Про GPRS Блог о пакетной передаче данных в мобильных сетях

Продолжаем наш цикл статей про различные короткие вопросы, начатый в первой статье – GPRS FAQs. Часть 1. В нашей сегодняшней статьи мы рассмотрим такие понятия как jitter, протокол RNSAP, понятие PCU плат и основные различия между технологиями GPRS и EDGE…

1. Что такое jitter?

   Согласно всеми любимой Wiki, Джиттер – это нежелательные фазовые и/или частотные случайные отклонения передаваемого сигнала, которые возникают вследствие нестабильности задающего генератора, изменений параметров линии передачи во времени и различной скорости распространения частотных составляющих одного и того же сигнала.

   В цифровых системах проявляется в виде случайных быстрых (с частотой 10 Гц и более) изменений местоположения фронтов цифрового сигнала во времени, что приводит к рассинхронизации и, как следствие, искажению передаваемой информации. Например, если фронт имеет малую крутизну или «отстал» по времени, то цифровой сигнал как бы запаздывает, сдвигается относительно значащего момента времени — момента времени, в который происходит оценка сигнала.

   Но, как же он связан с пакетной сетью и пакетной передачей данных… если объяснять явление джиттера более доступным языком, то это разброс максимального и минимального времени прохождения пакета от среднего. К примеру, посылается 100 пакетов минимальное время прохождения пакета — 395 мс, среднее — 400 мс, максимальное — 405 мс, в этом случае джиттер можно считать маленьким. Если же посылается 100 пакетов минимальное время прохождения пакета — 1 мс, среднее — 50 мс, максимальное — 100 мс, в этом случае джиттер большой. В частности, к этому явлению очень чувствительны системы передачи голоса, например GSM CS Services, VoIP, etc.

   Таким образом если у нас Gb интерфейс организован на PCM линиях связи (E1 потоки от контроллеров базовых станций), то при не совершенных линиях мультиплексирования между, собственно контролером базовых станций BSC и SGSN‘ом, есть вероятность появления большого расхождения во времени получения пакетов, т.е. появиться возрастающий джиттер, вследствие чего будут постоянные потери пакетов, либо постоянные ретрансмиссии пакетов, увеличивающие время доставки и естественно снижающие среднюю скорость передачи данных.

   Более подробно по этому явления можно прочесть здесь.

2. Для чего предназначен протокол RNSAP?

   RNSAP (Radio Network Subsystem Application Part) – это 3GPP сигнальный протокол, который предназначен для взаимодействия двух RNC контроллеров в 3G архитектурах. Он реализуется на интерфейсе Iur и выполняет основные функции по:

   • Soft handover’ам (inter-RNC хэндоверы)
   • Save & Restore Network Configuration Relocation операциям
   

   Небольшое пояснение к схеме:

   • Serving RNS (SRNS)
   • RNS = Radio Network Sub-system = RNC + все базовые станции, обслуживаемые этим RNC контроллером

   Общая структура протоколов, использующихся на RNC контроллере изображена ниже:
   

   

3. Для чего предназначены PCU платы?

   Как мы знаем из строения пакетной сети и основных интерфейсов SGSN‘а (подробнее см. статью GPRS изнутри. Часть 3), есть такой интерфейс как Gb и связывает он контроллер базовых станций – BSC с SGSN‘ом, но на самом деле чтобы контроллер поддерживал передачу пакетных данных абонентов, на его стороне должна быть установлена специальная плата – PCU [Packet Control Unit], занимающаяся обработкой пакетных данных (на схеме ниже представлена реализация Gb через Т1 потоки, но для Е1 потоков различий практически не будет).
   

   

   Основное назначение этих плат:

   • конвертация протоколов и их адаптация под пакетные данные
   • управление радиоресурсами при передаче данных
   • обеспечение радиоресурсами MS под передачу пакетных данных
4. Как для технологии EDGE достигается большая скорость при тех же условиях?

   Для того, чтобы понять причины увеличения скорости передачи данных при внедрении технологии EDGE (средний Uplink/Downlink порядка 236.8/118.8 kbit/s) по сравнению с предыдущей технологией GPRS (средний Uplink/Downlink порядка 60/40 kbit/s), казалось бы при тех же равных условиях, нам необходимо взглянуть на основные предпосылки для увеличения пропускной способности каналов передачи данных, а предпосылок этих несколько:

   • Модуляция и алгоритмы кодирования

     С введением технологии EDGE появились новые методы модуляции сигналов на радиоинтерфейсе, которые позволили увеличить “эффективность” использования радиопередачи, т.е. эти методы увеличили эффективность использования радиоинтерфейса за счет использования улучшенных методов модуляции и алгоритмов кодирования + использование более упрощенных методов коррекции ошибок. Например, для GPRS используется модуляция GMSK (Gaussian minimum-shift keying), для EDGE была внедрена более эффективная схема модуляции — 8PSK (8 Phase Shift Keying), а в Envolved EDGE применяется еще более эффективная квадратурная модуляции — QAM (Quadrature Amplitude Modulation).
     

     

     Естественно с развитием методов модуляции, развивались методы кодирования потока, что также позволило повысить эффективность использования радиоинтерфейса.
     

     

     Даже на примере технологии GPRS, можно заметить прирост скорости при уменьшении избыточности кодирования потока данных, но для этой технологии трудно гарантировать доставку пакетов с применением “упрощенных” схем кодирования (см. схему ниже).
     

     

     Сравнительная таблица по схемам кодирования потока и схемам модуляции для технологии EDGE приведена ниже:
     

     

   • Коррекция ошибок

     Для технологии GPRS в силу малой эффективности использования ресурсов радиоинтерфейса, приходилось использовать улучшеные методы коррекции ошибок, дабы избежать потери пакетов и соответственно, компенсировать несовершенства методов модуляции и кодирования сигналов, но с развитием методов кодирования сигналов, улучшилась ситуация с доставкой пакетов, что позволило снизить уровень коррекции ошибок, т.е. системы корректировки ошибок постепенно пришли к снижению избыточности кода, в силу прогрессирующего развития приемо-передающие элементы как на стороне абонента, так и на стороне базовых станций: повысилась чувствительность приемников, улучшилось ПО, снизились вероятности появления ошибок.

   • Административные, технические причины

     Иногда задают естественный вопрос: а почему же тогда все это нельзя было внедрить в системе GPRS?

     Ответ на этот вопрос прост: кроме развития технической и программной базы, для внедрения всех инноваций нужно соответствующее оборудование от вендоров для реализации всех улучшенных методов, но кроме этого для конечных операторов, предоставляющих услуги на основании технологий GPRS/EDGE необходимо получить разрешающие/лицензированные документы, позволяющие использовать это оборудования и соответственно, эти улучшенные методы работы радиоресурсов сети.

Небольшой помощник:

APN – Access Point Name
EDGE – Enhanced Data Rates for GSM Evolution
GGSN – Gateway GPRS Support Node
GPRS – General Packet Radio Service
GTP – GPRS Tunnelling Protocol
LA – Location Area
MS – Mobile Station
MSC – Mobile Swithing Center
PDP – Packet Data Protocol
PLMN – Public Land Mobile Network
PS – Packet Switched
RNC – Radio Network Controller
SGSN – Serving GPRS Support Node
UMTS – Universal Mobile Telecommunications System