Цифровая система подвижной радиосвязи стандарта GPRS.

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Цифровая система подвижной радиосвязи стандарта GPRS.

Технология построения; коммутация каналов и коммутация пакетов. Принципы передачи данных в пакетных сетях: стек протоколов TCP/ IP; IP-адресация; маршрутизация дейтаграмм.

Архитектура сети GPRS. Интерфейсы сети GPRS, радиоинтерфейс сети; физические и логические каналы в сети GPRS; передача пакетных данных по радиоинтерфейсу; шифрование в сети GPRS.

Услуги и качество обслуживания в сети GPRS (услуги и их безопасность, сбор данных о соединении, качество обслуживания).

Управление трафиком в сети GPRS: подключение и отключение в сети; данные об абоненте; переопределение местоположения; управление сеансом.

Гл а в а 13

ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ СЕТИ GPRS

Общее представление

В традиционной сети GSM возможна передача данных со скоростью 9,6 Кбит/с при использовании режима коммутации каналов. Указанное значение можно существенно увеличить, применив технологию высокоскоростной передачи данных по коммутируемым каналам, т.е. выделения одному абоненту на несущей частоте нескольких слотов. Так, при выделении четырех слотов скорость передачи может составлять до 48 Кбит/с. К достоинствам такой технологии относятся высокая и постоянная скорость и малая задержка, гарантирующие передачу информации в реальном времени.

В то же время даже при использовании технологии высокоскоростной передачи данных с коммутацией каналов (HSCSD) на время всего сеанса связи между абонентами организуется дуплексный канал, который находится в исключительном пользовании данной пары абонентов независимо от его реальной загруженности. Так как многие приложения (электронная почта, факс, работа в сети Интернет) характеризуются неравномерным трафиком, передача данных на основе коммутации каналов может оказаться неэффективной с точки зрения использования сетевых ресурсов.

Для повышения эффективности передачи данных в сетях GSM Европейским институтом стандартов в области телекоммуникаций (ETSI — European Telecommunications Standards Institute) была осуществлена модернизация стандарта GSM, позволившая организовать услугу передачи данных на базе пакетной коммутации. В рамках такой технологии действующую сеть необходимо подвергнуть некоторому видоизменению: развернуть принципиально новые узлы, изменить некоторое оборудование, инсталлировать дополнительное программное обеспечение. Фактически при этом параллельно действующей сети создается новая сеть, тесно связанная со старой и использующая общие с ней ресурсы. Рассмотрим принципы построения и функционирования сети GPRS [4, 6].

Требования к обеспечению услуг

Как уже отмечалось, в ситуациях, когда неуклонно растет и речевой трафик, и требования к повышению степени мобильности абонентов, сетевые операторы вынуждены искать новые способы поддержания своей конкурентоспособности. Эти способы включают в себя не только проведение гибкой ценовой политики, но и в большей степени предоставление новых видов услуг. При этом возможность разделения сетевых ресурсов между различными группами пользователей должна привлекать все большее число абонентов.

Оценивая выгоды от введения GPRS и предоставления новых услуг, следует разграничивать взгляды на эту проблему как поставщиков услуг, так и пользователей.

Преимущества для пользователей. Поскольку сегодня Интернет прочно вошел в повседневную жизнь, то возможность объединения глобальной информационной сети и наиболее распространенной сети мобильной связи выглядит весьма перспективной. При этом пользователям предоставляется возможность получения немедленного доступа к данным подобно тому, как если бы они работали в локальной сети одного офиса. Абонентам не приходится устанавливать соединение всякий раз, когда возникает необходимость в передаче. Более того, плата за соединение вообще не взимается, и стоимость передачи данных зависит лишь от их объема. Наконец, благодаря высокой скорости передачи данных становится возможным предоставление новых привлекательных услуг, а также передача файлов больших объемов.

Преимущества для операторов. Введение новых услуг приводит К увеличению прибыли для операторов, зависящей как от объема Передаваемых данных, так и от качества передачи. В настоящий Момент сеть Интернет превратилась в интерактивную мультиме-

F' Концепция UMTS предполагает использование принципов WCDMA только в городских зонах; обслуживание сельских зон будет, по всей вероятности, базироваться на принципах GSM/GPRS/EDGE

дийную среду, объединяющую десятки миллионов людей, которые могут подключаться к ней, находясь как дома, так и на работе, и уже сегодня сетевые операторы в большой степени обеспечивают передачу не только речи, но и различных данных. Более того, использование GPRS может оказаться весьма полезным и в отношении речевого трафика, особенно в часы наибольшей нагрузки.

Анализ изложенных преимуществ показывает неизбежную необходимость введения оператором услуг GPRS. Возможная отсрочка этого процесса объясняется либо значительным лидерством по отношению к другим операторам, функционирующим на данной территории, либо потерей в конкурентной борьбе наиболее выгодных ниш, что делает бесперспективным дополнительные финансовые вложения в модернизацию сети.

В отличие от традиционной GSM доступ в GPRS может осуществляться либо стандартно, либо с дополнительными услугами, которые могут обеспечивать оператора дополнительными доходами.

Среди таких услуг главными являются следующие:

• функции интернет-провайдера, т.е. доступ в Интернет, поддержка домашних страниц, организация новостных групп и др.;

• функции главного поставщика дополнительных услуг;

• функции посредника по обеспечению беспроводного доступа к дополнительным услугам.

Заметим, что обеспечение деловым людям доступа к глобальным и корпоративным сетям на первых порах развития GPRS обычно составляет основную часть прибыли, однако в дальнейшем, с ростом сети и уменьшением стоимости мобильных разговоров, как правило, происходит перераспределение доходов в сторону таких услуг, как игры, лотереи, биржевая информация и т. п.

Когда сетевой оператор предлагает себя в качестве поставщика услуг, одной из наиболее важных для него проблем является определение степени самостоятельности, т. е. того, какая часть услуг будет предоставлена им самим, а какая часть — посредниками. Если, например, оператор работает как обычный интернет-провайдер, то это ставит его в жесткие рамки при решении вопросов по изменению цен, скорости, доступности и др. В этом случае даже при низких ценах на услуги возможности увеличения прибыли оператора ограничены. Однако такой способ гарантирует оператору минимальный риск.

Если же оператор работает как универсальный провайдер, это обеспечивает ему возможность самостоятельно предлагать свои услуги абонентам. В этом случае он может как разграничивать новых пользователей и соответствующую прибыль на отдельные подгруппы, так и проводить отдельную политику для индивидуальных пользователей. Несмотря на то что этот путь открывает существенно (большие возможности по увеличению прибыли, он тем не менее значительно более рискованный, поскольку связан с большими денежными вложениями и привлечением новых специалистов.

Тарификация в сети GPRS

При использовании абонентом определенных услуг и приложений оператору для составления абонентского счета необходимо иметь определенную информацию от различных элементов сети. В GPRS такая информация формируется в двух функциональных элементах: обслуживающем узле и GPRS-шлюзе. Шлюз системы тарификации, получив эту информацию, обрабатывает ее и транслирует в подсистему выписки счетов. Например, фиксированию подлежит объем передаваемой информации или число коротких сообщений, переданных через сеть GPRS.

Если сетевой оператор выступает как интернет-провайдер, то фиксируемая информация ограничивается лишь объемом переданных данных. Если же оператор выступает в качестве универсального провайдера, необходимо формировать подробные отчеты, содержащие учетные данные об использовании основных и дополнительных услуг.

Следует обратить внимание на то, что сбор и фиксирование информации в сети GPRS значительно сложнее, чем в традиционной сети GSM. Кратко перечислим позиции, в соответствии с которыми может происходить тарификация информации:

• общая тарифная ставка (стандартный доступ в Интернет);

• диапазон скоростей передачи речи и данных;

• скорость обслуживания в режиме реального времени;

• точка доступа (Интернет, Интранет);

• требуемое качество обслуживания;

• безопасность доступа, секретность передаваемой информации;

• наличие объединенной службы сообщений (электронной почты, коротких сообщений, голосовой почты, факса);

• дополнительные услуги (доступ к банковскому счету, электронные покупка и оплата, развлечения);

• рекламирование.

Учитывая изложенное, можно заключить, что в сетях GPRS Имеются большие возможности по дифференцируемому обслуживанию абонента.

Некоторые из предоставляемых услуг, связанные с четко разделяемыми этапами (запросом, предоставлением отдельного файлы, могут автоматически генерировать учетные записи. Другие Услуги (например, электронная почта) требуют наличия внешних Механизмов, отслеживающих объемы передаваемой информации

Сбор и объединение учетных записей могут осуществляться различными методами, выбор которых возлагается на оператора. На рис. 13.4 приведена схема составления счета за оказанные услуги.

Контрольные вопросы

1. В чем различие между коммутацией пакетов и коммутацией каналов?

2. Что такое виртуальное соединение?

3. Опишите эволюцию сотовых сетей мобильной связи к системам третьего поколения.

4. Каковы преимущества сети HSCSD по сравнению с сетью GPRS?

5. Каковы принципы тарификации в GPRS и в чем состоит их отличие от тарификации в традиционной GPRS?

7. Прикладной уровень	Верхний уровень
6. Уровень представления
5. Сеансовый уровень
4. Транспортный уровень	Нижний уровень
3. Сетевой уровень
2. Канальный уровень
1. Физический уровень

Глава 14

Стек протоколов TCP/IP

В настоящее время не ослабевает рост интенсивности потоков Пользовательской информации, а следовательно, и эффективности ее обработки. Глобальная сеть Интернет изменила способ представления информации, собрав на своих серверах все ее виды: [текст, звук, графику, видео.

Фактически создание любой локальной сети тем или иным способом затрагивает необходимость обращения к ресурсам Интернет, т.е. приводит к необходимости регулирования процессов Межсетевого взаимодействия. Для поддержки таких процессов было [Создано семейство протоколов, которое в дальнейшем было нарвано стеком протоколов (TCP/IP — Transmission Control Protocol/Intemet Protocol)¹. Основными задачами этого семейства протоколов являются следующие:

• распознавание сбоев в сети и восстановление ее работоспособности;

• распределение ресурсов сети между отдельными пользователями и уменьшение потоков данных при ее перегрузке;

• отслеживание задержки и потери пакетов;

• определение ошибок в переданных сообщениях и использование методов коррекции;

• обеспечение упорядоченного движения пакетов в сети.
Протоколы TCP/IP обеспечивают пользователям два основных преимущества.

1, Дейтаграммный механизм доставки пакетов. Маршрут передачи небольшой части сообщения (пакета) определяется на основа
нии адресной информации, входящей в его состав, а доставка
отдельных частей осуществляется независимо друг от друга по раз
личным маршрутам. Такой тип доставки делает протоколы TCP/IP
легко адаптируемыми к широкому диапазону сетевого оборудования.

2. Надежные транспортные потоки. Большинство приложений
требует от программного обеспечения автоматического восстановления ошибок, возникающих в процессе передачи. Надежные транспортные потоки позволяют устанавливать логическое соединение между приложениями, а затем посылать по этому соединению большие объемы данных.

Колоссальный рост сети Интернет и желание абонентов пользоваться услугами глобальной сети способствовали непрерывному и упорядоченному развитию протоколов TCP/IP. Координационный совет сети Интернет (IAB — Internet Activities Board) разработал серию документов RFC (Requests For Comments), описывающих сетевые услуги и их реализацию, в том числе стандарты TCP/IP. При этом следует иметь в виду, что протоколы TCP/IP всегда публикуются в виде документов RFC, но не все документы RFC определяют стандарты протоколов.

¹ История создания TCP/IP началась с момента, когда Министерство обороны США столкнулось с проблемой объединения большого числа компьютеров с различными операционными системами. Для этого в 1970 г. была разработана и реализована экспериментальная сеть с пакетной коммутацией — ARPANET (Advanced Research Project Agency NETwork). Эксперимент по применению TCP/IP был признан положительным, и семейство стандартов было принято в эксплуатацию, а в дальнейшем усовершенствовалось в целях адаптации в локальных сетях.

В 1980 г. стек протоколов TCP/IP стал использоваться как часть операционной системы Berkley Unix v4.2, а в 1983 г., когда окончательно завершилось формирование сети Интернет, Министерство обороны США постановило, что все компьютеры, подсоединенные к глобальной сети, должны использовать указанные протоколы.

Содержание документов RFC подразделяется на две части:

• состояние стандартизации: стандарт утвержден, стандарт предложен к рассмотрению, предложен экспериментальный протокол, протокол устарел и в настоящее время не используется;

• статус протокола: требуется для внедрения, рекомендуется для внедрения, может внедряться производителем по выбору, не рекомендуется к внедрению.

Стек TCP/IP был разработан до появления модели ВОС, поэтому соответствие его уровней (рис. 14.2) уровням модели ВОС достаточно условное.

Структуру TCP/IP можно разделить на четыре уровня. Самый нижний уровень — сетевого интерфейса (уровень IV ) соответствует физическому и канальному уровням модели ВОС. Этот уровень отвечает за прием дейтаграмм и их передачу по выбранному маршруту. Он поддерживает протоколы физического и канального уровней широко распространенных локальных и глобальных сетей, таких как Ethernet, Token Ring, FDDI, X.25.

Сетевой уровень (уровень III) определяет межсетевое взаимодействие, принимая от вышестоящего уровня запрос отправителя на посылку пакета вместе с адресом получателя, помещая пакет в 'дейтаграмму и при необходимости используя алгоритм маршрутизации. На приемной стороне механизмы сетевого уровня извлекают пакет из дейтаграммы и определяют, какой из протоколов вышестоящего уровня необходим для дальнейшей обработки.

Основной задачей транспортного уровня (уровня II) является 'обеспечение взаимодействия между приложениями, для чего используется механизм подтверждения правильно принятых пакетов и повторная передача искаженных или утерянных пакетов.

Уровни модели ВОС	Уровни стека TCP/IP
Прикладной Представления	Уровень I — прикладной
Сеансовый Транспортный	Уровень II — транспортный
Сетевой	Уровень III — сетевой
Канальный Физический	Уровень ГУ — сетевого интерфейса

Транспортный уровень принимает информацию от нескольких приложений и передает ее на нижестоящий уровень, добавляя служебную информацию, предназначенную для борьбы с ошибками.

Наконец, вершиной TCP/IP является прикладной уровень (уровень I), на котором реализованы широко используемые приложения: протокол передачи файлов между удаленными системами, протокол эмуляции удаленного терминала, почтовый протокол и др. Каждая прикладная программа выбирает тип транспортировки (либо непрерывный поток сообщений, либо последовательность пакетов) и передает данные на транспортный уровень в требуемой форме.

Упрощенно пересылка сообщения между приложениями состоит в последовательной передаче его вниз через соседние уровни стека отправителя, далее по уровню сетевого интерфейса (уровню Г/) стека TCP/IP или физическому уровню модели ВОС и, наконец, приеме сообщения получателем и передаче его вверх по протокольным уровням (рис. 14.3.).

Практически ситуация оказывается несколько сложнее. В структуре TCP/IP существует наиболее значимый — сетевой уровень, в основу которого положен Интернет-протокол (IP). Каждый уровень стека принимает решение о корректности принятого сообщения и производит определенное действие, основываясь на значении его адреса и типе. Интернет-протокол способен взаимодействовать с несколькими протоколами более высокого уровня и несколькими сетевыми интерфейсами. Таким образом, процесс передачи сообщений практически выглядит следующим образом-Отправитель передает сообщение, которое на сетевом уровне (уровнем) помещается IP в дейтаграммы и посылается в сеть отправителя (Сеть 1). В промежуточных устройствах дейтаграммы передаются вверх до сетевого уровня, на котором IP отправляет их обратно вниз, в сеть получателя (Сеть 2). В оконечной сети IP выделяет сообщение из дейтаграмм и передает его на верхние уровни.

Исходя из сказанного рассматривать принципы функционирования TCP/IP целесообразно начиная именно с сетевого уровня.

Введем некоторые базовые термины, касающиеся процессов передачи информации между уровнями.

Название передаваемого блока данных зависит от того, на каком уровне он находится. При нахождении блока на сетевом уровне его называют кадром. Если блок данных находится между уровнем сетевого интерфейса и сетевым уровнем, он называется дейтаграммой. Блок данных, находящийся между транспортным и сетевым уровнями, называется IP -пакетом. Наконец, данные верхнего — прикладного уровня называются сообщениями.

Протокол разрешения адресов

Поскольку IP-адрес назначается независимо от физического адреса, необходимо определить соответствие между этими адресами. Процесс определения их соответствия называется разрешением адресов, и решение этой задачи возложено на протокол разрешения адресов (ARP — Address Resolution Protocol).

Функционально протокол разрешения адресов состоит из двух частей, одна из которых определяет физические адреса при посылке дейтаграммы, а другая — отвечает на запросы от других устройств в сети. Для уменьшения количества посылаемых запросов каждое устройство, использующее данный протокол, имеет

память, называемую таблицей разрешения адресов, где хранятся сведения о соответствующих парах физических и IP-адресов.

Рассмотрим пример разрешения адресов двумя рабочими станциями А и В в локальной сети (рис. 14.6):

1 — станция А, которой необходимо передать информацию станки В, с помощью проверки IP-адреса и маски подсети определяет, что станция В находится в той же локальной сети;

2 — станция А проверяет свою таблицу разрешения адресов и, не находя в ней физического адреса станции В, посылает широковещательный ARP-запрос, содержащий IP-адреса обеих станций;

3 — станция В, получив запрос, сравнивает полученный адрес со своим собственным. Если адреса не совпадают, то запрос игнорируется;

4 — при совпадении адресов станция В посылает ответ станции А, в котором содержится физический адрес станции В, после чего обе станции обновляют свои таблицы разрешения адресов.

Каждая запись в таблице разрешения адресов имеет определенное время жизни (обычно 10 мин), и если с момента ее появления она не использовалось больше, чем заданный временной интервал, например 2 мин, то происходит ее удаление.

Маршрутизация дейтаграмм

Рассмотренный ранее стек протоколов TCP/IP разработан для обеспечения взаимодействия удаленных систем, но корректная и эффективная пересылка пакетов данных невозможна без наличия ряда промежуточных устройств — маршрутизаторов. В процессе пересылки сообщений между двумя абонентами, расположенными в различных сетях, формируемые блоки данных после отработки протоколов всех уровней оказываются в маршрутизаторе сети отправителя. Далее происходит их передача по некоторому, заранее не определенному маршруту, пока они не окажутся в маршрутизаторе сети получателя, который и передает эти блоки получателю по известному физическому адресу. При этом сами промежуточные маршрутизаторы передают блоки данных, основываясь не на физическом адресе, а на номере сети получателя.

Выделяют два типа маршрутизации: прямую и косвенную. Прямая маршрутизация может быть реализована, когда отправитель и получатель расположены в пределах одной сети. Поскольку в этом случае IP-адрес получателя известен, то дейтаграмма помещается в кадр канального уровня, затем с помощью протокола разрешения адресов определяется физический адрес получателя, после чего дейтаграмма доставляется по назначению с использованием ресурсов одной сети.

Если отправитель и получатель располагаются вне пределов одной сети, то возникает необходимость использования косвенной маршрутизации, т.е. выполняемой на уровне IP. Решение о выборе пути для каждой дейтаграммы принимается на основе анализа таблицы маршрутизации, содержащей информацию о топологии системы сетей. При этом всегда ставится задача по оптимизации маршрута, т.е. доставке сообщения с наименьшей задержкой в условиях текущего трафика.

Существующие методики оптимизации маршрута можно условно разделить на два класса: одношаговую и многошаговую.

В случае одношаговой оптимизации каждый маршрутизатор принимает решение о выборе только одного шага, т.е. о выборе пути до соседнего маршрутизатора. При этом в таблице маршрутизации содержатся не полные маршруты в виде цепочек IP-адресов, а только совокупность IP-адресов до соседнего маршрутизатора. Такой подход к оптимизации маршрута, снимая ограничения на максимальное число промежуточных узлов, формирует Распределенную ответственность за выбор пути доставки сообщения.

Построение таблицы маршрутизации при одношаговой оптимизации возможно путем использования:

• алгоритмов фиксированной маршрутизации, применяемых в Простых сетях. Таблица маршрутизации и оптимальные маршруты

доставки сообщений между различными устройствами сети в этом случае составляются сетевым администратором вручную;

• алгоритмов простой маршрутизации. Таблица маршрутизации в данном случае составляется на основании данных, содержащих-ся в проходящих через маршрутизатор дейтаграмм. При этом возможна либо случайная маршрутизация (когда дейтаграммы передаются в любом случайном направлении кроме исходного), либо лавинная (когда дейтаграммы передаются во всех направлениях кроме исходного), либо, наконец, маршрутизация по предыдущему опыту;

• алгоритмов адаптивной маршрутизации. В этом случае маршрутизаторы периодически обмениваются между собой информацией о текущем состоянии сетевой топологии и трафика, что на практике используется наиболее часто.

При использовании алгоритмов многошаговой оптимизации выбор маршрута пересыпки данных производится первым маршрутизатором, а все остальные только отрабатывают выбранный маршрут. На практике такие алгоритмы используются, как правило, только на этапе отладки.

Управление таблицей маршрутизации во всех промежуточных узлах должно осуществляться динамически, что в большой распределенной сети является весьма сложной задачей. Решение этой задачи основано на использовании семейства протоколов маршрутизации:

протокола маршрутной информации (RIP — Routing Information Protocol);

протокола первоочередного открытия кратчайшего маршрута (OSPF — Open Shortest Path First);

протокола связи между промежуточными системами (IS-IS — Intermediate System to Intermediate System);

внешнего шлюзового протокола (EGP — Exterior Gateway Protocol);

пограничного межсетевого протокола (BGP — Border Gateway Protocol).

В зависимости от топологии сети маршрутизаторы могут поддерживать один или несколько протоколов маршрутизации. В табл.

	Номер сети получателя 195.209.0.0
Следующий маршрутизатор	Число переходов	Протокол маршрутизации	Таймер
195.209.3.1	3	RIP	235
195.209.1.7	3	RIP	210
195.209.0.9	5	RIP	98

[4.3 приведен пример простой таблицы маршрутизации, содержащей типичные записи:

• следующий маршрутизатор — адрес маршрутизатора, которому необходимо переслать дейтаграмму, чтобы доставить ее получателю;

• число переходов — число маршрутизаторов, которые должны [обработать дейтаграмму прежде, чем она попадет к получателю; • протокол маршрутизации — определяет протокол, с помощью которого данная запись появилась в таблице маршрутизации;

• таймер — показывает время, прошедшее с момента последнего обновления данной записи.

Контрольные вопросы

1. Что означает термин «открытая система»?

2. Опишите семиуровневую модель взаимодействия открытых систем. i

3. Почему возникла необходимость введения LCC- и МАС-подуровней?

4. В чем состоят основные задачи TCP/IP?

5. Что такое дейтаграммный принцип передачи данных?

6. Чем отличается динамический IP-адрес от статического?

7. Каковы основные задачи ТСР-протокола?

8. Опишите принцип косвенной маршрутизации и назовите типы таблиц маршрутизации.

Глава 15

Архитектура сети GSM / GPRS

В GPRS вся предназначенная для посылки информация разбивается на отдельные пакеты и посылается в сеть, при этом на приемной стороне из полученных пакетов реконструируется исходное сообщение, а в случае обнаружения ошибок неверно принятые пакеты могут быть переданы еще раз.

Архитектурное построение сети GPRS представлено на рис. 15.1, из которого видно, что введение технологии пакетной передачи дополняет традиционную сеть GSM новыми элементами, среди которых главными являются обслуживающий узел — ОУ (SGSN — Serving GPRS Support Node) и шлюз GPRS (GGSN — Gateway GPRS Support Node).

Обслуживающий узел выполняет роль, аналогичную роли ЩКПС в традиционной GSM, и на него возложены следующие основные функции:

• сопряжение протоколов, используемых в пакетных сетях, с протоколами, по которым организуется передача информации между БС и МС;

• аутентификация абонента и шифрование сообщений;

• сжатие данных;

•маршрутизация (совместно с GPRS-шлюзом) пакетов данных;

• организация взаимодействия между ДР и ЦКПС/ГР;

•накопление (совместно с GPRS-шлюзом) статистической информации о соединениях.

В функции шлюза GPRS входят следующие операции: г • сопряжение с внешними пакетными сетями;

• маршрутизация пакетов данных, поступающих в сеть GPRS \ pt внешних пакетных сетей, и пакетов данных от МС во внешние пакетные сети;

• накопление статистической информации о соединениях;

• распределение динамических и статических адресов.

При сетевом подходе к организации обмена информацией структура GPRS является подсетью внешних пакетных данных, где GPRS-шлюз выполняет роль маршрутизатора со стороны подсистемы базовых станций. При этом абоненты или мобильные терминалы выступают как пользователи внешней сети передачи данных, в которой абоненту присваивается постоянный (статический) или временный (динамический) адрес, обеспечивающий прохождение информационных пакетов. Когда GPRS-шлюз получает данные, адресованные конкретному абоненту в мобильной сети, он проверяет, является ли адрес активным, т.е. находится ли абонент в активном состоянии. Если это так, то данные из шлюза пересылаются в ОУ, в противном случае они задерживаются.

Принципиальное отличие передачи данных в сетях с коммутацией пакетов от передачи данных в сетях с коммутацией каналов заключается в том, что необходимые канальные ресурсы в первом случае выделяются лишь на время передачи соответствующих пакетов информации. Такой подход позволяет, с одной стороны, один физический канал использовать для передачи пакетов от разных абонентов, а с другой — для одного абонента выделить разные каналы, передача по которым осуществляется Независимо.

При одновременном использовании одних и тех же канальных Ресурсов несколькими абонентами возможно возникновение очереди, вызывающей задержку в связи. Допустимая временная задержка — одна из характеристик, определяющих качество обслуживания абонентов. На этом фоне спецификация GPRS предусматривает предоставление услуг абонентам с различным качеством, в зависимости от оплаты. Качество предоставляемых услуг определяемое параметром QoS (Quality of Service), отражает следующие характеристики:

• приоритет абонента;

• надежность передачи информации;

• допустимую задержку сообщения;

• среднюю и максимальную скорости передачи данных. Наряду с ОУ и шлюзом GPRS в структуру пакетной подсети входят пограничный шлюз (BG — Border Gatenay), обеспечивающий прямое соединение между различными операторами сетей GPRS, а также шлюз тарификации (CGF — Charging Gateway Functionality) и шлюз перехвата.

Для доставки абонентам пакетной сети информации используется адресация пакетов, подобная той, что используется в локальных и глобальных сетях. Несмотря на то что при использовании протоколов передачи данных естественной выглядит числовая адресация абонентов, все же с точки зрения пользователей и разработчиков более удобной является символьная адресация. Поэтому в состав GPRS входит сервер доменных имен (DNS — Domain Name Server), преобразующий числовые адреса в символьные (например, числовой адрес 195.209.231.196 — в символьный адрес spbstu.ru).

На рис. 15.2 приведен пример получения управляющим узлом подсети GPRS адреса узла глобальной сети с символьным именем spbstu.ru:

1 — узел поддержки шлюза GPRS посылает запрос в местный DNS-сервер о числовом адресе, соответствующем символьному имени spbstu.ru;

2 — местный DNS-сервер не находит ответа, поскольку в его базе данных содержится информация только об устройствах и

льзователях своей подсети, поэтому он переадресует запрос в корневой DNS-сервер;

3 — корневой DNS-сервер передает список адресов DNS-cepверов, оканчивающихся на .ru;

4 — местный DNS-сервер направляет запрос в .ru DNS-сервер

5 — с одного из DNS-серверов приходит адрес spbstu.ru;

6 — получив адрес, местный DNS-сервер пересылает его дополнительно в управляющий узел, где информация сохраняется в течение определенного времени для отправления по этому адресу пакетов.

По сравнению с традиционной GSM сеть GPRS подобно всем сетям с пакетной коммутацией более уязвима. Для предотвращения (или хотя бы снижения) внешних воздействий злоумышленников в ее состав включается набор программно-аппаратных средств межсетевой защиты, называемый брандмауэр (FW — FireWall).

При создании подсети GPRS усложняются функции базовых станций и их контроллеров. Так, в БС встраивается дополнительный блок управления пакетами (PCU — Packet Control Unit), a КБС дополняется блоком канального кодирования (CCU — Channel Codec Unit), после чего назначаются следующие дополнительные функции:

• предоставление абонентам пакетной сети физических каналов в соответствии с закрепленным за ними качеством обслуживания QoS;

• обеспечение фрагментации и формирования кадров для их

рредачи по радиоканалу;

• отслеживание качества обслуживания QoS абонентов при передаче информации по радиоканалу.

Для успешного обслуживания абонентов сети GPRS в МС должно быть установлено (или активизировано) дополнительное программное обеспечение, а в ряде случаев к МС может быть присоединено и внешнее оборудование. Спецификации GPRS предусматривают возможность использования для обеспечения поддержки услуг GPRS мобильных станций трех классов:

• МС класса А, способных одновременно и независимо поддерживать как традиционные GSM-услуги, так и специализированные услуги GPRS;

Е • МС класса В, способных поддерживать как традиционные GSM-yaiyiit. так и специализированные услуги GPRS, но не одновременно;

• МС класса С, способных поддерживать только услуги GPRS.

Из изложенного ясно, что для оказания услуг GPRS необходима реализация ряда дополнительных интерфейсов, отсутствующих ⁸ традиционной сети.

Интерфейсы сети GPRS

Технология построения сети GPRS предполагает добавление в традиционную сеть GSM ряда новых интерфейсов, названия которых обычно начинаются с префикса G. На рис. 15.3 представлены логические связи и участки взаимодействия различных интерфейсов.

Для организации в сети GPRS передачи пакетной информации используются следующие интерфейсы:

• Um (между МС и стационарной частью сети GPRS), служащий для обеспечения доступа МС в сеть GPRS. Фактически данный интерфейс аналогичен радиоинтерфейсу в традиционной GSM, обеспечивающему доступ МС к БС;

• Gb (между ОУ и БС), на основе которого осуществляется передача трафика GPRS, а также сигнальной информации радиоканала между соответствующими частями GSM и GPRS;

• Gn, позволяющий осуществлять взаимодействие между несколькими ОУ в пределах одной сети GSM;

• Gp, позволяющий осуществлять взаимодействие между несколькими ОУ в различных сетях GSM;

• Ga (между ОУ и шлюзом тарификации), обеспечивающий передачу данных о соединении внутри одной сети;

• Gs (между ОУ и ЦКПС), посредством которого сеть GPRS посылает запросы в сеть GSM и получает ответы. Использование этого интерфейса существенно повышает эффективность использования ресурсов сети;

• Gd (между ОУ и шлюзом GSM), предназначенный в первую очередь для увеличения эффективности передачи коротких сообщений;

Г • Gf (между ОУ и РИО), по которому в сеть GPRS передается информация об используемом оборудовании, в том числе содержимое белого, черного и серого списков;

• Gr (между ОУ и ДР), позволяющий сети GPRS определять
местоположение МС. Кроме того, такой интерфейс может быть
использован в случае необходимости для передачи данных в МС,
находящуюся в неактивном состоянии.

Кроме рассмотренных в сети GPRS существует еще два интерфейса, существенно отличающихся от других:

• Gi (между ОУ и какой-либо внешней сетью), по которому организуется сопряжение сети GPRS с внешней сетью передачи данных. Следует заметить, что такой интерфейс не является жестко стандартизованным;

• R (между терминальным оборудованием и оконечными станциями — телефонами), с помощью которого можно, например, передавать данные с карманного компьютера через мобильный телефон (на рисунке не показан). Физической реализацией интерфейса R являются рекомендации ITU-T V.24/V.28.

Радиоинтерфейс сети GPRS

Как уже говорилось, для физической передачи информации внутри сети GPRS организован канал пакетной передачи данных (см. рис. 15.5), ресурсы которого распределены на две части: для

звокупности всех МС и для остальной сети. Организация различных логических каналов в физическом канале аналогична организации их в традиционной сети GSM и достигается путем использования мультикадровой структуры.

При пакетной передаче организован 52-кадровый мультикадр [(рис. 15.11). В отличие от традиционной GSM, где реализована структура 51/26-кадрового мультикадра, в PDCH мультикадр состоит Ез 52 кадров МДВР и содержит 12 блоков В0...В11 по четыре [ кадра в каждом, два пустых (резервных) кадра и два кадра, предназначенных для логического канала РТССН. Напомним, что в одном блоке содержится последовательность из четырех информационных пакетов, размещенных в четырех последовательных (а не в одном) кадрах на одной рабочей частоте в одном и том же слоте.

Каждый блок используется для передачи сообщения одного из каналов пакетного трафика или каналов управления, за исключением канала РТССН, информация которого расположена в 13-м (PTCCH/U) и 39-м (PTCCH/D) кадрах. В восходящем направлении одна МС разделяет канал PTCCH/U с 15 другими МС, поэтому можно считать, что МС передает сигнал доступа (access burst) один раз за восемь мультикадров (один раз за 1,92 с). Одно сообщение канала PTCCH/D, содержащее информацию для нескольких МС, занимает четыре кадра, поэтому его передают в течение двух мультикадров.

Кадры 26-й и 52-й свободны, поэтому они, а также упомянутые 13-й и 39-Й кадры используются для следующих целей:

• измерение уровней сигналов и приема системной информации от соседних БС;

• проведение измерений, необходимых для управления мощностью;

выполнение процедуры обновления времени упреждения.

Из приведенной в подразд. 15.3 классификации видно, что радиоинтерфейс сети GPRS состоит из независимых и несимметричных¹ логических каналов, следовательно, должен существовать некоторый механизм распределения радиоресурсов. Конкретно, если передача пакетов в нисходящем канале, т. е. от сети к множеству МС, не приводит к возникновению конфликтов, то при организации передачи в восходящем канале, при которой МС совместно используют один и тот же слот, необходима процедура предотвращения возможных коллизий.

Как видно из представленной на рис. 15.11 структуры мультикадра, при наличии 12 блоков возможно мультиплексирование 12 различных абонентов в одном слоте восходящего канала, при этом каждая МС должна знать, какой блок и в каком канале PDCH она должна использовать.

Для решения такой задачи используется специальный флаг установки соединения в восходящем канале (USF — Uplink State Flag), который передается в нисходящем направлении по каналу PAGCH и используется в качестве признака того, какая МС имеет право на использование данного блока. Отслеживая значения флагов, МС имеет возможность передавать в восходящем направлении блоки, имеющие то же самое значение флага, которое ей изначально было выделено. Флаг состоит из трех разрядов и соответственно имеет восемь значений, поэтому в действительности при передаче информации в восходящем направлении только восемь (а не 12) абонентов имеют возможность одновременно делить между собой один слот канала PDCH.

На рис. 15.12 абоненту МС1 выделено значение флага USF = 1 и обеспечена возможность использования блоков В0...В4, а або-

¹ Несимметричность означает, что не все каналы функционируют в обоих направлениях.

Число слотов	Скорость передачи, Кбит/с
Число слотов	CS1	CS2	CS3	CS4
1 3 8	9,1 27,2 72,0	13,4 40,2 107,2	15,6 46,8 124,8	21,4 64,2 171,2

ненту МС2 — значение USF = 2 и возможность использования
блоков В5...В9.

В целях обеспечения высокой защищенности блоков, передаваемых по радиоканалу, в структуру передаваемой информации [вводится механизм помехоустойчивого кодирования. При этом в GPRS предусмотрено четыре возможных схемы кодирования: CS1...CS4. Схема CS1 обладает самой высокой степенью исправления ошибок и самой низкой скоростью передачи данных, в то время как в схеме CS4 исправление ошибок вообще отсутствует, зато при этом реализуется наивысшая скорость передачи. В табл. 15.1 приведены значения скоростей передачи для различных схем кодирования при использовании одного, трех или восьми слотов. | В традиционной GSM обычно используется 1 слот для передачи в обоих направлениях, в GPRS в целях обеспечения более высокой скорости передачи возможно использование нескольких (до (восьми) слотов, причем в восходящем и нисходящем направлениях.

Шифрование в сети GPRS

Главным отличием обеспечения информационной безопасности в сети GPRS от традиционной сети GSM является то, что наряду со стандартным алгоритмом шифрования существует возможность выбора соответствующих алгоритмов из широкого списка. Специализированная группа экспертов SAGE (ETSI Security Algorithms Group of Experts) разработала принципы шифрования при пакетной передаче данных. Эти алгоритмы предоставляются производителям аппаратуры и сетевым операторам на основе лицензии при условии конфиденциальности. Как известно, в традиционной сети GSM шифрованию подвергается информация между МС и БС для одного логического канала. Шифрование же в GPRS производится между ОУ и МС на уровне LLC, а БС в процессах шифрования никак не участвует. Кроме того, шифрование производится независимо в восходящем и нисходящем направлениях с использованием различных ключей шифрования.

Поскольку при GPRS номер временного кадра не известен (а этот номер лежит в основе традиционного шифрования в GSM), то за его аналог берется номер LLC-пакета. Следовательно, исходя из объема LLC-пакета шифрованию подвергаются данные объемом до 1 600 байт (в отличие от 114 бит в традиционной GSM).

Стандартный алгоритм использует симметричную схему шифрования, а основными параметрами при этом являются следующие: • ключ шифрования Кс длиной 64 бит. Как и при традиционной GSM, его генерирует МС в процессе аутентификации, и он совпадает с значением Кс, полученным ОУ от ДР в составе триплетов;

• INPUT — параметр, имеющий длину 32 бит и зависящий от типа LLC-пакетов. В случае использования 1-кадров, переносящих абонентские пакеты, значение INPUT устанавливается случайным образом и увеличивается на единицу для каждого нового I-кадра. Если же используются UI-кадры, переносящие как абонентские пакеты, так и сигнализацию, значение INPUT представляет собой неповторяющееся 32-битовое число, определяемое из LLC-заголовка;

• DIRECTION — однобитовый параметр, определяющий направление передачи;

• OUTPUT — строка, содержащая зашифрованные данные. Ее минимальная длина составляет 3 байт, а максимальная — 1600 байт, что соответствует максимально возможной длине полезной части LLC-пакета, включая 3 байт проверочных символов FCS. При этом заголовок LLC-пакета не шифруется.

Принцип шифрования при GPRS с использованием введенных параметров поясняет рис. 15.16. На передающей стороне входящие в OUTPUT биты складываются по модулю 2 с битами исходного сообщения PLAIN TEXT, что в результате дает зашифрованное сообщение CIPHERED TEXT. Соответственно для восстановления исходного сообщения на приемной стороне биты зашифрованного сообщения складываются по модулю 2 с битами строки OUTPUT. Для повышения эффективности процесса шифрования предусмотрена возможность генерирования на выходе алгоритма пакетов, содержащих требуемое число байт. Обычно используются или короткие (25 ...50 байт), или длинные (500... 1000 байт) пакеты.

Контрольные в опросы

1. Перечислите основные функциональные узлы сети GPRS и укажите их аналоги в традиционной GSM.

2. Какие характеристики определяются параметром QoS?

3. Опишите процедуру получения сетью адреса определенного узла.

4. Перечислите основные интерфейсы сети GPRS и поясните их назначение.

5. Какие логические каналы, предназначенные для пакетной передачи данных, организованы в сети GSM/GPRS?

6. Каковы функции МАС-протокола GPRS?

7. Перечислите и кратко опишите протоколы передачи данных по Gn-нтерфейсу.

8. Раскройте структуру GTP-пакета.

9. В чем заключаются сходство и различие иерархической кадровой
структуры GPRS и традиционной GSM?

10. Для чего используется флаг установки соединения?

11. Опишите процедуру преобразования пакетных данных на LLC-уровне.

12. Чем отличаются принципы шифрования в GPRS и в традиционной GSM?

Глава 16

Услуги и их безопасность

В отличие от традиционной GSM, где по существу предоставляется единственная услуга коммутации абонентских каналов с качеством, не зависящим от желания абонента, различные приложения, которые могут использовать передачу данных через сеть GPRS, предъявляют заметно отличающиеся требования к таким параметрам, как вероятность ошибки, задержка сообщения, стоимость, конфиденциальность и др. Исходя из этого абонентам GPRS предлагается широкий спектр услуг, характеризуемых различным качеством обслуживания и стоимостью.

В GPRS возможен режим «сквозной» (end-to-end) передачи данных, определяющий два класса услуг: передачу данных между двумя абонентами (РТР — Point-To-Point) и передачу данных от одного абонента нескольким (РТМ — Point-To-Multipoint).

Связь между двумя абонентами, один из которых является передающим, а другой — принимающим, может быть осуществлена либо без соединения (РТР Connection Network Service), либо с ориентированным соединением (РТР Connection Oriented Network Service).

В первом случае передающий абонент посылает одиночные пакеты данных, каждый из которых не имеет никакого отношения к предыдущему и последующему. Поддержка такого способа осуществляется Интернет-протоколом.

Во втором случае между пакетами данных устанавливается некоторая логическая связь, а передача этих пакетов происходит достоверным способом. Поддержка связи с ориентированным соединением осуществляется на основе протокола Х.25. Заметим, что далеко не все производители телекоммуникационного оборудования внедряют данную технологию в свои продукты.

Технология GPRS унаследовала от традиционной GSM стандартные функции безопасности:

• аутентификация пользователя;

• идентификация мобильного оборудования;

• конфиденциальность пользователя;

• шифрование данных.

В GPRS аутентификация пользователя и идентификация мобильного оборудования производятся в ОУ аналогично тому, как это делается в ЦКПС/ГР.

Конфиденциальность пользователя осуществляется путем назначения для конкретной МС ее сетевого псевдонима, т.е. временного идентификатора при пакетной передаче (P-TMSI — Packet Temporary Mobile Subscriber Identity), который выполняет ту же роль, что обычный временный идентификатор (TMSI) в традиционной GSM. Этот идентификатор выделяется ОУ, сообщается МС в зашифрованном виде и используется только в рамках одной области маршрутизации. Его размер составляет 32 бит, причем два старших разряда устанавливаются равными единице, что указывает на использование GPRS.

Следует обратить внимание на то, что выделение идентификатора P-TMSI может происходить несколько раз в процессе обмена информацией. При этом выделение нового P-TMSI может быть отдельной процедурой или же являться частью процедур присоединения или обновления области маршрутизации.

В процессе выделения нового P-TMSI обслуживающий узел высылает МС соответствующее сообщение (P-TMSI Reallocation Command), содержащее новый P-TMSI, его сигнатуру (подпись)¹ и идентификатор области маршрутизации RAI. Получив новый P-TMSI, МС отправляет в ОУ подтверждающее сообщение (P-TMSI Reallocation Complete). Полученную сигнатуру МС должна возвратить в ОУ при следующей процедуре присоединения или обновления области маршрутизации, вложив ее в соответствующие запросы (Attach Request, RArea Update Request), после чего ОУ сравнивает полученное и хранящееся значения. Если эти значения не совпадают, ОУ обязательно должен выполнить функции безопасности для проверки подлинности абонента.

Сбор данных о соединении

Обслуживающие конкретную мобильную станцию ОУ и GPRS-шлюз накапливают информацию о ходе соединения и используемых услугах, причем за сбор информации об использовании радиоресурсов отвечает ОУ, а об использовании ресурсов сети — GPRS-шлюз. Собранная информация о соединении передается в шлюз тарификации по Ga-интерфейсу с использованием расширенного протокола GPRS -передачи (GTP' — GPRS Tunnel Protocol (enhanced)), а далее — в центр тарификации (рис. 16.1). Описанные

¹ Сигнатура P-TMSI является необязательным (опциональным) параметром, также присутствующим в сообщениях «Присоединение принято» (Attach Accept) и «Обновление местоположения принято» (RArea Update Accept), которые являются завершающими фазами процедур присоединения или обновления области маршрутизации (см. гл. 17). Использование сигнатуры P-TMSI позволяет в ряде случаев упростить сетевые процедуры, в частности позволяет не выполнять процедуры безопасности при каждом контакте МС с сетью.

процедуры сбора данных о соединении, как и в традиционной GSM, называются детализированными записями вызова (CDR — Call Detailed Records). Для организации процесса тарификации каждому PDP-контексту ставится в соответствие идентификатор тарификации (Charging ID).

Необходимо обратить внимание на наличие существенной разницы при тарификации в GPRS и традиционной GSM. Стандарт GPRS не предполагает обязательного наличия энергонезависимой памяти в ОУ и GPRS-шлюзе. Это означает, что при возможном кратковременном отключении питания (например, из-за перезагрузки) учетные записи могут быть потеряны. Исходя из этого необходимо стремиться передавать учетные записи из ОУ и GPRS-шлюза в центр тарификации как можно быстрее. В этом состоит принципиальное отличие систем тарификации в GPRS и традиционной GSM, где ЦКПС генерирует учетные записи и хранит их в виде файлов длительное время.

В GPRS-шлюзе формируется детализированная запись G-CDR, включающая в себя следующие позиции:

• начальная информация, т. е. активизация PDP-контекста;

• конечная информация, т.е. дезактивизация PDP-контекста;

• информация о соединении, например объем трафика, установленное качество обслуживания, продолжительность соединения, точка доступа, адреса ОУ и GPRS-шлюза.

В ОУ формируется несколько типов детализированных записей: S-CDR (данные о PDP-контексте), M-CDR (данные о параметрах управления мобильностью) и SMS-CDR (данные о коротких сообщениях). Структура этих записей идентична структуре записи G-CDR с той лишь разницей, что в запись M-CDR включается информация о переопределении области маршрутизации.

Все типы детализированных записей содержат и статическую, и динамически изменяющуюся информацию. Так, в запись S-CDR изначально включаются идентификатор IMSI, тип PDP, адрес GPRS-шлюза, идентификатор тарификации и другая статическая информация. В процессе приема-передачи пакетной информации возникает совокупность динамически обновляемых данных, называемых частными записями. Причинами их возникновения и завершения могут быть изменение текущего качества обслуживания, смена ОУ при изменении ОМ, превышение максимального объема, истечение предельного интервала времени и др. Наиболее значимыми динамически обновляемыми данными являются следующие:

• объем трафика, оцениваемый количеством байт, передаваемых в обоих направлениях по уровням, расположенным выше уровня SNDCP;

• время активации PDP-контекста в ОУ для первой частной записи или время начала записи для всех последующих частных записей;

• продолжительность частной записи;

• причина закрытия записи.

Если бы поток детализированных записей в сети GPRS был бы не очень значительным, то их можно было бы непосредственно направлять в центр тарификации. Однако в реальных сетях GPRS поток этих записей настолько велик, что возникает необходимость промежуточного узла, позволяющего упорядочить работу с ними. Таким узлом является GPRS-шлюз, и на него возложено выполнение следующих операций по обработке детализированных записей:

• промежуточное накопление;

• Проверка подлинности;

• объединение;

• форматирование;

• адаптация к различным интерфейсам систем тарификации.

На рис. 16.2 приведен пример генерирования и обработки детализированных записей для случая, когда мобильный абонент находится в гостевой (роуминговой) сети А и желает осуществить передачу данных во внутреннюю пакетную сеть, подключенную к его домашней сети В. При этом можно выделить следующие основные процедуры:

1 — пакетные данные от абонента, а также сигнальная и дополнительная информация через МС, БС и КБС попадают в ОУ и GPRS-шлюз гостевой сети;

1 — в ОУ и GPRS-шлюзе гостевой сети активизируются PDP-контексты, после чего начинается формирование детализированных записей S-CDR и G-CDR, которые регулярно пересылаются в шлюз тарификации и далее — в центр тарификации;

3 — ОУ пересылает пакетные данные в пограничный шлюз А гостевой сети;

4 — из пограничного шлюза А гостевой сети, подключенного к промежуточной сети С, соединяющейся с домашней сетью абонента, пакетные данные и информация о них через пограничный шлюз В домашней сети поступают в ее ОУ и GPRS-шлюз;

5 — в ОУ и GPRS-шлюзе В домашней сети активизируются PDP-контексты, после чего начинается формирование детализированных записей S-CDR и G-CDR, которые регулярно пересылаются в шлюз тарификации и далее — в центр тарификации;

6 — пакетные данные посылаются во внутреннюю пакетную сеть;

7 — учетные записи, сделанные в гостевой сети А и, возможно, во внутренней пакетной сети, путем соответствующей процедуры (ТАР — Transferred Account Procedure) пересылаются в центр тарификации домашней сети В, где и выписывается окончательный счет абоненту.

Качество обслуживания

К каждому PDP-контексту применяется понятие качества обслуживания (QoS), характеризуемое рядом параметров.

Приоритет. В нормальных условиях функционирования сеть будет пытаться удовлетворить требования всех абонентов в соответствии с их профилями QoS. Однако в тех случаях, когда ресурсы сети

оказываются недостаточными для удовлетворения качества обслуживания в полной мере, необходимо определить группы абонентов, которые в таких условиях окажутся в более или менее привилегированном положении. Для этого определены три группы абонентов, ранжированные по относительному приоритету получаемых ими услуг:

• высший приоритет;

• нормальный приоритет;

• низкий приоритет.

Задержка сообщений. Несмотря на то что сеть GPRS не является системой с ярко выраженным накоплением данных, все же имеет место временное накопление информации в различных ее элементах, что в конечном счете приводит к общей задержке сообщений. Данный параметр определяет максимальную задержку передачи сообщения между двумя терминалами. При этом минимальной в сети GPRS является поддержка требований 4-го класса — так называемого класса с наименьшей задержкой при заданных условиях (Best Effort Delay Class), однако в спецификациях GPRS параметры задержки для этого класса не определены. Таким образом, фактически минимальными являются требования 3-го класса, в котором среднее время задержки сообщения не превышает 50 с для 128-байтного сообщения и 75 с для 1 024-байт-ного сообщения (табл. 16.1).

Надежность доставки. Параметр определяется принадлежностью к классам надежности 1...5, которые отражают вероятность следующих событий:

• потери данных;

• дублирования данных;

• получения данных вне установленной последовательности;

• искажения данных.

Класс требований	Длина пакета 128 байт		Длина пакета 1024 байт
Класс требований	Максимальное среднее время задержки сообщения, с	Максимальное время задержки сообщения в течение 95 % времени передачи, с	Максимальное среднее время задержки сообщения, с	Максимальное время задержки сообщения в течение 95 % времени передачи, с
1	0,5	1,5	2	7
2	5	25	15	75
3	50	250	75	375
4	Не определен

Класс надежности	GTP	LLC	RLC	Тип трафика
1	А	А, Р	А	Невозможна передача в реальном времени. Приложения чувствительны к ошибкам и не могут справиться с потерей части данных
2	UA	А, Р	А	Невозможна передача в реальном времени. Приложения чувствительны к ошибкам, но могут справиться с редкими потерями данных
3	UA	UA, P	А	Невозможна передача в реальном времени. Приложения чувствительны к ошибкам, но могут справиться с потерями данных (например, передача коротких сообщений)
4	UA	UA, P	UA	Возможна передача в реальном времени. Приложения чувствительны к ошибкам
5	UA	UA, UP	UA	Возможна передача в реальном времени. Приложения нечувствительны к ошибкам

В зависимости от класса надежности вероятности указанных событий могут принимать значения от 10~² до 10~⁹. Например, сигнальная информация и короткие сообщения передаются с классом надежности 3.

Класс надежности определяет требования к сетевым протоколам различных уровней, и для обеспечения их выполнения необходимо установить определенные режимы передачи на уровнях GTP, LLC и RLC/MAC. Возможные варианты выбора режимов передачи представлены в табл. 16.2, где A (Acknowledged) — режим передачи данных с подтверждением; UA (UnAcknowledged) — режим передачи данных без подтверждения; Р (Protected) — защищенный режим; UP (Unprotected) — незащищенный режим.

Классы пропускной способности. Данные классы определяют требования к пропускной способности сети передачи пакетных данных на основании двух параметров¹:

• максимальная скорость передачи;

¹ Заметим, что данная характеристика пропускной способности системы отличается от той, которая принята в общей теории информации.

Класс пропускной способности	Кбит/с	Класс пропускной способности	"max» Кбит/с	Класс пропускной способности	Кбит/с
1 2 3	8 16 32	4 5 6	64 128 256	7 8 9	512 1024 2048

• средняя скорость передачи, включая интервалы времени, в которых данные не передаются.

И максимальная, и средняя скорость определяются в принадлежности к выбранному классу, который характеризует ожидаемую пропускную способность, требуемую для PDP-контекста.

Максимальная скорость передачи v,^ оценивается на основе подсчета количества байт, прошедших через специальные контрольные точки Gi- и R-интерфейсов. Хотя данный показатель определяет максимальную скорость, с которой данные могут передаваться по сети при одном выделенном PDP-контексте, однако нет никакой гарантии, что это значение будет достигнуто и тем более установлено на некоторый период. Максимальная скорость не зависит от используемого класса задержки, и сеть может ограничивать скорость передачи, даже если существует возможность ее увеличения. В табл. 16.3 приведены значения максимальной скорости передачи, устанавливаемые в сети GPRS, и соответствующие классы пропускной способности.

Средняя скорость v^ измеряется в тех же контрольных точках Gi- и R-интерфейсов, что и v^ определяется за час. Данный показатель реально отражает среднюю скорость передачи по сети, и данное условие может быть оговорено при подписании соглашения с оператором. Значения средней скорости и соответствующие

Класс пропускной способности	"ср. бит/с	Класс пропускной способности	бит/с	Класс пропускной способности	0ср. Кбит/с	Класс пропускной способности	fcp, Кбит/с
1	—	6	4,4	11	0,2	16	11,1
2	0,2	7	11,1	12	0,4	17	22,0
3	0,4	8	22,0	13	1,1	18	44,0
4	1,1	9	44,0	14	2,2	19	111,0
5	2,2	10	111,0	15	4,4	—	—

этим значениям классы пропускной способности представлены в табл. 16.4.

Для пропускной способности 1 -го класса средняя скорость принимается равной максимально возможной. Как видно из табл. 16.4, в классах, отстоящих друг от друга на девять позиций, значения средней скорости отличаются на порядок.

Контрольные вопросы

1. На чем основана конфиденциальность пользователя в сети GPRS?

2. Каким образом осуществляется сбор данных о соединении?

3. Перечислите основные тарификационные составляющие при передаче пакетных данных по сети GPRS.

4. Укажите требования к задержке сообщений в зависимости от приоритета абонента.

Что такое режим передачи с подтверждением?

Глава 17

Управление сеансом

Пусть мобильный терминал подключен к сети GPRS и находится в режиме готовности. Если абонент желает воспользоваться, например, Интернет-ресурсами, то ему необходимо получить доступ к внешней пакетной сети, т. е. IP-адрес, позволяющий осуществить такое соединение. Данную процедуру, называемую ак тивизацией PDP-контекста, можно условно разделить на пять этапов (рис. 17.9):

1 — МС посылает в ОУ запрос на активизацию контекста (Activate PDP Context Request), содержащий вид IP-адреса (по умолчанию — динамический) и имя места доступа, т.е. символьное имя для установления сетевого интерфейса, который обеспечит соединение с внешней сетью. При этом, как уже говорилось, один шлюз GPRS может иметь несколько мест доступа (точек входа) для соединения с различными сетями;

2— ОУ подвергает МС процедурам аутентификации, проверки оборудования, а также проверки данных об абонентской подписке на основе содержащейся в ДР информации;

3 — в целях получения IP-адреса GPRS-шлюза ОУ обращается к серверу доменных имен;

4 — ОУ посылает в GPRS-шлюз сообщение на установление контекста. Данное сообщение содержит запрос IP-адреса для абонента (если это значение пусто, то запрашивается динамический адрес), точку доступа и туннельный идентификатор TID. Точка доступа определяет ту сеть, доступ к которой абонент желает получить. Туннельный идентификатор будет использован для организации GTP-туннеля, по которому будут передаваться пакеты данных между ОУ и GPRS-шлюзом. Ответное сообщение содержит подтверждение идентификатора TID, выделенный IP-адрес и тарифный идентификатор, причем IP-адрес включается лишь в том случае, когда GPRS-шлюз сам организует распределение IP-адресов;

5 — ОУ отсылает в МС сообщение о приеме активизации PDP-контекста (Activate PDP Context Request Accept), содержащее выделенный IP-адрес. После выполнения указанной процедуры МС будет обладать IP-адресом, а GPRS-шлюз — информацией о том, каким ОУ обслуживается пользователь.

Если соединение с интернет-сервером произошло успешно, то запрашиваемые данные начинают передаваться по IP-протоколу в GPRS-шлюз, который, в свою очередь, транслирует их в ОУ. Далее данные пересылаются в КБС и БС, а затем по радиоинтерфейсу — в МС.

Цифровая система подвижной радиосвязи стандарта GPRS.

Гл а в а 13

Дата: 2019-12-22, просмотров: 251.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒