VANNAI, Nándor VANNAI, Nándor G G eneral eneral P P acket acket R R adio adio S S ervice ervice
Jan 13, 2016
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