GPRS

General Packet Radio Service GPRS

GPRS

GPRS : Plan

Introduction Architecture Interface Radio Gestion mobilité et session Architecture de protocoles

GPRS

Motivations

GSM Téléphonie : circuit, faible débit Services données ?

Evolutions HSCSD High Speed Circuit Switched Data

• Transfert de données en utilisant les circuits de voix

GPRS General Packet Radio Service• Architecture réseau en mode paquet

EDGE Enhanced Data for GSM Evolution• Débits supérieurs (modulation)

GPRS

Transfert de données GSMBSS NSS

Réseau de données BTS MSC IWF

InterWorking Function

IWF (InterWorking Function) : Interface entre réseau GSM et réseau extérieur

Entrelacement plus profond que pour la voix (22 trames/8) 2 modes de fonctionnement : Mode transparent :

• pas de correction d’erreurs• conditions favorables : bon SNR, mobilité restreinte• débit utilisateur théorique : 14,4

Non transparent :• utilisation d’un protocole de reprise sur erreurs RLP (Radio Link

Protocol)• débit utilisateur théorique : 9,6 kbit/s

GPRS

Service HSCSD

Évolution essentiellement logicielle du GSM Repose sur la possibilité d’allouer simultanément

plusieurs canaux physiques En mode transparent : jusqu’à 4 slots par trame TDMA :

• 4x14,4 = 57,6 Kbit/s Débit plus élevé

Manque de souplesse et d’efficacité dans l’allocation des ressources radio

Peu de succès : seulement utilisé dans ~15 pays : Allemagne, Autriche, Danemark, Grande Bretagne, Hongrie,

Luxembourg, Suisse …

Pas d’investissement des opérateurs pour l’incorporation du service HSCSD dans GSM

GPRS

GSM données et HSCSD

GSM et HSCSD : réseau à commutation de circuits

Débit peu élevé : 9.6 Kbps or 14.4 Kbps Pas de support de données multimédia Utilisation de la bande passante peu efficace

• ligne monopolisée dans tout le réseau pour un trafic de données de nature très sporadique

Piètre gestion des ressources radio Coût des communications

• tarif fonction de la durée, pas de la quantité de données

• HSCSD : payer tous les canaux utilisés ?!

GPRS

Commutation de circuit

GPRS

Why Packet?Bursty Services

bit/s

t

WWW browsing example

Mean

WWW pagesCircuit

Capacity 33.6k

Bursty Services

Trafic avec « burst » Surfer sur le web

Commutation de circuit = gaspillage

GPRS

Commutation de paquets

GPRS

GPRS: introduction

GPRS : GSM phase 2+ Coexistence avec l ’infrastructure GSM 2 nouveaux types de nœuds Débit théorique jusqu’a 170 Kb/s

Débit pratique de 30 à 50 Kb/s Mode paquet (IP) Connexion avec d ’autres type de réseaux de

données (X25, Internet) Service multimédia Facturation non plus au temps de connexion

mais au volume transféré Plusieurs qualité de service

GPRS

Types de services

GPRS propose 2 catégories de services PTP : Point-To-Point

• Sans connection : – Web, Mail, …

• Avec connection :– Telnet, validation de carte de credit, …

PTM : Point-To-Multipoint• Multicast Service (PTM-M) :

– New, diffusion de la météo, ..• Group Call Service (PTM-G)

– Vidéo conférences

GPRS

GPRS : Plan

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GPRS

Architecture

GPRS

De GSM à GPRSElément Software Hardware

MS upgrade upgrade

BTS upgrade No change

BSC upgrade PCU interface

MSC / VLR upgrade No change

HLR Upgrade No change

SGSN New New

GGSN New New

SGSN : Serving GPRS Support Node GGSN : Gateway GPRS Support Node

GPRS

Mobile GPRS GSM et GPRS partagent la même

interface radio un mobile peut communiquer avec les

deux réseaux

Définition de 3 classes de mobiles Classe A : communication simultanée

dans les deux modes Classe B : Ecoute du réseau GSM + GPRS

mais communication avec un seul mode à la fois

Classe C : Position du terminal au départ en mode GSM ou GPRS

GPRS

SGSN et GGSN

IP Backbone

HLR

SGSN

Réseau de données externeContrôle d’admissionGestion de la mobilité- Sécurité- QoS- Attach/Detach

SGSN

Data network

Clients

Client

GGSN

MAPSignalling

MAPSignalling(GGSN) (SGSN)

- Routage- Signalisation - Encapsulation

Client

BSSPCU

BSSPCU

BSSPCU

BSSPCU

BSSPCU

Encapsulation GTP

Interface :GPRS/Réseau de données externe

GPRS

Résumé

GPRS

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GPRS

Interface Radio GPRS

GPRS

Canaux physiques

Les canaux physiques GPRS sont nommés : PDCH : Packet Data Channel

Un mobile peut utiliser de 1 à 8 slots dans la même trame Flexibilité de l’allocation de canaux

Le nombre de slots alloués à la voie montante et descendante peut être différent Traitement efficace des transmissions asymétriques

GSM : allocation permanente durant toute la durée de l’appel Gaspillage de ressources si aucune donnée transmise

GPRS : allocation des canaux que pendant la transmission des données Plusieurs utilisateurs peuvent partager le même canal Partage des ressources efficace

GPRS

Interface Radio GPRS

GPRS

Canaux logiques

Au dessus des canaux physiques, se trouvent les canaux logiques

GSM et GPRS se partagent la même interface physique : Les canaux de synchronisation fréquentielle

et temporelle ne sont pas dupliqués Les canaux de contrôle et de broadcast

peuvent regrouper des information GSM et GPRS

GPRS

Canaux logiques

GPRS

GPRS : Plan

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GPRS

Attachement au réseau Attachement : établir un lien logique entre le mobile et

le SGSN Un mobile attaché est connu du réseau

Détachement : opération effectuée, lorsque le mobile ne souhaite plus utiliser les services GPRS Un mobile détaché équivaut à un mobile éteint

Le réseaux cœur GSM et GPRS sont séparé : Trois type attachements :

• Attachement GSM classique : associé à l’IMSI un numéro TMSI au sein du VLR

• Attachement GPRS : associé au mobile une identité temporaire au sein du SGSN PTMSI

• Attachement Commun au GSM et GPRS : le mobile se manifeste auprès des réseaux GSM et GPRS

– non accessible aux mobiles de classe C

GPRS

Attachement au réseau

GPRS

Etat d’un mobile

Idle : VEILLE Le mobile est détaché, il n’est pas connu des nœuds GPRS. Les appels sont routés sur un répondeur Il effectue les mesures pour de sélection de cellule

Stand-by : ATTENTE Le mobile est attaché Réception des appels entrants par paging Localisation à la zone de routage près Effectue des mises à jour de localisation lors des

déplacements

Ready : PRÊT Le mobile est en cours de communication localisation à la cellule près

GPRS

Etat d’un mobile

GSM Mobile connu communication

GPRS : attente Mobile connu peu ne pas transmettre Transmission souvent sporadique Entre deux salves le mobile reste identifié Evite une nouvelle procédure

d’authentification au sein d’une même session

GPRS

Etat d’un mobile

IDLE

STAND-BY READY

Expiration

temporisation

Détachement ou

Expiration temporisatio

n

Transmission ou réception d’un paquet (PDU)

Détachement

GPRSAttachemen

t GPRS

GPRS

Contexte PDP

GPRS peut échanger des données avec différents réseaux de données : PDN (Packet Data Network)

GPRS permet d’ouvrir des sessions simultanées avec des PDN différents

Une session est établie après : Attachement Activation d’un contexte PDP (Packet Data Protocol

Address)• Un PDP permet de caractériser une connexion• Sans le contexte PDP, le réseau ne peut pas router

correctement les paquets vers le mobile • L’activation d’un PDP peut se faire à l’initiative du

réseau ou du mobile

GPRS

Contexte PDP

Un contexte PDP contient principalement Le type de réseau PDP utilisé : X.25, IP, … L’adresse PDP du terminal : X.121, IP, … L’adresse IP du SGSN courant Le point d’accès au service utilisé : NSAPI La qualité de service négociée

Deux mode d’allocation d’adresse PDP Statique

• Association permanente d’une ou plusieurs adresses PDP au terminal

• Possibilité de stocker les adresses dans la carte SIM Dynamique

• Allocation à chaque demande d’activation d’un contexte PDP

GPRS

Contexte PDP: Initiative mobile

GPRS

Contexte PDP: Initiative réseau

GPRS

Adresse PDP

Deux mode d’allocation d’adresse PDP Statique

• Association permanente d’une ou plusieurs adresses PDP au terminal

• Possibilité de stocker les adresses dans la carte SIM Dynamique

• Allocation à chaque demande d’activation d’un contexte PDP

L’attribution d’adresse IP peut se faire directement par le fournisseur d’accès extérieur du réseau de l’opérateur mobile service Économie d’adresses IP (IPv4)

GPRS

PDP : Qualité de Service QoS

GPRS exprime la qualité de service à l’aide des classes :

La priorité du service La fiabilité du service Les délais tolérés Le débit moyen Le débit pic des informations transmises

La négociation se fait entre le GGSN et le mobile

Les moyen de fournir la QoS ne sont pas standardiser, mais sont à la charge de l’opérateur

GPRS

QoS : Priorité du service

Trois classes de priorité : Haute Normale Basse

Exemple d’utilisation : en cas de congestion du réseau, le réseau va

pouvoir identifier les données à supprimer • les services de classes de priorité basse vont être

interrompus les premiers

GPRS

QoS : Fiabilité de service

Trois classes de fiabilité qui correspondent des garanties sur : les taux de perte la duplication le déséquencement taux d’erreur résiduelle de la transmission

Elles sont attribuées en fonction de l’application de l’utilisateur

GPRS

QoS : Délai de service

Le délai comprend : Le temps d’accès au canal niveau RLC-Mac Le temps de transmission sur l’interface air Le temps de transit dans le réseau GPRS

Le délai ne comprend pas Le temps de transmission dans les autres réseaux

Dans un premier temps : seulement la classe best effort (4)

GPRS

QoS : Débit moyen Le débit moyen :

Inclut les périodes de silence pour les services dont le trafic est sporadique

GPRS

QoS : Débit pic Le débit pic :

Fait référence à la vitesse maximale de transmission demandée par l’utilisateur

GPRS

GPRS : Plan

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GPRS

Architecture en couches

GPRS

Couches GPRS

SNDCP (Sub-Network Dependent Convergence Protocol) : Multiplexage de plusieurs PDP sur une liaison LLC Compression, segmentation, multiplexage de

plusieurs paquets de niveaux réseaux sur une seule connexion virtuelle

LLC (Logical Link Control) : Service de transmission fiable et chiffrée entre le MS

et le SGSN

GTP (GPRS Tunnel Protocol) : Protocole d’encapsulation entre SGSN et le GGSN

GPRS

Echange de données

Flux de données entre MS et SGSN

GPRS

Echange de données

Encapsulation selon le principe OSI Réception du niveau supérieur d’une SDU Ajout en-tête Formation d’une ou plusieurs PDU

SNDCP et RLC/MAC peuvent segmenter les SDUs trop grands

Une PDU RLC/MAC a 4 tailles possibles en fonction du codage Transmission sous forme d’un bloc de 4

bursts

GPRS

Transmission vers un mobile

Terminal fixe transmet vers un mobile GPRS Routage vers le GGSN du réseau nominal Si pas de contexte PDP activé

• Activation d’un contexte PDP par le réseau Le GGSN trouve :

• le SGSN où se trouve l’abonné, IMSI et NSAPI Le GGSN forme un PDU GTP avec : IMSI et NSAPI Le PDU GTP est transporté par TCP ou UDP vers le SGSN

(PDU TCP ou PDU UDP) Le PDU TCP ou UDP est encapsulé dans un datagramme IP Le datagramme IP à comme adresse IP le SGSN du mobile Le SGSN décapsule le datagramme et identifie grâce au

(IMSI NSAPI) Transfère vers le mobile à travers la liaison de données

(SNDCP) Selon l’état du mobile : recherche dans la zone de routage

GPRS

Transmission par un abonné GPRS

Terminal GPRS transmet Transmission vers le SGSN par NSAPI SGSN trouve le contexte PDP du terminal

• Trouve le GGSN concerné Le paquet est transporté dans un GPDU :

• L’en-tête contient (IMSI et NSAPI)

GPRS

GPRS