El servicio general de radio por paquetes ( GPRS ) es un estándar de datos móviles orientado a paquetes en el sistema global de la red de comunicación celular 2G y 3G para comunicaciones móviles (GSM). GPRS fue establecido por el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) en respuesta a las tecnologías celulares de conmutación de paquetes CDPD e i-mode anteriores . Ahora es mantenido por el Proyecto de Asociación de 3ª Generación (3GPP). [1] [2]
Generalmente, GPRS se vende de acuerdo con el volumen total de datos transferidos durante el ciclo de facturación, en contraste con los datos de conmutación de circuitos , que generalmente se facturan por minuto de tiempo de conexión o, a veces, en incrementos de un tercio de minuto. El uso por encima del límite de datos agrupados de GPRS se puede cobrar por MB de datos, con velocidad limitada o no permitida.
GPRS es un servicio de mejor esfuerzo , que implica un rendimiento y una latencia variables que dependen del número de otros usuarios que comparten el servicio al mismo tiempo, a diferencia de la conmutación de circuitos , donde se garantiza una cierta calidad de servicio (QoS) durante la conexión. En los sistemas 2G, GPRS proporciona velocidades de datos de 56-114 kbit / seg. [3] La tecnología celular 2G combinada con GPRS a veces se describe como 2.5G , es decir, una tecnología entre la segunda ( 2G ) y la tercera ( 3G ) generaciones de telefonía móvil. [4] Proporciona transferencia de datos a velocidad moderada, mediante el uso de canales de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) no utilizados en, por ejemplo, el sistema GSM. GPRS está integrado en GSM Release 97 y versiones más recientes.
Resumen técnico
La red central GPRS permite que las redes móviles 2G , 3G y WCDMA transmitan paquetes IP a redes externas como Internet . El sistema GPRS es una parte integrada del subsistema de conmutación de red GSM .
Servicios ofrecidos
GPRS amplía las capacidades de datos conmutados por circuitos de paquetes GSM y hace posibles los siguientes servicios:
- Transmisión y mensajería SMS
- Acceso a Internet "siempre activo"
- Servicio de mensajería multimedia (MMS)
- Pulsar para hablar por celular (PoC)
- Mensajería instantánea y presencia: aldea inalámbrica
- Aplicaciones de Internet para dispositivos inteligentes a través del protocolo de aplicación inalámbrica (WAP)
- Servicio punto a punto (P2P): interconexión en red con Internet (IP)
- Servicio punto a multipunto (P2M): multidifusión punto a multipunto y llamadas de grupo punto a multipunto
Si se utiliza SMS a través de GPRS, se puede lograr una velocidad de transmisión de SMS de aproximadamente 30 mensajes SMS por minuto. Esto es mucho más rápido que usar el SMS ordinario sobre GSM, cuya velocidad de transmisión de SMS es de aproximadamente 6 a 10 mensajes SMS por minuto.
Protocolos compatibles
GPRS admite los siguientes protocolos:
- Protocolo de Internet (IP). En la práctica, los navegadores móviles integrados utilizan IPv4 antes de que IPv6 se generalice.
- Los operadores de telefonía móvil no suelen admitir el protocolo punto a punto (PPP) , pero si se utiliza un teléfono móvil como módem para una computadora conectada, se puede utilizar PPP para canalizar IP al teléfono. Esto permite que se asigne dinámicamente una dirección IP (utilizando IPCP en lugar de DHCP ) al equipo móvil.
- Las conexiones X.25 se utilizan normalmente para aplicaciones como terminales de pago inalámbricos, aunque se han eliminado del estándar. X.25 aún se puede admitir a través de PPP, o incluso a través de IP, pero esto requiere un enrutador basado en red para realizar la encapsulación o software integrado en el dispositivo / terminal final; por ejemplo, equipo de usuario (UE).
Cuando se utiliza TCP / IP , cada teléfono puede tener asignadas una o más direcciones IP . GPRS almacenará y reenviará los paquetes IP al teléfono incluso durante el traspaso . El TCP restaura cualquier paquete perdido (por ejemplo, debido a una pausa inducida por ruido de radio).
Hardware
Los dispositivos que admiten GPRS se agrupan en tres clases:
- Clase A
- Se puede conectar al servicio GPRS y al servicio GSM (voz, SMS) simultáneamente. Estos dispositivos ya están disponibles [a partir de? ] .
- Clase B
- Puede conectarse al servicio GPRS y al servicio GSM (voz, SMS), pero usando solo uno a la vez. Durante el servicio GSM (llamada de voz o SMS), el servicio GPRS se suspende y se reanuda automáticamente una vez finalizado el servicio GSM (llamada de voz o SMS). La mayoría de los dispositivos móviles GPRS son de Clase B.
- Clase C
- Están conectados al servicio GPRS o al servicio GSM (voz, SMS) y deben cambiarse manualmente entre un servicio y otro.
Debido a que un dispositivo de Clase A debe dar servicio a las redes GPRS y GSM juntas, efectivamente necesita dos radios. Para evitar este requisito de hardware, un dispositivo móvil GPRS puede implementar la función de modo de transferencia dual (DTM) . Un móvil compatible con DTM puede manejar tanto paquetes GSM como paquetes GPRS con coordinación de red para garantizar que ambos tipos no se transmitan al mismo tiempo. Dichos dispositivos se consideran pseudoclase A, a veces denominados "clase A simple". Algunas redes han admitido DTM desde 2007 [ cita requerida ] .
Los módems USB 3G / GPRS tienen una interfaz similar a un terminal sobre USB con formatos de datos V.42bis y RFC 1144. Algunos modelos incluyen un conector de antena externa . Se encuentran disponibles tarjetas de módem para computadoras portátiles o módems USB externos, similares en forma y tamaño a un mouse de computadora o un pendrive .
Direccionamiento
Una conexión GPRS se establece por referencia a su nombre de punto de acceso (APN). El APN define los servicios como el acceso al protocolo de aplicación inalámbrica (WAP), el servicio de mensajes cortos (SMS), el servicio de mensajería multimedia (MMS) y los servicios de comunicación por Internet como el correo electrónico y el acceso a la World Wide Web .
Para configurar una conexión GPRS para un módem inalámbrico , un usuario debe especificar un APN, opcionalmente un nombre de usuario y contraseña, y muy raramente una dirección IP , proporcionada por el operador de red.
Módems y módulos GPRS
El módulo GSM o los módulos GPRS son similares a los módems, pero hay una diferencia: el módem es un equipo externo, mientras que el módulo GSM o el módulo GPRS se pueden integrar dentro de un equipo eléctrico o electrónico. Es una pieza de hardware incorporada. Un móvil GSM, por otro lado, es un sistema integrado completo en sí mismo. Viene con procesadores integrados dedicados a proporcionar una interfaz funcional entre el usuario y la red móvil.
Esquemas de codificación y velocidades
Las velocidades de carga y descarga que se pueden lograr en GPRS dependen de varios factores, tales como:
- el número de intervalos de tiempo BTS TDMA asignados por el operador
- la codificación de canal utilizada.
- la capacidad máxima del dispositivo móvil expresada como una clase de ranuras múltiples GPRS
Esquemas de acceso múltiple
Los métodos de acceso múltiple utilizados en GSM con GPRS se basan en duplex por división de frecuencia (FDD) y TDMA. Durante una sesión, a un usuario se le asigna un par de canales de frecuencia de enlace ascendente y descendente. Esto se combina con la multiplexación estadística en el dominio del tiempo que hace posible que varios usuarios compartan el mismo canal de frecuencia. Los paquetes tienen una longitud constante, correspondiente a un intervalo de tiempo GSM. El enlace descendente utiliza la programación de paquetes por orden de llegada , mientras que el enlace ascendente utiliza un esquema muy similar a la reserva ALOHA (R-ALOHA). Esto significa que ALOHA ranurado (S-ALOHA) se utiliza para consultas de reserva durante una fase de contención, y luego los datos reales se transfieren utilizando TDMA dinámico con orden de llegada.
Codificación de canal
El proceso de codificación de canal en GPRS consta de dos pasos: primero, se usa un código cíclico para agregar bits de paridad, que también se conocen como secuencia de verificación de bloque, seguido de la codificación con un código convolucional posiblemente perforado . [5] Los esquemas de codificación CS-1 a CS-4 especifican el número de bits de paridad generados por el código cíclico y la tasa de perforación del código convolucional. [5] En los esquemas de codificación CS-1 a CS-3, el código convolucional es de tasa 1/2, es decir, cada bit de entrada se convierte en dos bits codificados. [5] En los esquemas de codificación CS-2 y CS-3, la salida del código convolucional se perfora para lograr la tasa de código deseada. [5] En el esquema de codificación CS-4, no se aplica codificación convolucional. [5] La siguiente tabla resume las opciones.
Esquema de codificación GPRS | Tasa de bits, incluida la sobrecarga de RLC / MAC [a] [b] (kbit / s / ranura) | Velocidad de bits excluyendo la sobrecarga de RLC / MAC [c] (kbit / s / ranura) | Modulación | Tasa de código |
---|---|---|---|---|
CS-1 | 9,20 | 8.00 | GMSK | 1/2 |
CS-2 | 13.55 | 12.00 | GMSK | ≈2 / 3 |
CS-3 | 15,75 | 14.40 | GMSK | ≈3 / 4 |
CS-4 | 21.55 | 20.00 | GMSK | 1 |
- ^ Ésta es la velocidad a la quese transmite la unidad de datos del protocolo de capa RLC / MAC(PDU) (llamada bloque de radio). Como se muestra en TS 44.060 sección 10.0a.1, [6] un bloque de radio consta de encabezado MAC, encabezado RLC, unidad de datos RLC y bits de reserva. La unidad de datos RLC representa la carga útil, el resto son gastos generales. El bloque de radio está codificado por el código convolucional especificado para un esquema de codificación particular, que produce la misma tasa de datos de la capa PHY para todos los esquemas de codificación.
- ^ Citado en varias fuentes, por ejemplo, en TS 45.001 tabla 1. [5] es la tasa de bits que incluye los encabezados RLC / MAC, pero excluye la bandera de estado del enlace ascendente (USF), que es parte del encabezado MAC, [7] que produce una tasa de bits eso es 0,15 kbit / s menor.
- ^ La tasa de bits neta aquí es la tasa a la que se transmite la carga útil de la capa RLC / MAC (la unidad de datos RLC). Como tal, esta tasa de bits excluye la sobrecarga del encabezado de las capas RLC / MAC.
El esquema de codificación menos robusto, pero más rápido (CS-4) está disponible cerca de una estación transceptora base (BTS), mientras que el esquema de codificación más robusto (CS-1) se usa cuando la estación móvil (MS) está más lejos de un BTS.
Con el CS-4 es posible lograr una velocidad de usuario de 20,0 kbit / s por intervalo de tiempo. Sin embargo, usando este esquema, la cobertura celular es del 25% de lo normal. CS-1 puede alcanzar una velocidad de usuario de solo 8,0 kbit / s por intervalo de tiempo, pero tiene un 98% de cobertura normal. Los equipos de red más nuevos pueden adaptar la velocidad de transferencia automáticamente según la ubicación del móvil.
Además de GPRS, existen otras dos tecnologías GSM que brindan servicios de datos: datos conmutados por circuitos (CSD) y datos conmutados por circuitos de alta velocidad (HSCSD). En contraste con la naturaleza compartida de GPRS, estos establecen un circuito dedicado (generalmente facturado por minuto). Algunas aplicaciones, como las videollamadas, pueden preferir HSCSD, especialmente cuando hay un flujo continuo de datos entre los puntos finales.
La siguiente tabla resume algunas configuraciones posibles de GPRS y servicios de datos con conmutación de circuitos.
Tecnología Descarga (kbit / s) Subir (kbit / s) Intervalos de tiempo TDMA asignados (DL + UL) CSD 9,6 9,6 1 + 1 HSCSD 28,8 14,4 2 + 1 HSCSD 43.2 14,4 3 + 1 GPRS 85,6 21.4 (Clase 8 y 10 y CS-4) 4 + 1 GPRS 64,2 42,8 (Clase 10 y CS-4) 3 + 2 EGPRS (BORDE) 236,8 59.2 (Clase 8, 10 y MCS-9) 4 + 1 EGPRS (BORDE) 177,6 118.4 (Clase 10 y MCS-9) 3 + 2
Clase de ranuras múltiples
La clase de múltiples ranuras determina la velocidad de transferencia de datos disponible en las direcciones de enlace ascendente y descendente . Es un valor entre 1 y 45 que utiliza la red para asignar canales de radio en la dirección del enlace ascendente y del enlace descendente. Las clases de múltiples ranuras con valores superiores a 31 se denominan clases de múltiples ranuras altas.
Una asignación de múltiples ranuras se representa, por ejemplo, como 5 + 2. El primer número es el número de intervalos de tiempo de enlace descendente y el segundo es el número de intervalos de tiempo de enlace ascendente asignados para su uso por la estación móvil. Un valor comúnmente utilizado es la clase 10 para muchos móviles GPRS / EGPRS que usa un máximo de 4 intervalos de tiempo en la dirección del enlace descendente y 2 intervalos de tiempo en la dirección del enlace ascendente. Sin embargo, simultáneamente se puede utilizar un número máximo de 5 intervalos de tiempo simultáneos tanto en el enlace ascendente como en el enlace descendente. La red se configurará automáticamente para la operación 3 + 2 o 4 + 1 dependiendo de la naturaleza de la transferencia de datos.
Algunos móviles de gama alta, que generalmente también admiten UMTS , también admiten GPRS / EDGE multislot clase 32. Según 3GPP TS 45.002 (versión 12), tabla B.1, [8] las estaciones móviles de esta clase admiten 5 intervalos de tiempo en enlace descendente y 3 intervalos de tiempo. en enlace ascendente con un número máximo de 6 intervalos de tiempo utilizados simultáneamente. Si el tráfico de datos se concentra en la dirección del enlace descendente, la red configurará la conexión para una operación 5 + 1. Cuando se transfieren más datos en el enlace ascendente, la red puede cambiar la constelación en cualquier momento a 4 + 2 o 3 + 3. En las mejores condiciones de recepción, es decir, cuando se puede utilizar el mejor esquema de codificación y modulación EDGE , 5 intervalos de tiempo pueden transportar un ancho de banda de 5 * 59,2 kbit / s = 296 kbit / s. En la dirección del enlace ascendente, 3 intervalos de tiempo pueden transportar un ancho de banda de 3 * 59,2 kbit / s = 177,6 kbit / s. [9]
Clases de ranuras múltiples para GPRS / EGPRS
Clase de ranuras múltiples Enlace descendente TS Enlace ascendente TS TS activo 1 1 1 2 2 2 1 3 3 2 2 3 4 3 1 4 5 2 2 4 6 3 2 4 7 3 3 4 8 4 1 5 9 3 2 5 10 4 2 5 11 4 3 5 12 4 4 5 30 5 1 6 31 5 2 6 32 5 3 6 33 5 4 6 34 5 5 6
Atributos de una clase de múltiples ranuras
Cada clase de múltiples ranuras identifica lo siguiente:
- el número máximo de intervalos de tiempo que se pueden asignar en el enlace ascendente
- el número máximo de intervalos de tiempo que se pueden asignar en el enlace descendente
- el número total de intervalos de tiempo que la red puede asignar al móvil
- el tiempo necesario para que la MS realice la medición del nivel de la señal de la celda adyacente y se prepare para transmitir
- el tiempo necesario para que la EM se prepare para transmitir
- el tiempo necesario para que la MS realice la medición del nivel de señal de la celda adyacente y se prepare para recibir
- el tiempo necesario para que la EM se prepare para recibir.
Las diferentes especificaciones de clase de múltiples ranuras se detallan en el Anexo B de la Especificación Técnica 3GPP 45.002 (Multiplexación y acceso múltiple en la ruta de radio)
Usabilidad
La velocidad máxima de una conexión GPRS ofrecida en 2003 era similar a la de una conexión de módem en una red telefónica de cable analógico, entre 32 y 40 kbit / s, según el teléfono utilizado. La latencia es muy alta; El tiempo de ida y vuelta (RTT) suele ser de unos 600 a 700 ms y, a menudo, alcanza 1 segundo. Por lo general, GPRS tiene una prioridad más baja que la voz y, por lo tanto, la calidad de la conexión varía mucho.
Los dispositivos con mejoras de latencia / RTT (a través de, por ejemplo, la función de modo UL TBF ampliado) están generalmente disponibles. Además, las actualizaciones de las funciones de la red están disponibles con ciertos operadores. Con estas mejoras, el tiempo de ida y vuelta activo se puede reducir, lo que da como resultado un aumento significativo en las velocidades de rendimiento a nivel de aplicación.
Historia de GPRS
GPRS se inauguró en 2000 como un servicio de datos de conmutación de paquetes integrado en la red de radio celular de conmutación de canales GSM . GPRS amplía el alcance de Internet fijo al conectar terminales móviles en todo el mundo.
El protocolo CELLPAC [10] desarrollado en 1991-1993 fue el punto de activación para comenzar en 1993 la especificación del estándar GPRS por ETSI SMG . Especialmente, las funciones de voz y datos de CELLPAC introducidas en una contribución del taller ETSI de 1993 [11] anticipan lo que más tarde se conoció como las raíces de GPRS. Esta contribución del taller se hace referencia en 22 patentes estadounidenses relacionadas con GPRS. [12] Los sistemas sucesores de GSM / GPRS como W-CDMA ( UMTS ) y LTE se basan en funciones clave de GPRS para el acceso a Internet móvil, tal como las introdujo CELLPAC.
Según un estudio sobre la historia del desarrollo de GPRS, [13] Bernhard Walke y su alumno Peter Decker son los inventores de GPRS, el primer sistema que proporciona acceso a Internet móvil en todo el mundo.
Ver también
- Acceso múltiple por división de código (CDMA)
- Velocidades de datos mejoradas para GSM Evolution (EDGE)
- Red central GPRS
- Acceso a paquetes de alta velocidad (HSDPA)
- Subsistema multimedia IP
- Lista de velocidades de bits del dispositivo
- Protocolo de convergencia dependiente de la subred (SNDCP)
- UMTS
Referencias
- ^ ETSI
- ^ 3GPP
- ^ "Servicio general de radio por paquetes de Qkport" . Archivado desde el original el 28 de enero de 2010 . Consultado el 14 de diciembre de 2009 .
- ↑ Mobile Phone Generations from Archivado el 11 de junio de 2010 en Wayback Machine.
- ^ a b c d e f Proyecto de asociación de tercera generación (noviembre de 2014). "3GGP TS45.001: Grupo de especificaciones técnicas Red de acceso de radio GSM / EDGE; Capa física en la ruta de radio; Descripción general" . 12.1.0 . Consultado el 5 de diciembre de 2015 .
- ^ Proyecto de colaboración de tercera generación (junio de 2015). "3GGP TS45.001: Red de acceso de radio GSM / EDGE del grupo de especificaciones técnicas; Interfaz de estación móvil (MS) - Sistema de estación base (BSS); Protocolo de control de enlace de radio / control de acceso al medio (RLC / MAC); sección 10.0a.1 - Bloque GPRS RLC / MAC para transferencia de datos " . 12.5.0 . Consultado el 5 de diciembre de 2015 .
- ^ Proyecto de colaboración de tercera generación (junio de 2015). "3GGP TS45.001: Red de acceso de radio GSM / EDGE del grupo de especificaciones técnicas; Interfaz de estación móvil (MS) - Sistema de estación base (BSS); Protocolo de control de enlace de radio / Control de acceso al medio (RLC / MAC); sección 10.2.1 - Enlace descendente Bloque de datos RLC " . 12.5.0 . Consultado el 5 de diciembre de 2015 .
- ^ Proyecto de colaboración de tercera generación (marzo de 2015). "3GGP TS45.002: Grupo de especificaciones técnicas GSM / EDGE Radio Access Network; Multiplexación y acceso múltiple en la ruta de radio (Release 12)" . 12.4.0 . Consultado el 5 de diciembre de 2015 .
- ^ "Clases de ranuras múltiples GPRS y EDGE" . Archivado desde el original el 27 de noviembre de 2010 . Consultado el 21 de junio de 2010 .
- ^ Bernhard Walke, Wolf Mende, Georgios Hatziliadis: "CELLPAC: un protocolo de radio de paquetes aplicado a la red de radio móvil GSM celular", Actas de la 41ª Conferencia de Tecnología Vehicular de IEEE, mayo de 1991, 408-413.
- ^ Peter Decker, Bernhard Walke: "Un servicio general de paquetes de radio propuesto para GSM", Taller ETSI SMG "GSM en un entorno competitivo futuro", Helsinki, Finlandia, 13 de octubre de 1993, págs. 1-20.
- ^ El programa "Publish or Perish", ver [1] regresa a la búsqueda de P. Decker, B. Walke, su artículo más citado que (después de hacer doble clic) revela las patentes de EE. UU. Que hacen referencia a ese artículo
- ^ Bernhard Walke: "Las raíces de GPRS: el primer sistema para el acceso a Internet global basado en paquetes móviles", Comunicaciones inalámbricas IEEE, octubre de 2013, 12-23.
enlaces externos
- Conjunto de comandos 3GPP AT para equipos de usuario (UE)
- Información de seguridad GPRS en Wayback Machine (archivada el 9 de febrero de 2008)
- Recursos GPRS gratuitos
- GSM World, la asociación comercial de operadores de redes GSM y GPRS .
- Centro de recursos Palowireless GPRS
- Adjuntar GPRS y diagrama de secuencia de activación de contexto PDP