GPRS aneb Internet proklatě nízko u pasu

GPRS je zkratka, kterou budeme slýchat čím dál tím častěji. Skrývá se za ní

technologie Global Packet Radio Services, která umožňuje přenášet data

rychlostí až 171 Kb/s je to tedy v podstatě vstupní brána do světa mobilních

sítí třetí generace. Podívejme se blíže, co bude její nástup znamenat pro

mobilní operátory, jejich zákazníky a jak to vše bude fungovat.

V telekomunikacích patří budoucnost datům. Odhaduje se, že do pěti let převýší

příjmy z datových služeb příjmy ze služeb hlasových. Operátoři budou stát před

rozhodnutím, zda svoji síť poskytovat pouze k přenosu informací (tzv. pipe

provider), zda nové typy služeb a přenosu informací poskytovat sami nebo zda

zvolit nějakou kombinaci obou přístupů.

GPRS a mobilní operátoři

Se zavedením GPRS dojde k rozšíření řad poskytovatelů obsahu (content

providers), tedy firem, které nemají žádnou síť, ale něco, co nabývá stále

větší hodnoty informace. Může se jednat o aktuální zpravodajství, předpověď

počasí, burzovní zprávy, databanku ukradených aut nebo obchodní rejstřík. V

dnešní době jsou typickými představiteli poskytovatelů obsahu různé internetové

portály. Jasná výhoda síťových operátorů však spočívá v tom, že na rozdíl od

poskytovatelů obsahu mohou nabídnout integraci klasických telekomunikačních

služeb a informací.

Lze si představit řadu variant budoucího uspořádání, vztahů mezi jednotlivými

subjekty a scénářů dalšího vývoje. Kdo komu bude posílat fakturu a za co? Budou

vlastníci mobilního telefonu dostávat každý měsíc pouze jediný účet? Nebo bude

jeden od mobilního operátora a další od jednotlivých poskytovatelů obsahu? Je

přitom jasné, že ten, kdo „vlastní zákazníka“ (posílá mu fakturu), je ve výhodě.

Pro firmy zabývající se poskytováním mobilní telefonie znamená GPRS v první

řadě značné investice. Musí být rozšířena infrastruktura sítě, přibudou nové

typy ústředen, které zprostředkují paketový přenos, musí dojít k úpravě

stávajícího vybavení sítě. Bude nutno vybudovat kompletní páteřní IP síť, tzn.

routery, firewally, DNS servery. Dále je nezbytné připravit na tuto změnu

mediační zařízení, tj. systém, který zprostředkovává spojení mezi vlastní sítí

a výpočetním střediskem operátora. V neposlední řadě je nutno upravit i

zúčtovací systém. A samozřejmostí je i marketingová kampaň propagující nové

služby.

Na druhé straně může GPRS znamenat nezanedbatelný přísun finančních prostředků,

pokud operátor dokáže nabídnout ty pravé služby. Zavedení GPRS totiž umožní

poskytovat řadu služeb, které dosud nebylo z technických důvodů možné nabízet

vůbec nebo to nebylo možné v prakticky použitelné podobě. Zde je třeba si

uvědomit, že technologie GPRS sama o sobě nestačí, je třeba nacházet služby,

které dokáží nové možnosti využít a přinést zákazníkům přesně to, co potřebují.

Ano, nebo ne?

Nabízí se otázka, zda je vůbec rozumné do této technologie investovat. Není

lepší počkat až na sítě třetí generace? Odpověď je jednoduchá. Nechce-li

operátor ztratit stávající nebo potenciální zákazníky a to asi chce jen

málokterý bude nucen GPRS implementovat. Je proto několik důvodů:

GPRS, jak již bylo uvedeno, umožní zavedení nových typů služeb. Budou to

služby, které potřebují rychle navázat komunikaci a nemohou čekat 15 s, až se

vytočí číslo a dojde k sestavení spojení. Jedním z typických představitelů je

například WAP, který se v kombinaci s GPRS stává skutečně interaktivním a stále

dostupným nástrojem. Tyto nové služby znamenají větší využití sítě a přilákají

více zákazníků.

Zavedením nových služeb používajících GPRS jako nosnou technologii bude

operátor připraven na 3. generaci mobilních sítí ve smyslu nabídky služeb,

protože se jedná o stejný princip přenosu, pouze při jiných rychlostech.

Přechod na 3. generaci pak už bude mnohem snadnější a plynulejší.

Dále jsou tu noví operátoři vstupující na trh, ať už se jedná o GSM 1 800 MHz

nebo UMTS (sítě 3. generace). V prvním případě začne operátor stavět na zelené

louce a nenechá si ujít příležitost síť od začátku přizpůsobit paketovému

přenosu, v případě druhém je paketový přenos principem samotné sítě 3. generace.

GPRS a uživatelé

Co bude GPRS znamenat pro nás, mobilní telefonisty? Určitě spoustu výhod.

Budeme mít k dispozici nové služby, které navíc nemusejí být nutně placeny jen

podle času.

Co se týče nových služeb, každého jistě na prvním místě napadne Internet.

Možnost spojení s Internetem se nabízí tím spíš, že GPRS je v podstatě síť

založená na internetovém protokolu. A když Internet, proč ne podnikové

intranety?

Zavedení GPRS určitě přinese další výrazný nárůst uživatelů Internetu.

Chcete-li se dnes připojit na Internet, potřebujete počítač ať už ve formě

klasického PC nebo různých handheldů a organizérů a modem s telefonní linkou.

Další možností je použití již existující nabídky GSM, kdy se telefonista může

připojit rychlostí zpravidla 9,6 Kb/s. Pak už se může jen dívat na hodinky a

sledovat, jak účet narůstá.

Jakmile bude k dispozici GPRS, bude stačit pouze mobilní telefon. Samozřejmě je

nutné, aby tento aparát GPRS podporoval. Nelze pochopitelně předpokládat, že na

displeji velikosti větší poštovní známky budeme brouzdat Internetem. Internet

ale není jen WWW přes klasický prohlížeč, použití WAPu může například

zpřístupnit jakýkoliv informační server, a to za přijatelnou cenu. Nebude

záležet na době spojení, ale především na tom, jaké informace bude zákazník

využívat.

Jeden z největších přínosů GPRS je totiž v možnosti platit za přenesená data,

nikoliv za délku přenosu. Samozřejmě, možnost platit za každou minutu spojení

tu stále zůstává, ale už to není tak praktické jako v případě CSD (Circuit

Switched Data), klasické GSM datové služby. Atributy, podle kterých může

probíhat účtování, tedy jsou:

doba spojení

množství přenesených dat

událost

obsah

paušální poplatek

Co je to kilobajt?

Problémem bude vysvětlit lidem, co to znamená, že zaplatí x korun za kilobyte.

Pro ty z nás, kteří se pohybují ve světě počítačů, je tato informace dostatečná

a máme představu, co to znamená. Pokud ale ten, kdo byl doposud zvyklý na 3 Kč

za minutu, bude mít před sebou cenu za kilobyte, bude asi zmaten. Co to je 100,

200 KB? To může být několik set stránek textu, pár minut hudby nebo pár sekund

videa. Na kolik mě přijde prohlédnutí dané stránky na Webu? Nemalým úkolem pro

mobilní operátory tak bude právě toto vše vysvětlit běžným zákazníkům.

Stanovení ceny podle události může například znamenat, že každý přístup na

webovou stránku je oceněn určitou sumou bez ohledu na to, jak dlouho na této

stránce jste nebo kolik dat jste z ní přenesli. Také počet kliknutí myší může

být brán jako měrná jednotka.

Co se týče placení podle obsahu, nezáleží kolik k sobě toho přitáhnete z

Internetu a za jak dlouho, ale hlavně co. Jinými slovy, burzovní zprávy budou

pravděpodobně dražší než předpověď počasí či recept na bramboračku.

Jak vlastně GPRS funguje

Pro navázání spojení je důležitá adresa, přes kterou se chce uživatel připojit

k externí síti. Tato adresa je uložena v jeho profilu na HLR a odpovídá DNS

konvencím. V tomto profilu jsou také uloženy všechny další jeho povolené

adresy, se kterými se může spojit.

V HLR je také uvedeno, zda používá statickou, nebo dynamickou IP adresu. V

prvním případě je adresa přímo uvedena, dynamická adresa je mu přidělena při

každém navázání spojení. Dynamickou adresu může přidělit operátorův DHCP server

nebo nějaký externí, např. z firemního intranetu, do kterého je právě

požadováno spojení. V HLR je také stanovena kvalita služby, která byla

přidělena při aktivaci GPRS.

Při navazování spojení pošle mobilní telefon prvku sítě SGSN požadavek na

určitou kvalitu služby (Requested QoS), která je porovnána s právě volnou

kapacitou sítě, a výsledkem je přidělení služby s kvalitou požadovanou nebo

nižší (Negotiated QoS).

Kvalita služby (QoS) je parametr skládající se z pěti atributů:

Priorita (určuje zda budou pakety přenášeny přednostně před jinými s nižší

prioritou)

Zpoždění

Spolehlivost (určuje pravděpodobnost ztráty dat, možnost jejich zduplikování,

poškození nebo příjem v nesprávném pořadí)

Průměrná rychlost

Maximální rychlost, jakou můžou být data přenášena.

Přepínaní paketů (Packet Switching)

Vlastní komunikace probíhá tak, že uživatel zadá adresu (Access Point Name), se

kterou se chce spojit (např. www.internet.cz). Následuje ověření, zda je platná

a jestli může být vytvořen PDP kontext, což je ekvivalent hovoru při klasickém

použití GSM. Od tohoto okamžiku je mobilní telefon nebo k němu připojený

notebook součástí externí sítě, v našem případě Internetu. To vše trvá zhruba

jednu sekundu.

Vedle rychlosti připojení je největším přínosem GPRS a zároveň i změnou oproti

dosavadním datovým službám GSM použití paketového přenosu, tedy dynamické

využití kapacity sítě. Má-li uživatel data, která chce přenést, je mu přidělena

příslušná kapacita. Pokud taková data nemá, síť nezatěžuje, přestože zůstává

připojen. V okamžiku, kdy se opět rozhodne data odeslat, mu síť vyhradí

potřebnou kapacitu. Pochopitelně bez toho, že by znovu navazoval spojení. Z

toho vyplývá, že je teoreticky možné, aby uživatel zůstal připojen třeba i

několik dnů bez toho, že by přenášel data a cokoliv platil.

Další možností, kterou GPRS poskytuje, je přenos SMS zpráv. Dostáváme zde druhý

přenosový kanál pro SMS, a tím i zvýšení dostupné kapacity.

Rychlosti, kterých je možno dosáhnout při použití GPRS, jdou až k 171 Kb/s.

Toto je ovšem maximální teoretická rychlost při využití veškeré možné kapacity

vyhrazené jednomu telefonu. Na výši rychlosti bude mít vliv spousta okolností,

jako je pokrytí signálem, vliv interferencí a také možnosti aparátů. Ale i

kdyby byla skutečná dosažená rychlost třeba čtvrtinová, stále to bude ohromný

skok proti 9,6 Kb/s odpovídajícím současným běžným možnostem GSM. Současné

klasické modemy připojené do pevné sítě dosahují rychlostí 33–56 Kb/s, čemuž se

GPRS bez problémů vyrovná.

Pokud je použito klasických datových služeb GSM, přenos vypadá tak, že vytočíte

číslo, spojíte se s druhou stranou a pro toto spojení je vyhrazen kanál. Tento

kanál je trvale rezervován a nemůže být využit nikým jiným, ať už data

přenášíte, nebo ne. Proto je v tomto případě cena spojení kalkulována v

závislosti na čase a ne na množství přenesených dat.

Architektura GPRS sítě

Do sítě přibudou dva nové typy prvků, a to SGSN a GGSN. Dojde také k přidání

modulu PCU do BSS, který umožní zpracování paketů, protože GSM síť je původně

přizpůsobena k přepínání okruhů. Do stávajících prvků (HLR, MSC, VLR…) bude

nutno přidat rozhraní pro komunikaci s GPRS infrastrukturou.

SGSN se stará o komunikaci mezi GSM sítí a mobilním telefonem. Zároveň má

přehled, ve které oblasti se mobilní telefon nachází (Routing Area). Autorizuje

uživatele při přihlášení, šifruje data odesílaná mobilnímu telefonu.

Naproti tomu GGSN má za úkol propojit GSM síť s externí datovou sítí (např.

Internetem), do které požadujete spojení, a následně se stará o směrování

paketů. GGSN je v podstatě router.

Důležitou součástí každé sítě je také její zabezpečení. To jde v GPRS o něco

dále než u klasického GSM. Je zachováno použití A3 a A8 algoritmů, navíc je

použit nový A5 algoritmus pro šifrování přenášených dat mezi mobilním telefonem

a SGSN. Klasické GSM šifruje pouze mezi mobilním telefonem a BSC.

Mediační zařízení

Součástí systému poskytovatele telekomunikačních služeb (mobilních, pevných,

ISP) bývá často mediační zařízení. Jeho úlohou je zprostředkovat výměnu dat

mezi vlastní telekomunikační sítí a výpočetním systémem operátora.

Slouží jako vrstva, která odstiňuje telekomunikační síť od ostatních systémů,

takže například zúčtovací systém nebo systémy pro správu zákazníků komunikují s

mediátorem a ne přímo se sítí.

Činnost mediátoru lze v podstatě rozdělit na dvě části:

Sběr CDR (Call Detail Record) záznamů ze sítě. CDR je záznam, který je vytvořen

na telefonní ústředně pro každý uskutečněný hovor a obsahuje o něm veškeré

informace (číslo volajícího, číslo volané, čas a dobu hovoru atd.), které se

pak využívají pro zúčtování, výpočet statistik, identifikaci zneužití sítě apod.

Zasílání příkazů síti pro aktivaci nových zákazníků, deaktivaci stávajících

nebo změnu jejich nastavení.

Jedná se tedy o obousměrnou komunikaci se sítí. Existují různé produkty, které

plní výše zmíněné funkce, ať už obě zároveň, či pouze jen jednu z nich.

Jak už jsme uvedli, mediátor je v podstatě nepovinný a ne všichni operátoři ho

mají. I když bez popsaných činností (sběr CDR a zasílání příkazů síti) se žádný

operátor neobejde. Je však možné je provozovat jako součást jiné aplikace,

například účtovacího systému.

S příchodem GPRS nabývá mediátor na důležitosti, protože zvláště sběr CDR

záznamů ze sítě je mnohem složitější a komplexnější než v případě pouze

hlasových služeb.

V případě hlasových služeb ústředna (MSC), která sestavila hovor, vygeneruje

pro každý hovor jeden CDR záznam, který je následně zaslán a zpracován ve

výpočetním centru. V případě, že je hovor dlouhý, může být k němu vygenerováno

několik CDR záznamů (např. každých 20 minut). Ty jsou poté v mediátoru sloučeny

do jednoho výsledného záznamu a do zúčtovacího systému putuje už jen jeden

kompletní záznam pro každý hovor.

V GPRS je situace trochu složitější. Pro každý PDP kontext jsou vygenerovány

minimálně 3 CDR záznamy:

S-CDR na SGSN informace o komunikaci mobilní sítě a mobilního telefonu

M-CDR na SGSN informace o lokalitě mobilního telefonu během trvání PDP kontextu

G-CDR na GGSN informace o komunikaci s externí sítí

Tyto tři záznamy z různých zdrojů musejí být spojeny dohromady, protože tvoří

logický kompletní soubor informací o daném PDP kontextu.

GPRS CDR záznamů může být ale vytvořeno pro jeden PDP kontext daleko více.

Podle stejného principu jako u hlasových služeb může být CDR záznam generován

po uběhnutí daného intervalu. Navíc, pokud se pohybujete a překročíte hranice

jedné SGSN, je na této CDR záznam uzavřen, a na SGSN, která převzala spojení,

je nový otevřen. Není tedy výjimkou, že bude vygenerováno 6 a více CDR záznamů

pro jeden PDP kontext. To je další rozdíl proti hlasovým službám. Tam platí, že

pokud během hovoru změníte MSC, je CDR záznam stále uchováván na původním, kde

je po ukončení hovoru také uložen.

Generování záznamů CDR je zobrazeno na 3 modelových situacích na obrázcích,

které jsou součástí tohoto článku.

Závěr

Zavádění GPRS se v mnohém podobá začátkům zavádění GSM. K dispozici budou zcela

nové služby, ale je nutné pořídit si telefon, který GPRS podporuje. Dojde k

významným změnám v síti. Aby bylo možné využívat GPRS služeb i v zahraničí,

bude zapotřebí znovu navázat roaming a propojit síť (IP) s každým partnerem.

Z technického hlediska je dokonce možné vystavět pouze GPRS síť, tedy vypustit

MSC, a tím i hlasové služby. Vzhledem k tomu, že GPRS není úplně bez zpoždění,

nebyl by přenos hlasu zcela ideální s touto variantou je však zapotřebí

počítat. Mnohé dokonce nasvědčuje, že právě tudy půjde další vývoj.

Co se týče zájmu uživatelů o bezdrátové paketové datové přenosy, je nejdále

Japonsko, kde největší mobilní operátor NTT DoCoMo s 26 miliony zákazníky

uživatelů spustil službu i-mode obsahující paketový přenos dat a během několika

měsíců začaly službu používat více než dva miliony zákazníků.

Za 12 až 18 měsíců po nasazení GPRS dojde k implementaci EDGE (Enhanced Data

rate for GSM Evolution). Tato technologie dosahuje teoretických rychlostí 384

Kb/s. Za ní pak už s odstupem tří let kráčí sítě 3. generace a rychlosti 2

Mb/s. Máme se tedy na co těšit.

0 0730 / pen

POUŽITÉ ZKRATKY

APN Access Point Name

BSC Base Station Controller

BSS Base Station System

CDR Call Detail Record

CSD Circuit Switched Data

DNS Domain Name System

GPRS Global Packet Radio Service

GGSN Gateway GPRS Support Node

HLR Home Location Register

MSC Mobile Switching Center

PCU Packet Control Unit

PDP Packet Data Protocol

QoS Quality of Service

SGSN Serving GPRS Support Node

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

WAP Wireless Application Protocol