (v případě loupeže o tom dostanete zprávu J ) atd. atd. Očekává se totiž, že protokol IP (který GPRS podporuje) bude v brzké době obsažen i v domácích spotřebičích které budou mít svou IP adresu a bude možné je vzdáleně ovládat. Klíčem k těmto možnostem bude technologie Bluetooth, která umožní bezdrátovou spolupráci různých zařízeních (telefon, PC, diář, palmtop).
GPRS může být použito i pro přenos SMS zpráv které by měli být ve většině případů doručeny rychleji než v běžné síti GSM
Možností využití je mnoho, pokračování by bylo jen nošením dříví do lesa.
V následující tabulce je stručný přehled vývoje GPRS, je nutné ho brát trochu s rezervou, znáte podobné odhady, navíc se situace mezi jednotlivými operátory se bude lišit.
1999 |
Uzavírání kontraktů na technologii a spouštění zkušebních provozů GPRS |
léto 2000 |
zpřístupnění zkušebního provozu zákazníkům (zatím jen 28 kbit/s, 33,6 kbit/s ) |
2001 |
zvýšení přenosové rychlosti na 56 kbit/s |
2002 |
zvýšení přenosové rychlosti na 112 kbit/s, zavádění GPRS Phase 2 / EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) |
2002-2003 |
nástup UMTS (síť tzv. 3. Generace) |
2003 |
masové rozšíření GPRS |
- lepší využití frekvencí, které má k dispozici
- jednodušší přístup uživatelů do datových sítí
- rozdělení zákazníků do tzv. profilů nebo kategorií
- získání většího počet zákazníků a tím finančních prostředků
A co můžeme jako uživatelé od GPRS očekávat my?
- levnější přístup do datových sítí
- vyšší přenosové rychlosti
- kratší doba sestavení spojení
- zkrácení doby samotného přístupu
- nepřetržité spojení s vnější datovou sítí
- lepší podpora při roamingu
- lepší podpora přístupu do různých datových sítích Internet, podnikové sítě atd.
Otázkou zatím zůstává kolik za to vše zaplatíme, jedno by ale mělo být jisté, dražší než teď by datové přenosy být neměly.
