Service général de radiocommunication par paquets - General Packet Radio Service

Sony Ericsson K310a affichant la page d'accueil de Wikipédia via Internet GPRS.

General Packet Radio Service ( GPRS ) est une norme de données mobiles orientée paquets sur le système mondial de communication mobile (GSM) du réseau de communication cellulaire 2G et 3G . Le GPRS a été créé par l'Institut européen des normes de télécommunications (ETSI) en réponse aux technologies cellulaires à commutation de paquets CDPD et i-mode antérieures . Il est désormais maintenu par le Projet de Partenariat de 3ème Génération (3GPP).

Le GPRS est généralement vendu en fonction du volume total de données transférées au cours du cycle de facturation, contrairement aux données à commutation de circuits , qui sont généralement facturées par minute de temps de connexion, ou parfois par incréments d'un tiers de minute. L'utilisation au-dessus du plafond de données groupées GPRS peut être facturée par Mo de données, vitesse limitée ou interdite.

Le GPRS est un service au mieux , impliquant un débit et une latence variables qui dépendent du nombre d'autres utilisateurs partageant le service simultanément, par opposition à la commutation de circuits , où une certaine qualité de service (QoS) est garantie pendant la connexion. Dans les systèmes 2G, le GPRS fournit des débits de données de 56 à 114 kbit /s. La technologie cellulaire 2G combinée au GPRS est parfois qualifiée de 2.5G , c'est-à-dire une technologie entre la deuxième ( 2G ) et la troisième ( 3G ) générations de téléphonie mobile. Il fournit un transfert de données à vitesse modérée, en utilisant des canaux à accès multiple par répartition dans le temps (TDMA) inutilisés , par exemple, dans le système GSM. Le GPRS est intégré à GSM Release 97 et aux versions plus récentes.

Aperçu technique

Voir aussi : GPRS Core Network

Le réseau central GPRS permet aux réseaux mobiles 2G , 3G et WCDMA de transmettre des paquets IP à des réseaux externes tels qu'Internet . Le système GPRS fait partie intégrante du sous-système de commutation du réseau GSM .

Services offerts

Le GPRS étend les capacités de données à commutation de circuits par paquets GSM et rend les services suivants possibles :

  • Messagerie SMS et diffusion
  • Accès Internet « toujours actif »
  • Service de messagerie multimédia (MMS)
  • Push-to-talk over cellulaire (PoC)
  • Messagerie instantanée et présence — village sans fil
  • Applications Internet pour appareils intelligents via le protocole d'application sans fil (WAP)
  • Service point à point (P2P) : inter-réseautage avec Internet (IP)
  • Service point à multipoint (P2M) : multidiffusion point à multipoint et appels de groupe point à multipoint

Si SMS sur GPRS est utilisé, une vitesse de transmission SMS d'environ 30 messages SMS par minute peut être atteinte. C'est beaucoup plus rapide que d'utiliser le SMS ordinaire sur GSM, dont la vitesse de transmission des SMS est d'environ 6 à 10 SMS par minute.

Protocoles pris en charge

GPRS prend en charge les protocoles suivants :

  • Protocole Internet (IP). Dans la pratique, les navigateurs mobiles intégrés utilisent IPv4 avant qu'IPv6 ne soit répandu.
  • Le protocole point à point (PPP) n'est généralement pas pris en charge par les opérateurs de téléphonie mobile, mais si un téléphone cellulaire est utilisé comme modem pour un ordinateur connecté, PPP peut être utilisé pour tunneler l'IP vers le téléphone. Cela permet à une adresse IP d'être attribuée dynamiquement (en utilisant IPCP plutôt que DHCP ) à l'équipement mobile.
  • Les connexions X.25 sont généralement utilisées pour des applications telles que les terminaux de paiement sans fil, bien qu'elles aient été supprimées de la norme. X.25 peut toujours être pris en charge sur PPP, ou même sur IP, mais cela nécessite soit un routeur réseau pour effectuer l'encapsulation, soit un logiciel intégré au périphérique/terminal ; par exemple, l'équipement utilisateur (UE).

Lorsque TCP/IP est utilisé, chaque téléphone peut avoir une ou plusieurs adresses IP attribuées. Le GPRS stockera et transmettra les paquets IP au téléphone même pendant le transfert . Le TCP restaure tous les paquets perdus (par exemple en raison d'une pause induite par le bruit radio).

Matériel

Les appareils prenant en charge le GPRS sont regroupés en trois classes :

Classe A
Peut être connecté au service GPRS et au service GSM (voix, SMS) simultanément. De tels appareils sont maintenant disponibles.
Classe B
Peut être connecté au service GPRS et au service GSM (voix, SMS), mais en n'en utilisant qu'un seul à la fois. Pendant le service GSM (appel vocal ou SMS), le service GPRS est suspendu et repris automatiquement après la fin du service GSM (appel vocal ou SMS). La plupart des appareils mobiles GPRS sont de classe B.
Classe C
Sont connectés soit au service GPRS soit au service GSM (voix, SMS) et doivent être commutés manuellement d'un service à l'autre.

Étant donné qu'un appareil de classe A doit desservir les réseaux GPRS et GSM ensemble, il a effectivement besoin de deux radios. Pour éviter cette exigence matérielle, un appareil mobile GPRS peut implémenter la fonction de mode de transfert double (DTM) . Un mobile compatible DTM peut gérer à la fois les paquets GSM et les paquets GPRS avec une coordination réseau pour garantir que les deux types ne sont pas transmis en même temps. De tels dispositifs sont considérés comme de la pseudo-classe A, parfois appelée « classe simple A ». Certains réseaux prennent en charge le DTM depuis 2007.

Modem Huawei E220 3G/GPRS

Les modems USB 3G/GPRS ont une interface de type terminal sur USB avec les formats de données V.42bis et RFC  1144 . Certains modèles incluent un connecteur d' antenne externe . Cartes modem pour PC portables, ou les modems USB externes sont disponibles, la même forme et la taille d'une souris d'ordinateur ou d' un pendrive .

Adressage

Une connexion GPRS est établie par référence à son nom de point d'accès (APN). L'APN définit les services tels que l' accès au protocole d'application sans fil (WAP), le service de messages courts (SMS), le service de messagerie multimédia (MMS) et pour les services de communication Internet tels que le courrier électronique et l' accès au World Wide Web .

Afin de configurer une connexion GPRS pour un modem sans fil , un utilisateur doit spécifier un APN, éventuellement un nom d'utilisateur et un mot de passe, et très rarement une adresse IP , fournis par l'opérateur du réseau.

Modems et modules GPRS

Le module GSM ou les modules GPRS sont similaires aux modems, mais il y a une différence : le modem est un équipement externe, alors que le module GSM ou le module GPRS peut être intégré dans un équipement électrique ou électronique. Il s'agit d'un élément matériel intégré. Un mobile GSM, en revanche, est un système embarqué complet en soi. Il est livré avec des processeurs embarqués dédiés à fournir une interface fonctionnelle entre l'utilisateur et le réseau mobile.

Schémas de codage et vitesses

Les vitesses de chargement et de téléchargement pouvant être atteintes en GPRS dépendent d'un certain nombre de facteurs tels que :

  • le nombre de créneaux horaires BTS TDMA attribués par l'opérateur
  • le codage de canal utilisé.
  • la capacité maximale de l'appareil mobile exprimée sous la forme d'une classe GPRS multislot

Schémas d'accès multiples

Les méthodes d'accès multiples utilisées dans le GSM avec GPRS sont basées sur le duplex à répartition en fréquence (FDD) et le TDMA. Au cours d'une session, un utilisateur est affecté à une paire de canaux de fréquence de liaison montante et de liaison descendante. Ceci est combiné à un multiplexage statistique dans le domaine temporel qui permet à plusieurs utilisateurs de partager le même canal de fréquence. Les paquets ont une longueur constante, correspondant à un intervalle de temps GSM. La liaison descendante utilise la planification des paquets premier arrivé, premier servi , tandis que la liaison montante utilise un schéma très similaire à la réservation ALOHA (R-ALOHA). Cela signifie que l' ALOHA à créneaux (S-ALOHA) est utilisé pour les demandes de réservation pendant une phase de contention, puis les données réelles sont transférées à l'aide de l'AMRT dynamique avec le premier arrivé, premier servi.

Encodage de canal

Le processus de codage de canal dans GPRS se compose de deux étapes : d'abord, un code cyclique est utilisé pour ajouter des bits de parité, également appelés séquence de contrôle de bloc, suivi d'un codage avec un code convolutif éventuellement perforé . Les schémas de codage CS-1 à CS-4 spécifient le nombre de bits de parité générés par le code cyclique et le taux de perforation du code convolutif. Dans les schémas de codage CS-1 à CS-3, le code convolutif est de taux 1/2, c'est-à-dire que chaque bit d'entrée est converti en deux bits codés. Dans les schémas de codage CS-2 et CS-3, la sortie du code convolutif est perforée pour obtenir le débit de code souhaité. Dans le schéma de codage CS-4, aucun codage convolutif n'est appliqué. Le tableau suivant résume les options.


Schéma de codage GPRS		 Débit, y compris le surdébit RLC/MAC
(kbit/s/slot) 		Débit binaire hors surcharge RLC/MAC
(kbit/s/slot) 		Modulation Taux de code
CS-1 9.20 8.00 GMSK 1/2
CS-2 13.55 12h00 GMSK 2/3
CS-3 15,75 14.40 GMSK 3/4
CS-4 21.55 20.00 GMSK 1

Le schéma de codage le moins robuste mais le plus rapide (CS-4) est disponible à proximité d'une station émettrice-réceptrice de base (BTS), tandis que le schéma de codage le plus robuste (CS-1) est utilisé lorsque la station mobile (MS) est plus éloignée d'un BTS.

En utilisant le CS-4, il est possible d'atteindre une vitesse d'utilisation de 20,0 kbit/s par tranche de temps. Cependant, en utilisant ce schéma, la couverture cellulaire est de 25 % de la normale. CS-1 peut atteindre une vitesse utilisateur de seulement 8,0 kbit/s par tranche de temps, mais a 98 % de la couverture normale. Les équipements de réseau plus récents peuvent adapter la vitesse de transfert automatiquement en fonction de l'emplacement du mobile.

En plus du GPRS, il existe deux autres technologies GSM qui fournissent des services de données : les données à commutation de circuits (CSD) et les données à commutation de circuits à haut débit (HSCSD). Contrairement à la nature partagée du GPRS, ceux-ci établissent plutôt un circuit dédié (généralement facturé à la minute). Certaines applications telles que les appels vidéo peuvent préférer HSCSD, en particulier lorsqu'il existe un flux continu de données entre les points de terminaison.

Le tableau suivant résume certaines configurations possibles des services de données GPRS et à commutation de circuits.

La technologie Téléchargement (kbit/s) Téléchargement (kbit/s) Créneaux horaires TDMA alloués (DL+UL)
CDD 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 (Classes 8 & 10 et CS-4) 4+1
GPRS 64,2 42,8 (Classe 10 et CS-4) 3+2
EGPRS (EDGE) 236,8 59.2 (Classes 8, 10 et MCS-9) 4+1
EGPRS (EDGE) 177.6 118.4 (Classe 10 et MCS-9) 3+2

Classe multi-emplacements

La classe multislot détermine la vitesse de transfert de données disponible dans les directions Uplink et Downlink . C'est une valeur comprise entre 1 et 45 que le réseau utilise pour allouer des canaux radio dans le sens montant et descendant. Les classes multislot avec des valeurs supérieures à 31 sont appelées classes multislot élevées.

Une allocation multislot est représentée par exemple par 5+2. Le premier nombre est le nombre d'intervalles de temps de liaison descendante et le second est le nombre d'intervalles de temps de liaison montante alloués pour une utilisation par la station mobile. Une valeur couramment utilisée est la classe 10 pour de nombreux mobiles GPRS/EGPRS qui utilise un maximum de 4 intervalles de temps dans le sens descendant et 2 intervalles de temps dans le sens montant. Cependant, simultanément, un nombre maximum de 5 intervalles de temps simultanés peut être utilisé à la fois en liaison montante et en liaison descendante. Le réseau se configurera automatiquement pour un fonctionnement 3+2 ou 4+1 selon la nature du transfert de données.

Certains mobiles haut de gamme, prenant généralement également en charge l' UMTS , prennent également en charge la classe 32 multislot GPRS/ EDGE . Selon 3GPP TS 45.002 (version 12), tableau B.1, les stations mobiles de cette classe prennent en charge 5 tranches un nombre maximum de 6 plages horaires utilisées simultanément. Si le trafic de données est concentré dans le sens de la liaison descendante, le réseau configurera la connexion pour un fonctionnement 5+1. Lorsque plus de données sont transférées dans la liaison montante, le réseau peut à tout moment changer la constellation en 4+2 ou 3+3. Dans les meilleures conditions de réception, c'est-à-dire lorsque le meilleur schéma de modulation et de codage EDGE peut être utilisé, 5 intervalles de temps peuvent acheminer une bande passante de 5*59,2 kbit/s = 296 kbit/s. Dans le sens montant, 3 intervalles de temps peuvent transporter une bande passante de 3*59,2 kbit/s = 177,6 kbit/s.

Classes multi-emplacements pour GPRS/EGPRS

Classe multi-emplacements TS de liaison descendante TS de liaison montante ST actif
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
dix 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

Attributs d'une classe multislot

Chaque classe multislot identifie les éléments suivants :

  • le nombre maximum de plages horaires pouvant être allouées sur la liaison montante
  • le nombre maximum de plages horaires pouvant être allouées sur la liaison descendante
  • le nombre total de tranches horaires qui peuvent être allouées par le réseau au mobile
  • le temps nécessaire à la MS pour effectuer une mesure du niveau de signal des cellules adjacentes et se préparer à transmettre
  • le temps nécessaire à la MS pour se préparer à transmettre
  • le temps nécessaire à la MS pour effectuer une mesure du niveau de signal des cellules adjacentes et se préparer à recevoir
  • le temps nécessaire au MS pour se préparer à recevoir.

La spécification des différentes classes multislot est détaillée dans l'Annexe B de la Spécification Technique 3GPP 45.002 (Multiplexage et accès multiple sur le chemin radio)

Convivialité

La vitesse maximale d'une connexion GPRS offerte en 2003 était similaire à celle d'une connexion par modem dans un réseau téléphonique filaire analogique, environ 32 à 40 kbit/s, selon le téléphone utilisé. La latence est très élevée ; le temps aller-retour (RTT) est généralement d'environ 600 à 700 ms et atteint souvent 1 s. Le GPRS est généralement moins prioritaire que la parole, et donc la qualité de la connexion varie considérablement.

Les appareils avec des améliorations de latence/RTT (via, par exemple, la fonction de mode UL TBF étendu) sont généralement disponibles. De plus, des mises à niveau réseau des fonctionnalités sont disponibles avec certains opérateurs. Grâce à ces améliorations, le temps d'aller-retour actif peut être réduit, ce qui entraîne une augmentation significative des vitesses de débit au niveau de l'application.

Histoire du GPRS

Le GPRS a ouvert ses portes en 2000 en tant que service de données à commutation de paquets intégré au réseau radio cellulaire à commutation de canaux GSM . Le GPRS étend la portée de l'Internet fixe en connectant des terminaux mobiles dans le monde entier.

Le protocole CELLPAC développé en 1991-1993 a été le point de départ en 1993 de la spécification du GPRS standard par ETSI SMG . En particulier, les fonctions CELLPAC Voice & Data introduites dans une contribution de l'atelier ETSI de 1993 anticipent ce qui fut plus tard connu pour être les racines du GPRS. Cette contribution de l'atelier est référencée dans 22 brevets US liés au GPRS. Les systèmes successeurs du GSM/GPRS tels que W-CDMA ( UMTS ) et LTE s'appuient sur des fonctions GPRS clés pour l'accès Internet mobile, telles qu'elles ont été introduites par CELLPAC.

Selon une étude sur l'histoire du développement du GPRS, Bernhard Walke et son élève Peter Decker sont les inventeurs du GPRS, le premier système fournissant un accès Internet mobile dans le monde entier.

Voir également

Les références

Liens externes