GPRS چیست؟

GPRS چیست؟

GPRS (جی پی آر اس) مخفف کلمات General Packet Radio Service (یا خدمات رادیویی بسته های اطلاعاتی) است که با به کارگیری این تکنولوژی در شبکه تلفن همراه، امکان خدماتی نظیر مرور در اینترنت، ایمیل، ارتباطات تصویری، پیام های چند رسانه ای و خدمات مبتنی بر مبدا را فراهم می کند. این سرویس به شبکه ها این امکان را می دهد که خدمات اینترنتی پر ظرفیت را به صورت دائمی و بدون وققه، به مشترکان خود ارائه دهند.
برای استفاده از این تکنولوژی، شما باید PDA یا موبایلی داشته باشید که GPRS را پشتیبانی کند تا به شرکتی که سرویس GPRS را ارائه می کند، دسترسی پیدا کنید. GPRS به صورت کلی سه مزیت برای مشترک خود به ارمغان می آورد:

- اول اینکه امکان می دهد تا همواره ارتباط خود را با اینترنت حفظ نمایید و لازم نیست برای برقراری هر ارتباط، هر بار به شرکت ارائه دهنده سرویس اینترنت متصل گردید.

- دوم اینکه GPRS به صورت ذاتی دارای سرعت به مراتب بالاتری نسبت به خطوط ارتباطی داده معمولی در موبایل می باشد.
خطوط معمولی موبایل، حداکثر دارای سرعت 9.6 کیلوبیت در ثانیه می باشند و در صورت استفاده از سرویس High-Speed Circuit Switched Data یا همان HSCSD حداکثر می توانند از سرعت 1.44 کیلوبیت در ثانیه بهره ببرند. در صورتی که GPRS می تواند تا سرعت 56 کیلو بیت در ثانیه شما را به اینترنت متصل نماید.

- سومین و اصلی ترین مزیت GSRP این است که شما مبلغ ارتباط خود را بر اساس مقدار اطلاعات ورودی و خروجی به شرکت ارائه دهنده سرویس می پردازید و نه بر اساس مدت زمانی که به اینترنت متصل هستید. این به آن معنا است که ممکن است شما تمامی روز به اینترنت متصل باشید اما فقط در هنگام ارسال یک پیغام، مبلغی را پرداخت کنید.

سیستم GPRS چه تفاوتی با GSM دارد؟

در سیستم GPRS یک لایه Packet-Switched به شبکه GSM موجود موبایل اضافه می شود. در واقع GPRS یا نسل 2.5 تلفن های همراه، یک سرویس رادیویی بی سیم، جهت ارسال دیتا است که به نوعی یک مرحله میانی بین GSM (نسل دوم) و UMTS (نسل سوم) شبکه های مخابرات سیار است که امکان ارسال دیتا را با سرعت 171.2 کیلو بیت بر ثانیه، امکان پذیر می سازند. برای مطالعه بیشتر دراین مورد به سایر مقالات سایت میکرو رایانه مراجعه نمایید. بدین ترتیب سیستم GPRS، پهنای باند وسیع تر و امکانات رادیویی بیشتری را در اختیار مشترکین قرار می دهد تا ارسال دیتا با سرعت بیشتری انجام شود، که این مقدار 3 برابر حداکثر سرعتی است که کاربران می توانند از شبکه های تلفن ثابت، اطلاعات دریافت کنند و تقریبا بیش از 10 برابر سرعت ارسال دیتا در شبکه فعلی GSM است.

استاندارد اصلی GSM در سال 1991 به وجود آمد که به نسل دوم یا G2 شهرت یافت. بعدا استانداردسازی GPRS ابتدا در سال 1994 توسط ETST/SMG انجام شد و سپس در سال 1997 مجموعه مشخصات آن توسط SMG#25 مورد تایید قرار گرفت و سرانجام در سال 1999 تکمیل گردید. خدمات GPRS از این تاریخ به بعد رو به گسترش بوده است.

کاربردهای GPRS

پست الکترونیکی
با توجه به ارتباط دائمی با اینترنت در سیستم GPRS و پرداخت هزینه به ازای اطلاعات ارسالی و دریافتی، شما می توانید نامه های الکترونیکی خود را در هر زمان با حداقل هزینه و حداکثر سرعت دریافت و یا به آنها پاسخ دهید.

پیغام های لحظه ای
ارتباط دائمی به اینترنت به شما امکان می دهد تا همواره پیغام های فوری خود را که توسط نرم افزار های Chat فرستاده می شوند، در هر لحظه دریافت و به آنها پاسخ دهید. یعنی شما می توانید با هرکدام از برنامه های IRC/ICQ/Yahoo Messenger/MSN Messenger/AOL Messenger و... در تمامی مدت روز بهره ببرید. 

MMS
تنها بستری که شما می توانید از امکانات صدا، تصویر و ویدئو در سیستم MMS یا Multimedia Messaging Service (که نسخه پیشرفته SMS می باشد) به طور کامل بهره مند شوید، GPRS می باشد.

مرور سایت های وب
همچون دیگر خدمات، شما توسط GPRS می توانید تقریبا با سرعتی معادل خطوط تلفن معمولی، یعنی 56 کیلوبیت در ثانیه، صفحات مورد علاقه خود را مرور کنید. 

WAP (کارهای گروهی)
GPRS به شما امکان می دهد تا همواره به تقویم کاری و یا اطلاعات اشتراکی همکاران خود دسترسی داشته باشید.

کارائی و عملکرد GPRS

شبکه هایی که دارای هسته GPRS می باشند به وسیله سیستم های IS-136TDMA-3G توسعه یافته اند و پیش بینی می شود که برای سیستمهای نسل سوم (3G) به صورت شبکه مرکزی درآیند. برای این که شبکه های موجود با سرویس GPRS سازگاری داشته باشند کانال های رادیویی به شکل جدیدی تعریف شده و عمل تخصیص این کانال ها از انعطاف پذیری بالایی برخوردار می باشند به این معنی که از یک تا هشت تایم اسلات را می توان به یک کاربر تخصیص داد و یا چندین کاربر فعال را به صورت اشتراکی به یک تایم اسلات اختصاص داد.

در کنار انعطاف پذیری اختصاص کانال ها عمل تخصیص Downlink و Uplink نیز به صورت جداگانه انجام می شود. منابع رادیویی به طور دینامیکی بین سرویس های مکالمه و دیتا می تواند به اشتراک گذاشته شود و به عنوان تابعی از بار ترافیکی، علایق و ترجیحات اپراتور عمل نماید.

در سرویس GPRS برای این که بتوان به ازای هر کاربر میزان bit rate را به جای 9kb/s تا بیش از 150kb/s ارائه نمود روشهای کدینگ گوناگونی ارائه شده و همچنین ذخیره سازی GPRS به صورت سریع (GPRS fast reservation) به شکلی طراحی شده که بتوان انتقال بسته ها را در فاصله زمانی 0.5 تا 1 ثانیه شروع نمود.

عملیات امنیتی در مورد GPRS معادل امنیت سازی در شبکه GSM می باشد به شکلی که عملیات تصدیق اطلاعات مشترکین و الگوریتم های رمز نگاری یا Ciphering Algorithms برای انتقال بسته های داده به شکل بهینه مشابه با GSM انجام می شود.

با توجه به سرعت و کارایی بالای GPRS در تحویل اطلاعات در مقصد باید اذعان نمود که این سرویس نسبتأ ارزانتر از Circuit Switched data یا همان SMS (یا CSD) تمام می شود.

کارایی GPRS
GRPS در تئوری باید بتواند سرعت انتقال اطلاعات را بالای 115 کیلوبیت در ثانیه برساند، در حالی که در عمل این سرعت به 40 کیلوبیت در ثانیه می رسد. حال آنکه سرعت ارتباط در دستگاه های متفاوت GPRS به مراتب با یکدیگر فرق می کنند. برای محاسبه سرعت ارتباطات در دستگاههای GPRS بهتر است طرح کدها و ساختمان کلاس های مربوط به آن را بررسی کنیم:

GPRS در کل دارای چهار نوع کد CS3، CS2، CS1 و CS4 می باشد. ولی هر کدام از این کدها قابلیت انتقال اطلاعات با حداکثر سرعت 21.4 کیلوبیت در ثانیه را دارند و در هر یک از آنها نیز بخشی برای تصحیح خطا در انتقال اطلاعات در نظر گرفته شده است.

CS1 دارای بیشترین سهم برای تصحیح اطلاعات می باشد و فقط در حدود 9 کیلوبیت در ثانیه از 21.4 کیلوبیت در ثانیه جهت انتقال اطلاعات باقی می ماند. CS2 و CS3 دارای سرعت بیشتری می باشند و سرعت انتقال اطلاعات در آنها به حدود 13.4 و 15.6 کیلوبیت در ثانیه می رسد. و در CS4 سرعت انتقال به حداکثر مقدار خود می رسد و هیچ نوع تصحیح اطلاعاتی در آن انجام نمی گردد.

دستگاههای موجود GPRS، تنها CS2 و CS1 را با سرعتی پایین تر ارائه می دهند و در مواقع لازم این دو به جای یکدیگر مورد استفاده قرار می گیرند.

شبکه های GSM و GPRS هر دو امکان دادن 8 انشعاب داده ای در هر لحظه از زمان را دارا می باشند که به هر یک از آنها یک timeslot می گوییم. لذا سرعت انتقال اطلاعات را می توان با کنار هم قرار دادن timeslot ها بیشتر و بیشتر کرد. در عمل سرعت انتقال به علت محدودیت ایجاد شده توسط شرکت ارائه دهنده خدمات و همین طور محدودیت موجود در دستگاهها کاهش می یابد.

دستگاههای GPRS هم قادر هستند تعداد محدودی timeslot را با یکدیگر ادغام کنند و بر این اساس به کلاس های مختلفی تقسیم می شوند:

کلاسهای مشترکین GPRS

به طور کلی سه کلاس برای GPRS MS (یا همان مشترکین gprs) مطرح است:

کلاس A
در این کلاس MS می تواند به طور همزمان برای GPRS و دیگر سرویس های GSM به کار گرفته شود.

کلاس B
در این کلاس MS می تواند شخصا کانال ها را جهت GPRS و یا دیگر سرویسهای GSM کنترل نماید.

کلاس C
در این کلاس MS منحصرا برای سرویس GPRS به کار گرفته می شود. 

پیاده سازی شبکه GPRS

ساده ترین روش پیاده سازی GPRS استفاده از ساختار شبکه GSM می باشد. (در این مورد مقالاتی هم درتالار گفتگوی سایت میکرو رایانه وجود دارد) به همبن منظور نیاز به تغییرات سخت افزاری و نرم افزاری در ساختار موجود شبکه GSM می باشد که مهم ترین تغییر سخت افزاری اضافه نمودن یونیت PCU یا همان Packet Control Unit در گره BSC می باشد. در گره های BTS و HLR و MSC/VLR تنها نیاز به تغییرات نرم افزاری می باشد که با توجه به گستردگی گره های BTS اعمال تغییرات نرم افزاری را می توان به صورت Remote و بدون حضور فیزیکی در سایت انجام داد. در خصوص GPRS MS به جز تغییرات نرم افزاری مهم ترین تغییر سخت افزاری عبارت است از تغییراتی که بر روی پاور MS انجام می شود تا بتواند سرویسهای GPRS را پشتیبانی نماید.

سرویس های GPRS

علاوه بر سرویس های Basic که در فاز یک GPRS وجود دارند می توان به سرویسهای زیر که در فاز دو GPRS مطرح می باشند اشاره نمود:

1- Enhanced Qos Support in GPRS. 2-Unstructured Octet Stream GPRS PDP Type

2- Access to ISPs and Intranets

3- GPRS Prepaid

4- GPRS advice of Charge

5- GPRS Call

6- Point to multi-point Services

آینده GPRS

خطوط داده ای در موبایل ها بیانگر این واقعیت هستند که سرعت داده ها در این دستگاه روز به روز افزایش خواهد یافت، چنانکه بتوانید بخش های ویدئویی خبرهای ورزشی را هم در موبایل خود داشته باشید یعنی یک تلفن تصویری کامل را همواره با خود همراه دارید.

گفتیم که استاندارد اصلی GSM در سال 1991 به وجود آمد که به نسل دوم یا G2 شهرت یافت. در چند سال گذشته HSCSD و GPRS ویژگی های داده در GSM را بهبود داده اند. در حالی که تکنولوژی EDGE یا Enhanced Data rates for GSM Evolution آن را بهتر می کند و در آینده سرعت آن را به حدود 60 کیلوبیت در ثانیه خواهد رساند. در این نوع سیستم ها چهار timeslot در کنار یکدیگر می تواند خطوط با سرعت بالا را در موبایل به شما عرضه کند.

شاخه های اصلی GSM استاندارد یعنی GPRS، HSCSD،EDGE همگی از نوع سرویس های G2.5 محسوب می شوند. در حال حاضر همه منتظر G3 هستند. (در مورد نسل شبکه های موبایل مقالاتی درتالار گفتگوی سایت میکرو رایانه وجود دارد) اما شاید لزومی نداشته باشد که به این زودیها نسل سوم شبکه ها (یعنی G3) در همه جا گسترش یابد و شاید تنها در شهرهایی به کار گرفته شود که به علت حجم بالای اطلاعات، به کار گیری در آنها ضروری به نظر می آید.

با توجه به اين که اپراتورهاى GSM براى هماهنگ بودن با تقاضاهاى مشترکين مى بايد سرويسهاى مهيج و بهترى را پيشنهاد نمايند و با در نظر گرفتن اين که تا اوايل سال 1999 تنها بخش کوچکى از مشترکين شبکه GSM به دلايلى از قبيل هزينه بالا، سرعت انتقال پايين و عدم دسترسى آسان از سرويس ديتا استفاده مى نمودند، متخصصين را بر آن داشت تا نسبت به مرتفع نمودن مشکلات و ترغيب مشترکين براى استفاده از سرويس ديتا راهکار جديدى را ارائه نمايند و به همين منظور سرويس جديدى به نام GPRS معرفى گرديد. GPRS يا خدمات راديويى مربوط به بسته هاى اطلاعات (General Packet Radio Service) با به کارگيرى زيرساخت شبکه GSM به شکل انتها به انتها سرويسهاى راهگزينى بسته هاى داده را در اختيار ما قرار مى دهد.

استانداردسازى GPRS ابتدا در سال 1994 توسط ETST/SMG انجام شد و سپس در سال 1997 مجموعه مشخصات آن توسط SMG#25 مورد تاييد قرار گرفت و سرانجام در سال 1999 تکميل گرديد . خدمات GPRS در سال 1999 رو به توسعه و تکامل نهاد و در واقع خدمات مربوط به اين پديده از شکل رشد طولى خارج و در شکل رشد عرضى جريان يافت.


کارائى و عملکرد GPRS

شبکه هايى که داراى هسته GPRS مى باشند به وسيله سيستمهاى IS-136TDMA(3G)

توسعه يافته اند و پيش بينى مى شود که براىسيستمهاى نسل سوم (3G) به صورت شبکه مرکزى درآيند. براى اين که شبکه هاى موجودبا سرويس GPRS سازگارى داشته باشند

کانالهاى راديويى به شکل جديدى تعريف شده و عمل تخصيص اين کانالها از انعطاف پذيرى بالايى برخوردار مى باشند به اين معنى که يک تا هشت تايم اسلات را مى توان به يک کاربر و يا چندين کاربر فعال را به صورت اشتراکى به يک تايم اسلات اختصاص داد.

در کنار انعطاف پذيرى اختصاص کانالها عمل تخصيص Downlink , Uplink نيز به صورت جداگانه انجام مى شود. منابع راديويى به طور ديناميکى بين سرويسهاى مکالمه و ديتا مى تواند به اشتراک گذاشته شود و به عنوان تابعى از، بار ترافيکى، علائق و ترجيحات اپراتور عمل نمايد. در سرويس GPRS براى اين که بتوان به ازاى هر کاربر ميزان bit rate را به جاى ¹¯9kbs تا بيش از ¹¯150kbs ارائه نمود روشهاى کدينگ گوناگونى ارائه شده و همچنين ذخيره سازى GPRS به صورت سريع (GPRS fast reservation) به شکلى طراحى شده که بتوان انتقال بسته ها را در فاصله زمانى 0.5 تا 1 ثانيه شروع نمود.

عمليات امنيتى در مورد GPRS معادل امنيت سازى در شبکه GSM مى باشد به شکلى که عمليات تصديق اطلاعات مشترکين و الگوريتمها رمزنگارى Ciphering Algorithms براى انتقال بسته هاى داده به شکل بهينه مشابه با GSM انجام مى شود.

با توجه به سرعت و کارايى بالاى GPRS در تحويل اطلاعات در مقصد بايد ازعان نمود که اين سرويس نسبتأ ارزانتر از CSD , SMS (Circuit Switched data) تمام مى شود.

معمارى و ساختار GPRS

در شکل زير گره هاى شبکه GPRS و واسطهاى متناظر آنها را مشاهده مى نماييد، که

در آن مولفه هاى مرتبط با SMS و ثبات هويت MS يعنى (EIR) نيزنشان داده شده اند.


در ساختار GPRS بايد توجه داشت که در MSC/VIR, BSS, MS وHLR که از اجزاء شبکه GSM هستند اصلاحاتى انجام گرديده، براى مثال اطلاعات سرويس GPRS به اطلاعات مربوط به مشترک در HIR اضافه شده است وهمچنين دو گره جديد نيز در شبکه معرفى شده است که عبارتنداز :

گره پشتيبانى خدمات براى : GPRS که (Serving support node) SGSN ناميده مى شود و براى GPRS معادل MSC است و عمليات سوئيچينگ را انجام مى دهد.

گره پشتيبانى Gateway براى :GPRS که (Gateway GPRS Support Node) GGSN ناميده مى شود و براى برقرارى ارتباط و انجام کنش هاى لازم با شبکه هاى خارجى راهگزين بسته هاى اطلاعات، بکار مى رود و از طريق Backbone شبکه GPRS که بر اساس IP عمل مى کند، به SGSN متصل مى شود. واسط هاى Gi, Gp, Gn, Gb, Um مرتبط کننده عناصر مختلف شبکه GPRS مى باشند که هم براى سيگنالينگ و هم براى انتقال ديتا بکار مى روند. ديگر واسط هاى Gc, Gr, Gs مرتبط کننده SGSN وGGSN با BSS و HLR مى باشند.

پروتکلهايى که در طرح سيگنالينگ GPRS براى کنترل و پشتيبانى عمليات طرح انتقال مطرح ميباشند عبارتند از :,LLC ,SNDCP BSSAP+BSSGP ,MAC ,RLC و GTP و همچنين پروتکلهاى MAP, GMM/SM نيز که از پروتکلها GSM مى باشند، پروتکلهاى ويژه GPRS را نيز در خود دارند.


کلاسهاى مشترکين GPRS

به طور کلى سه کلاس براى مشترکين GPRS (GPRS MS) مطرح مى باشد.

کلاس A : در اين کلاس MS مى تواند به طور همزمان براى GPRS و ديگر سرويسهاى GSM به کار گرفته شود.

کلاس B : در اين کلاس MS مى تواند شخصا کانلها را جهت GPRS و يا ديگر سرويسهاى GSM کنترل نمايد.

کلاس C : در اين کلاس MS منحصرا براى سرويس GPRS به کار گرفته مى شود.

پياده سازى شبکه GPRS

ساده ترين روش پياده سازى GPRS استفاده از ساختار شبکه GSM مى باشد. به همبن منظور نياز به تغييرات سخت افزارى و نرم افزارى در ساختار موجود شبکه GSM مى باشد که مهم ترين تغيير سخت افزارى اضافه نمودن يونيت (Packet Control Unit)PCU در گره BSC مى باشد. در گره هاى BTS,HLR و MSC/VLR تنها نياز به تغييرات نرم افزارى مى باشد که با توجه به گستردگى گره هاى BTS اعمال تغييرات نرم افزارى را مى توان به صورت Remote و بدون حضور فيزيکى در سايت انجام

داد. در خصوص GPRS MS به جز تغييرات نرم افزارى مهم ترين تغيير سخت افزارى عبارت است از تغييراتى بر روى پاور MS تا بتواند سرويسهاى GPRS را پشتيبانى نمايد.

سرويسهاى GPRS

علاوه بر سرويسهاى Basic که در فاز يک GPRS وجود دارند مى توان به سرويسهاى زير که در فاز دو GPRS مطرح مى باشند اشاره نمود.

1- Enhanced Qos Support in GPRS. 2-Unstructured Octet Stream GPRS PDP Type.

3- Access to ISPs and Intranets.

4- GPRS Prepaid .

5- GPRS advice of Charge.

6- GPRS Call .

7- Point to multi-point Services.


منبع



Yi-Bing Lin, Department of Computer science and information engineering , National Chiao Tung university, Taiwan

نکاتى که در مقاله فوق به آنها اشاره شد تنها چکيده اى مختصر در رابطه با GPRS مى باشد که اميد است مورد استفاده خوانندگان عزيز قرار گرفته باشد.