VANNAI, NándorVANNAI, Nándor

GGeneral eneral PPacket acket RRadio adio SServiceervice

2

Csomagkapcsolt adat-hálózatCsomagkapcsolt adat-hálózatPSPDNPSPDN

0191

0193

0196

0201

01920190

0200

01990195 0194

0197

0198

3

GSMGSM : : GPRSGPRS : : UMTSUMTS 2G 2G : : 2,5G2,5G : : 3G3G

USIM UE BS BS BS RNC SGSN GGSN

BG

PSTNPSTNISDNISDNCSPDNCSPDN

SIM MT BTSBTSBTS BSC

IW-SMS

GW-SMS

GMSC

EIR HLR

AuC

MSC

VLR

PSPDNPSPDNIntranetIntranetInternetInternet

4

GSMGSMTime Division Multiple AccessTime Division Multiple Access

BCCH

TCH4

TCH5

TCH6

TCH3

TCH1

TCH2

TCH7

BTS

DOWNLINK

UPLINK

segment = 0,577 msec

round = 4,6 msec

5

DOWNLINK

TCh

TCh

TCh

TCh

TCh

CCh

CCh

TCh

Áramkörkapcsolt adatátvitelÁramkörkapcsolt adatátvitelCircuit Switched data (CS) Circuit Switched data (CS)

6

DOWNLINK

PDTCh

TCh

TCh

TCh

TCh

CCh

CCh

TCh

PD

Csomagkapcsolt adatátvitelCsomagkapcsolt adatátvitelGeneral Packet Radio ServiceGeneral Packet Radio Service

7

Radio burst (csomag), blockRadio burst (csomag), block

200 bursts / sec

TB3

SF1

TRAINING26

SF1

DATA57

TB3

GUARD8,25

148 bits

156,25 bits = 0,577 ms

DATA57

DATA = 2*57 = 114 bits / burst

Max. speed = 200 * 114 = 22,8 kb/s 456 bits / block

BlockBurst

8

Transport Layer

Process Layer

OSI modelOSI model

ApplicationApplicationApplicationApplication AH Data

PresentationPresentationPresentationPresentation PH Data

SessionSession

TransportTransport

SessionSession

TransportTransport

SH Data

TH Data

NetworkNetwork

LinkLink

PhysicalPhysical

NetworkNetwork

LinkLink

PhysicalPhysical

NH Data

LH Data

PH Data

9

DemoDemo

Channel coding

10

GPRS csatornakGPRS csatornakódolásódolásCS-1 : 9,05 kb/s CS-1 : 9,05 kb/s

3+5 176

Header Data block

456

1/2 Convolutional coding

114 114 114 114

Punctured bits = 0 456 - 0 = 456 => 22,8 kb/s

BCS + Tail = 228

3 181 440

Pc. USF + Data block +Block coding 181*50=9,05 kb/s

22 bytes * 8 bits = 176 bits 0

Data block Spare

176*50=8,8 kb/s

11

GPRS csatornakGPRS csatornakódolásódolás CS-2 : 13,4 kb/sCS-2 : 13,4 kb/s

1/2 Convolutional coding

588

114 114 114 114

Punctured bits = 132 588 - 132 = 456 => 22,8 kb/s

3+5 256

Header Data block

BCS + Tail = 294

6 268 416

Pc. USF + Data block +Block coding 268*50=13,4 kb/s

32 bytes * 8 bits = 256 bits 7

Data block Spare

256*50=12,8 kb/s

12

GPRS csatornakGPRS csatornakódolásódolás CS-3 : 15,6 kb/sCS-3 : 15,6 kb/s

676

1/2 Convolutional coding

114 114 114 114

Punctured bits = 220 676 - 220 = 456 => 22,8 kb/s

3+5 304

Header Data block

BCS + Tail = 338

6 312 416

Pc. USF + Data block +Block coding 312*50=15,6 kb/s

38 bytes * 8 bits = 304 bits 3

Data block Spare

304*50=15,2 kb/s

13

GPRS csatornakGPRS csatornakódolásódolás CS-4 : 21,4 kb/sCS-4 : 21,4 kb/s

No Convolutional coding is done

114 114 114 114

Punctured bits = 0 456 - 0 = 456 => 22,8 kb/s

3+5 416

Header Data block

BCS + Tail = 456

12 428 016

Pc. USF + Data block +Block coding 428*50=21,4 kb/s

52 bytes * 8 bits = 416 bits 7

Data block Spare

416*50=20,8 kb/s

14

A protokoll overhead-ek hatása az A protokoll overhead-ek hatása az előfizető által érzékelt sebességreelőfizető által érzékelt sebességre

2 és 4 TS-ot használó mobillal CS2 kódolással átvitt adatok sebessége a különböző rétegeken

Radio layer

Radio link

Logical link

SNDCP

4 TS (CS2)

TCP/IP

Applicationdata

2 TS (CS2)

53.6 kb/s

46.4 kb/s

45.24 kb/s

44.64 kb/s

44.44 kb/s

26.8 kb/s

23.2 kb/s

22.62 kb/s

22.32 kb/s

22.2 kb/s

20.44 kb/s 40.88 kb/s

15

1

CS-1 9.05 kb/s ~ 6CS-1 9.05 kb/s ~ 6

EllEllátási területátási terület

C/I (dB) C/I (dB) 2

CS-2 13,4 kb/s ~ 9 CS-2 13,4 kb/s ~ 9

3

CS-3 15,6 kb/s ~ 12CS-3 15,6 kb/s ~ 12

Coding Coding

CS-4 21,4 kb/s ~ 17 CS-4 21,4 kb/s ~ 17

4

16

EllEllátási terület átási terület

9,05 kb/s9,05 kb/s

13,4 kb/s13,4 kb/s

15,6 kb/s15,6 kb/s

21,4 kb/s21,4 kb/s

17

Csatorna hatékonysCsatorna hatékonyságág

Maximális sebesség 22,8 kb/s

Beszéd 13 kb/s 57 %

CS data T 9,6 kb/s 42,1%

HSD 14,4 kb/s 63,2 %

CS-1 9,05 kb/s 39,7 %

CS-2 13,4 kb/s 58,8 %

CS-3 15,6 kb/s 68,4 %

CS-4 21,4 kb/s 93,8 %

18

GPRS mobil készülékekGPRS mobil készülékekMobil osztályokMobil osztályok forgalomkezelés szerint forgalomkezelés szerint

–Class A– Mind CS, mind PS kapcsolat és kommunikáció

lehetséges egyidőben legalább 1 TS-on– A CS és PS szolgáltatás kezelése független

egymástól

–Class B– Mind CS, mind PS kapcsolat, de kommunikáció,

illetve adatátvitel egy időben csak az egyik módon lehetséges

– A PS kommunikáció automatikusan felfüggesztődik a CS idejére, majd folytatódik

–Class C– Vagy CS vagy PS eszköz. Manuálisan választható.

PS üzemmódban CS forgalomra nem használható, és viszont.

19

GPRS mobil készülékekGPRS mobil készülékekMobil típusok Mobil típusok multislot kapacitásmultislot kapacitás

(Multislot Capability) szerint(Multislot Capability) szerint

**

*

*

20

GPRS mobil állapotaiGPRS mobil állapotai

–Idle State:– A MS be van kapcsolva, de a GPRS hálózat számára

“láthatatlan”, az SGSN semmit nem tud a hollétéről»Nem volt még GPRS Attach»GPRS ellátási területen kívül került (pl. olyan cellába, ahol nincs

aktiválva a GPRS, vagy pl. GSM ellátás sincsen)

–Ready State: Packet Transfer Mode vagy Packet Idle Mode»adatátvitel folyamatban van, vagy nemrég fejeződött be»az SGSN-ben cellaszintű információnk van a mobil helyzetéről»ha új csomagot kell küldeni a MS-nek, nincs szükség Paging-re,

mivel az SGSN tudja, melyik cellán kell csatornát foglalni»A Ready Timer lejárta után Standby státuszba kerül

–Standby State: A mobil GPRS Attach állapotban van, azaz:

– RA szintű Paging-re van szükség a MS megszólításához– RA Update üzenetet küld a MS a hálózatnak, ha

»másik RA-ba kerül»lejár a periódikus RA Update időzítő

STANDBY

READY

IDLE

GPRS Attach

GPRS Detach

Ready Timer expiry or Force to STANDBY

PDU Transmission

MM State of MS

21

Rádiós csatorna-allokációRádiós csatorna-allokációDL TBFDL TBF

felépítéséből adódó késleltetésfelépítéséből adódó késleltetés

BSC/PCU`

MS

TE

SGSN GGSNIP N/WFR N/W

Gb Gn Gi

MS150 ms

TBF Setup1000 ms

200 ms Over air delay

SGSN/GGSN<50ms

Elsőcsomag= 1.4s

<0.5s

<0.5s

Továbbicsomagok:

200 ms <50ms100ms

200 ms <50ms100ms

BTSBTS

Forrás: Motorola 2000 október: A számértékek valószínűleg nem aktuálisak már, de a nagyságrendek hasonlóak lehetnek, a folyamat pedig nem változott.

22

Rádiós csatorna-allokációRádiós csatorna-allokációUL TBFUL TBF

felépítéséből adódó késleltetésfelépítéséből adódó késleltetés

BSC/PCU`

MS

TE

SGSN GGSNIP N/WFR N/W

Gb Gn Gi

MS250 ms

400ms TBF Setup

400ms Over air delay

SGSN/GGSN<50ms

Első csomag= 1.1s

<0.6s<0.6s

Továbbicsomagok:

400ms <50ms100ms

400ms <50ms100ms

BTSBTS

Forrás: Motorola 2000 október: A számértékek valószínűleg nem aktuálisak már, de a nagyságrendek hasonlóak lehetnek, a folyamat pedig nem változott.

23

Rádiós csatorna-allokációRádiós csatorna-allokációPDCH foglalásPDCH foglalás

• Fix vagy dedicated PDCH allokáció. Cellánként meghatározható, hogy legalább mennyi PDCH-t szeretnénk PS forgalomra fenntartani maximum 8 fix PDCH lehet egy cellában

– Fix allokáció esetén leteséges az első dedikált PDCH-t “Master” -nek definiálni, így konfigurálható PBCCH a cellában

– Ha nincs kihasználva a fix PDCH PS forgalomra, akkor sem lehetséges CS forgalmat kezelni vele

• Dinamikusan a BSS annyi (on demand) PDCH-t definiál egy GPRS-t támogató cellában, amennyire szükség van

– Ez befolyásolható a TBF_UL_LIMIT és TBF_DL_LIMIT BSC szintű paraméterekkel

– Csak annyi időre konfigurálódnak PS használatra a dinamikus PDCH-k, ameddig használják PS adatátvitelre.

24

Átviteli sebességet befolyásoló Átviteli sebességet befolyásoló tényezők:tényezők:

CS hívások TS kiosztása és a MCCS hívások TS kiosztása és a MC• A GPRS mobilok Multislot Capability -jüknek megfelelően csak

adott számú, egymás melletti TS-ot tudnak összevontan használni

– A CS forgalom kezelésében véletlenszerű a TS kiosztás

» 10 mp felbontású negyed órás TS használati eloszlás egy 4 TRX-es budapesti celláról:

25

PS forgalom “maradék” PS forgalom “maradék” kapacitása cella szintenkapacitása cella szinten

Feltételezések, egyszerűsítések– A csatornaátkonfigurálás ideje elhanyagolható (kb. 200 ms)

– A CS forgalom egymás melletti TS-okat foglal (a valóságban ez véletlenszerű)

– A GPRS mobilok mindig optimálisan ki tudják használni arendelkezésre álló TS-okat

2468

10121416182022

Channels available to GPRS users

Channels used by speech users

Idő

GPRScapablechannels

Non-GPRScapablechannels

Kiszolgált CSforgalom

A GPRS számárapillanatnyilagfennmaradócsatornák

Csatornaszám acellában

26

GPRS hálózatGPRS hálózat

A’’

BTS

BTS

BSCPCUPCU

Frame Relaybackbone

Gb

Gb

Multi -serviceIP backbone

Gn

Gn

GGSNGGSN

GGSNGGSN

Gi

Gi

Multi -serviceIP backbone

ISP

HostRadius

Corporate

HostRadius

GpOther PLMNs

SS-7

BSCPCUPCU

A’’

BTS

BTS

SGSNSGSN

SGSNSGSN

GPRS Management

PXMBGwNTPDNS

A

MSC/VLR

Gs

SMSGW-MSC

Gd

HLR

Gr

28

GPRS SzolgGPRS Szolgáltatásokáltatások

– WAP

– Intranet

– Internet

– SMS

– Authentikáció

– Titkosítás GEA1-2

– SIM, GPRS Kc, GPRS RAI,

29

Csomagkapcsolt hálózatCsomagkapcsolt hálózatIP címekIP címek

– AZ Internethez csatlakozó valamennyi eszközt individuális IP címen lehet elérni

– Regisztrált Publikus IP címek díjmentesek voltak a 90-es évek közepéig

– Új címzési model, bevezették a privát cím tartományt• a privát cím csak a magán hálózaton belül használható, az

Internetről nem lehet elérni

• a privát hálózat és az Internet között megjelent a NAT (Network Address Translation) funkció, amit gyakran a Firewall funkcióval egy eszközként implementálnak

30

Csomagkapcsolt hálózatCsomagkapcsolt hálózatIP címekIP címek

Host #BitHálózat#bitCím eleje

240-255E

224-239D

2568209715221192-223C

65536161638414128-191B

167772162412870-127A

IP cím (IP v4):

32 bites szám, 8 bitenként csoportosítva

Foglalt

Multicast

Host címHálózati cím

1 0

1 1 0

1 1 1 0

1 1 1 1

Hálózati cím

Hálózati cím

Host cím

Host cím

0

31

Csomagkapcsolt hálózatCsomagkapcsolt hálózatInternet ProtocolInternet Protocol

Irányított hálózat

Route táblák:

10.1.255.34255.255.240.010.1.255.32

193.224.117.23255.255.255.0193.224.117.0

193.224.117.200255.255.255.0193.224.112.0

Next HopMaskDestination

ATM

Token-Ring

Ethernet

Server

Computer

Router

Workstation

Router

32

User PC10.4.202.136

(private)

NATFirewall

158.230.100.101(registered)

10.122.23.45(private)

Web Server193.34.122.58(registered)

From 10.4.202.136To: 193.34.122.58

From 158.230.100.101To: 193.34.122.58

From 193.34.122.58To: 158.230.100.101

From 193.34.122.58To: 10.4.202.136

Web request Web request

Web response Web response

Private IP Addressing Public IP Addressing

PrivPrivát és regisztrált át és regisztrált IP IP címekcímekNAT, FirewallNAT, Firewall

(NAT in a web request & response)(NAT in a web request & response)

Csak akkor működik ha a User PC küldi a kérést, a push irány nem működik

A mobil világban nagy az igény a push tecnikára,

33

IP IP címekcímekPrivate, Registered, NAT, FirewallPrivate, Registered, NAT, Firewall

WAPPhone

WAPGateway(Proxy)

InternetWAP Server

Binary WMLFormat

Encoded WAP request

WAP request

Encoded WAP response

WAP response

LocalWAP Server

WAP request

WAP response

WMLFormat

Firewall withNAT

NAT

RegisteredAddressing

Private Addressing

34

Access Point NameAccess Point Name

Az előfizető által elérhető szolgáltatást definiálja

Kiválasztható:A mobiltelefonrólA HLR-bőlA SGSN-ből

Formátum:alma.körte.barack.mncXXX.mccYYY.gprs

35

GPRS hálózat felépítéseGPRS hálózat felépítéseDomain Name SystemDomain Name System

GGSNGGSN

Multi-serviceIP backbone

Gn

SGSN

DNS resolver

DNS cache

DNS root serverPrimary

DNS root serverSecondary

GGSNGGSN

Gn

Gi

Gi

2

1

3

4

5

Corporate A

HostRadius

Corporate B

HostRadius

10.7.2.2

10.7.2.1

36

Domain nDomain név feloldásév feloldás

Callinghost

RootServer

One of 13

TLDServerfor .hu

SLDServerfor .co

xyz.co.hu

Where is .hu ?

IP address of server for .hu

Where is .co.hu ?

IP address of server for .co.hu

Where is xyz.co.hu ?

IP address of server for .xyz.co.hu

Time

37

Inter PLMN BackboneInter PLMN Backbone

Operator A

Operator B

Operator E

Operator D

Operator C

BorderGateway

Firewall

Border

Gateway

Router

Router

GRX Network 1

Leased lines

GRX Network 2

GRX Network 2

Firewall

Internet

38

GPRS roamingGPRS roamingLocal access, Home accessLocal access, Home access

BTSBSC

SGSN

GGSN

Internet

VISITEDOperatorPLMN

FW

BTS BSCSGSN

HOMEOperatorPLMN

BG

BG

RootDNS

DNS

Inter-PLMNBackbone

DNS

GGSN

HPLMN

VPLMH

FW

Border Gatewayconnects autonomousIP networks together

VisitorVisitor

Local access

Home access

39

SzámlázásSzámlázás

PacketData

NetworkGPRS Network

S-CDR M-CDR

S-SMT-CDR S-SMO-CDR

G-CDR

GPRS backbone

GGSNsSGSNs

BillingBilling System System BillingBilling System System

Billing Gateway

Charging Gateway

40

GPRS cellaváltás hatása az GPRS cellaváltás hatása az adatátviteli sebességreadatátviteli sebességre

41

GPRS cellaváltás hatása az GPRS cellaváltás hatása az adatátviteli sebességreadatátviteli sebességre