coursGPRS
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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
Introduction Architecture Interface Radio Gestion mobilité et session Architecture de protocoles
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
GPRS : Plan
Introduction Architecture Interface Radio Gestion mobilité et session Architecture de protocoles
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
Introduction Architecture Interface Radio Gestion mobilité et session Architecture de protocoles
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
Introduction Architecture Interface Radio Gestion mobilité et session Architecture de protocoles
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