GPRS pod mikroskopem (II. část)

V druhém článku, který se na GPRS dívá z technického pohledu, se více zaměříme na mobilní síť. Jaké změny v ní bylo nutno provést při zavádění GPRS? Kudy se přenášejí data? Jak se projevují kódovací schémata?
GPRS pod mikroskopem (II. část)

Kudy plují pakety u GPRS

Jak bylo vysvětleno v první části tohoto nepravidelného seriálu, technologie GPRS využívá paketový způsob přenosu dat, čímž se výrazně odklání od původní přenosové filozofie GSM. Rozšíření systému GSM o novou technologii vyžadovalo řadu zásahů. Kromě samozřejmých softwarových obměn bylo třeba provést také úpravu (doplnění) hardwarového vybavení sítě. Úpravy se mimoto týkaly samozřejmě i podpory GPRS v mobilních telefonech.

Na následujícím obrázku je základní blokové schéma klasické verze systému GSM s doplněním o nové bloky GPRS (jsou modře vybarveny). Nelekejte se, všechno postupně vysvětlím.

Klepněte pro větší obrázek 

Běžný přenos informace (hovor, SMS) v síti probíhá přes rádiové rozhraní mezi mobilem a základnovou stanicí BTS. Dále pokračuje přes řídicí část subsystému základnových stanic BSC do radiotelefonní ústředny MSC. Z ní může dále směřovat např. do veřejné telefonní sítě (PSTN – Public Switched Telephone Network) nebo v být předán do centra pro řízení krátkých textových zpráv (SMSC - Short Message Service Center).

Při přenosu dat klasickým způsobem s přepínáním okruhů jsou data v ústředně předávána do jednotky označované zkratkou IWU (Inter-Working Unit). Obsahuje analogové nebo digitální modemy, které zprostředkují datovou komunikaci mezi GSM a jinými sítěmi.

V případě GPRS, tedy paketového přenosu, probíhá komunikace samozřejmě opět mezi mobilním telefonem a BTS, ale v centru BSC jsou pakety předány do jednotky PCU (Packet Control Unit), která se stará o identifikaci a řízení paketového způsobu komunikace na rádiovém rozhraní.

Jednotka PCU je dále propojena s datovým uzlem SGSN (Serving GPRS Support Node). Datové uzly SGSN jsou schopny takřka přímo komunikovat s rádiovou částí sítě, tedy s řídicími jednotkami základnových stanic BSC (potažmo se základnovými stanicemi). Uzly SGSN mají za úkol např. zjistit polohu mobilního terminálu, ověřit jeho totožnost nebo se také starají o účtování za poskytnuté služby. Musí mít proto logicky přístup do některých systémových databází sítě. Např. do HLR (Home Location Register), což je v podstatě databáze účastníků sítě s řadou důležitých informací - mj. přístup ke službám oprátora apod.

Uzel SGSN je dále napojen na další blok GGSN (Gateway GPRS Support Node), který je zde v úloze brány (směrovače paketů) a tedy komunikuje s jinými paketovými datovými sítěmi, např. s internetem (protokol IP). Přestože je na obrázku pouze jedna dvojice SGSN a GGSN, obou typů uzlů může síť obsahovat, a v reálné situaci také obsahuje, více. Uzly mezi sebou komunikují prostřednictvím protokolu GTP (GPRS Tunneling Protocol), který pracuje nad síťovým protokolem IP. Toliko tedy o struktuře sítě.

Kódování a rychlosti podruhé

Přenosových rychlostí GPRS jsme se dotkli již v minulém dílu. Mohou se pohybovat v rozmezí 9,05 kb/s až 21,4 kb/s podle použitého kódovacího schématu. Kódovací schémata (CS – Coding Scheme) jsou způsoby kódování signálu pro přenos rádiovým prostředím. Definovala je pro GPRS organizace ETSI, jsou celkem čtyři a jsou odstupňována podle odolnosti proti výskytu chyb, které mohou vzniknout při šíření signálu vzduchem. V různých místech totiž dosahuje kvalita signálu (a rušení) různých hodnot a je tedy vhodné použít různé stupně zabezpečení. Kódovací schémata s odpovídajícími přenosovými rychlostmi v jednom timeslotu jsou shrnuta v následující tabulce.

Systémy kódování a jejich rychlosti
systém kódování přenosová rychlost
CS1 9,05 kb/s
CS2 13,40 kb/s
CS3 15,60 kb/s
CS4 21,40 kb/s

Princip je v podstatě takový, že čím jsou horší podmínky pro přenos, tím více dodatečných (redundantních) informací je třeba k přenášeným datům přidat. A protože kapacita přenosového média není nafukovací, vejde se do ní méně uživatelských dat, a tudíž se rychlost přenosu sníží. Z toho vyplývá, že kódovací systém CS1 je určen pro použití v nejhorších přenosových podmínkách, zatímco CS4 je vhodný do podmínek velmi dobrých.

Situace v našich končinách je taková, že Eurotel s Oskarem využívají pouze schémata CS1 a CS2, zatímco T-Mobile se v některých místech odvážně pustil i do aplikování CS3 a CS4. Čerstvé výsledky měření přenosových rychlostí napovídají, že se mu to nejspíše vyplácí. Nu, podívejte se na výsledky měření sami.

Je třeba zmínit, že přenosové rychlosti v tabulce jsou pouze teoretické a výsledná uživatelská rychlost je vždy nižší. Rychlosti v tabulce totiž neuvažují přenos dodatečných (režijních) informací. Mezi ně patří dodatečné informace přenosových protokolů fyzické vrstvy, IP protokolu apod.

Témata článku: Ostatní, Short message service, Kvalita signálu, GPRS