|
GPRS - pakietowa transmisja danych w telefonii komórkowej
Standardy transmisji danych cyfrowych przez GSM
Jeszcze do niedawna jedynym sposobem przekazu danych cyfrowych przez sieci komórkowe standardu GSM była transmisja danych z komutacją kanałów (łączy), standardowo ograniczona do szybkości 9,6 kb/s (standard V.32). Opracowany przez instytut normalizacji ETSI (European Telecommunication Standards Institute) pierwszy standard szybkiej bezprzewodowej transmisji komórkowej HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) pozwala na łączenie ze sobą kilku kanałów sieci GSM 900/1800 w celu uzyskania wyższej (57,6-115,2 kb/s) przepływności dla danych transmitowanych z komutacją obwodów. Nie jest to wielkość zapewniająca pełną szybkość zintegrowanej sieci cyfrowej zbliżoną do przepływności w sieciach ISDN (64 lub 144 kb/s), ale już umożliwia w miarę efektywne zestawianie dwóch kanałów typu B standardu ISDN z dostępem podstawowym. Zasadniczą wadą przekazów w standardzie HSCSD jest jednak konieczność przyporządkowania związanych w ten sposób kanałów wyłącznie jednemu użytkownikowi. Dzieje się tak przez przydzielanie jednemu użytkownikowi kilku kanałów rozmównych TCH w obrębie tego samego połączenia częstotliwościowego, jednak z uwzględnieniem obecnie panującego trafiku i innych warunków występujących w sieci.
Sposób ten wprawdzie zapewnia stałą wyższą szybkość transmisji przez bezprzewodowe łącza radiowe, ale z drugiej strony jest klasycznym przykładem nieoszczędnego gospodarowania zasobami sieci - wynikającego z zasady komutowania obwodów, w przeciwieństwie do zalet uzyskiwanych w transmisjach z przełączaniem pakietów. Komutacja kanałów jest bowiem nieefektywnym i mało elastycznym sposobem przekazu danych, zwłaszcza przy przesyłaniu niedużych porcji informacji.
Niedogodność ta była jednym z powodów opracowania kolejnego standardu uniwersalnej łączności bezprzewodowej GPRS (General Packet Radio Service), umożliwiającej transmisję danych w trybie komutacji pakietów. Każdy pakiet ma swój indywidualny adres dzięki któremu dane po dotarciu do adresata są ponownie składane. Pakietowa komunikacja w tym standardzie pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie dostępnego pasma radiowego przez statystyczne multipleksowanie jednego kanału fizycznego, dzięki czemu użytkownicy komórkowi mogą uzyskiwać większą przepływność, korzystając z tych samych połączeń i zasobów radiowych.
Obie technologie umożliwiają zdalny dostęp do zasobów:
- Internetu: GPRS - publiczny APN (Access Point Namen) np."www.plusgsm.pl",
- Intranetu: APN i prywatny numer dostępowy.
Struktura sieci
Do transmisji danych wykorzystuje się istniejącą infrastrukturę komunikacji radiowej sieci GSM. Wprowadzenie standardu GPRS wymaga jednak od operatora uruchomienie nowej sieci służącej wyłącznie do transmisji danych.
Każda stacja bazowa podłączona jest do PCU (Packet Switching Unit)- urządzenia rozdzielającego dane między sieć komutowaną a pakietową. Dane głosowe przekazywane są dalej do Mobile Switching Center (MSC), natomiast pakiety danych wędrują do nowej sieci transportowej składającej się z dwóch elementów - SGSN (Serving GPRS Support Node) oraz bramki GGSN (Gateway GPRS Support Node). SGSN to urządzenie obsługujące zestawienie połączeń GPRS oraz zapewniające współpracę z infrastrukturą GSM, GGSN realizuje natomiast współpracę z sieciami opartymi na protokołach IP i X.25.
Pakietowa transmisja danych
Szybka pakietowa transmisja danych GPRS zapewnia zestawienie łącz transmisyjnych praktycznie w dowolnych miejscach na terytorium całego kraju. Usługa może być wykorzystana w tych rozwiązaniach, gdzie nieopłacalna jest budowa dedykowanej infrastruktury telekomunikacyjnej jak również jako łącza rezerwowe.
Zalety rozwiązania:
- możliwość zastosowania w miejscu zarówno stałym jak i ruchomym,
- szybka transmisja danych,
- najtańsze rozwiązanie dla przesyłania małych ilości danych ,
- wysoki poziom bezpieczeństwa (autoryzacja SIM i szyfrowana transmisja).
Pakietowa transmisja danych jest korzystna zarówno dla użytkownika jak i dla operatora sieci. Dla operatora, ponieważ pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie sieci. Dla użytkownika, ponieważ:
- umożliwia szybką transmisję danych (w zależności od sposobu kodowania od 13,4 kb/s do do 53,6 kbit/s (4TCH z CS-2)),
- uzależnienia opłaty od liczby przesłanych i odebranych przez abonenta danych a nie od czasu połączenia (Abonent może być cały czas w sieci i nic go to nie kosztuje.),
- ulega skróceniu czas zestawiania połączenia (W przypadku gdy nastąpi żądanie wysłania lub odebrania danych, połączenie nawiązywane jest błyskawicznie. Telefon i stacja bazowa ustalają tylko, który kanał jest w danej chwili wolny.).
Opis techniczny
Łączność w systemie GPRS umożliwia zestawienie stałego połączenia posługującego się protokołem IP. Połączenia realizowane są poprzez dedykowany APN (Access Point Name), na przykład typu . APN to rodzaj bramki (łącznika w sieci), która umożliwia dostęp i kierowanie połączenia abonenta na odpowiednie łącza. Terminal GPRS w momencie połączenia z APN staje się użytkownikiem wewnętrznej sieci z pominięciem transmisji przez Internet. Rozwiązanie to zapewnia najwyższy poziom bezpieczeństwa oraz zwiększa szybkość transmisji. Bezpieczeństwo transmisji danych wynika z zastosowania technologii GPRS, z następującymi zabezpieczeniami:
- indywidualny APN dla danej firmy,
- autoryzacja numeru telefonu - Abonent przedstawia listę numerów telefonów uprawnionych do połączeń z danym APN,
- dane są przysłane wyłącznie wewnątrz sieci danego operatora i nie ma do nich dostępu z zewnątrz.
APN zapewnia jednoczesne nawiązanie połączenia przez wielu użytkowników. Pakietowa Transmisja Danych nie blokuje przychodzących połączeń głosowych. Oznacza to możliwość odbierania połączeń przychodzących podczas trwania sesji.
 |
| Dostęp do sieci korporacyjnej poprzez GPRS |
Przykładowo w sieci telefonii komórkowej "Plus GSM" usługą umożliwiającą zdalny dostęp do zasobów informatycznych sieci korporacyjnych jest "Intranet Plus". Cechy usługi:
- transmisja danych z protokołem IP,
- realizacja w wariantach CSD/HSCSD i GPRS,
- dostępna z terminali GSM/GPRS na terenie całego kraju,
- zapewnia dostęp do aplikacji typu: e-mail, WWW, serwery plików, Telnet, bazy danych,
- zwiększa bezpieczeństwo zasobów firmy poprzez autoryzację dostępu -lista uprawnionych użytkowników oraz ustawienie praw dla poszczególnych kart SIM,
- gwarancja dostępności usługi - liczba gwarantowanych sesji.
Usługa "Intranet Plus" realizowana w oparciu o pakietową transmisję danych GPRS pozwala, w zależności od używanego terminala, na transmisję z szybkościami (Rx+Tx):
- 40200/13400 b/s (3+1),
- 53600/13400 b/s (4+1),
- lub 53600/26800 b/s (4+2).
Zastosowanie
Pakietową Transmisję Danych stosuje się przy długotrwałych lub stałych połączeniach z firmowymi serwerami pocztowymi lub bazodanowymi. Równocześnie można mieć zestawione połączenie transmisji danych i odbierać przychodzące połączenia głosowe.
Opłata uzależniona jest od wielkości przesyłanych danych, w związku z tym nie ma znaczenia czas trwania danego połączenia. Klient może być dołączony na stałe do zasobów sieci korporacyjnej.
Zastosowanie łącza opartego o GSM/GPRS umożliwia przesyłanie sygnałów z urządzeń nadzoru naszej produkcji do systemów dyspozytorskich, gdzie następuje ich dalsza obróbka, zastępując tym samym stałe łącza (linie dzierżawione). Przykładowe konfiguracje sprzętowe umożliwiają zastosowanie tej metody zarówno jako podstawowej, rezerwowej i awaryjnej (okresowej) drogi łączności.
* W tekście wykorzystano materiały udostępnione dzięki uprzejmości sieci cyfrowej telefonii komórkowej Plus GSM.
Wykorzystanie łącza GPRS w systemie Ex
Firma ELKOMTECH oferuje użytkownikom systemu Ex możliwość komunikacji wszystkich swoich urządzeń obiektowych z systemem nadzoru bądź poprzez bezpośrednie podłączenie ich do modemów GPRS, bądź przy zastosowaniu urządzenia sprzęgającego.
Najnowsze oprogramowanie urządzeń rodziny Ex-micro2 i Ex-MST2 umożliwia bezpośrednie podłączenie modemu GPRS do ich wejść komunikacyjnych. Urządzenia Ex-ML, Ex-IMP2 oraz urządzenia z kanałem wyjściowym w standardzie RS232 innych producentów mogą być podłączone do łącza GPRS poprzez urządzenie sprzęgające Ex-BRG.
Konfiguracja urządzeń
 |
| Łączność z systemem telemechaniki i licznikami energii poprzez GPRS |
Bridge GPRS Ex-BRG dokonuje enkapsulacji przesyłanych danych i przekierowania odpowiednich pakietów do kanału szeregowego.
Bezpieczeństwo przesyłanych danych realizowane jest dzięki udostępnianemu przez operatora sieci telefonii komórkowej GSM adresu APN (Access Point Name). Dzięki APN zabezpieczona jest kontrola dostępu do zasobów wewnętrznej sieci firmowej, tylko dla klientów posiadających subskrypcję do danego APN. Możliwa jest praca w sieci o strukturze otwartej, gdzie bezpieczeństwo przesyłanych danych zapewnione jest dzięki strukturze protokołu komunikacyjnego.
Wyposażenie centrum dyspozytorskiego zawiera Bridge GPRS Ex-RTG_C(_F), który podłączony do wewnętrznej sieci Ethernetu spełnia rolę ROUTER'a, przekierowując zaadresowane pakiety wysyłanych danych do docelowych sterowników zainstalowanych na terenie zakładu. Takie rozwiązanie umożliwia dwukierunkową komunikację pomiędzy systemem nadrzędnym a punktami wyposażonym w modem GPRS.
Urządzenia telemechaniki poprzez GPRS (w ramach APN) mogą pracować w następujących trybach pracy:
- ze stałym IP - połączenie permanentne,
- ze stałym IP - inicjowane przez Centrum Dyspozytorskie Ex-WindEx (na żądanie lub okresowo),
- ze stałym IP - inicjowane przez stację telemechaniki na obiekcie (zdarzeniowo lub okresowo).
| 
)
