3.1.2. Канал GPRS

GPRS (General Packet Radio Service- «пакетная радиосвязь общего пользования») являлется надстройкой над технологией мобильной связи GSM, осуществляющей пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю сети сотовой связи производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе интернет.

GPRS использует общий физический ресурс радиоинтерфейса совместно с существующими ресурсами системы GSM с коммутацией каналов. Службу GPRS можно рассматривать как наложенную на сеть GSM. Это позволяет использовать одну и ту же физическую среду в сотах как для передачи речи с коммутацией каналов, так и для передачи данных с коммутацией пакетов. Ресурсы GPRS могут выделяться под передачу данных динамически в периоды, когда отсутствует сессия передачи информации с коммутацией каналов. На структурном уровне систему GPRS можно разделить на две части /28/: подсистему базовых станций (BSS) и опорную сеть GPRS (GPRS Core Network). Ядро системы GPRS (GPRS Core Network) состоит из двух основных блоков- SGSN (Serving GPRS Support Node - узел поддержки GPRS) и GGPRS (Gateway GPRS Support Node - шлюзовой узел GPRS). SGSN контролирует доставку пакетов данных пользователям, взаимодействует с реестром абонентов HLR, проверяя, разрешены ли запрашиваемые пользователями услуги, ведет мониторинг находящихся онлайн пользователей, организует регистрацию абонентов, вновь “проявившихся” в зоне действия сети и т.п. GGSN является шлюзом между сотовой сетью (вернее, ее частью для передачи данных GPRS) и внешними информационными магистралями (Internet корпоративными интранет-сетями, другими GPRS-системами и т. д.). Основной задачей GGSN, таким образом, является маршрутизация данных, идущих от и к абоненту через SGSN. Вторичными функциями GGSN является адресация данных, динамическая выдача IP-адресов, а также отслеживание информации о внешних сетях и собственных абонентах.

При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передаётся через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы. Такая технология предполагает более эффективное использование ресурсов сети GSM.

Возможность использования сразу нескольких каналов обеспечивает достаточно высокие скорости передачи данных- теоретический максимум составляет 171,2 кбит/c. На практике скорость передачи зависит от загрузки сети.

Существуют различные классы GPRS, характеризуют возможности устройства, поддерживающего GPRS. Классы состоят из двух частей. Первая часть указывает на возможности по совместному использованию голосовых и пакетных сервисов:

-dass A- подразумевает одновременное использование: можно одновременно совершать/принимать вызов и принимать передавать данные;

-dass B-подразумевает автоматическое переключение между сессиями: в перерывах между сеансами приёма/передачи данных (даже если сессия не прервана) можно совершать голосовые звонки;

-dass C- подразумевает использование только одного вида сервиса, применяется в GPRS-модемах.

Вторая часть класса указывает на возможности по скорости обмена данными. Например,

class 2 обеспечивает один временной слот на передачу и два на прием. Скорость для этого класса составит 8-12 Кб/с передача и 16-24 Кб/с прием. Class 4-один на передачу и три на прием (8-12 Кб/с передача - 24-36 Кб/с). Class 6 обеспечивает динамическую настройку. В зависимости режима работы, а именно, что преобладает- прием или передача информации, GPRS терминал может работать по схеме 2+3 или 3+2 (16-24 Кб/с передача - 24-36 Кб/с прием или 24-36 Кб/с передача - 16-24 Кб/с прием).

Технология GPRS для передачи по радиоканалу использует GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying), представляющую собой гауссовскую двухпозиционную частотную манипуляцию с минимальным сдвигом, обладающую двумя особенностями, одна из которых - "минимальный сдвиг", другая - гауссовская фильтрация. Обе эти особенности направлены на сужение полосы частот, занимаемой GMSK-сигналом.

В зависимости от качества радиосигнала, данные, пересылаемые по радиоканалу, кодируются по одной из 4-х кодовых схем (CS1—CS4). Каждая кодовая схема характеризуется избыточностью кодирования и помехоустойчивостью, и выбирается автоматически в зависимости от уровня помех в канале. Схемы кодирования различаются скоростью передачи данных, обратной к помехоустойчивости. Так существует 4 схемы кодирования для GPRS (CS1-CS4) с разными скоростями:

-CS1 — максимальная скорость 9,05 кбит/с;

-CS2 — максимальная скорость 13,4 кбит/с;

-CS3 — максимальная скорость 15,6 кбит/с;

-CS4 — максимальная скорость 21,4 кбит/с.

По той же схеме и используя то же самое оборудование, работает и технология EDGE. Однако используется другая, более плотная, упаковка информации (модуляция 8PSK).

При подключении к GPRS, предоставляется виртуальный канал, который на время передачи пакета становится реальным, а в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей. Один канал могут использовать несколько абонентов, что может привести к возникновению очереди на передачу пакетов, и, как следствие, к задержке связи. Принцип работы GPRS аналогичен принципу работы интернета: данные разбиваются на пакеты и отправляются получателю, в общем случае разными маршрутами, где происходит их сборка. Протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, что дает возможность использования любых стандартных протоколов интернета транспортного и прикладного уровней (TCP, UDP, HTTP, POP3, XMPP и др.), делая интеграцию GPRS с интернетом незаметной для конечного пользователя. При использовании GPRS терминал выступает как клиент внешней сети, и ему присваивается IP- адрес (статический или динамический).

При построении телемедицинской системы с использованием GPRS канала необходимо учитывать относительно невысокую скорость передачи по каналу и ее изменчивость в зависимости от уровня помех. Это не позволяет строить системы, требующие большой пропускной способности канала, например, при передаче видеосигнала с малым коэффициентом сжатия в реальном масштабе времени.

Однако для систем персонального мониторинга, где не требуется высокая скорость обмена данными, GPRS имеет определенные преимущества, связанные, прежде всего, с доступностью подключения к этой службе.

Для организации связи с интернетом по каналу GPRS можно использовать модемы и модули GSM-GPRS различных производителей, которые имеют встроенный TCP/IP стек. Так, модуль SIM900D (рис. 24) позволяет организовать соединение с сетью интернет по каналу GPRS посредством управляющих AT команд загружаемых по последовательному порту.