Hướng dẫn GPRS

Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp (GPRS) là Dịch vụ Dữ liệu Di động có thể truy cập được đối với người dùng điện thoại di động GSM và IS-136. Dịch vụ này được chuyển mạch gói và một số người dùng có thể phân chia cùng một kênh truyền để truyền dữ liệu. Hướng dẫn này giúp bạn hiểu Kiến thức cơ bản về GPRS và nên là điểm khởi đầu của bạn

GPRS – Tổng quan

Hệ thống vô tuyến gói chung còn được gọi là GPRS là một bước thế hệ thứ ba hướng tới truy cập internet. GPRS còn được gọi là GSM-IP là một Giao thức Internet Truyền thông Di động Hệ thống Toàn cầu vì nó giữ cho người dùng của hệ thống này trực tuyến, cho phép thực hiện các cuộc gọi thoại và truy cập internet khi đang di chuyển. Ngay cả những người dùng Đa Truy nhập Phân chia theo Thời gian (TDMA) cũng được hưởng lợi từ hệ thống này vì nó cung cấp quyền truy cập vô tuyến gói.

GPRS cũng cho phép các nhà khai thác mạng thực thi kiến ​​trúc lõi dựa trên Giao thức Internet (IP) cho các ứng dụng thoại và dữ liệu tích hợp sẽ tiếp tục được sử dụng và mở rộng cho các dịch vụ 3G.

GPRS thay thế các kết nối có dây, vì hệ thống này đã đơn giản hóa việc truy cập vào các mạng dữ liệu gói như internet. Nguyên tắc vô tuyến gói được GPRS sử dụng để vận chuyển các gói dữ liệu người dùng theo cách cấu trúc giữa các trạm di động GSM và các mạng dữ liệu gói bên ngoài. Các gói tin này có thể được chuyển trực tiếp đến các mạng chuyển mạch gói từ các trạm di động GPRS.

Trong các phiên bản GPRS hiện tại, các mạng dựa trên Giao thức Internet (IP) như internet toàn cầu hoặc mạng nội bộ riêng / công ty và mạng X.25 được hỗ trợ.

Ai sở hữu GPRS?

Các thông số kỹ thuật GPRS được viết bởi Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI), đối tác Châu Âu của Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (ANSI).

Các tính năng chính

Ba tính năng chính sau đây mô tả dữ liệu gói không dây:

• Tính năng luôn trực tuyến – Loại bỏ quá trình quay số, tạo các ứng dụng chỉ bằng một cú nhấp chuột.
• Nâng cấp cho các hệ thống hiện có – Người vận hành không phải thay thế thiết bị của họ; thay vào đó, GPRS được thêm vào trên cơ sở hạ tầng hiện có.
• Một phần không thể thiếu của các hệ thống 3G trong tương lai – GPRS là mạng lõi dữ liệu gói cho các hệ thống 3G EDGE và WCDMA.

Mục tiêu của GPRS

GPRS là bước đầu tiên hướng tới cơ sở hạ tầng không dây end-to-end và có các mục tiêu sau:

• Kiến trúc mở
• Các dịch vụ IP nhất quán
• Cơ sở hạ tầng giống nhau cho các giao diện không khí khác nhau
• Cơ sở hạ tầng điện thoại và Internet tích hợp
• Tận dụng đầu tư của ngành vào KCN
• Đổi mới dịch vụ độc lập với cơ sở hạ tầng

Lợi ích của GPRS

Tốc độ dữ liệu cao hơn

GPRS mang lại lợi ích cho người dùng theo nhiều cách, một trong số đó là tốc độ dữ liệu cao hơn do thời gian truy cập ngắn hơn. Trong thiết bị di động GSM điển hình, chỉ riêng việc thiết lập đã là một quá trình dài và tương tự, tốc độ cho phép dữ liệu được giới hạn ở mức 9,6 kbit / s. Thời gian thiết lập phiên được cung cấp trong khi GPRS trong thực tế thấp hơn một giây và tốc độ dữ liệu đường ISDN lên đến 10 kbit / s.

Thanh toán dễ dàng

Việc truyền gói GPRS cung cấp một phương thức thanh toán thân thiện với người dùng hơn so với các dịch vụ chuyển mạch kênh. Trong các dịch vụ chuyển mạch kênh, việc thanh toán dựa trên thời gian kết nối. Điều này không phù hợp với các ứng dụng có lưu lượng truy cập nhanh. Người dùng phải trả tiền cho toàn bộ thời gian phát sóng, ngay cả trong những khoảng thời gian nhàn rỗi khi không có gói nào được gửi đi (ví dụ: khi người dùng đọc một trang Web). Ngược lại với điều này, với các dịch vụ chuyển mạch gói, việc thanh toán có thể dựa trên lượng dữ liệu được truyền. Lợi thế cho người dùng là họ có thể “trực tuyến” trong một thời gian dài nhưng sẽ được tính phí dựa trên khối lượng dữ liệu được truyền

GPRS – Ứng dụng

GPRS đã mở ra một loạt các dịch vụ độc đáo cho thuê bao di động không dây. Một số đặc điểm đã mở ra một thị trường đầy đủ các dịch vụ giá trị nâng cao cho người dùng. Dưới đây là một số đặc điểm:

• Tính di động – Khả năng duy trì liên lạc dữ liệu và thoại liên tục khi đang di chuyển.
• Immediacy – Cho phép người đăng ký có được kết nối khi cần thiết, bất kể vị trí và không có phiên đăng nhập dài.
• Bản địa hóa – Cho phép người đăng ký lấy thông tin liên quan đến vị trí hiện tại của họ.

Sử dụng ba đặc điểm trên, các ứng dụng khác nhau có thể được phát triển để cung cấp cho các thuê bao di động. Nói chung, các ứng dụng này có thể được chia thành hai loại cấp cao:

• tập đoàn
• Khách hàng

Hai cấp độ này bao gồm:

• Truyền thông – E-mail, fax, nhắn tin hợp nhất và truy cập mạng nội bộ / internet, v.v.
• Dịch vụ giá trị gia tăng – Dịch vụ thông tin và trò chơi, v.v.
• Thương mại điện tử – Bán lẻ, mua vé, giao dịch tài chính ngân hàng, v.v.
• Các ứng dụng dựa trên vị trí – Điều hướng, điều kiện giao thông, lịch trình hàng không / đường sắt và công cụ tìm vị trí, v.v.
• Các ứng dụng dọc – Giao hàng, quản lý đội xe và tự động hóa lực lượng bán hàng.
• Quảng cáo – Quảng cáo có thể nhạy cảm về vị trí. Ví dụ: người dùng vào một trung tâm mua sắm có thể nhận được quảng cáo dành riêng cho các cửa hàng trong trung tâm mua sắm đó.

Cùng với các ứng dụng trên, các dịch vụ phi thoại như SMS, MMS và cuộc gọi thoại cũng có thể thực hiện được với GPRS. Nhóm người dùng kín (CUG) là một thuật ngữ phổ biến được sử dụng sau khi GPRS có mặt trên thị trường, ngoài ra, nó được lên kế hoạch triển khai các dịch vụ bổ sung, chẳng hạn như Chuyển tiếp cuộc gọi không điều kiện (CFU) và Chuyển tiếp cuộc gọi trên thuê bao di động Không thể tiếp cận (CFNRc), và nhóm người dùng đóng (CUG)

GPRS – Kiến trúc

Kiến trúc GPRS hoạt động theo quy trình tương tự như mạng GSM, nhưng có thêm các thực thể cho phép truyền dữ liệu gói. Mạng dữ liệu này chồng lên mạng GSM thế hệ thứ hai cung cấp vận chuyển dữ liệu gói với tốc độ từ 9,6 đến 171 kbps. Cùng với việc vận chuyển dữ liệu gói, mạng GSM cho phép nhiều người dùng chia sẻ đồng thời các tài nguyên giao diện không khí.

Sau đây là sơ đồ Kiến trúc GPRS:

GPRS cố gắng tái sử dụng các phần tử mạng GSM hiện có nhiều nhất có thể, nhưng để xây dựng hiệu quả mạng di động dựa trên gói, cần phải có một số phần tử mạng, giao diện và giao thức mới để xử lý lưu lượng gói.

Do đó, GPRS yêu cầu sửa đổi nhiều phần tử mạng GSM như tóm tắt dưới đây:

Phần tử mạng GSM	Cần sửa đổi hoặc nâng cấp cho GPRS.
Trạm di động (MS)	Cần có Trạm Di động mới để truy cập các dịch vụ GPRS. Các thiết bị đầu cuối mới này sẽ tương thích ngược với GSM cho các cuộc gọi thoại.
BTS	Cần nâng cấp phần mềm trong Trạm thu phát gốc (BTS) hiện có.
BSC	Bộ điều khiển Trạm gốc (BSC) yêu cầu nâng cấp phần mềm và cài đặt phần cứng mới được gọi là bộ điều khiển gói (PCU). PCU hướng lưu lượng dữ liệu đến mạng GPRS và có thể là một phần tử phần cứng riêng biệt được liên kết với BSC.
Các nút hỗ trợ GPRS (GSN)	Việc triển khai GPRS yêu cầu cài đặt các phần tử mạng lõi mới được gọi là nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) và nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN).
Cơ sở dữ liệu (HLR, VLR, v.v.)	Tất cả các cơ sở dữ liệu liên quan đến mạng sẽ yêu cầu nâng cấp phần mềm để xử lý các mô hình cuộc gọi và chức năng mới được giới thiệu bởi GPRS.

Trạm di động GPRS

Các Trạm Di động (MS) mới được yêu cầu sử dụng dịch vụ GPRS vì các điện thoại GSM hiện có không xử lý giao diện không khí nâng cao hoặc dữ liệu gói. Có thể tồn tại nhiều loại MS, bao gồm phiên bản tốc độ cao của điện thoại hiện tại để hỗ trợ truy cập dữ liệu tốc độ cao, thiết bị PDA mới với điện thoại GSM nhúng và thẻ PC dành cho máy tính xách tay. Các trạm di động này tương thích ngược để thực hiện cuộc gọi thoại bằng GSM.

Hệ thống con trạm gốc GPRS

Mỗi BSC yêu cầu cài đặt một hoặc nhiều Đơn vị điều khiển gói (PCU) và nâng cấp phần mềm. BĐP cung cấp giao diện dữ liệu vật lý và logic cho Hệ thống con Trạm gốc (BSS) cho lưu lượng dữ liệu gói. BTS cũng có thể yêu cầu nâng cấp phần mềm nhưng thường không yêu cầu cải tiến phần cứng.

Khi một trong hai lưu lượng thoại hoặc dữ liệu được bắt nguồn từ di động thuê bao, nó được truyền qua giao diện không khí đến BTS và từ BTS đến BSC theo cách giống như một cuộc gọi GSM tiêu chuẩn. Tuy nhiên, ở đầu ra của BSC, lưu lượng được tách ra; thoại được gửi đến Trung tâm Chuyển mạch Di động (MSC) theo GSM tiêu chuẩn, và dữ liệu được gửi đến một thiết bị mới gọi là SGSN thông qua PCU qua giao diện Frame Relay.

Các nút hỗ trợ GPRS

Sau hai thành phần mới, được gọi là Gateway GPRS Support Nodes (GSN) và, Serving GPRS Support Node (SGSN) được thêm vào:

Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN)

Nút hỗ trợ Gateway GPRS hoạt động như một giao diện và một bộ định tuyến với các mạng bên ngoài. Nó chứa thông tin định tuyến cho điện thoại di động GPRS, được sử dụng để chuyển các gói tin qua đường trục nội bộ dựa trên IP đến đúng Nút hỗ trợ GPRS phục vụ. GGSN cũng thu thập thông tin tính phí được kết nối với việc sử dụng mạng dữ liệu bên ngoài và có thể hoạt động như một bộ lọc gói cho lưu lượng đến.

Cung cấp nút hỗ trợ GPRS (SGSN)

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ chịu trách nhiệm xác thực điện thoại di động GPRS, đăng ký điện thoại di động trong mạng, quản lý tính di động và thu thập thông tin về việc tính phí cho việc sử dụng giao diện không khí.

Xương sống nội bộ

Đường trục nội bộ là mạng dựa trên IP được sử dụng để truyền các gói giữa các GSN khác nhau. Đường hầm được sử dụng giữa SGSN và GGSN, vì vậy đường trục nội bộ không cần bất kỳ thông tin nào về các miền bên ngoài mạng GPRS. Báo hiệu từ GSN đến MSC, HLR hoặc EIR được thực hiện bằng SS7.

Khu vực định tuyến

GPRS giới thiệu khái niệm về Vùng định tuyến. Khái niệm này tương tự như Khu vực vị trí trong GSM, ngoại trừ việc nó thường chứa ít ô hơn. Bởi vì các khu vực định tuyến nhỏ hơn các khu vực vị trí, tài nguyên vô tuyến được sử dụng ít hơn Trong khi phát một thông báo trang.

GPRS – Ngăn xếp giao thức

Luồng của ngăn xếp giao thức GPRS và thông điệp end-to-end từ MS đến GGSN được hiển thị trong sơ đồ dưới đây. GTP là giao thức được sử dụng giữa SGSN và GGSN sử dụng giao diện Gn. Đây là một giao thức đường hầm Lớp 3.

Quá trình diễn ra trong ứng dụng trông giống như một mạng con IP bình thường cho người dùng cả trong và ngoài mạng. Điều quan trọng cần chú ý là, ứng dụng giao tiếp thông qua IP tiêu chuẩn, được thực hiện thông qua mạng GPRS và ra ngoài qua cổng GPRS. Các gói tin di động giữa GGSN và SGSN sử dụng giao thức đường hầm GPRS, theo cách này, các địa chỉ IP nằm ở phía bên ngoài của mạng GPRS không liên quan đến đường trục bên trong. UDP và IP được điều hành bởi GTP.

Sự kết hợp Giao thức Hội tụ Phụ thuộc Mạng con (SNDCP) và Điều khiển Liên kết Hợp lý (LLC) được sử dụng giữa SGSN và MS. SNDCP làm phẳng dữ liệu để giảm tải trên kênh vô tuyến. Một liên kết logic an toàn bằng cách mã hóa các gói được cung cấp bởi LLC và cùng một liên kết LLC được sử dụng miễn là điện thoại di động nằm trong một SGSN duy nhất. Trong trường hợp, điện thoại di động chuyển đến một khu vực định tuyến mới nằm dưới một SGSN khác; sau đó, liên kết LLC cũ bị xóa và một liên kết mới được thiết lập với Cung cấp GSN X.25 mới. Các dịch vụ được cung cấp bằng cách chạy X.25 trên TCP / IP trong đường trục nội bộ

GPRS – Chất lượng dịch vụ

Các yêu cầu về Chất lượng Dịch vụ (QoS) của các ứng dụng dữ liệu gói di động thông thường ở nhiều dạng khác nhau. QoS là một tính năng quan trọng của các dịch vụ GPRS vì có các yêu cầu hỗ trợ QoS khác nhau cho các ứng dụng GPRS khác nhau như đa phương tiện thời gian thực, duyệt web và chuyển e-mail.

GPRS cho phép xác định cấu hình QoS bằng cách sử dụng các tham số sau:

• Ưu tiên dịch vụ
• độ tin cậy
• Trì hoãn và
• Thông lượng

Các thông số này được mô tả dưới đây:

Ưu tiên dịch vụ

Mức độ ưu tiên dành cho một dịch vụ khi so sánh với một dịch vụ khác được gọi là Mức độ ưu tiên của Dịch vụ . Mức độ ưu tiên này được phân thành ba mức được gọi là:

• cao
• bình thường
• Thấp

Khi có tắc nghẽn mạng, các gói có mức ưu tiên thấp sẽ bị loại bỏ so với các gói có mức ưu tiên cao hoặc bình thường.

độ tin cậy

Tham số này biểu thị các đặc tính truyền tải theo yêu cầu của một ứng dụng. Các lớp độ tin cậy được xác định để đảm bảo các giá trị tối đa nhất định cho xác suất mất mát, trùng lặp, sắp xếp sai trình tự và hỏng các gói tin.

Sự chậm trễ

Độ trễ được định nghĩa là thời gian truyền đầu cuối giữa hai trạm di động giao tiếp hoặc giữa một trạm di động và giao diện GI tới mạng dữ liệu gói bên ngoài.

Điều này bao gồm tất cả các độ trễ trong mạng GPRS, ví dụ, độ trễ khi yêu cầu và chỉ định tài nguyên vô tuyến và độ trễ quá cảnh trong mạng đường trục GPRS. Chậm trễ truyền bên ngoài mạng GPRS, ví dụ, trong các mạng chuyển tiếp bên ngoài, không được tính đến.

Thông lượng

Thông lượng chỉ định tốc độ bit tối đa / đỉnh và tốc độ bit trung bình.

Sử dụng các lớp QoS này, cấu hình QoS có thể được thương lượng giữa người dùng di động và mạng cho mỗi phiên, tùy thuộc vào nhu cầu QoS và các tài nguyên có sẵn. Việc thanh toán dịch vụ sau đó dựa trên khối lượng dữ liệu được truyền, loại dịch vụ và cấu hình QoS đã chọn.

Chương sau Tìm hiễu thêm GPRS – Các lớp trạm di động