`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

GPRS: по дороге к сетям 3G

0 
 

В официальных документах говорится, что GPRS -- это лишь промежуточная остановка на пути к сетям третьего поколения (3G). Однако модернизация GSM и распространение новых мобильных телефонов продвигаются довольно неспешно. В данный момент не вполне ясно -- надолго ли мы застряли в пути? Вот почему имеет смысл внимательнее присмотреться к этой технологии, благодаря которой мобильные телефоны обретут множество новых "талантов": начиная от дешевого и полноценного доступа в Internet и заканчивая рассылкой музыкальных файлов на MP3-плееры.
Технология

Поскольку сети GPRS базируются на GSM, напомним вкратце технологию последних. С физической точки зрения радиоэфир делится между множеством терминалов по схеме FDMA/TDMA (Frequency Division Multiplexing/Time Division Multiplexing). В частотном диапазоне, выделенном под коммуникации GSM (в Европе это 890--915 и 935--960 MHz), размещено 124 несущих (FDMA), доступ к каждой из них осуществляется по схеме разделения по времени (TDMA). Проще говоря, каждые 0,577 мкс генерируются временные слоты, которые динамически распределяются между логическими каналами: по одному на канал. Терминал, пытающийся осуществить передачу и прием информации, должен зарезервировать для своих нужд два логических канала -- восходящее и нисходящее соединения. Восемь слотов образуют фрейм, или GSM-пакет. В канале передачи данных Traffic Channel (TCH) пакеты объединяются в мультифреймы длиной 120 мкс, состоящие из 26 пакетов. GSM не предоставляет дуплексного соединения, и мультифреймы восходящего и нисходящего потоков передаются поочередно. Помимо каналов, используемых для передачи данных, существует ряд широковещательных общих каналов, предназначенных для управления сотой.

GPRS по дороге к сетям 3G Чтобы описание было полным, следует дать определение соте. Формально это территориально выделенная часть беспроводной сети. Так как количество несущих и частотных полос ограничено, то единственный способ увеличить емкость сети -- разделить ее на фрагменты. Таким образом, терминалы могут утилизировать один и тот же частотный диапазон при условии, что они находятся в разных сотах. При переходе из соты в соту происходит ряд процедур, обеспечивающих незаметную для пользователя сети "передачу" аппарата из зоны одной соты в зону другой.

Производительность цифровых соединений GSM оставляет желать лучшего: 14,4 Kbps для голоса (без кодов коррекции ошибок и заголовочной части пакетов) и 9,6, 4,8 и 2,4 Kbps для данных. Кодирование сигнала осуществляется по схеме GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). Что касается GPRS, то технология стала логичным развитием таких разработок, как High Speed Circuit Switched Data (HSCSD), действующим подобно некоторым дорогим модемам, объединяющим несколько телефонных линий для получения единого, более мощного канала. В частности, упомянутая HSCSD позволяет достигать скоростей передачи до 38 Kbps за счет присваивания одному терминалу более одного логического канала (временного слота). Единственной проблемой, которую не решают подобные ухищрения, -- неоднородный характер Internet-трафика. Подключившись к сервису передачи данных с помощью обыкновенного мобильного телефона и WAP-броузера, вы занимаете фиксированную полосу пропускания вне зависимости от того, простаивает ли соединение, в то время как вы читаете загруженный документ, или нет. Если телефонные линии невозможно динамически переключать между пользователями, то радиоэфир -- вещь достаточно гибкая. GPRS позволяет перераспределять временные слоты между всеми абонентами соты так, чтобы максимизировать их заполнение. Концепция достаточно проста: терминал всегда находится в режиме on-line и доступен, но реальный канал выделяется ему только тогда, когда это действительно необходимо. Коммутация каналов сменяется здесь коммутацией пакетов.

Естественно, пропускная способность, доступная одному абоненту, резко возрастает, однако это происходит за счет соседей, которые лишаются своих потенциальных временных слотов. Фактически ресурс и физическая технология остаются прежними, изменяется лишь программная составляющая системы. Итак, немного арифметики: в типичном случае в соте устанавливается от 6 до 24 частотных диапазонов, в каждом из них можно передавать данные с предельной скоростью 270 Kbps. Отсюда максимальная пропускная способность соты составляет около 6 Mbps. Терминал, способный вести одновременную передачу на нескольких частотах, потенциально имеет возможность получить соединение именно такой ошеломляющей производительности. В действительности передатчик в любой момент работает только на одной частоте, которую он сменяет для передачи каждого следующего пакета данных по определенной оборудованием провайдера схеме. Такой метод передачи носит название частотных скачков и позволяет бороться с кратковременными узкополосными помехами. Но это еще не все. Благодаря применению различных методик повышения надежности передачи и наличию у фреймов заголовочной информации реальная скорость соединения в сети GPRS не будет превышать 171 Kbps. И это в идеальных условиях передачи при использовании более эффективной схемы кодирования CS4 вместо ныне внедряемых CS1 и CS2, которые дают плотность данных 9 и 13 Kbps на один временной слот. Несложно подсчитать, что в настоящий момент максимальная производительность соединения равняется лишь 115 Kbps.

А теперь вспомним, каким образом мы достигли прогресса? Забрав ресурсы у соседей по соте! В данной ситуации один пользователь, просматривающий видео, по запросу способен заблокировать работу всех остальных терминалов в соте. Поэтому максимальные значения скорости так и останутся недостижимыми теоретическими величинами. На практике количество ангажируемых терминалом логических каналов и временных слотов будет искусственно ограничено. В конечном итоге DVD-фильмы на мобильном телефоне не более чем красивая сказка.


Архитектура

Новый стандарт -- не столько наследник, сколько расширение существующей архитектуры сетей GSM. Во-первых, приемопередатчики BTS (Basic Tranceiver Site) остаются прежними, во-вторых, оборудование голосовых коммуникаций и базы данных, содержащие информацию о терминалах, требуют лишь незначительных изменений. Для модуля BSC (Base Station Controlle), управляющего одним или несколькими BTS-комплексами, потребуется дополнительный модуль, занимающийся коммутацией пакетов, -- PCU (Packet Control Unit). Вся же основная функциональность GPRS зиждется на двух компонентах: Serving GPRS Support Node (SGSN) и Gateway GPRS Support Node (GGSN). SGSN выполняет маршрутизацию пакетов, управление логическими каналами, аутентификацию и шифрование, а GGSN -- это шлюз, связывающий GPRS с внешними сетями IP и X.25. С точки зрения внешнего узла GGSN является узлом, владеющим всеми IP-адресами мобильных терминалов своей зоны обслуживания.

GPRS по дороге к сетям 3G Терминалы GPRS (в частности, мобильные телефоны) могут быть трех классов: A, B и C. Устройства класса A умеют одновременно поддерживать голосовые коммуникации в стандарте GSM и обмениваться данными в GPRS. Класс B обязывает терминал постоянно находиться на связи в сетях обоих стандартов, однако в любой момент времени активно используется только одна сеть. Терминалы класса C могут лишь переключаться между режимами работы GPRS и GSM.

У терминала есть три состояния: бездействующий (idle), на линии (standby) и активный (active). Передача информации возможна только в последнем режиме. Если аппарат находится в состоянии "на линии", то GGSN хранит информацию о его приблизительном местоположении -- зоне, охватывающей несколько соседних сот. При отсылке данных такому аппарату сначала придется выполнить пейджинговый запрос. Терминал, получивший запрос, переходит в активное состояние и отсылает модулю GGSN свои текущие "координаты". Вообще говоря, любая отправка данных предваряется "пейджинг"-пакетом, что облегчает жизнь конструкторам -- вместо прослушивания всего трафика без разбора электроника терминала отслеживает только пейджинговые сообщения. В свою очередь, если устройству требуется самостоятельно подключиться к сети и передать данные, оно тоже вынуждено прибегнуть к своеобразному "пейджингу-наоборот": отослать запрос на выделение необходимого количества временных слотов. В ответ терминал получает "разрешающее" сообщение с информацией о зарезервированных для него слотах. Состояние "на линии" введено для экономии батарей терминала и пропускной способности сети -- в этом случае устройство даже не отрабатывает перевод из одной соты в другую и сообщает своему GGSN только о смене зоны маршрутизации. В отличие от физически и технологически ограниченных возможностей по конфигурации сот размер зон маршрутизации оператор волен выбирать так, чтобы оптимизировать частоту "рукопожатий" и соответствующих сообщений.

Бездействующий (idle) терминал фактически является отключенным от сети: ему невозможно послать сообщение, поскольку о его местонахождении ничего не известно. Устройство способно только принимать широковещательные пакеты, ретранслируемые в его зоне маршрутизации. Чтобы стать видимым и активным участником коммуникаций, терминал должен подключиться к сети, следуя правилам выполнения процедуры "Attach". При этом SGSN, ответственный за выполнение всех сетевых формальностей, обращается к общим с сетью GSM базам данных по подписчикам, а также выделяет абоненту IP-адрес, производит аутентификацию, устанавливает режим шифрования и уровень QoS. Все эти вещи называются "packet data profile context activation", потому что SGSN в своих действиях руководствуется профилем, описывающим архитектуру сети провайдера и правила работы в ней. Кроме того, профиль определяет, к какому GGSN следует направлять пакеты, сгенерированные терминалом. В свою очередь, GGSN поддерживает в порядке директорию с актуальной информацией о путях маршрутизации к зарегистрированным в системе терминалам (т. е. какой SGSN в данный момент обслуживает терминал). Для маршрутизации пакетов между сетями провайдеров (роуминг) необходимо инсталлировать так называемые Border Gateway (BG), реализующие протоколы типа Border Gateway Protocol.


Что дальше?

В первую очередь, следует ожидать внедрения более совершенных схем кодирования, что несколько повысит скорость передачи данных и увеличит емкость сот. Существенно расширится спектр мобильных приложений: например, появятся более привычные Internet-пользователю чаты и мгновенные сообщения. В режиме "на линии" и при расчетах не за время, а за объем переданных данных вполне реально установить на КПК или интеллектуальный мобильный телефон специальную версию ICQ или MSN Messenger. Web-серфинг с мобильного терминала станет гораздо более популярным -- как правило, подключение к Сети с помощью WAP-телефона и GSM происходит достаточно медленно, а запросы проходят неспешно. Учитывая покилобайтовую оплату услуг GPRS, WAP-серфинг обойдется дешевле.

Сети 3G -- это чуть более отдаленная, но все же реальная перспектива, поскольку за лицензии уже заплачены колоссальные суммы, а GPRS, очевидно, не в состоянии удовлетворить запросы современных мультимедийных PDA и мобильных телефонов. Внедрение технологий 3G также приведет к снижению удельной стоимости килобайта отправленной и принятой информации, что станет стимулом к расширению потребительского рынка беспроводных сервисов. Появится возможность рассылки MP3-файлов на плееры и мобильные устройства, имеющие функцию воспроизведения аудио, приобретут популярность видеосвязь и передача фотографий. Ноутбуки и КПК перестанут быть "вещью в себе", обретя относительно мощный и доступный канал связи с сетевыми сервисами и удаленными источниками данных.

Заметим, что 3G, в отличие от GPRS, является названием класса технологий, а не наименованием конкретной разработки. В числе главных претендентов на роль основной 3G-технологии: Enhanced Data Rates for GPRS Evolution (EDGE), основывающаяся на более эффективной схеме кодирования 4PSK и увеличивающая пропускная способность беспроводной сети до 384 Kbps; продвигаемый США стандарт cdma2000 (2,4 Mbps), а наиболее перспективным сегодня считают Wideband CDMA (W-CDMA), поднимающий планку производительности до 2 Mbps.
0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT