- Беспроводные сети на основе службы GPRS

· Лекция 30. Беспроводные сети на основе службы GPRS.

GPRS (General Packet Radio Service) [1]— технология пакетной передачи данных посредством сотовой связи.

Суть услуги заключается в организации постоянного подключения через GPRS-телефон или GPRS модем к сети интернет. Для работы в Сети можно использовать компьютер, ноутбук или электронный органайзер (Palm Pilot, Psion, Cassiopea). При этом Вы сможете просматривать HTML-страницы, перекачивать файлы, работать с электронной почтой и любыми другими ресурсами Интернета.

Чем привлекательна эта технология?

• GPRS предоставляет немедленный доступ к услугам, без необходимости дозваниваться к интернет-провайдеру.
• Пользователи GPRS получают доступ к Интернету в полном объеме, как при проводном соединении.
• Можно работать с WAP-сайтами непосредственно с телефонного аппарата GPRS.
• Оплачивается только объем посланной/полученной информации, а не эфирное время. До сих пор в сотовых сетях для передачи или приема данных абонентом занимался целый канал на время от установления соединения до его разрыва, которое оплачивалось вне зависимости от его загрузки.
• В GPRS максимально возможная скорость передачи данных составляет 171,2 Кбит/с — это более чем в 3 раза быстрее, чем режим работы проводных линий, и почти в 12 раз быстрее работы передачи данных в обычных сетях GSM (9,6 кбит/с). Уже сегодня доступна скорость до 33 Кбит/с.

Передача данных: GPRS и GSM

В настоящее время передача данных по GSM каналам организована следующим образом: абоненту выделяется отдельный канал, используемый системой для передачи голоса, посредством модема, встроенного в мобильный терминал, происходит передача данных через этот канал, при этом в промежутках между передачей данных канал остается занятым. GPRS (General packet Radio Service) - это система, которая реализует и поддерживает протокол пакетной передачи информации в рамках сети сотовой связи GSM. При использовании системы GPRS информация собирается в пакеты и передается в эфир, они заполняют те "пустоты" (не используемые в данный момент голосовые каналы), которые всегда есть в промежутках между разговорами абонентов, а использование сразу нескольких голосовых каналов обеспечивает высокие скорости передачи данных. При этом этап установления соединения занимает несколько секунд. В этом и заключается принципиальное отличие режима пакетной передачи данных. В результате у абонента появляется возможность передавать данные, не занимая каналы в промежутках между передачей данных, более эффективно используются ресурсы сети.

Что дает абоненту технология GPRS?

GPRS позволит ввести принципиально новые услуги, которые раньше не были доступны. Прежде всего это мобильный доступ к ресурсам Интернета с удовлетворяющей потребителя скоростью, мгновенным соединением и с очень выгодной системой тарификации. Например, при просмотре с помощью системы GPRS WEb-страницы в Интернете, мы можем изучать содержимое столько, сколько нам необходимо, поскольку платим только за принятую информацию и не платим за время нахождения в сети Интеренет (не передавая данные, мы не занимаем каналы сети). При введении повременной оплаты на фиксированных телефонных линиях, тарифы на доступ в Интернет с мобильного GPRS-телефона будут еще более конкурентоспособны.

Технология GPRS позволит быстро передавать и получать большие объемы данных, видеоизображения, музыкальные файлы стандарта Mp-3 и другую мультимедийную информацию.

Рекомендуемые материалы

Для тех абонентов, кто уже оценил удобство использования телефонов с WAP - броузером, внедрение технологии GPRS означает практически мгновенную загрузку WAP - страниц на экране телефона и более выгодную систему тарификации.

Для корпоративных пользователей система GPRS может послужить отличным инструментом для обеспечения безопасного и быстрого доступа сотрудников к корпоративным сетям предприятий, к почтовым, информационным серверам, удаленным базам данных. При этом появится возможность получать доступ к корпоративным сетям даже если абонент находится в сети другого GSM оператора, с которым организован GPRS-роуминг.

Технологии GPRS может применяться в системах телеметрии: устройство может быть все время подключено, не занимая при этом отдельный канал. Такая услуга может быть востребована службами охраны, банками для подключения банкоматов и в других областях, в том числе и промышленных.

Принципы построения системы GPRS

На структурном уровне систему GPRS можно разделить на 2 части: подсистему базовых станций и ядро сети GPRS (GPRS Core Network). В подсистему базовых станций входят все контроллеры и базовые станции системы GSM, которые поддерживают пакетную передачу данных на программном и аппаратном уровне. Ядро сети GPRS включает в себя совершенно новые сетевые элементы, предназначенные для обработки пакетов данных и обеспечения связи с сетью Интернет.

Основным сетевым элементом является пакетный коммутатор - SGSN (Serving GPRS Support Node). Данный сетевой элемент берет на себя все функции обработки пакетной информации и преобразования кадров GSM в форматы, используемые протоколами TCp/Ip глобальной компьютерной сети Internet. Пакетный коммутатор призван разгрузить GSM коммутатор, обеспечивая обработку пакетной информации, оставляя обычному коммутатору лишь голосовой трафик.

Вторым важным сетевым элементом является GPRS шлюз - GGSN (Gataway GPRS Support Node). Он обеспечивает связь системы GPRS с пакетными сетями передачи данных: Internet, Intranet, X.25 и др. GGSN содержит всю необходимую информацию о сетях, куда абоненты GPRS могут получать доступ, а также параметры соединения.

Кроме упомянутых элементов в GPRS Core входят другие элементы: DNS (Сервер доменных имен), Charging Gateway (Шлюз для связи с системой тарификации), border Gateway (Пограничный шлюз) и другие вспомогательные элементы.

Следует отметить широкие возможности масштабирования системы GPRS. При быстром увеличении количества абонентов, пользующихся услугой пакетной передачи данных возможно увеличение емкости системы GPRS за счет расширения или установки дополнительных пакетных коммутаторов (SGSN). При увеличении суммарного объема данных, передаваемых абонентами (при несущественном увеличении числа абонентов), возможна установка дополнительных GPRS - шлюзов, которые обеспечат большую суммарную пропускную способность всей системы, а также расширение системы базовых станций. Таким образом, наращивая систему GPRS, оператор сможет обеспечивать высокое качество услуг, основанных на пакетной передаче данных.

Терминальное оборудование GPRS

Для того, чтобы использовать возможность передачи данных посредством системы GPRS, требуется специальные терминалы, поддерживающие работу в режиме GPRS.

Стандартами определены 3-класса GPRS терминалов:

• класс А - терминал позволяет осуществлять одновременно голосовое соединение и работу в режиме GPRS;
• класс В (сотовые телефоны) - терминал поддерживает и голосовое соединения и передачу данных в пакетном режиме (GPRS), но эти режимы используются не одновременно (во время передачи данных через GPRS абонент не может совершать и принимать голосовые звонки и наоборот);
• класс С  - терминал обеспечивает только передачу данных в пакетном режиме. Наиболее вероятное исполнение - pCMCIA карта устанавливаемая в портативный компьютер - ноутбук.

Ожидается, что первыми доступными на рынке станут терминалы класса b. Эти терминалы буду поддерживать различные скорости приема и передачи информации. Терминалы класса В с поддержкой GPRS можно будет использовать в качестве модема для передачи данных и доступа в Интернет (при подключении телефона к компьютеру через порт RS-232 или инфракрасный порт), для приема и передачи SMS (при этом стандартное ограничение на длину короткого сообщения -160 символов будет снято), а также для скоростного доступа к WAP-серверам с экрана своего мобильного телефона.

Скорости передачи в системе GPRS

В сетях, поддерживающих GPRS, предусмотрен поэтапный путь наращивания скорости передачи данных; максимальная реальная скорость приема и передачи, которую на первом этапе сможет поддерживать система GPRS, равна 107 Кбит/с.

Сегодня основные ограничения накладывают абонентские терминалы. Скорость приема и передачи информации, которую может обеспечить мобильный терминал, зависит от количества каналов, которые терминал поддерживает на прием и передачу. Один канал поддерживает передачу информации с максимальной скоростью 13.4 кбит/с. Таким образом, количество каналов, которые будет поддерживать конкретная модель терминала будет определять максимальные возможные скорости, на которых возможна передача и прием информации.

Абонентские терминалы GPRS, предполагаемые к выпуску в ближайшее время, будут поддерживать от 2 до 4 каналов для приема информации и до 2 каналов для передачи, что позволяет получить максимальную скорость приема до 53,6 кбит/с и передачи до 26.8 кбит/с. В последующем ожидается появление моделей GPRS терминалов, поддерживающих большее количество каналов (до 7).

При использовании системы пакетной передачи абонент получает и отправляет данные с переменной скоростью, которая определяется условиями распространения сигнала и наличием свободных каналов в пределах заданной соты. При этом динамическое выделение каналов производится исходя из приоритета голосовых каналов, т. е. система автоматически выделяет под пакетную передачу все каналы, не занятые передачей голоса. Таким образом, реальная скорость приема и передачи будет во многом зависеть от загруженности голосовых каналов в пределах каждой конкретной соты.

Перспектива появления новых аппаратов с поддержкой большого количества каналов, а значит, работающих на максимально возможных скоростях передачи данных (до 115 Кбит/с), вызывает определенное беспокойство у некоторых специалистов. Дело в том, что потенциально устройства GPRS при работе на высоких частотах могут выходить за рамки максимально допустимого уровня радиационного излучения. Повторим еще раз, речь идет только о высоких скоростях обмена, поскольку, например, канал GPRS, работающий со скоростью 30-40 Кбит/с (а именно такая скорость нам светит в ближайшем будущем), излучает максимум 0.75 Вт. Это конечно больше, чем фактическое излучение терминала стандарта GSM, но в пределах нормы. Средний уровень мощности излучения еще ниже, поскольку передатчик работает только тогда, когда передаются данные, а в остальное время он выключен. При передаче файла из телефона в базовую станцию передатчик работает постоянно; при передаче текстовых сообщений или во время веб-браузинга он включается редко, что снижает мощность излучения до нескольких милливатт.

Перспективы развития услуг на базе GPRS

Появление технология GPRS должно значительно ускорить развитие мобильной передачи данных во всех областях человеческой деятельности. Во многом это связано с появлением новых услуг, развитие которых было затруднено из-за низкой скорости и высокой стоимости передачи данных через голосовые каналы GSM. Технология GPRS позволит абонентам получать доступ в глобальную сеть из любой точки, где существует покрытие сети, при этом цена такой передачи будет чрезвычайно привлекательной, а при введении повременной оплаты на фиксированных телефонных линиях, тарифы на доступ в Интернет с мобильного GPRS-телефона будут еще более конкурентоспособны.

Для корпоративных пользователей появление услуг на основе технологии GPRS будет означать реализацию давней мечты полностью мобильного офиса с доступом как в глобальную, так и в корпоративную сеть своей фирмы, с гарантией безопасного соединения. Практически исчезнет проблема доступа к корпоративной сети во время командировок, в том числе и зарубежных, поскольку GPRS-роуминг, организация которого планируется в ближайшее время, обеспечит безопасный, дешевый и высокоскоростной доступ к любому ресурсу корпоративной сети. Существуют идеи промышленного применения данной технологии для различных задач подвижного мониторинга и контроля состояния объектов.

Не стоит забывать и о том, что GPRS является идеальным транспортом для WAP-приложений, практически все телефоны с поддержкой GPRS будут иметь встроенный WAP-броузер, что позволит их владельцам не только передавать данные, но и получать оперативную информацию с различных WAP-серверов.

Перспективы пакетной передачи данных

Система GPRS является первым шагом на пути развития сетей беспроводной пакетной передачи данных. Первоначально услуги на основе GPRS будут предоставляться на ограниченной территории действия сотовой связи. В дальнейшем зона, где возможно использование технологии GPRS будет расти и, в результате, в ближайшем будущем услуги на основе GPRS будут предоставляться на всей территории действия сети сотовой связи. Также планируется увеличение скоростей приема и передачи информации за счет улучшения характеристик мобильных терминалов и инфраструктуры GPRS.

Следующим шагом на пути развития сетей пакетной передачи данных будет внедрение технологии EDGE, которая позволит достичь скорости передачи информации до 385 Кбит/с, при этом базой для развертывания технологии EDGE частично будет служить система GPRS. Таким образом, будет плавно осуществлен переход от систем с коммутацией каналов к системам пакетной передачи данных, которые найдут свою конечную реализацию в системах передачи информации третьего поколения. При этом для абонента станет возможной скорость передачи до 2 Мбит/с.

GPRS модемы для Ноутбуков, КПК и ПК

На сегодняшний день на рынке из наиболее доступных GPRS устройств для покупателей доступны 2 вида терминалов. Это, собственно говоря, телефоны, поддерживающие GPRS и GSM / GPRS карты.

Для пользования услугами GPRS посредством сотового телефона,  необходимо установить связь между телефоном и компьютером. Это можно сделать при помощи интерфейсного кабеля, инфракрасного порта или по беспроводному протоколу Bluetooth. Естественно, необходимо будет установить соответствующее програмное обеспечение, которое должно идти в комплекте с телефоном. Далее, нужно будет настроить само GPRS-соединение. Другой итересный и самый мобильный способ установления GPRS-соединения - это использование GPRS модемов. Это решение позволит  создать настоящий мобильный офис в любой точке планеты, где бы Вы не находились (лишь бы там работала сотовая связь). Чтобы получить доступ к услугам GPRS, Вам необходимо вставить такую карту в Ваш ноутбук (кпк или компьютер) и установить идущее в комплекте програмное обеспечение. Кроме того, установив эту карту, Вы получите возможность использования всех функций мобильного телефона.

GPRS модемы существуют в нескольких исполнениях:

• PCMCIA карта (Nokia D211; SonyEricsson GC75),
• Compact Flash / PCMCIA карта (Audiovox RTM-8000; EagleTec),
• GPRS устройства для USB порта (Billionton USB).

Выбор того или иного устройства будет зависеть от того, к чему Вы будете его подключать. А именно: к ноутбуку, КПК или настольному компьютеру.

Nokia D211

Nokia D211 - многорежимная PCMCIA-радиокарта для ноутбуков, позволяющая получать доступ к сети через GPRS, HSCSD или беспроводную локальную сеть (w-lan).

Постоянное сетевое соединение

За пределами офиса вы сможете установить постоянное GPRS-соединение при помощи совместимого ноутбука. Вы сможете отправлять и получать сообщения по электронной почте, пользоваться интернетом и всеми услугами, которые доступны в вашей офисной сети. Вам не нужно откладывать работу до тех пор, пока вы доберетесь до офиса. Вы можете заниматься своими делами тогда, когда хотите. Быстро, просто и удобно, с постоянным сетевым соединением.

Сеть может быть еще быстрее

Рекомендация для Вас - Введение.

Вы можете установить связь с беспроводной локальной сетью со скоростью до 11 Мб/сек, при которой можно отправлять и получать файлы большого размера, читать сообщения электронной почты с приложениями, смотреть видео с веб-страниц или участвовать в видеоконференциях. Установив беспроводное сетевое соединение, вы сможете выполнять те же самые операции, что и в фиксированной сети вашего офиса или домашней ADSL. Беспроводный доступ к сети предоставляется сегодня в некоторых аэропортах, интернет-кафе, отелях, лыжных курортах и корпоративных офисах.

Работа с SMS и факсимильными сообщениями при помощи ноутбука

Nokia D211 обладает приложением для работы с текстовыми сообщениями, которое позволит вам посылать текстовые сообщения с вашего ноутбука. Вы также можете организовать SMS-чат с вашими коллегами и друзьями. Теперь вам не обязательно возвращаться в офис, чтобы отправить факс. Вы можете отправлять и получать факсы при помощи ноутбука где бы вы ни находились.

Список литературы

1. Максименко В.Н., Мамзелев С.И. Оценка качества услуг в сетях пакетной передачи данных.Учебное пособие