Введение

Пакетная мобильная служба передачи данных на 2G и 3G

Общая пакетно-радиослужба (GPRS), также называемая 2.5G, является пакетно-ориентированным стандартом мобильных данных в глобальной системе сотовой связи 2G (GSM). GPRS была разработана Европейским институтом стандартов телекоммуникаций (ETSI) в ответ на более ранние технологии пакетной коммутации CDPD и i-mode. В настоящее время она поддерживается проектом партнерства третьего поколения (3GPP). GPRS обычно продается по объему переданных данных за расчетный период, в отличие от данных с коммутацией каналов, которые обычно тарифицируются поминутно, а иногда и с шагом в треть минуты. Превышение включенного в тарифный план объема данных может оплачиваться за мегабайт, ограничиваться скорость передачи или блокироваться. GPRS предоставляет сервис типа "best effort", подразумевающий переменную пропускную способность и задержку, зависящие от количества пользователей, одновременно использующих сервис, в отличие от коммутации каналов, где гарантируется определенное качество обслуживания (QoS) во время соединения. В системах 2G GPRS обеспечивает скорость передачи данных 56–114 кбит/с. Сочетание сотовой технологии 2G и GPRS иногда описывается как 2.5G, то есть технология, занимающая промежуточное положение между вторым (2G) и третьим (3G) поколениями мобильной телефонии. Она обеспечивает передачу данных с умеренной скоростью, используя неиспользуемые каналы множественного доступа с временным разделением (TDMA) в системах, таких как GSM. GPRS интегрирована в GSM Release 97 и последующие версии. Первые мобильные устройства с поддержкой GPRS появились на рынке примерно в 2001 году.

Технический обзор

Основная сеть GPRS обеспечивает передачу IP-пакетов в внешние сети, такие как Интернет, для мобильных сетей 2G, 3G и WCDMA. Система GPRS является интегрированной частью подсистемы коммутации сети GSM.

Частота

Поскольку стандарт GPRS является расширением возможностей GSM, эта услуга работает на частотах сотовой связи GSM 2G и 3G. Устройства GPRS обычно могут использовать (одну или несколько) частот в одной из частотных полос, поддерживаемых радиомодулем (850, 900, 1800, 1900 МГц). В зависимости от устройства, местоположения и предполагаемого использования, могут действовать правила, ограничивающие или явно определяющие разрешенные частотные полосы. GSM 850 и GSM 1900 используются в Соединенных Штатах, Канаде и многих других странах Америки. GSM 900 и GSM 1800 используются в Европе, на Ближнем Востоке, в Африке и большей части Азии. В Южной Америке эти полосы используются в Коста-Рике (GSM 1800), Бразилии (GSM 850, 900 и 1800), Гватемале (GSM 850, GSM 900 и 1900), Сальвадоре (GSM 850, GSM 900 и 1900). Существует более подробная информация о распределении частот международных сетей сотовой связи.

Обращение

Соединение GPRS устанавливается посредством имени точки доступа (APN). APN определяет предоставляемые услуги, такие как протокол беспроводных приложений (WAP), служба коротких сообщений (SMS), служба мультимедийных сообщений (MMS), а также услуги интернет-коммуникаций, включая электронную почту и доступ к Всемирной паутине. Для настройки GPRS-соединения для беспроводного модема пользователю необходимо указать APN, опционально имя пользователя и пароль, и крайне редко – IP-адрес, предоставленный оператором сети.

Модемы и модули GPRS

GSM-модуль или GPRS-модуль аналогичны модемам, но есть одно различие: модем – это внешнее устройство, а GSM-модуль или GPRS-модуль могут быть интегрированы внутрь электрического или электронного оборудования. Это встроенный аппаратный компонент. С другой стороны, GSM-мобильный телефон – это самостоятельная, полностью встроенная система. Он оснащен встроенными процессорами, предназначенными для обеспечения функционального интерфейса между пользователем и мобильной сетью.

Системы многократного доступа

Методы множественного доступа, используемые в GSM с GPRS, основаны на частотном дуплексировании (FDD) и TDMA. Во время сеанса пользователю назначается одна пара восходящего и нисходящего частотных каналов. Это сочетается со статистической мультиплексированием по времени, что позволяет нескольким пользователям совместно использовать один и тот же частотный канал. Пакеты имеют фиксированную длину, соответствующую временному слоту GSM. Нисходящая линия связи использует планирование пакетов по принципу "первый пришел – первый обслужен", а восходящая линия связи использует схему, очень похожую на резервирование ALOHA (R ALOHA). Это означает, что для запросов на резервирование во время фазы конкуренции используется слот ALOHA (S ALOHA), а затем фактические данные передаются с использованием динамической TDMA по принципу "первый пришел – первый обслужен".

Класс с несколькими слотами

Класс многослотов определяет скорость передачи данных, доступную в направлениях Uplink и Downlink. Это значение от 1 до 45, которое сеть использует для выделения радиоканалов в направлении восходящей и нисходящей связи. Классы многослотов со значениями выше 31 называются классами с высоким числом слотов. Распределение многослотов представляется, например, в виде 5+2. Первое число обозначает количество временных слотов нисходящей линии связи, а второе – количество временных слотов восходящей линии связи, выделенных для использования мобильной станцией. Распространенным значением является класс 10 для многих мобильных устройств GPRS/EGPRS, который использует максимум 4 временных слота в направлении нисходящей линии связи и 2 временных слота в направлении восходящей линии связи. Однако одновременно может использоваться максимум 5 временных слотов как в восходящей, так и в нисходящей линиях связи. Сеть автоматически настроит работу в режиме 3+2 или 4+1 в зависимости от характера передачи данных. Некоторые высокопроизводительные мобильные устройства, обычно также поддерживающие UMTS, поддерживают GPRS/EDGE с классом многослотов 32. Согласно 3GPP TS 45.002 (Release 12), таблица B.1, мобильные станции этого класса поддерживают 5 временных слотов в нисходящей линии связи и 3 временных слота в восходящей линии связи, при этом одновременно может использоваться максимум 6 временных слотов. Если трафик данных сосредоточен в нисходящем направлении, сеть настроит соединение для работы в режиме 5+1. При большей передаче данных в восходящем направлении сеть может в любой момент изменить конфигурацию на 4+2 или 3+3. В оптимальных условиях приема, то есть при использовании наилучшей схемы модуляции и кодирования EDGE, 5 временных слотов могут обеспечить пропускную способность 5*59,2 кбит/с = 296 кбит/с. В направлении восходящей линии связи 3 временных слота могут обеспечить пропускную способность 3*59,2 кбит/с = 177,6 кбит/с.

Удобство использования

Максимальная скорость соединения GPRS, предлагаемая в 2003 году, была сопоставима со скоростью соединения модема в аналоговой проводной телефонной сети – примерно 32–40 кбит/с, в зависимости от используемого телефона. Задержка очень велика; время кругового обмена (RTT) обычно составляет около 600–700 мс и часто достигает 1 секунды. GPRS обычно имеет более низкий приоритет, чем голосовая связь, поэтому качество соединения сильно варьируется. Устройства с улучшениями задержки/RTT (например, благодаря функции расширенного режима UL TBF) обычно доступны. Также, некоторые операторы предлагают обновления сетевых функций. Благодаря этим улучшениям время активного кругового обмена может быть уменьшено, что приводит к значительному увеличению скорости передачи данных на уровне приложений.