IP v mobilnih tehnologijah

Pred desetimi leti se je v Sloveniji pojavila mobilna telefonija.
Najprej analogna (NMT), nato digitalna (GSM) z WAP protokolom, danes pa
se uvaja GPRS, v prihodnosti pa še UMTS. Na ta način se lahko klasični
operater mobilne telefonije, ki omogoča prenos govora in podatkov
razvije v ponudnika storitev interneta, e-trgovine in bančništva.

1 Uvod

Zaradi velikega razvoja interneta in brezžičnih tehnologij postaja konvergenca mobilne tehnologije in interneta ključni predmet telekomunikacijske industrije. Internet je imel vpliv na razvoj podatkovnih komunikacij. S prihodom novih tehnologij bodo mobilne komunikacije močno povečale uporabo interneta.

Mobilne komunikacije spreminjajo družbeno obnašanje. Postale so vsakdanjik tisočim ljudem. Danes vse več ljudi ne uporablja mobilnih telefonov samo za govorne komunikacije, ampak tudi za podatkovne. Ta trend se najbolj kaže pri mladih. V naslednjih letih bo komunikacijska družba vpletena v globalno informacijsko družbo, ki bo razvijala zbliževanje računalništva, telekomunikacij in širokopasovne televizije. Ta hip omogoča mobilna telefonija predvsem pogovor med dvema uporabnikoma, v prihodnosti pa naj bi se usmerjala bolj v mobilne multimedijske storitve. Tretja generacija mobilnih komunikacij bo omogočila mnogo več kot govorne komunikacijske storitve. Omogočala bo uporabo informacijskih storitev, vključno z razvedrilnimi storitvami in internetom – kot primer; terminal tretje generacije bo deloval kot video kamera in uporabnik bo lahko poslal elektronsko razglednico ali video posnetek.

Končni uporabnik bo lahko uporabljal svoj terminal kot orodje za mobilno trgovino (e-trgovina). V bistvu bo imel uporabnik v žepu trgovino, dostop do poslovanja z bankami, možnost rezervacij kart, plačevanja parkirnine, plačevanje na prodajnih avtomatih… Tretja generacija mobilnih komunikacij bo vpeljala bolj močan, fleksibilen in učinkovit način poslovanja. Pred desetimi leti se je v Sloveniji pojavila mobilna telefonija. Najprej analogna (NMT), nato digitalna (GSM) z WAP protokolom, danes pa se uvaja GPRS, v prihodnosti pa še UMTS. Na ta način se lahko klasični operater mobilne telefonije, ki omogoča prenos govora in podatkov razvije v ponudnika storitev interneta, e-trgovine in bančništva.
Storitve postajajo vse bolj pomembne. Operaterji se morajo najprej vprašati «Kakšne storitve
potrebujemo?«, potem pa »Kakšno omrežje je potrebno zgraditi?«. To je zelo pomemben element, ki ga morajo operaterji uporabiti pri pristopu k tretji generaciji. Visoke hitrosti prenosa niso garancija za donosnost oz. dobiček tretje generacije mobilnih sistemov, ampak so to storitve aplikacije in vsebine, ki jih ljudje uporabljajo. Uporabnike je potrebno navaditi na podatkovne storitve in s tem potrebo po višjih hitrostih prenosa v mobilnih sistemih.
Hrbtenično in dostopovno omrežje sedanje generacije mobilnih omrežij (GPRS) je paketno
orientirano in omogoča različno komutacijo, usmerjanje, različne prenosne tehnike; valovnodolžinski multipleks, sinhrono digitalno hierarhijo (SDH), asinhroni prenosni način(ATM) in internetni protokol (IP).

ATM in IP tehnologije se in se bo uporabljala za mobilno dostopovno omrežje in naj bi
zagotavljala učinkovito prenašanje in usmerjanje. Razvoj informacijske infrastrukture privede do razvoja informacijske družbe, ki predstavlja naslednji korak k evoluciji civilizacije. IP tehnologija predstavlja zanetek globalne informacijske družbe (»vse prek IP, IP prek vsega«) in gonilno silo proti novi dobi v civilizaciji. Internet daje veliko prostora za nove storitve in aplikacije. Razvoj interneta in IP tehnologij je pogojen tudi s problemoma, kot sta komunikacija v realnem času in Qos (kakovost storitve). Danes omogoča internet samo omrežno storitev. IP paketi se prenašajo od izvora do cilja po najboljših močeh. V prihodnosti bodo storitve in aplikacije pogojene s trenutnimi zmožnostmi IP tehnologije.
Z novimi napravami bomo lahko telefonirali, brkljali po internetu, brali e-pošto, prirejali
videokonference, e-poslovali, s pomočjo GPS vedeli kje smo, vse skupaj preko protokola IP.
Naprave tretjega rodu bodo križanci med dlančniki, mobilnimi telefoni in programsko opremo, ki jo poznamo iz osebnih računalnikov.

2 IP v mobilnih telekomunikacijah

Pred leti, ko se je pri nas uveljavil NMT, je razvoj mobilne telefonije težil k tem, da je bil človek dosegljiv malo da ne na vsakem koraku. Ko je bil ta cilj dosežen, je šel razvoj naprej k čim boljši kvaliteti prenosa govora ter fizično prijaznejšem rokovanju z mobilnim terminalom. Tako je nastal GSM, ki je bil načrtovan prioritetno za prenos govornega signal, zaradi česar uporablja Tokokrogovno komutacijo. To pomeni, da so kapacitete omrežja uporabniku dodeljene ves čas od vzpostavitve do prekinitve zveze, ne glede na to, ali uporabnik v posameznem trenutku v resnici te kapacitete uporablja ali ne. Poleg govornega signala je bil GSM načrtovan tudi za prenos podatkov. Ta prenos je zadoščal za operaterjeva obvestila namenjena uporabniku, za kar je bil prvotno razvit SMS, ki se je zaradi potencialnih komercialnih pogledov operaterjev razširil na splošno komunikacijo in obveščanje med ljudmi. Naslednji korak pri prenosu podatkov je bil WAP protokol, za večji prenos podatkov pa se je uveljavila tehnika HSCSD. Od tod se je postopoma začela pojavljati potreba po vse večji pasovni širini v namen podatkovnega prenosa. Temu ni več zadoščala Tokokrogovno komutacija. Zato se je razvilo paketno orientirana komutacija. Prvi predstavnik takšnega načina prenosa je trenutno uveljavljena novost GPRS. V Evropi se je pojavila tudi že tehnologija EDGE, ki še zboljša prenos podatkov preko GSM terminala. To je zadnja nadgradnja sistema GSM, kajti na vrata že trka tretja generacija mobilne telefonije, ki bozasnovana prioritetno za prenos podatkov. Prenosne hitrosti, ki jih bodo omogočali sistemi tretje generacije obetajo hiter brezžični dostop do interneta in s tem tudi razvoj podatkovnih komunikacij v mobilnem svetu.

2. 1 IP v omrežju GSM

Kot že prej omenjeno je GSM v osnovni različici načrtovan prioritetno za prenos govornega
signala, ter za prenos podatkov do hitrosti 9,6 k/s. GSM je tokokrogovno komutiran, čigar dobra stran je v tem, da uporabnik v vsakem trenutku ve, kakšne kapacitete so mu na voljo. Neprimerna pa je Tokokrogovno komutacija za kratkotrajne rafalne prenose, ki se pojavljajo pri internetu, saj je draga za uporabnika in neučinkovita za operaterja. Kljub dokaj nizkim hitrostim je GSM primeren za dostop do interneta. Veliko oviro je predstavljala velikost dokumentov na internetu, ki so pisani v jeziku HTML. Nizke hitrosti mobilnih omrežij predstavljajo ozko grlo za prenos takšnih dokumentov, prav tako pa so močno omejene prikazovalne zmogljivosti mobilnih terminalov.

Mobilna telefonija ima določene prednosti, saj omogoča prenos podatkov neodvisno od kraja, po drugi strani pa je hitrost prenosa v primerjavi s fiksnimi ponudniki manjša. Če dostopamo v svetovni splet moramo imeti zagotovljeno vstopno točko pri ponudniku svetovnega spleta (ISP).

Uporabnik z računalnikom in mobilnim telefonom dostopa v mobilno omrežje. Značilnost
mobilnega omrežja je v tem, da je v prvem delu (med bazno postajo in mobilnim telefonom)
nosilec informacije radijski vmesnik (zrak). Radijski nosilec je izredno neugoden medij, saj je
izpostavljen celi vrsti negativnih vplivov (odbojem, interferenci, uklonu). Zato se uporabljajo
različne vrste kodiranja, da nekoliko izboljšamo prenos podatkov. Zaradi tega se podatki prenašajo veliko počasneje, kot po žici, koaksialnem kablu ali optičnem vlaknu. Trenutna hitrost , ki se nudi v GSM omrežju znaša 9,6 kb/s. Seveda to ni hitrost, s katero se prenaša uporabna vsebina, temveč so v tej hitrosti zajeti še fazni korekcijski biti, ki omogočajo zaneslivejši prenos. Sistem GSM omogoča izključno povezavne storitve.

Začetek prenašanja podatkov v GSM omrežju predstavlja storitev pošiljanje kratkih sporočil ali SMS (Short Masage Service). Do 160 znakov dolga sporočila lahko sprejemamo ali oddajamo z GSM telefonom. SMS so zelo primerni za komunikacijo med človekom in strojem, zato se je zadnja leta v svetu pojavila vrsta storitev, ki temeljijo na SMS. Kot primer je SMS info. Tudi preko elektronske pošte je mogoče posredovati sporočila na mobilni telefon. Sistem omogoča, da SMS center posreduje sporočilo na računalnik preko TCP/IP.

3 WAP

WAP (Wireles Application Protocol) predstavlja univerzalen odprt standard in zaseda mesto na stičišču dveh hitro razvijajočih omrežnih tehnologij: brezžičnega prenosa podatkov in interneta, ki v zadnjih letih pridobivata vse več uporabnikov. WAP daje možnost novim storitvam in prihodnjemu pojmovanju interneta, hkrati pa je prvi znanilec zbliževanja mobilnega sveta z internetom. Zaradi specifičnih lastnosti brezžičnega prenosa (ožja pasovna širina, manjša stabilnost in stopnja razpoložljivosti povezave) ter terminalske opreme (manj zmogljive procesne enote, manj spomina, omejena poraba energije, manjši zasloni in poenostavljene vhodne enote) so vsebine posebej oblikovane in podobne osnovnim HTML stranem. Vsebine WAP portala so oblikovane mobilnemu uporabniku primerno. Biti morajo enostavno dostopne in upravljane s čim manj nepotrebnimi informacijami, ter brez bogate grafike in dolgih besedil, kar bi se lahko odražalo v daljših časih prenosa podatkov in posledično daljšemu času trajanju časa seje ter večjim stroškom. Terminal mora biti organiziran v smislu potrjevanja s čim manj vpisovanja črk in znakov. Na WAP združljivem terminalu je mogoče ponuditi pošiljanje in branje e-pošte, telefonski imenik, vremensko napoved, stanje na cestah, dnevne, športne, politične, kulturne novice, bančne in borzne rezultate, TV in kino spored, razne lestvice, mobilno nakupovanje in naročanje, možnost rezervacij, mali oglasi, e-voščilnice, iskalnike spletnih strani in podobne storitve.

 

Slika 1: WAP in dostop do interneta

 

Slika 1: WAP in dostop do interneta

WAP je protokol, ki je neodvisen od transportnega nivoja in odvisen od radijskega nosilca. Zato je primeren za različne naprave in razvijalce aplikacij, ki bodo lahko razvili eno aplikacijo za vsa nosilna omrežja, vse transportne protokole in vse brezžične naprave. WAP določa dva pomembna elementa brezžične komunikacije; to sta protokol aplikacije med dvema točkama (end-to-end apliccation protocol) in okolje aplikacije, ki temelji na brskalniku.

Protokol aplikacije je nivojski protokol komunikacije, ki je vgrajen na vsako napravo, ki dela na osnovi WAP. Na strani omrežja imamo strežnik, ki predstavlja drugo stran komunikacije po istem protokolu, kar omogoča komunikacijo s vsako WAP napravo. WAP Gateway/Proxy je omrežno vozlišče, ki zagotavlja neposredno povezavo med mobilnim omrežjem in strežnikom z internet aplikacijami. Predstavlja dostopovno točko med brezžičnim svetom in internet svetom.

4 Protokoli in sloji

Nad nosilcem je splošen brezžični transportni sloj (WTL –Wireless Transport Layer), ki je
odgovoren za nudenje ustrezne storitve protokolom na zgornjih slojih in transparentno komunicira prek enega od nosilnih storitev.

Naslednji sloj je varnostni brezžični transportni sloj (WTLS – Wireless Transport Layer Security), ki skrbi za avtentikacijo, zasebnost, neokrnjenost podatkov in zavračanje storitev.

Nad WTLS je transakcijski sloj (TL – Transaction Layer). Ta sloj je primeren za mobilne telefone.

Protokol za brezžično transakcijo (WTP –Wireless Transaction Protocol) deluje na manj varnih brezžičnih datagram omrežjih. Nekatere lastnosti WTP so: zahteve za enosmerne in dvosmerne zveze, potrjevanje sprejetih sporočil med uporabniki, združevanje podatkovnih paketov v skupini paket, asinhrone transakcije, tipične za internet aplikacije.

Brezžični sloj seje (WSP – Wireless Session Layer) opravlja storitve seje in upravljanja. WSP
sestavljajo storitve primerne za aplikacije brskanja. Zgornji sloj predstavlja okolje brezžičnih
aplikacij (WAE – Wireless Aplication Environment).

 

 Slika 2: WAP sloji v primerjavi z internetom

Slika 2: WAP sloji v primerjavi z internetom

HTML – HyperText Markup Language WAE – Wireless Aplication Environment
HTTP –HyperText Transfer Protocol WSP – Wireless Session Layer
TCP – Transmission Control Protocol WTP – Wireless Transaction Protocol
UDP – User Datagram Protocol WTLS – Wireles Transport Layer Security
WDP – Wireless Datagram Protocol
SMS – Short Message Service
USSD – Unstructured Supplementary Service Data
CSD – Circuid Switched Data
CDMA – Code Division Multiple Access
GPRS – General Packet Radio Service

5 Nosilna omrežja

WAP protokol je zasnovan za delovanje preko različnih nosilcev, od katerih ima vsak specifične lastnosti glede na kvaliteto storitev, prepustnost, stopnjo napake in zakasnitev. Med trenutnimi nosilci (SMS, USSD, HSCSD, Bluetooth) prednjači tokokrogovno komutirana storitev (CSD) GSM sistema, ki je prerasla v GPRS.

Hitrost prenosa pri tokokrogovno komutirani zvezi je 9,6 kb/s, z razširitvami v kodni shemi pa je mogoče doseči 14,4 kb/s, kar zaenkrat zadošča potrebam pri prenosu WAP datotek, katerih tipičen čas prenosa je sorazmeren z dolžino in traja do 5 s. Ob vzpostavitvi povezave je za začetek WAP prenosa potrebno rokovanje s trajanjem cca. 30 s, to pa omogoča hitrejše odstopanje do začetne strani. Ob branju daljših vsebin, ki zahtevajo več uporabnikovega časa, je časovno okno TDMA strukture še vedno zasedeno. To vodi k večji obremenjenosti mobilnega omrežja in večjim stroškom uporabe, kar zavira hitro širitev WAP-a. Na Japonskem se je kot uspešna implementacija mobilnega interneta pokazala z uvedbo I-Mode-a.

6 HSCSD v sistemu GSM

HSCSD (High Speed Circuid Switched Data) je ena izmed nadgradenj sistema GSM, ki nam nudi učinkovitejši in hitrejši prenos podatkov. Predstavlja pa tudi korak k UMTS-u. Radijski vmesnik uporablja za GSM uporabniško prenosno hitrost 9,6 kb/s. Konfiguracija HSCSD omogoča uporabo združenih prometnih (TCH) kanalov. Namen HSCSD je zagotoviti množico storitev z različnimi uporabniškimi hitrostmi, z uporabo istega transportnega nivoja. Kapaciteta HSCSD, ki je na voljo je nekajkrat večja od kapacitete enega prometnega kanala TCH. Tako se poveča uporabnikova podatkovna hitrost. Nova funkcija je vpeljana v omrežje in mobilni telefon z namenom, da zagotovi združevanje in razdruževanje podatkov v ločena podatkovna zaporedja, ki se preko radijskega vmesnika prenašajo preko n prometnih kanalov, kjer je n = 1,2,3,4,..,8. Razdeljena podatkovna zaporedja se prenašajo s pomočjo n prometnih kanalov, ki so neodvisni drug od drugega. Prometni kanali pripadajo isti HSCSD konfiguraciji, zato se kontrolirajo kot ena sama radijska povezava v omrežju. Pri vzpostavljanju zveze mora uporabnik vstaviti podatek o maksimalnem številu prometnih TCH/F kanalov, spremenljivo kodiranje kanala, možnost drugega tipa modema in vrednosti hitrosti fiksnega omrežja. V kolikor želi uporabnik uporabiti začetno nastavitev maksimalnega števila prometnih kanalov ali želi izvedeti uporabniško hitrost preko radijskega vmesnika med trajanjem zveze, se pri netransparentni HSCSD povezavi dodatno zahteva prikaz uporabnikove hitrosti preko radijskega vmesnika, ter potrebe omrežnega vira. Tako pri transparentnih kot netransparentnih HSCSD povezavah, je zveza lahko vzpostavljena s katerim koli prometnim kanalom. Minimalna zahteva je vedno en prometni kanal. Če zahtevani hitrosti po radijskem vmesniku ne ustreza simetrnična konfiguracija, se lahko izbere asimetrična konfiguracija. Omrežje da lahko v tem primeru prednost zapolnjevanju do zahtevane hitrosti po radijskem vmesniku pri povezavi navzdol. V prvi fazi se predvideva dodelitev največ štirih kanalov v smeri k uporabniku, kar omogoča podatkovno hitrost do 4 x 9,6 kb/s pri navadnem in 4x 14,4 kb/s pri izboljšanem kanalu. Te hitrosti so na voljo le v primeru, če ima operater omrežja na voljo zadosti prostih kapacitet. Uporabniku se dodeli več kanalov simetrično ali asimetrično.

  • WAP (Wireles Application Protocol)

Predstavlja univerzalen odprt
standard in zaseda mesto na stičišču dveh omrežnih
tehnologij: brezžičnega prenosa podatkov in interneta

  • Protokoli in sloji

Brezžični transportni sloj – WTL, varnostni brezžični transportni sloj – WTLS, ransakcijski sloj – TL,  ransakcijski sloj – TL, Brezžični sloj seje – WSP

  • HSCSD (High Speed Circuid Switched Data)

 Je ena izmed nadgradenj sistema GSM, ki nam nudi učinkovitejši in hitrejši prenos podatkov.


GPRS, EDGE in UMTS

Nadgradnja GPRS uvaja v sistem GSM paketni prenos s spremenjenim kanalskim kodiranjem. Z uvedbo GPRS operater ponudi učinkovit brezžični dostop do IP omrežja. EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) je zadnja nadgradnja sistema GSM za nudenje hitrejšega prenosa podatkov. UMTS pa skuša razširiti kapaciteto današnjih mobilnih, brezžičnih in
satelitskih tehnologij in s tem povečati bitni pretok zaradi večjih
potreb storitev, prenoviti radijsko dostopno shemo, ter povečati
celotno omrežje.

7 GPRS v različnih sistemih

7. 1 GPRS v sistemu GSM

Nadgradnja GPRS uvaja v sistem GSM paketni prenos s spremenjenim kanalskim kodiranjem. To pomeni, da omrežje uporabniku ne dodeli kanala za ves čas komunikacije, temveč ga dodeljuje po potrebi za prenos posameznih paketov v skladu s prenosnimi kapacitetami. Tukaj je uporabnik ves čas v stanju pripravljenosti. Ima aktivno zvezo (za prenos podatkov). Takšen način je zelo primeren za rafalne prenose podatkov. Z uvedbo GPRS operater ponudi učinkovit brezžični dostop do IP omrežja. V sistemu se pojavijo nove enote: SGSN (Serving GPRS Support Node), GGSN (Gateway GPRS Support Node) in DNS (Domain Name System), ki predstavljajo IP elemente. SGSN in GGSN opravljata funkcije usmerjanja, mobilnosti, v omrežju GPRS. GGSN vzdržuje informacije o lokaciji mobilnih postaj in deluje kot vozlišče za medsebojno delovanje omrežja GPRS in drugih podatkovnih omrežij (internet). Pri GPRS se prvič pojavi tudi DNS, ki avtomatično preslika simbolična tekstualna imena v interno uporabljene IP naslove. GPRS predstavlja prvi korak k evoluciji omrežja proti »All IP« v mobilnem svetu. Sistem GPRS naj bi omogočal hitrost prenosa do 115 kb/s, v praksi pa lahko računamo na hitrosti od 64kb/s naprej. Med aplikacije, ki jih lahko uporabljamo že danes, uvrščamo video dostop do podatkovnih baz podjetja, informacijske storitve, e-pošto, dostop do spletnih strani, prenos fotografij, prometna poročila, urejanje datotek …

7. 2 GPRS in IP

GPRS tehnologija omogoča uporabniku stalno navidezno povezavo. Seja se vzpostavi le enkrat, sama vzpostavitev pa je zelo hitra in traja do 2 s. Kadar ni potrebe po prenosu podatkov uporabniku seje ni potrebno prekiniti, temveč lahko ostane aktivna, ne da bi s tem obremenila omrežne zmogljivosti. Sprejem ali oddaja podatkov se izvrši takoj ob pojavi zahteve po aktivnosti.

Dostopni čas se v nasprotju s trenutnimi podatkovnimi povezavami (CSD) zmanjša za nekaj
desetink sekunde. GPRS omogoča uporabniku vedno aktivno zvezo, plačuje pa dejansko prenesen promet. To predstavlja očitno prednost pred CSD tehnologijo, kjer uporabnik storitev plačuje glede na uporabljen čas. Slabost tarifiranja na opravljen promet z GPRS paketom kot osnovno enoto je v tem, da uporabnik nima nadzora nad številom prenesenih paketov in s tem povezanimi stroški.

GPRS uvaja v sistem GSM nove omrežne elemente, ki tvorijo paketni del omrežja, za ostali del omrežja pa je potrebna programska nadgradnja. V kontroler baznih postaj (BSC – Base Station Control) se vgradi nova enota imenovana paketna krmilna enota (PCU – Packet Control Unit) in v bazno postajo (BTS – Base Transceiver Station) nova enota, ki jo imenujemo (CCU – Chanel Codec Unit). PCU se uporablja za usmerjanje paketnega prometa.

Potrebna je programska nadgradnja je pri mobilnem komutacijskem centru (MSC/VLR), registru domačih naročnikov (HLR), ter bazni oddajno-sprejemni postaji (BTS). Nove enote so: strežno podporno vozlišče GPRS (SGSN), prehodno podporno vozišče GPRS (GGSN) in strežnik domenskih imen (DNS). Ti elementi predstavljajo IP elemente.

Strežnik imenskih domen so uporabljeni za preslikavanje logičnih imen v IP naslove. Pomembne so preslikave imen dostopovne točke (APN – Access Point Name) v IP naslov GGSN in kode usmerjevalnih področij (RAC – Routing Area Code) v IP naslov SGSN. Strežno podporno vozlišče GPRS je na enakem nivoju v hrbtenici omrežja, kot mobilni komunikacijski center. Ima dostop do domenskega strežnika za pretvorbo naslova. Skrbi za GPRS uporabnika, ki se giblje po mreži. Opravlja overovitev, avtorizacijo, tuneliranje do prehodnopodpornega vozišča GPRS, prepletanje in kompresijo. Upravlja z mobilnostjo in sejami, sodeluje z registrom domačih naročnikov in mobilnim komunikacijskim centrom. Opravlja tarifiranje in izdeluje razne statistike. Služi kot vmesnik za nastavljanje in vzdrževanje. Prehodno podporno vozlišče GPRS (GGSN) je vmesni člen do drugih omrežij IP oz. vmesni člen do drugih podatkovnih omrežij (internet). Za zunanja omrežja deluje kot usmerjevalnik (router).

Njegova naloga je zbiranje podatkov o končnem uporabniku in pošiljanje teh podatkov do pravega strežno podpornega vozlišča GPRS (SGSN), hkrati pa skrbi za usmerjanje paketov mobilnih uporabnikov.

Slika 3: Primer kako je GPRS omrežja sestavljeno

Slika 3: Primer kako je GPRS omrežja sestavljeno

7. 3 GPRS in IP povezljivost

GPRS IP povezljivost nudi:

  • komunikacijo med različnimi deli GPRS sistema, ki vsebuje: mobilno postajo (MS), strežno podporno vozlišče (SGSN), predhodno podporno vozlišče (GGSN),
  • administrativne gostitelje in gostitelje, ki nudijo internetne storitve, komunikacijo z internetom.

Dva različna sloja IP komunikacije predstavljata dva različna tipa komunikacije:

  • IP komunikacija z GPRS omrežjem, za signalizacijo in upravljanje,
  • uporabniška IP komunikacija.

GPRS sistem nudi IP povezljivost med mobilno postajo in gostiteljem internetnih storitev z uporabo GSM standardov. Podatkovni pretok je osnovan na IP. Vmesnik, ki komunicira z uporabo IP protokola mora imeti IP naslov za identifikacijo. GPRS uporablja IP protokol za promet do končnega uporabnika in za sistemski promet. Tako mora imeti mobilna postaja in sistemske komponente IP naslov. IP naslov, ki se uporablja v GPRS za sistem in za komunikacijo do končnega uporabnika, je lahko javen, zaseben, dinamičen ali statičen.

 

 Slika 4: Primer PCMCIA kartice 

Slika 4: Primer PCMCIA kartice, , ki nam omogoca povezovanje v internet preko GPRS

8 EDGE

EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) je zadnja nadgradnja sistema GSM za nudenje
hitrejšega prenosa podatkov. Tukaj se predvideva sprememba modulacije. V GSM se uporablja modulacija z minimalnim frekvenčnim pomikom, z Gaussovim filtriranjem GMSK. Zaradi boljših razmer je na prenosni poti možno dodati tudi manj robustno modulacijo 8-PSK, kjer z enim simbolom opišemo 3 bite. To omogoča teoretično trikrat višje hitrosti. Pri EDGE se predvideva 12 novih načinov kanalskega kodiranja. Izboljšan format modulacije zahteva višjo kvaliteto radijskega signala, s tem pa večje število baznih postaj in višjo investicijo v infrastrukturo. Predvidena sta oba načina komutacije, tako tokokrogovna, kot tudi paketna. EDGE naj bi omogočil podatkovne hitrosti do 384 kb/s.

9 UMTS

9. 1 Zakaj UMTS?

Informacijska družba je začela rasti z sedanjim stoletjem, uporabniki podatkovnih in
telekomunikacijskih storitev pričakujejo in zahtevajo, da bodo nekatere storitve dosegljive oz. se bodo selile izven pisarn ali doma.

Multimedijske storitve zahtevajo prenos v realnem času. Brezžične in mobilne komunikacije so neglede na njihov razvoj še vedno omejene glede podatkovnih hitrosti. Prihodnost mobilnih komunikacij je v tem, da uporabniku nudi nekaj novega. Da bodo mobilni sistemi sposobni upravljanja in velikega pretoka informacijskih storitev do uporabnika. UMTS je eden od glavnih sistemov tretje generacije mobilnih sistemov, ki je bil razvit z okvirnim delom institucij in bil določen za International Telecommunications Union (ITU), poznan je kot IMT-2000.

UMTS ima podporo pri veliki večini telekomunikacijskih operaterjev in proizvajalcev opreme, kajti predstavlja veliko možnost razvijanja trga in prijaznega mobilnega dostopa do informacijske družbe. UMTS skuša razširiti kapaciteto današnjih mobilnih, brezžičnih in satelitskih tehnologij in s tem povečati bitni pretok zaradi večjih potreb storitev, prenoviti radijsko dostopno shemo, ter povečati celotno omrežje.

Del ITU IMT-2000 družine, predstavlja sestavni del informacijske družbe. UMTS je snovan na
razvoju obstoječega mobilnega telekomunikacijskega sistema. Poskuša biti prilagodljiv za
uporabnika, omrežnega operaterja in ponudnika storitev.
Razvoj UMTS naj bi bil podoben razvoju GSM in naj bi se postopoma razvijal 5 do 10 let.

9. 2 UMTS in IP

UMTS je veliko več kot celični mobilni sistem – je pisarna v gibanju. Osnovna gradnika
dostopovnega radijskega omrežja (RAN) sta bazna postaja Node Bs (v GSM sistemu: BTS) in
radijski omrežni kontroler (RNCs – Radio Network Controller), (v GSM sistemu: BSC).
Dostopovno omrežje UTRAN sestavlja več podsistemov, ki so vsak prek svojega vmesnika Iu
povezani z nosilnim omrežjem. Podsistem (RNS – Radio Network Subsystem) sestavlja ena
kontrolna enota RNC in ena ali več baznih postaj Node Bs. Med slednjima je definiran vmesnik Iub in se ujema Abis pri GSM/GPRS sistemu. Bazna postaja, ki lahko pokriva eno ali več celic, lahko omogoča časovno dupleksi (TDD), frekvenčno dupleksi (FDD) način, ali oba načina dostopa do uporabniškega kanala. Preko vmesnika Iur je možna komunikacija med dvema podsistemoma radijskega omrežja (RNS) dostopovnega omrežja UTRAN. To je novo v primerjavi z dostopovnim omrežjem GSM, kjer primerljiv vmesnik ne obstaja. Ta povezava je lahko neposredna ali posredna preko primernega transportnega omrežja. Vsak podsistem upravlja z radijskimi kapacitetami celic, ki so v ta podsistem vključeni. Za vsako povezavo med mobilnim terminalom in dostopovnim omrežjem je definiran en podsistem radijskega omrežja (RNS), kot strežni podsistem radijskega omrežja (SRNS – Serving Radio Network Subsystem), ki je odgovoren za radijsko povezavo med mobilnim terminalom in dostopovnim omrežjem. Če so potrebe večje, je po potrebi definiran tudi namenski podsistem radijskega omrežja (DRNS – Drift Radio Network Subsystem), kot jih zagotavlja SRNS oz. kadar mobilni uporabnik prehaja med dvema celicama. V tem primeru je
SRNS tisti, ki zagotavlja vmesnik Iu do nosilnega omrežja.

 

Slika 5: UMTS omrežna arhitektura

Slika 5: UMTS omrežna arhitektura

V prvi fazi se bo IP tehnologija pojavila v hrbteničnem omrežju med GGSN in SGSN, kasneje se bo vpeljal IP v radijsko dostopovno omrežje do posamezne bazne postaje. Neizogibna rešitev bo privedla do migracije od TDM proti ATM do »All IP«. Iz mobilne storitvene perspektive, govor in multimedija prek paketnega omrežja odpira veliko področje novih možnosti.

9. 3 IP Arhitektura za UMTS

Bodoče širokopasovne storitve bodo podatki in multimedijske storitve. IP bo postal konvergenčni sloj za govor, podatke in multimedijske storitve tako za fiksne kot za mobilne aplikacije. S tem se bo povečala omrežna učinkovitost in poenostavila omrežna arhitektura. IP protokoli so prirejeni za podatkovne komunikacije (potrebno je rešiti problem komunikacij v realnem času). Internet omogoča eno samo omrežno storitev, namreč prenos IP paketov od izvora do cilja po najboljših zmožnostih. Taka omrežna arhitektura je povsem ustrezala za delovanje večine elastičnih aplikacij, kot so: www, ftp, e-pošta in e-novice. Pojavljajo se aplikacije, ki zahtevajo prenos v realnem času.

Te aplikacije zahtevajo strožje zahteve do omrežja: podatkovni paketi morajo biti dostavljeni v določenih časovnih mejah, da so v sprejemniku sploh lahko uporabljeni za rekonstrukcijo
predvajanega signala. Z veliko razširjenostjo IP aplikacij v realnem času je potrebno dostaviti IP pakete s čim manjšimi zakasnitvami oz. vpeljati kvaliteto storitve QoS v današnja IP omrežja.

Skupina za razvoj interneta (IETF – Internet Engineering Task Force) je definirala dve arhitekturi, ki omogočata vpeljavo kontrole kakovosti storitev v IP omrežjih. Arhitektura diferenciranih storitev zagotavlja QoS v IP okolju. Ta koncept združuje pakete iz različnih izvorov v več razredov storitev in jih obravnava na razred, kateremu pripadajo. Usmerjevalnikom omogočajo, da nastavljajo prednostna polja v paketih IP za različne razrede storitev. Arhitektura integriranih storitev naj bi zagotovila podporo kakovosti storitev v arhitekturi IP. Tukaj se predvideva protokol za rezervacijo virov (RSVP – Resource Reservation Protocol). Za signalizacijo v arhitekturi integriranih storitev (Int-Serv) je zahtevana signalizacija od konca do konca. Arhitekturo sestavljajo trije modeli. Datagramska storitev je najboljša obstoječa možna storitev (best-effort).

Storitev ob nadzirani obremenitvi (controlled load) zagotavlja pasovno širino, ne glede na
obremenitev omrežja, ne jamči pa za zakasnitev in na njeno nihanje. Zagotovljena storitev
(guaranteed) je namenjena najzahtevnejšim aplikacijam in je podobna konstantnemu bitnemu pretoku (CBR) v omrežju ATM. Int-Serv uporablja za zagotavljanje QoS naslednje funkcije:

  • krmiljenje dostopa, usmerjevalne algoritme, postopke razvrščanja v čakalne vrste, ter politiko
  • zavračanja paketov.

IP bo protokol, ki bo navzoč povsod, tako v mobilnem terminalu, kot v omrežju (hrbteničnem in dostopovnem – v žičnem in brezžičnem svetu). V IP svetu bodo imeli uporabniki popolno IP povezavo. S pomočjo mobilnih komunikacij bodo storitve dosegljive na vsakem koraku (vedno povezani, vedno v pripravljenosti).

Za operaterje bo imelo omrežje »All IP« več prednosti:

  • večji prenosni izkoristek – paketno orientirane tehnologije nudijo bolj učinkovito uporabo povezav,
  • oddaljen dostop s pomočjo IP – varno, navidezno, privatno omrežje (VPN) nudi
  • znaten prihranek za podjetja in osebne porabnike,
  • poenostavi in zniža stroške – lažje upravljanje z omrežjem, zahteva manj kapitala,
  • zniža obratovalne stroške,

Nove in boljše prenosne tehnologije je lažje uvesti v omrežje, IP za nove aplikacije in storitve.

Z uvajanjem usmerjevalnikov, ki bodo optimizirani za uporabo v mobilnih omrežjih, je odprta
nova era za mobilni IP. Real-time usmerjevalniki bodo omogočili popolno podporo »All IP«
omrežja. Dostopovne povezave v sedanjih mobilnih omrežjih so 2 Mb/s. Na teh povezavah majhni paketi in paketi, ki so občutljivi na zakasnitve, tekmujejo za pasovno širino z večjimi podatkovnimi paketi, ki imajo večjo prioriteto. Kot primer, če visoko prioritetni govorni paket dospe do usmerjevalnika na 384 kb/s povezavi, ko le ta začne prenašati velik podatkovni paket, potem govorni paket sprejme tveganje zakasnitve. Takšen način je nespremenljiv, zato mora biti v usmerjevalnikih implementiran učinkovit mehanizem, ki zagotavlja prenos nizko prioritetnih paketov, ki ne bodo neupravičeno blokirali oz. povzročali zakasnitve govornih paketov.

10 Mobilne generacije in njeni standardi:

Razvoj mobilnih omrežij delimo na generacije :

Prva generacija(1G)

  • NMT – Nordic Mobile Technology
  • AMPS – Advanced Mobile Phone Services

Druga generacija(2G)

  • GSM – Global System for Mobile communication
  • CDMA – Code Division Multiple Access
  • TDMA – Time Division Multiple Access
  • PDC – Pesonal Digital Cellular

Druga in pol generacija(2,5G)

  • HSCSD – High Speed Circuit Switched Data
  • GPRS – General Packet Radio Service
  • EDGE – Enhanced Data Rates for Global Evolution

Tretja generacija(3G)

  • UMTS – Universal Mobile Telecommunications System
  • IMT-2000
  • W-CDMA

Slika 6: porast mobilne generacije v grafu

Slika 6: porast mobilne generacije v grafu

Prehajanje tehnologije

Slika 7: prehajanje tehnologije

Slika 7: Prehajanje tehnologije

 

11 Viri

  1. Ivo Kranjcevic: Uvedba GPRS, http://www.mobitel.si/images/pripone/uvedba-GPRS.ppt, 28.8.2007
  2. Wikipedia: GPRS, http://en.wikipedia.org/wiki/GPRS, 28.8.2007
  3. Dejan Frlež : Hitre telekomunikacije zveze, http://scp.s-scptuj.mb.edus.si/~murkos/Seminarske%20naloge%20-%20ucenci/Seminarske%20naloge%202003_2004/Dejan%20Frlež/Oddal%20v%20pregled%206_5_2004.doc , 28.8.2007
  4. IT-Akademija.net: Mobilne tehnologije in storitve, http://www.it-akademija.net/pr_mobilnost.pdf, 28.8.2007
  5. Webopedia.com: GPRS, http://www.webopedia.com/TERM/G/GPRS.html, 28.8.2007
  6. Mobile-phones-uk.org: GPRS, http://www.mobile-phones-uk.org.uk/gprs.htm, 28.8.2007
  7. Searchmobilecomputing.techtarget.com: Definiton GPRS,
  8. http://searchmobilecomputing.techtarget.com/sDefinition/0,,sid40_gci213689,00.html, 28.8.2007
  9. Geekzone.co.nz: GPRS, http://www.geekzone.co.nz/content.asp?contentid=207 , 28.8.2007
  10. Comtechm2m.com: GPRS tutorial, http://www.comtechm2m.com/m2m-technology/gprs-tutorial.htm, 28.8.2007
  11. Asja.cnet.com: GPRS, http://asia.cnet.com/reviews/handphones/0,39001719,39060160,00.htm, 28.8.2007
  12. Andrej Vrtačnik, Jože Pavlic: GPRS, http://ldos.fe.uni-lj.si/slo/03_Lectures/63_MTK/2001-02/PavlicVertacnik.pdf, 28.8.2007
  13. Mobitel: Cenik Cenik paketnega prenosa podatkov GPRS,
  14. http://www.mobitel.si/slo/Ponudba/GSMnarocniki/Ponudbainceniki/Storitve/Prenospodatkov/PaketniprenospodatkovGPRSinUMTS/Zasebniuporabniki/default.asp, 28.8.2007
  • GPRS

GPRS tehnologija omogoča uporabniku stalno navidezno povezavo. Seja se
vzpostavi le enkrat, sama vzpostavitev pa je zelo hitra in traja do 2s.

  • EDGE

Predvideva se sprememba modulacije kodiranja. Zaradi boljših razmer je na prenosni poti možno dodati tudi manj robustno modulacijo 8-PSK

  • UMTS

UMTS predstavlja veliko možnost razvijanja
trga in prijaznega mobilnega dostopa do informacijske družbe.

DELI
Prejšnji članekPriprava radijskega intervjuja
Naslednji članekStrojni inženirji kot nosilci napredka tudi v 21. stoletju

Uroš Logar je študent na Višji strokovni šoli Academia. Predstavljeno delo je pripravil kot seminarsko nalogo pri predmetu "Praktično izobraževanje 1" študijskega programa multimediji v šolskem letu 2006/2007.