В конце 80-х, когда основы GSM только закладывались, бытовало мнение, что этот стандарт настолько технически перенасыщен, что полный спектр его возможностей никогда не будет востребован.
Втехнологию GSM вложены немалые инвестиции, и это предопределило путь ее развития. Постепенно наращиваются сетевые элементы, совершенствуются контроллеры и базовые станции, разрабатываются и создаются двухрежимные абонентские терминалы. В качестве базовой технологии для предоставления услуг радиосистем 3-го поколения GSM имеет и другое важное преимущество — практически с первых дней работы модернизированной сети она будет обладать потенциально большой абонентской базой.
Хотя современные сети GSM имеют низкую скорость передачи (до 9,6 кбит/с), фактически ее вполне достаточно для организации работы электронной почты и транспортировки коротких сообщений длиной не более 160 символов (служба SMS). В сетях GSM маршрутизация в режиме передачи данных осуществляется с использованием сетей c коммутацией каналов ТфОП/ISDN, что несет определенные неудобства пользователям. Так, время установления соединения с помощью модема достаточно велико и может составлять около 20 с. Из-за ограничений технологии обеспечить выполнение требований IMT-2000 в рамках существующего стандарта GSM невозможно.
Технология HSCSD
Первый шаг в этом направлении — реализация передачи данных со скоростью 19,2 кбит/с (два канальных интервала по 9,6 кбит/с) или 28,8 (2х14,4) кбит/с на базе технологии HSCSD (High Speed Circuit Switched Data). Следует заметить, что именно такие скорости сейчас характерны для работы большинства пользователей Internet в европейских странах.
Внедрение HSCSD, обеспечивающей скорость до 28,8 кбит/с, требует модификации в основном программных средств и протоколов обмена, не затрагивая инфраструктуры действующей сети GSM. Дело в том, что при использовании двух канальных интервалов в одном кадре временной сдвиг между приемом сигналов базовой станции (БС) и последующей их передачей мобильной не превышает четырех интервалов; это, в принципе, вполне согласуется со спецификациями протоколов GSM.
По мере развития технологии HSCSD станет возможным и дальнейшее увеличение скорости передачи. Например, за счет объединения четырех временных интервалов можно достичь скорости 36,8 (4х9,6) кбит/с (вариант с кодированием) или до 57,6 (4х14,4) кбит/с (без кодирования). В таком режиме существующие сотовые телефоны уже не способны «воспринимать» без соответствующей доработки GSM-сети. Что же касается еще большого увеличения скорости (до 76,8 кбит/с), которая достигается путем агрегирования восьми каналов по 9,6 кбит/с, то для этого потребуется модификация магистральной базовой сети, где скорость обмена информацией между БС и центральным коммутатором (MSC) ограничена величиной 64 кбит/с (A-интерфейс).
Служба пакетной передачи
Существующие сети GSM, в том числе те, в которых применяется новая технология HSCSD, могут поддерживать только трафик сетей с коммутацией каналов. Поэтому одним из важных шагов на пути эволюции сетей GSM к UMTS стало внедрение технологии пакетной передачи (GPRS, General Packet Radio Service). Такая система обеспечивает сквозную передачу данных (от одного абонента к другому) в пакетном режиме по IP-протоколу со скоростью до 115,2 кбит/c. Здесь важно отметить, что именно GPRS-системы способны предоставить новые услуги, называемые услугами 3-го поколения, уже сейчас, т.е. еще до начала развертывания сетей стандарта IMT-2000.
Поскольку служба передачи данных GPRS надстраивается над существующей сетью GSM, не нужна кардинальная модернизация имеющейся сетевой инфраструктуры. Новые же функциональные возможности и изменение принципа сопряжения с внешними сетями, по сути, обеспечиваются всего лишь введением дополнительных модулей в существующую сеть GSM (рис. 2).
Со стороны архитектуры системы внедрение GPRS связано с добавлением в развернутую сеть GSM двух технологических узлов для поддержки службы пакетной передачи данных — поддержки услуг (SGSN, Serving GPRS Support Node) и поддержки шлюзовых функций (GGSN, Gateway GPRS Support Node).
Узел SGSN обеспечивает маршрутизацию пакетов, управление мобильностью, аутентификацию и шифрование для всех абонентов, находящихся в его зоне обслуживания. На более высоком сетевом уровне он поддерживает функции, аналогичные тем, которые осуществляет центральный коммутатор с визитным регистром MSC/VLR в сетях с коммутацией каналов. Исходящий трафик из узла SGSN перенаправляется на контроллер базовой станции, а от него — на мобильные терминалы абонентов.
Узел GGSN выполняет роль шлюза между SGSN и внешними сетями (X.25, IP). В оборудовании узла GGSN реализованы функции обеспечения безопасности, обработки счетов абонентов и динамического выделения IP-адресов. С точки зрения внешней сети GGSN выглядит как некая «диспетчерская» станция, владеющая адресами всех IP-абонентов, обслуживаемых системой GPRS.
Кроме этих двух основных типов узлов в состав сети GPRS входит еще один новый для GSM-сетей элемент — центр услуг широковещательной передачи (PTM-SC, Point-to-Multipoint Service Center). Он предназначен для обработки широковещательного трафика между магистральным каналом сети и основным регистром местоположения — HLR.
Вновь введенные узлы GPRS предназначены для наращивания сетевой инфраструктуры на базе IP-протокола. Что же касается их конкретного расположения в сети, оно может быть различным: допускается их физическое объединение в одном узле сетевой структуры или распределение по сети. Такой подход к построению совмещенной сети GSM/GPRS позволяет оператору начать предоставление услуг на небольших сегментах сети с малым числом узлов SGSN и GGSN при минимальных первоначальных затратах.
Каждый абонент «закрепляется» за одним или несколькими обслуживающими узлами SGSN с помощью основного регистра местоположения HLR. Для управления сигнализацией тех абонентов, которым предоставлена возможность работать одновременно в двух режимах передачи (с коммутацией пакетов и каналов), в совмещенной сети GSM/GPRS используется специальный интерфейс между визитным регистром местоположения VLR и обслуживающим узлом SGSN.
В стандарте GPRS определены три класса мобильных терминалов, которые предназначены для работы мобильных станций в разных режимах. Терминалы класса А предоставляют самый полный спектр услуг. Они поддерживают одновременно два режима работы — в сети GSM (коммутация каналов) и в сети GPRS (коммутация пакетов). Обладатели терминалов класса B также смогут работать в режимах GSM/GPRS, но поочередно, т.е. в каждый момент будет осуществляться передача лишь одного вида трафика — с коммутацией каналов или пакетов. И наконец, терминалы класса С способны функционировать только в режиме пакетной передачи.
Такая классификация позволяет новым абонентам с самого начала работать в широких зонах покрытия GSM-сетей. Терминалы каждого из трех классов могут поддерживать режим многоканальной (многослотовой) работы, обеспечивая при этом максимальную скорость на канальный интервал 21,4 кбит/с.
Для передачи IP-трафика в GPRS-сети используется один или несколько выделенных логических каналов, называемых PDCH (Packet Data Channel) и оптимизированных для пакетной передачи данных.
Канальная структура GPRS включает в себя три типа логических каналов. Информационные пакеты транспортируются по каналу PDTCH (Packet Data Traffic Channel). Широковещательная и общесистемная информация передается с базовой станции на мобильные по каналу PBCCH (Packet Broadcast Control Channel). Для передачи управляющей информации предназначен третий тип логического канала, PCCCH (Packet Common Control Channel). В системе GPRS он выполняет несколько функций: по нему передаются служебные сообщения о вызове, указывающие на начало пакетной передачи, кроме того, его может использовать БС для транспортировки данных о распределении сетевых ресурсов между мобильными станциями. Однако PCCCH не является обязательным во всех ячейках сети GSM/GPRS. Вместо него для получения служебной информации мобильная радиостанция может прослушивать стандартный канал управления CCCH, применяемый в GSM.
