Jak fungují technologie HSCSD a GPRS

V brzké době budeme mít na výběr ze dvou technologií pro vysokorychlostní datové toky. Pokusme se nyní podrobněji po...


V brzké době budeme mít na výběr ze dvou technologií pro vysokorychlostní
datové toky. Pokusme se nyní podrobněji porovnat tyto dvě technologie z
technického hlediska. Pokud jste se s nimi ještě doposud nesetkali, předesílám,
že technologie HSCSD umožňuje datové přenosy rychlostí teoreticky až 115,2
Kb/s, zatímco teoretické maximum technologie GPRS je až 178 Kb/s. Obě
technologie mají své výhody, každá z nich oslovuje určité skupiny uživatelů,
které se ovšem mnohdy prolínají.
HSCSD
Technologie HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) je první komerčně
dostupnou technologií, která posouvá možnosti přenosu dat v mobilních sítích.
EuroTel jako jediný na našem trhu ji nabídl svým zákazníkům letos v březnu.
Tato technologie staví na základech standardních datových přenosů rychlostí 9,6
Kb/s, které se označují jako CSD (Circuit Switched Data). Ačkoliv většina
technologických aspektů této technologie je řešena stejně jako u CSD, nebudeme
se jim při popisu HSCSD vyhýbat.
Jelikož jde o technologii, pracující s okruhy, je stejně u stávajících typů
datových přenosů a u přenosů v pevné síti po celou dobu přenosu pevně vyhrazena
příslušná přenosová kapacita na všech prvcích sítě.
Je možné rozlišit dva základní typy přenosů přenosy transparentní a
netransparentní. Tyto přenosy se od sebe liší tím, jak se síť GSM chová k
chybám při přenosu. Pokud jsou data v síti GSM přenášena netransparentně a
dojde k chybě (k chybě v kontrolních součtech na fyzické vrstvě), síť GSM si
vyžádá přenos znovu. Teprve v okamžiku, kdy jsou data přenesena správně, jsou
předána dále koncovému zařízení. S jistou úrovní abstrakce se na
netransparentní přenos můžeme dívat jako na dva samostatné přenosy s korekcí
chyb mezi mobilním terminálem a sítí a mezi sítí a koncovým zařízením. Chyba na
jednom z přenosů se nepředá druhému přenosu. Při transparentním přenosu dat síť
předává veškerá přijatá data od mobilního terminálu dále koncovému zařízení na
druhé straně přenosu. Veškerá oprava chybně přenesených dat je tak čistě v
režii obou koncových bodů.
Transparentní přenos je vhodný všude tam, kde je lépe přenést rychle s chybami
než pomaleji bez chyb. Typickým příkladem je přenos videa v různé podobě (např.
videokonference), kde jsme spíše ochotni tolerovat občasné výpadky v obrazu
nebo zvuku, než neplynulý přenos a "zasekávání", které je důsledkem opakovaného
přenosu při vzniku chyby. Netransparentní přenosy jsou vhodné pro všechny
ostatní typy přenosů, kde se přenášejí data, u kterých nesmí dojít k chybám.
Pochopitelně, netransparentní přenosy mají v praxi daleko větší uplatnění, než
přenosy transparentní. Při používání elektronické pošty, prohlížení Webu a
WAPu, při datové komunikaci s intranetem a u většiny dalších využití datových
služeb je vždy třeba zajistit bezchybný, tzn. netransparentní přenos. Pro
uživatele je podstatnou informací, že EuroTel netransparentní přenosy podporuje.
Z analytického pohledu je možné technologii HSCSD rozdělit na dvě části. Na
část, která řeší kódování většího datového toku do jednoho timeslotu a na část,
která řeší propojování jednotlivých timeslotů.
Více dat v timeslotu
Timeslot lze definovat jako jeden časově rozlišený přenosový kanál na
frekvenci. V sítích GSM se v jednom timeslotu přenáší 22,8 Kb/s hrubých dat. Je
tomu tak u všech typů přenosů u hlasových i u všech datových. V případě
standardních datových přenosů rychlostí 9,6 Kb/s je těchto 9,6 Kb/s použito pro
přenos dat a zbylých 13,2 Kb/s použito pro opravu chyb a různé servisní
informace. U rychlejších přenosů rychlostí 14,4 Kb/s je z celkové kapacity 22,8
Kb/s použito 14,4 Kb/s pro přenos dat a na korekci chyb a servisní informace
zbude jen 8,4 Kb/s. Mimochodem pro přenos hlasu je použito 13 Kb/s pro přenos
zakódovaného hlasu a 9,8 Kb/s pro chybovou korekci.
Tvůrci přenosových protokolů se snažili použít pro všechny typy přenosů
jednotnou bitovou šířku timeslotu, čímž se vyhnuli nutnosti rozsáhlých změn v
základnových stanicích. Z toho tedy vyplývá, že vyšší přenosové rychlosti musí
být dosaženo na úkor chybové korekce. Proto jsou rychlejší datové přenosy
obecně náchylnější ke vzniku chyb, nutnosti opakovat přenos a ke snížení
přenosové rychlosti. Problémy mohou vznikat především díky slabému signálu a
interferencím. Avšak vzhledem k tomu, že EuroTel má nejrobustnější síť v České
republice a i nadále hodlá do infrastruktury investovat miliardové částky
(koncem letošního roku by měla celková investice do infrastruktury EuroTelu
dosáhnout 1 miliardy dolarů), je možnost vzniku chyb v této síti snížena na
minimum.
Z empirických údajů vyplývá, že na cca 30 % plochy buňky již dochází k
problémům a ke ztrátě rychlosti. Na cca 13 % plochy jsou tyto problémy již
velmi vážné. U rychlosti 9,6 Kb/s se problémy vyskytují jen na cca 13 % plochy.
Nenechte se však těmito údaji příliš zastrašit. Je třeba si uvědomit, že buňky
se v síti EuroTelu překrývají tak, že je problematická část jedné buňky již na
území jiné buňky v její bezproblémové části.
Technologie pro přenos rychlostí 14,4 Kb/s přišla na svět o něco dříve, než
spojování kanálů, a je implementována v řadě telefonů například Nokia 6150,
7110, 9110, CardPhone 2.0 anebo Motorola TimePort. Počet těchto telefonů se ale
bude nepochybně zvyšovat.
Příznivou zprávou pro uživatele rychlých datových přenosů u EuroTelu je, že
hustota sítě EuroTel GSM Global dosahuje výborné úrovně. Od roku 1996 jen do
sítě GSM EuroTel investoval 20,6 miliard korun, což je pro ilustraci přibližně
o 40 % více než do své sítě za stejnou dobu investoval Paegas. EuroTel
provozuje nejvíce základnových stanic v České republice, které zajišťují
vysokou kvalitu pokrytí i uvnitř většiny budov.
Spojování více kanálů
Další možnost zrychlení datových přenosů se přímo nabízí spojení více logických
kanálů, již zmíněných timeslotů, pro přenos dat do jednoho a tím docílit
příslušného násobku základní přenosové rychlosti. Technologie GSM umožňuje, že
je možné jinak spojit logické kanály u příjmu a jinak spojit logické kanály u
vysílání. Z tohoto důvodu také budeme dále raději používat přesnější označení
"timeslot".
Obecně je možné timesloty propojovat různě. Existuje mnoho tříd HSCSD zařízení,
které se navzájem liší maximálním počtem timeslotů pro vysílání, maximálním
počtem timeslotů pro příjem a celkovým maximálním počtem využitelných
timeslotů. Pro nás je však důležitá pouze třída 6, neboť jiná zařízení v tuto
chvíli na trhu nejsou. Tato třída umožňuje použít 3 timesloty pro příjem, 2 pro
vysílání a celkem nejvýše 4 timesloty. Dále je třeba přijmout omezení, že
nejméně 1 timeslot musí být použit pro vysílání a 1 pro příjem, neboť
jednosměrná komunikace je téměř nepoužitelná a navíc obtížně realizovatelná.
Existují tedy jen dvě možnosti, jak lze 4 timesloty pospojovat. První kombinace
2 timeslotů pro příjem a 2 timeslotů pro vysíláni je nazývána jako symetrický
přenos. V obou směrech je možné přenést 28,8 Kb/s, což je vhodná kombinace pro
práci s elektronickou poštou a pro synchronizaci databází v informačních
systémech.
Druhá možná varianta využívá 3 timeslotů pro příjem a 1 pro vysílání. Tato
varianta je označována jako asymetrický přenos, neboť příchozí datový tok je
43,2 Kb/s, zatímco odchozí datový tok je jen 14,4 Kb/s. Tento způsob přenosu je
vhodný pro stahování velkých souborů, prohlížení Webu (což je ve své podstatě
stahování mnoha malých souborů) a případně pro příjem videa.
Asymetrický přenos není možné realizovat proti jinému GSM zařízení, neboť není
možné na druhé straně přenosu zapojit 3 timesloty pro odesílání (a 1 pro
příjem). Tento typ přenosů je nutné realizovat pouze proti standardní ISDN
lince nebo proti přístupovému bodu do Internetu v síti EuroTelu.
Nyní bych se ještě zastavil u výběru timeslotů, které budou pro hovor použity.
Standard GSM totiž používá jiné časování pro příjem dat a pro odesílání dat
tedy v okamžiku, kdy je vysílán timeslot s pořadovým číslem 4 je přijímán
timeslot s pořadovým číslem 1. Jinými slovy, když po jednom kanále jeden
telefon provádí vysílání, příjem v tom samém okamžiku provádí jiný telefon. To
je proto, aby telefon nemusel v jediném okamžiku vysílat a přijímat a aby
nedocházelo k problémům s interferencemi a zátěží baterie. U nižších tříd HSCSD
(včetně zde popisované třídy 6) toto omezení také platí. V případě, že je na
straně vysílací nebo přijímací požadováno více timeslotů, nemusí tyto timesloty
ležet nutně u sebe pro přijímání mohou být např. využity timesloty 1, 5 a 6.
Pokud ale buňka používá více přenosových kanálů, musejí být všechny timesloty
alokovány na jednom přenosovém kanálu.
Tato technologie je zatím implementována v jediném dostupném telefonu Nokia
CardPhone 2.0. Přesněji řečeno, nejde ani o oběžný telefon je to modem, který
se zasouvá s vloženou SIM kartou přímo do notebooku jako PCMCIA karta. S
hands-free sadou je možné jej použít také pro běžné hlasové hovory. Letos mají
být ale uvedena na trh ještě další zařízení, která budou podporovat technologii
HSCSD s více spojenými kanály.
GPRS
GPRS (General Packet Radio Service) přináší nový způsob, jakým jsou data
přenášena po rádiovém rozhraní. Myšlenka je to natolik revoluční, že stojí za
to se na ni podívat podrobněji.
Doposud se pro každý přenos po rádiovém rozhranní vyhrazoval speciální kanál
(timeslot) resp. více kanálů. Jelikož sestavení tohoto kanálu v celé síti GSM
trvá nějakou dobu (několik sekund), je neefektivní tyto kanály stále rozpojovat
a sestavovat podle okamžité potřeby přenosu dat. Doposud se také při každém
připojení na Internet znovu ověřuje jméno a heslo a přiřazuje nová IP adresa.
GPRS tento způsob zcela mění. Tato technologie umožňuje tzv. "paketový přenos",
kdy jsou data v síti GSM přenášena podobným způsobem, na který jsme zvyklí z
běžných počítačových sítí. K přenosu po nejnižší (fyzické) vrstvě tedy dochází
pouze tehdy, pokud je co přenášet. Díky tomu dochází k efektivnějšímu využití
přenosové kapacity oproti okruhovým technologiím, kde bylo nutné přenosovou
kapacitu blokovat i v případě, že se nic skutečně nepřenášelo. Při typickém
způsobu využívání datových přenosů to byla bohužel většina času. Způsob práce
pro uživatele je podobný práci s připojením v běžné lokální počítačové síti.
Seznamme se s architekturou řešení GPRS v sítích GSM trochu podrobněji. Do sítě
je především třeba začlenit několik zcela nových prvků, které vytvářejí
relativně samostatnou infrastrukturu pro GPRS přenosy. Prvním z prků je SGSN
(Serving GPRS Support Node), který obsluhuje všechny uživatele v jeho dosahu
(resp. v dosahu připojených základnových stanic). Zajišťuje směrování paketů
uvnitř sítě, provádí ověření uživatele, šifrování, kontrolu IMEI, lokalizuje
uživatele a další související záležitosti. Druhým novým prvkem je GGSN (Gateway
GPRS Support Node). Tento prvek se stará o předávání paketů mezi sítí GSM a
vnější sítí Internetem, ale třeba i sítím X.25 anebo k LAN síti uživatelů.
Tento prvek zajišťuje směrování dat ke správnému uzlu SGSN a spravuje síťové
adresy uvnitř sítě. Mezi uzly SGSN a GGSN jsou data zasílána protokolem GTP
(GPRS Tunneling Protocol), který pracuje nad protokoly TCP/IP. Dále je třeba do
sítě začlenit zařízení, které zajišťuje tarifikaci GPRS přenosů.
Kromě přidání těchto nových prvků je třeba ještě upravit funkci mnoha
stávajících prvků. Největší změny se týkají základnových stanic, kde je třeba
doplnit protokoly pro přenos paketů a přidat rozhraní, které je schopno
alokovat timesloty pro přenos (u běžných hovorů tuto činnost zajišťuje BSC). Do
BSC jsou také doplněny další zařízení pro lokalizaci uživatelů a kontrolu
přenášených paketů. Dílčí úpravy jsou také na ústřednách, HLR i VLR.
Stejně jako u HSCSD, je možné i u GPRS použít pro přenos více timeslotů
současně. I zde bude vznikat více typů terminálů, které se budou lišit počtem
současně použitelných timeslotů. Na rozdíl od HSCSD přenosů však nejsou tyto
timesloty nijak rezervovány. Počet přenosových kanálů je proměnlivý a
technologie GPRS optimálně využívá kapacity sítě.
Jak bývá často zmiňováno, v případě GPRS přenosů přichází v úvahu nejen doposud
užívaná tarifikace podle času, ale i tarifikace podle objemu přenesených dat.
Podotýkám, že by se zřejmě platilo nejen za data odeslaná, ale i za data
přijatá.
Pokud bychom měli sumarizovat hlavní rozdíly přenosu dat pomocí technologie
paketové a technologie kanálové, na prvním místě je nutné zmínit nesouvislé
vysílání dat a možnost lepšího sdílení celkové přenosové kapacity. Alokace
přenosové kapacity je zde řízena základnovou stanicí. Další rozdíl spočívá v
tom, že v šifrované podobě jsou data posílána mezi terminálem a SGSN.
Závěr
Nelze jednoznačně říci, který ze standardů je lepší. Každý je jiný a každý se
hodí pro jiný účel. Ostatně střet technologií přepínání paketů a přepínání
okruhů je v telekomunikačních systémech patrný již delší dobu a své uplatnění
nacházejí obě.
Pro konečného uživatele jsou hlavními výhodami technologie HSCSD okamžitá
dostupnost, garantovaná přenosová rychlost a vyřešená otázka roamingu. Naopak
hlavními výhodami připravované technologie GPRS je paketový přenos (permanentní
připojení) a možnost účtování podle přenesených dat. Ostatně, lakonicky to
vystihl jeden zástupce EuroTelu: Zatímco HSCSD je ideálním řešením pro vzdálený
přístup profesionálů k místním sítím LAN, technologie GPRS je vhodná především
pro aplikace z rodiny WAP. EuroTel bude v brzké době nabízet obě, takže na
uživateli bude opět ležet tíha rozhodování.
0 1172 / pen









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.