Lektsia_8_GPRS (Электронные лекции)
Описание файла
Файл "Lektsia_8_GPRS" внутри архива находится в папке "Электронные лекции". PDF-файл из архива "Электронные лекции", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "сетевые технологии" из 6 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "сетевые технологии" в общих файлах.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
Лекция 11Система GPRSС начала появления сотовой связи идея мобильной передачиданных не давала покоя наиболее продвинутым пользователяммобильных телефонов. С началом бурного развития сети Интернетпроблема передачи данных при помощи мобильного телефона сталаещё более актуальной, но до последнего времени существовало дваосновных препятствия на пути её решения. Первой проблемойявляется чрезвычайно строгие ограничения скорости передачи,накладываемые системой GSM, которая в настоящее время обеспечивает максимальную скорость передачи 9,6 кбит/с, а при заменеотдельных модулей базовых станций - 14,4 кбит/с. Второй проблемойявляется высокая стоимость передачи данных, поскольку припередаче информации на столь низких скоростях абоненту требуется большое количество времени, которое он должен оплачиватьпо тарифам, близким к тарифам за услуги голосовой связи.
Именнопоэтимпричинамколичествоабонентовсотовойсвязи,пользующихся услугой передачи данных, остаётся небольшим.Появление системы пакетной передачи данных GPRS призванокардинально изменить сложившуюся ситуацию.В настоящее время передача данных по GSM каналаморганизована следующим образом: абоненту выделяется отдельныйканал, используемый системой для передачи голоса, посредствоммодема, встроенного в мобильный терминал, происходит передачаданных через этот канал, при этом в промежутках между передачейданных канал остаётся занятым.GPRS (General Packet Radio Service) - это система, котораяреализуетиподдерживаетпротоколпакетнойпередачиинформации в рамках сети сотовой связи GSM. При использованиисистемы GPRS информация собирается в пакеты и передается вэфир, они заполняют те «пустоты» (не используемые в данныймомент голосовые каналы), которые всегда есть в промежуткахмежду разговорами абонентов, а использование сразу несколькихголосовых каналов обеспечивает высокие скорости передачи данных(до 171.2 кбит/с).
При этом этап установления соединения занимаетнесколько секунд. В этом и заключается принципиальное отличиережима пакетной передачи данных. В результате у абонентапоявляется возможность передавать данные, не занимая каналы впромежуткахмеждупередачейданных,болееэффективноиспользуются ресурсы сети.Голосовой трафик имеет безусловный приоритет передданными, так что скорость передачи информации определяется нетолько возможностями сетевого и абонентского оборудования, но изагрузкой сети.
Подчеркнем, что в GPRS ни один канал незанимается под передачу данных целиком - и это основноекачественное отличие новой технологии от используемых ныне.BSS – (Base Station System) - Оборудование базовойстанции, куда входят: BTS – Базовая станция BSC – Контроллер базовой станцииNSS – (Network Service System) - Оборудованиеобслуживания сети, куда входит:MSC – (Mobile Switching Centre) - Центр коммутацииподвижной связиHLR – Регистр положенияVLR – Регистр перемещенияGPRS Core Network - ядро сети GPRS, куда входит:SGSN - (Serving GPRS Support Node) - Узел поддержкиGPRSGGSN - (Gataway GPRS Support Node) - Шлюзовойузел GPRSPCU - (Packet Control Unit - устройство контроляпакетной передачи.Кроме упомянутых элементов в GPRS Core входят другиеэлементы: DNS (Сервер доменных имён), Charging Gateway (Шлюздля связи с системой тарификации), Border Gateway (Пограничныйшлюз) и другие вспомогательные элементы.Принципы построения системы GPRSНа структурном уровне систему GPRS можно разделить на 2части: подсистему базовых станций и ядро сети GPRS (GPRS CoreNetwork).
В подсистему базовых станций входят все контроллеры ибазовые станции системы GSM, которые поддерживают пакетнуюпередачуданныхДоработкунапрограммномGSM-сетидляиаппаратномуровне.предоставленияуслугвысокоскоростной передачи данных GPRS можно условно разделитьна две формы - программную и аппаратную. Если говорить опрограммномобеспечении,тоононуждаетсявзаменеилиобновлении практически всюду - начиная с реестров HLR-VLR изаканчивая базовыми станциями BTS .
В частности, вводится режиммногопользовательского доступа к временным кадрам каналов GSM,а в HLR, например, появляется новый параметр Mobile StationMultislot Capability (количество каналов, с которыми одновременноможет работать мобильный телефон абонента).Ядро системы GPRS (GPRS Core Network) состоит из двухосновных блоков - SGSN (Serving GPRS Support Node - узелподдержки GPRS) и GGPRS (Gateway GPRS Support Node шлюзовой узел GPRS). Остановимся на их функциях болееподробно.SGSNявляется,грубоговоря,мозгомрассматриваемойсистемы.
В некотором роде SGSN можно назвать аналогом MSC коммутатора сети GSM. SGSN контролирует доставку пакетовданных пользователям, взаимодействует с реестром собственныхабонентов сети HLR, проверяя, разрешены ли запрашиваемыепользователямипользователей,услуги,ведеторганизуетмониторинг находящихся onlineрегистрациюабонентоввновь"проявившихся" в зоне действия сети и т.п. Так же как и MSC, SGSN,в системе может быть и не один - в этом случае каждый узелотвечает за свой участок сети.
Например, SGSN производствакомпании Motorola имеет следующие характеристики: каждый узелподдерживает передачу до 2000 пакетов в секунду, одновременноконтролирует до 10000 находящихся online пользователей. Всего жев системе может быть до 18 SGSN Motorola.Предназначение GGSN можно понять из его названия - грубоговоря, это шлюз между сотовой сетью (вернее, ее частью дляпередачиданныхGPRS)ивнешнимиинформационнымимагистралями (Internet, корпоративными интранет-сетями, другимиGPRS системами и так далее).
Основной задачей GGSN, такимобразом, является роутинг (маршрутизация) данных, идущих от и кабоненту через SGSN. Вторичными функциями GGSN являетсяадресация данных, динамическая выдача IP-адресов, а такжеотслеживаниеинформацииовнешнихсетяхисобственныхабонентах (в том числе тарификация услуг).Замечим,чтовGPRS-системузаложенахорошаямасштабируемость - при появлении новых абонентов операторможет увеличивать число SGSN, а при эскалации суммарноготрафика - добавлять в систему новые GGSN. Внутри ядра GPRSсистемы (между SGSN и GGSN) данные передаются с помощьюспециального туннельного протокола GTP (GPRS Tunneling Protocol).Еще одной составной частью системы GPRS является PCU(Packet Control Unit - устройство контроля пакетной передачи).
PCUстыкуется с контроллером базовых станций BSC и отвечает занаправление трафика данных непосредственно от BSC к SGSN.Вперспективе(приориентациисистемынамобильныйИнтернет) возможно добавление специального узла - IGSN (InternetGPRS Support Node - узел поддержки Интернет).За управление и контроль GPRS-системы отвечает OMC-R/G(Operation and Maintenance Center - Radio/GSN - центр управления иобслуживания радио/узла GPRS: на рис.1 не показан). Это, таксказать,интерфейсмеждусистемойиобслуживающимееперсоналом.Прежде чем приступить к работе с GPRS, мобильная станция,такжекакивобычномслучаепередачиголоса,должназарегистрироваться в системе.
Как уже было сказано, регистрацией(а, точнее, "прикреплением" (attachment) к сети) пользователейзанимается SGSN. В случае успешного прохождения всех процедур(проверкидоступностизапрашиваемойуслугиикопированиянеобходимых данных о пользователе из HLR в SGSN) абонентувыдается P-TMSI (Packet Temporary Mobile Subscriber Identity временный номер мобильного абонента для пакетной передачиданных), аналогичный TMSI, который назначается мобильномутелефону для передачи голоса (кстати, если абонентский терминалотносится к классу А (см. ниже), то ему при регистрации выделяетсякак TMSI, так и P-TMSI).ДляабонентубыстроймаршрутизацииGPRS-системаместорасположенииинформациинуждаетсяотносительновсети,кмобильномуданныхпричемсоегобольшейточностью, нежели в случае передачи голосового трафика (HLR иVLR хранят номер Location Area (LA), в которой находится абонент).Но представьте себе, как возрастет служебный трафик в сотовойсети и расход энергии мобильным аппаратом, если телефон будетинформировать систему каждый раз при переходе от одной соты кдругой!Чтобынайтиразумныйкомпромиссмеждуобъемомсигнального трафика в сети GPRS и необходимостью знать с высокойточностью местонахождение абонента принято деление терминаловна три класса:IDLE (неработающий).
Телефон отключен или находитсявне зоны действия сети. Очевидно, что система не отслеживаетперемещение подобных абонентов.STANDBY (режим ожидания). Аппарат зарегистрирован(прикреплен) в GPRS-системе, но уже долгое время (определяемоеспециальнымтаймером)неработаетспередачейданных.Местоположение STANDBY-абонентов известно с точностью до RA(Routing Area - область маршрутизации). RA мельче, чем LA (каждаяLA разбивается на несколько RA, но, тем не менее, RA крупнее, чемсота, и состоит из нескольких элементарных ячеек).READYзарегистрирован(готовность).всистемеиАбонентскийнаходитсявактивнойтерминалработе.Координаты телефонов, находящихся в режиме READY, известнысистеме (а, точнее, SGSN) с точностью до соты.Согласноэтойидеологии,терминалы,находящиесявSTANDBY-режиме, при переходе из одного RA в другой посылаютSGSN специальный сигнал о смене области маршрутизации (routingarea update request).
Если новая и старая RA контролируется однимSGSN, то смена RA приводит лишь к корректировке записи в SGSN.Если же абонент переходит в зону действия нового SGSN, то новыйSGSN запрашивает у старого информацию о пользователе, а MSC,VLR, HLR и вовлеченные в работу GGSN ставятся в известность осмене SGSN. Когда телефон, работающий с GPRS-системой,перемещается в другую LA, то SGSN отправляет соответствующемуVLR сообщение о необходимости смены записи о местонахожденииабонента.Интересно обстоят дела с маршрутизацией данных в случаероуминга GPRS-абонента. При этом возможны два варианта, или,правильней сказать, сценария.