Mobilne komunikacije druge i treće generacije (2)

GPRS predstavlja najvažniji tehnološki pomak ka trećoj generaciji mobilnih komunikacija

Da bi se malo bolje razumeo princip rada GPRS-a, ključne tehnologije tzv. 2,5G ili 2+G i najvažnijeg preduslova za razvoj 3G tehnologije, mora se poznavati princip funkcionisanja današnjih GSM (Global System for Mobile Communications) sistema mobilnih telefona.

GSM

GSM se grubo može podeliti na: komutacioni i radio deo. Komutacioni deo je odgovoran za ostvarivanje poziva, što praktično znači da raspolaže velikim brojem različitih podataka o korisniku (mestu gde se trenutno nalazi i servisima kojima raspolaže). Možemo ga podeliti na nekoliko funkcionalnih celina. Jezgro sistema predstavlja MSC (Mobile services Switching Center) i VLR (Visitor Locating Register). On ima funkciju da ostvaruje vezu mobilnih pretplatnika s korisnicima fiksne mreže i drugim mobilnim korisnicima.

VLR je sastavni deo MSC-a i sadrži sve informacije o mobilnim korisnicima koji se trenutno nalaze unutar mreže pokrivene datim MSC-om. To je dinamička baza podataka koja preuzima informacije od HLR-a (Home Location Register) i na taj način omogućava MSC-u da brzo dođe do informacija o korisniku koje su neophodne za uspostavljanje veze. Kada korisnik želi da ostvari poziv, VLR ima već sve potrebne podatke, uključujući i informacije o „posetiocima” tj. korisnicima drugih mreža koji se trenutno nalaze u roamingu i koriste usluge domaće mreže. MSC-u su od interesa samo korisnici koji se nalaze u oblasti pokrivanja baznih stanica koje on opslužuje.

HLR sa svojim sastavnim delom AuC (Authentication Center) odgovoran je za sve podatke o pretplatnicima uključujući prava pristupa i servise koje mogu da koriste. To je velika baza podataka o svim pretplatnicima mreže.

AuC sadrži informacije koje su potrebne da bi se omogućila sigurnost komunikacije. Da bi se povećala sigurnost od upada u sistem radio komunikacije, AuC vrši autentifikaciju korisnika i enkripciju podataka u AI (Air Interface).

Radio deo

Najvažnija komponenta radio dela jeste bazna stanica tj. BTS (Base Transceiver Station), koja vrši kontrolu radio veze ka mobilnom korisniku. Sastoji se od radio uređaja (predajnika i antena) kojima se pokriva određena oblast – ćelija mreže. Više baznih stanica kontroliše BSC (Base Station Controller), koji vrši i sve pametne funkcije: različita merenja, dodelu radio kanala, zahteve za prelazak iz jedne bazne stanice u drugu i sadrži različite podatke o ćelijama, tj. oblasti pokrivanja. BSC kontroliše veliki broj baznih stanica. Veći mobilni operateri imaju više MSC-ova, BSC-ova, čak i HLR-ova.

Pored ovih osnovnih delova GSM sistema koji su neophodni za normalan rad, postoje i drugi delovi koji nude dodatne servise (npr. SMSC – Short Message System Centre) ili dodatne podatke o postojećim mobilnim aparatima u mreži (EIR – Equipment Identity Register).

Prenos podataka

Postojeća GSM mreža druge generacije ne zadovoljava u potpunosti zahteve korisnika po pitanju kvaliteta prenosa podataka. Sa stanovišta korisnika to su veoma male brzine (maksimalna brzina prenosa 9,6 Kbit/s), a pristup Internetu tj. konekcija sa Internet provajderom dugo traje i naravno cena takvog zadovoljstva je poprilična, kada se uzme u obzir cena telefonskog impulsa i cena pristupa Internetu.

S tehničkog stanovišta glavni nedostatak sistema druge generacije, pa i GSM-a, predstavlja baziranje prenosa podataka na komutaciji kola (circuit switched – CS).

U postojećem sistemu uspostavlja se veza preko AI-a dodeljivanjem jednog radio-kanala mobilnoj stanici za prenos podataka kroz mrežu. Čak i kada se prenosi samo mala količina podataka, radio kanal je zauzet sve vreme trajanja konekcije. Stoga je razumljivo da korisnik plaća celokupno vreme konekcije kao i u slučaju običnog razgovora.

Dakle, glavni nedostaci prenosa podataka u GSM mreži jesu mala brzina i visoka cena.

Prvi od ova dva problema delimično je prevaziđen takozvanim HSCSD (High Speed Circut Switched Data) sistemom. Na ovaj način povećan je protok podataka uz dodatno povećanje cene prenosa.

Osnovni princip je da se mobilnom korisniku dodeli više od jednog kanala kako bi se ostvario veći protok podataka. Maksimalan broj kanala koji se mogu dodeliti korisniku je četiri, pa je maksimalna brzina prenosa 38,4 Kbit/s. Neke novije implementacije ovog sistema dozvoljavaju dodeljivanje čak do šest kanala jednom korisniku, što omogućava brzinu od 57 Kbit/s. S obzirom da zauzeće više kanala od strane jednog korisnika košta više i samog korisnika i operatera, predviđena su dva načina (moda) rada. U jednom modu broj kanala koji se dodeljuje korisniku je konstantan i taj broj bira korisnik prema svojim potrebama. U drugom modu broj kanala dodeljenih korisniku određuje se dinamički prema trenutnom protoku.

Da bi se koristio HSCSD, mobilni korisnik mora da ima poseban aparat koji može da u jednom trenutku koristi više kanala. Takođe, zanimljivo je napomenuti da jednokanalne komunikacije (glas ili „obični” GSM podaci) uvek imaju viši prioritet u odnosu na višekanalni HSCSD prenos podataka.

Paketski prenos

Drugi problem, visoka cena koju korisnik plaća pri prenosu podataka, rešava se sasvim drugačijim pristupom, koji ujedno omogućava i povećanje protoka tj. rešavanje prvog problema.

U slučaju nekontinualnog prenosa informacija kakav je karakterističan za većinu Internet servisa (tzv. burst režim), permanentno zauzeće jednog kanala znači neefikasno korišćenje resursa. Jasno je da se za burst saobraćaj mnogo bolje iskorišćenje kanala ostvaruje paketskom komutacijom. Ovo praktično znači da će kanal biti zauzet samo prilikom prenosa paketa, tako da će biti prostora da više korisnika može da koriste jedan fizički kanal šaljući kroz njega podatke izdeljene na pakete.

Zbog toga su za postojeće 2G mreže razvijene dve tehnologije za obradu i prenos paketskih podataka: CDPD (Cellular Digital Packet Data) i GPRS (General Packet Radio Service). CDPD je razvijen za IS-95 i IS-136 mreže dok je GPRS razvijen za GSM a kasnije prepravljen za IS-136.

GPRS

Važna razlika između druge i treće generacije jeste u tome što su 3G sistemi prilagođeni paketskoj komutaciji, koja je mnogo jeftinija od komutacije kola. Prema nekim istraživanjima, za istu količinu prenesenih podataka kod klasičnih Internet aplikacija potrebno je deset puta manje „opsega” nego kod CS. Zapravo to znači da prosečan korisnik samo deseti deo vremena provedenog na vezi prenosi podatke i da je CS prenos do deset puta skuplji od paketskog prenosa. Za definisanje načina prenosa podataka odabran je IP protokol, preko kog se odvija Internet saobraćaj, s obzirom da je u 3G sistemima osnovni servis, uz prenos govora, korišćenje Interneta.

Zahvaljujući razvoju GSM-a i GPRS-u operatori će moći da povećaju brzine prenosa podataka 2G sistema ne menjajući frekvencijski opseg niti sadašnju infrastrukturu.

GPRS sistem za paketski prenos podataka predstavlja prelaznu fazu u evoluciji ka trećoj generaciji mobilnih sistema. GPRS korisnicima GSM mreže omogućava jednostavniji pristup paketskim mrežama i Internetu. Paketi se mogu direktno usmeravati od GPRS mobilne stanice ka mrežama koje koriste komutaciju paketa (mreže bazirane na IP i X.25).

Korisnici GPRS-a pored kraćeg vremena pristupa dobijaju i veći protok podataka. U standardnoj GSM mreži maksimalni protok koji je moguće ostvariti jeste 9,6 Kbit/s, dok je kod GPRS-a protok podataka znatno povećan i kreće do nekoliko desetina Kbit/s (teoretski maksimum kreće se od 115 Kbit/s do 171.2 kbit/s, korišćenjem svih raspoloživih kapaciteta). Velika prednost biće mogućnost boravka on-line u dužem vremenskom periodu. Posebno je interesantno što se tarifiranje neće vršiti po vremenu korišćenja GPRS-a, već po količini prenetih paketa. To znači da ćete, dok lagano čitate Web strane koje ste zatražili, biti obavešteni o prispeću elektronske pošte gotovo trenutno; četovaćete satima, a plaćaćete samo količinu podataka koju ste preneli. Zvuči čudno, zar ne?

Oprema

Ukoliko se odlučimo da koristimo usluge GPRS-a neophodan nam je pored običnog mobilnog telefona i specijalni terminal. Za razliku od postojećih sistema u kome smo pod mobilnom stanicom (MS) podrazumevali mobilni telefon, ovde se ovaj naziv podvode kompjuterski terminal i mobilni telefon. Po ETSI standardu moguće je da se kompjuter i telefon nalaze u istom uređaju. U zavisnosti od MS-a i mogućnosti GPRS mreže MS može raditi u tri različite klase:
• Klasa A omogućava MS da u isto vreme dok je uključen prenos podataka korisnik koristi i usluge mobilnog telefona;
• Klasa B omogućava MS da koristi i mobilni telefon i prenos podataka, ali ih ne može koristiti u isto vreme. Prednost je što kada MS koristi prenos podataka, može primiti telefonski poziv. MS može prekinuti prenos paketa za vreme trajanja razgovora i posle nastaviti;
• Klasa C omogućava da MS koristi samo prenos podataka (MS koji podržava samo GPRS).

GPRS arhitektura

Zbog razlike postojećeg GSM sistema i GPRS-a u načinu korišćenja kanala, GPRS se posmatra kao dodatak postojećoj mreži. Stoga implementacija GPRS-a u postojeću GSM mrežu zahteva dodatne fukcionalne čvorove, koji ne remete postojeće GSM servise, već samo omogućavaju pored prenosa govora i paketski prenos podataka.

Paketski prenos odvija se po novoj IP backbone mreži i odvojen je od postojećeg GSM jezgra mreže koji se koristi za govor. Uvode se dva nova čvora koja vrše komutaciju paketskih podataka:
• Gateway GPRS Support Node (GGSN)
• Serving GPRS Support Node (SGSN)

Ova dva čvora zajedno predstavljaju GPRS support nodes.

SGSN prosleđuje dolazne i odlazne pakete ka i od MS koje se nalaze unutar servisne oblasti koja pripada datom SGSN-u. Često se naziva i „MSC za PS”. Osnovne funkcije ovog čvora su: rutiranje i prenos paketa, upravljanje mobilnosti MS (pronalaženje pozicije date MS), upravljanje logičkim linkovima, autentifikacija MS (provera da li se dati korisnik nalazi u bazi korisnika) i obračun broja prenetih paketa.

GGSN je interface između GPRS backbone mreže i spoljašnjih paketskih mreža. On konvertuje GPRS pakete koji dolaze od SGSN-a u odgovarajući format za prenos paketa (Packet Data Protocol – PDP) npr. IP ili X.25 i šalje ih odgovarajućoj mreži. U suprotnom pravcu, PDP adrese dolazećih paketa konvertuje u GSM adresu MS korisnika. GGSN šalje preadresovane pakete odgovarajućem SGSN-u. Zbog toga GGSN sadrži tekuće SGSN adrese korisnika, informacije o dodatnim servisima korisnika i njihove lokacije. Takođe, jedan od značajnijih zadataka GGSN jeste da prikuplja podatke o količini prenetih paketa za svaku MS.

GGSN praktično predstavlja vezu spoljašnje mreže i više SGSN-a, mada SGSN mogu da rutiraju pakete preko različitih GGSN-ova u slučaju postojanja višestrukih linkova ka spoljnjem svetu.

Pored dva nova čvora, GSM sistem treba dopuniti novim modulom na BSC-u, kao i kompletno novim softverom na svim nodovima.

Servisi

GPRS omogućava paketski prenos podataka između dva korisnika (end-to-end transfer). Postoje dva tipa prenosa od tačke do tačke (Point to point – PTP) i od tačke do više tačaka (Point to multipoint – PTM).

PTP predstavlja prenos podataka između dva korisnika. To se ostvaruje pomoću connectionless moda (PTP CLNS – IP) i connection-oriented moda (PTP CONS – X.25).

PTM omogućava transfer paketa od jednog ka više korisnika. Postoje dve vrste servisa: korišćenje multicast servisa (PTM-M) gde se paketi šalju na određenom geografskom prostoru i korišćenje group call servisa (PTM-G) gde se pakteti šalju grupi korisnika bez obzira na geografsku lokaciju na kojoj se nalaze.

GPRS operateri biće u mogućnosti da obezbede korisnicima i dodatne servise, kao što su pristupi bazama podataka, slanje poruka, teleservisi (npr. bankovni računi, novčane transakcije i sl.).

Kvalitet servisa

Kvalitet servisa koje zahtevaju različite aplikacije koje koriste paketski prenos veoma se razlikuje (npr. multimediji, Web aplikacije i e-mail). U zavisnosti od potreba korisnika zavisiće i kvalitet prenosa. GPRS-u omogućava korisnicima da definišu željeni QoS (Quality of Service) profil podešavanjem različitih parametara – prioriteta, pouzdanosti, kašnjenja i željenog protoka. Na taj način korisnik bira kvalitet servisa u zavisnosti od potreba i trenutnih raspoloživih resursa. Naravno, cena će zavisiti od prenetog sadržaja, tipa servisa i izabranog QoS profila.

Ivana DAMNJANOVIĆ, Dušan DINGARAC