GPRS La trasmissione a pacchetto nella rete GSM

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1 GPRS La trasmissione a pacchetto nella rete GSM

2 Argomenti della lezione è Cos è GPRS e come funziona è Architettura è Canali logici e fisici è Assegnazinone delle risorse

3 General Packet Radio Service: GPRS è Modalità a pacchetto per reti GSM è Usa da 1 a 4 canali sulla stessa portante (in prospettiva fino a 8) è Tariffazione in base alla mole di dati trasferiti

4 General Packet Radio Service: GPRS è Si interfaccia a IP, X.25 o qualsiasi rete a pacchetto è Supporta la QoS con diversi profili è Applicazioni di tipo transazionale e di trasferimento di piccole quantità di dati

5 Possibili applicazioni è Transazioni commerciali e finanziarie è Collegamento always on per la remotizzazione d ufficio (agenti di commercio,...) è Supporto efficiente di terminali WAP (Wireless Application Protocol)

6 Possibili applicazioni è Gestione di flotte commerciali è Gestione di logistica e approvvigionamento è Allarmistica e telesorveglianza senza requisiti di estrema urgenza

7 Possibili applicazioni è Il servizio è di tipo portante trasparente è Nominalmente non ci sono limiti al tipo di uso è Studiato specificatamente per trasmissione discontinua frequente (pacchetti di meno di 500 bytes) trasmissione sporadica di alcuni kilobytes di dati

8 Possibili applicazioni è Per altre tipologie di traffico (es. trasferimento di grossi files o emulazione di terminale) potrebbe risultare non conveniente o non efficiente

9 Architettura Generale è Introduce una rete logica nuova sovrapposta a GSM è Utilizza l infrastruttura fisica di GSM è Introduce due nuovi nodi di rete

10 Architettura Generale è SGSN: Serving GPRS Support Node, che svolge le funzioni dell MSC per la rete a pacchetto è GGSN: Gateway GSN, che interconnette la rete GSM con le altre reti a pacchetto (PDN-Public Data Networks)

11 Architettura Generale MS BSS MSC/VLR SGSN GGSN altre PLMN SMS-SC GMSC GGSN SGSN EIR HLR GR PDN (IP,X.25,...)

12 Architettura Generale è Il GPRS Register (GR) è una parte integrante della base dati HLR Gestisce tutti i dati relativi ai servizi GPRS e ai relativi utenti è Rispetto a GSM aggiunge un possibile stato del terminale

13 Stati Operativi del Terminale standby ready timeout detach PDU PDU Tx/Rx Tx/Rx ready standby timeout idle attach

14 GPRS ß à GSM Deve coesistere con i normali servizi GSM è NO celle separate è Priorità al traffico voce

15 GPRS ß à GSM Gli MS possono essere di 3 classi: è Classe A: accesso simultaneo a servizi GSM e GPRS è Classe B: accesso simultaneo GSM/GPRS ma con qualità e velocità di trasmissione ridotte è Classe C: impossibilità di accesso simultaneo

16 Servizi Offerti Connessioni Punto-Punto, Multicast e Group Call Servizi datagram oppure orientati alla connessione

17 QoS Espressa in base a: è Classe di ritardo: 4 livelli, nessuno adatto a servizi interattivi real-time è Classe di affidabilità: 5 livelli, in base ai meccanismi di controllo e ACK dei vari protocolli è Classe di perdita: 3 livelli, da 10-2 a 10-9

18 QoS Possibilità di negoziare è Velocità di picco (throughput massimo) è Velocità media (throughput medio)

19 Classi di ritardo Classe di ritardo Valori di ritardo ammessi [s] SDU = 128 bytes SDU = 1024 bytes media 95% media 95% 1 < 0.5 < 1.5 < 2 < 7 2 < 5 < 25 < 15 < 75 3 < 50 < 250 < 75 < non garantito

20 Classi di affidabilità Classe di affidabilità SDU perse SDU duplicate SDU SDU fuori corrotte sequenza

21 Classi di throughput MEDIO MASSIMO Classe Valore [bit/s] 1 B.E Classe Valore [bit/s]

22 Architettura protocollare è Necessariamente simile a quella GSM è Essendo una rete a pacchetto ha però più similitudini con ISO/OSI è Fortemente disomogenea tra diverse entità di rete è Tenta di essere compatibile con il futuro UMTS

23 Piano utente (trasmissione) Application IP/X.25 IP/X.25 SNDCP SNDCP GTP GTP LLC LLC UDP/TCP IPv6 UDP/TCP IPv6 RLC MAC RLC MAC BSSGP NS BSSGP NS L2 L2 GSM RF GSM RF L1bis L1bis L1 L1 MS BSS SGSN GGSN Um Gb G

24 Protocolli piano utente GTP: SNDCP: LLC: GPRS Tunneling Protocol Sub-Network Dependent Convergence Protocol Logical Link Control, cifrato e affidabile (LAPDm, quello del GSM)

25 Protocolli piano utente BSSGP: Base Station System GPRS Protocol NS: Network Service, una derivazione di Frame Ralay

26 Piano di controllo (segnalazione) GMM/SM GMM/SM LLC LLC RLC MAC RLC MAC BSSGP NS BSSGP NS GSM RF GSM RF L1bis L1bis MS Um BSS Gb SGSN

27 Piano di controllo (segnalazione) è GMM/SM: GPRS Mobility Management and Session Management è GMM: insieme delle funzioni per la gestione della mobilita' degli utenti (idle <-> ready <-> standby e diffusione del Routing Area Identifier - RAI)

28 Piano di controllo (segnalazione) è GMM/SM: GPRS Mobility Management and Session Management è GSM: insieme delle funzioni per la gestione delle singole sessioni di trasferimento dati (indirizzi di rete, categoria di servizio, uso di NAT)

29 Canali logici PBCCH: Packet-BCCH MSï BSS PRACH: Packet-RACH PPCH: Packet-PCH PAGCH: Packet-AGCH MSï BSS MSð BSS MSï BSS

30 Canali logici PDCH: Packet Data-CH MSó BSS è (detto anche PTCH o PDTCH) I canali dati sono MONODIREZIONALI e non c è relazione tra uplink e downlink PACCH: Packet-ACCH MSó BSS è Associato a un canale dati, ma instaurato in modo asincrono, tipo il FACCH

31 Canali logici In celle con traffico GPRS trascurabile i canali di segnalazione comune (PBCCH/PRACH/PAGCH) possono essere condivisi con GSM L allocazione delle risorse ad un MS è dinamica e sostanzialmente non specificata dallo standard: ogni operatore può scegliere le procedure e gli algoritmi che preferisce

32 Canali logici Gli MS devono comunque essere in grado di ricevere regolarmente i normali canali broadcast del GSM (FCCH, SCH, BCCH)

33 Organizzazione dei canali fisici è Stessa tramatura ed accesso a burst di GSM (ovvio!) è Organizzazione della multitrama su 52 (26x2) trame di 8 slot è 12 blocchi da 4 burst normali (48 trame)

34 Organizzazione dei canali fisici è Le altre 4 trame sono dedicate alla segnalazione in particolare per trasmettere i parametri di timing advance è Il blocco radio (4 burst) è l unità base di accesso: non si può avere una assegnazione più piccola

35 Organizzazione dei canali fisici 52 trame X Trame idle o di segnalazione B0 B1 B2 X B4 B5 B6 X B7 B8 B9 X B10 B11 B12 X Unità dati per il livello MAC è 456 bit dopo la codifica, il livello di ridondanza viene adattato dinamicamente alla qualità del canale

36 Organizzazione dei canali fisici: un esempio PRACH PRACH PRACH PRACH B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B UP-link PBCCH B0 B1 B2 B3 B4 B5 PAGCH B6 B7 B8 B9 B10 B DOWN-link traffico non usati

37 Sottolivello MAC Protocollo a contesa (slotted Aloha) per le richieste su un canale logico dedicato PRACH

38 Sottolivello MAC Risorse di trasmissione sui canali dati PDCH assegnate dalla BSS a gruppi di 4 trame è 456 bit a livello MAC è Diventano 181, 266, 314 o 428 a seconda della codifica a livello LLC è Meno ancora a livello X.25/IP

39 Sottolivello MAC Efficienza molto dipendente dall implementazione

40 Codifica, Steal bits e USF I 4 possibili livelli di codifica sono mappati su 3 bit, codificati con un Hamming (3,8,5) e trasmessi al posto dei bit S dei 4 burst usati per il blocco radio

41 Codifica, Steal bits e USF I blocchi radio in downlink iniziano con 3 bit detti USF (Uplink Status Flag) che definiscono lo stato e l assegnazione del corrispondente blocco in uplink In particolare USF è usato per assegnare il PRACH in modo dinamico: USF=FREE

42 Es. di allocazione fissa del PRACH Occorrenze fisse canale PRACH PRACH PRACH PRACH PRACH B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B UP-link PBCCH B0 B1 B2 B3 B4 B5 PAGCH B6 B7 B8 B9 B10 B DOWN-link

43 Es. di allocaz. dinamica del PRACH Occorrenze dinamiche PRACH B0 B1 PRACH PRACH PRACH B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B UP-link PBCCH B0 B1 B2 B3 B4 B5 PAGCH B6 B7 B8 B9 B10 B USF=FREE DOWN-link USF=FREE USF=FREE

44 Accesso al canale è Inizia sempre con un burst sul PRACH (eventualmente come risposta ad un page) è BSS assegna un minimo di 8 blocchi radio e un USF temporaneo, che serve come notifica a MS per la trasmissione (nel blocco Downlink corrispondente, la BS assegna USF al valore corretto)

45 Accesso al canale è L accesso può avvenire in una o due fasi (una fase di 8 trame o 2 fasi di 4 trame), a scelta di MS, in base alla quantità di dati da trasmettere

46 Procedura Tx UP MS Packet Channel Request Packet Uplink Assignment Network PRACH (RACH) PAGCH (AGCH) Optional Optional Packet Resource Request Packet Uplink Assignment PACCH PACCH

47 Procedura Tx DOWN Optional Optional MS Network Packet Paging Request PPCH (PCH) Packet Channel Request PRACH (RACH) Packet Uplink Assignment Packet Resource Request Packet Uplink Assignment PAGCH (AGCH) PACCH PACCH Packet Paging Response Packet Downlink Assignment PACCH PACCH

48 Sottolivello LLC Usa il normale LAPDm di GSM con alcune modifiche Consente la trasmissione di PDU di dimensione variabile Consente l uso di diversi spazi di indirizzamento (multiplazione)

49 Sottolivello LLC Predispone SAP differenziati per priorità è Segnalazione è Diversi protocolli concorrenti è Diverse applicazioni concorrenti

50 Gestione dell instradamento è L instradamento avviene in base alla Routing Area (RA), che è un sottoinsieme di una LA è Le BTS GPRS devono quindi diffondere anche RA è Nella rete fissa l instradamento è gestito medianti protocolli di tunnelling

51 Gestione dell instradamento è L instradamento di rete fissa cambia solamente se viene modificato l SGSN è RA differenti collegate allo stesso SGSN hanno impatto sul paging ma non sull instradamento di rete fissa

52 Gestione della mobilità è La mobilità è gestita in modo simile a GSM è Un MS ready effettua handover ad ogni cambio di cella anche se non sta trasmettendo è Durante un handover il flusso dati viene interrotto e si possono perdere dati

53 Gestione della mobilità è Un MS in standby effettua un aggiornamento tutte le volte che cambia RA è Un MS idle effettua le normali procedure in base ad LA