GPRS

Indice
1.
Introducción
2.
Protocolo
3.
Arquitectura de la red

5.
Calidad del Servicio
6. Uso simultáneo de los servicios GSM y
GPRS
7.
Bibliografía

1.
Introducción

La red GSM
prevé unos servicios de
transmisión de datos desde la
fase inicial (fase 1). Sin embargo, se trata de servicios con
modalidad de transferencia por conmutación del circuito,
es decir, donde la red, una vez establecida la conexión
física de
cabo a rabo entre dos usuarios, dedica los recursos propios
hasta que no es solicitado expresamente el establecimiento de la
conexión, independientemente del hecho de que los dos
usuarios se intercambien datos durante todo el tiempo de
conexión.
Esta modalidad de transferencia es óptima sólo en
el caso en que los dos usuarios tengan que intercambiarse una
cantidad significativa de datos (transferencia de ficheros o
archivos);
resulta ineficiente en cuanto los datos a intercambiarse son de
pequeña entidad o bien, en el caso más frecuente,
el tráfico de datos es de tipo interactivo o transitorio,
es decir, el tiempo de uso efectivo de los recursos de la red
supone sólo una parte con respecto al tiempo total de
conexión (como, por ejemplo, la navegación en
Internet a
través de la World Wide Web).
Es decir, se crea el mismo problema para el GSM que para la PSTN
(Public Switsched Telephone Network) hace unos años:
prever una modalidad de transferencia por paquetes de datos, en
la que los datos de los usuarios, contenidos en entidades de
protocolo
autosuficientes con indicación del remitente y del
destinatario, pueden ser transportados por la propia red sin
necesidad de una estrecha asociación con un circuito
físico. Ya se ha dado un paso intermedio en esa dirección con el GSM de fase 2, previendo
servicios con acceso a las puertas pertinentes de la red PSPDN
(Public Switched Packet Data Network). Sin embargo, siempre es
necesario establecer una conexión física (por
conmutación del circuito) en la red de radio, incluso
cuando se accede a un canal virtual de la red de paquetes. El
resultado de ello es que el recurso de radio es igualmente
infrautilizado y el usuario ocupa un canal de tráfico (por
cuyo uso tendrá que pagar presumiblemente por el tiempo
empleado), para conectarse a otra red en la cual, sin embargo, la
información no viaja a un rendimiento fijo
(y el transporte
relativo se suele pagar en base al volumen de datos
transportados).
Con el sistema GPRS
(General Packet Radio Service), introducido por ETSI (European
Telecommunication Standard Institute) para la fase 2+ del sistema
GSM, el acceso a la red de paquetes se lleva al nivel del usuario
del móvil a través de protocolos como
los TCP/IP
(Transmission Control
Protocol), X.25, y CLNP (Connectionless Network Protocol), sin
ninguna otra necesidad de utilizar conexiones intermedias por
conmutación del circuito.
Al contrario que el servicio de
transferencia de datos con modalidad de conmutación de
circuito, en el que cada conexión establecida se dedica
sólo al usuario que la ha solicitado, el servicio GPRS
permite la trasmisión de paquetes en modalidad link by
link, es decir, los paquetes de información se encaminan
en fases separadas a través de los diversos nodos de
soporte del servicio , denominados GSN (Gateway Support Node).
Por ejemplo, una vez que un paquete ha sido transmitido por el
interfaz de radio (Um), se vuelven a liberar los recursos Um, que
así pueden ser utilizados por algún otro usuario y
el paquete se vuelve a enviar sucesivamente de nodo a nodo hacia
su destino.
En los servicios GSM los recursos son gestionados según la
modalidad resource reservation, o sea, se emplean hasta el mismo
momento en que la petición de servicio no se ha llevado a
término. En el GPRS, sin embargo, se adopta la
técnica del context reservation, es decir, se tiende a
preservar las informaciones necesarias para soportar ya sea las
peticiones de servicio de forma activa o las que se encuentran
momentáneamente en espera. Por tanto, los recursos de
radio se ocupan, en efecto, sólo cuando hay necesidad de
enviar o recibir datos. Los mismos recursos de radio de una celda
se dividen así entre todas las estaciones móviles
(MS), aumentando notablemente la eficacia del
sistema. El servicio GPRS, por tanto, está dirigido a
aplicaciones que tienen las siguientes características:

Desde el punto de vista físico los recursos
pueden ser reutilizados y existen algunos puntos comunes en la
señalización, así en el mismo portador radio
pueden coexistir simultáneamente tanto los time slots
reservados a la conmutación del circuito, como los time
slots reservados al uso del GPRS. La optimización en el
empleo de los
recursos se obtiene a través de la repartición
dinámica de los canales reservados a la
conmutación del circuito y de aquellos reservados al GPRS.
Cuando se presenta una llamada de voz hay tiempo suficiente para
liberar los recursos usados por el GPRS, de tal forma que la
llamada por conmutación de circuito a mayor prioridad,
pueda ser efectuada sin problemas.
El nodo de soporte GSN (Gateway Support Node) del GPRS es el
elemento principal de la infraestructura. Este router puede
proporcionar la conexión y el inter-trabajo con otras
redes de datos,
puede administrar la movilidad de los usuarios a través de
los registros del
GPRS y es capaz de entregar los paquetes de datos a las
estaciones móviles, independientemente de su
posición. Físicamente el GSN puede estar integrado
en el MSC (Mobile Switching Center) o puede ser un elemento
separado de la red, basando en la arquitectura de
los routers de las redes de datos. Los paquetes de datos del
usuario pasan directamente entre el GSN y el BSS (Base Station
Subsystem), gracias a la señalización que acontece
entre GSN y el MSC.

2.
Protocolo

El protocolo GPRS es un protocolo de nivel tres,
transparente para todas las entidades de red comprendidas entre
el terminal móvil MT y el nodo GSN al que el móvil
está, lógicamente, conectado; las entidades entre
las que se establece una conexión a este nivel
están, de hecho, localizadas en el terminal móvil
MT y en el nodo GSN. Este protocolo soporta tanto el intercambio
de informaciones de control como de paquetes PDP-PDU (Packet Data
Protocol – Protocol Data Unit) entre el móvil y el nodo al
que éste está conectado (los PDP-PDU son, de hecho,
encapsulados en las tramas GPRS).
El formato de una trama GPRS prevé los siguientes
campos:

• identificador del protocolo GPRS
• identificador del protocolo de los PDU (identificador
  de PDP)
• mensaje GPRS

El identificador del protocolo GPRS es una
información numérica cuyo objetivo es el
de distinguir los burst que contienen paquetes GPRS, de los burst
que contienen informaciones GSM.
El identificador del protocolo de los PDU encapsulados en las
tramas GPRS es necesario para direccionar éstos en cuanto
son desencapsulados, hacia el correcto SAP (Service
Access Point);
también esta información es de tipo
numérico. Se tendrá, por tanto, un valor que
define los paquetes X25, uno que define los paquetes IP (Internet
Protocol), uno que define los paquetes CLNP (Connectionless
Network Protocol) y así sucesivamente. Además,
dicha información permite la interpretación del
GPRS contenido en la trama GPRS; de hecho, como ya se anticipaba,
las tramas GPRS son utilizadas tanto para el transporte de
mensaje de control como para el transporte de paquetes de datos,
por lo tanto, se hace necesario el uso de un indicador que
permita distinguir a cuál de las dos categorías
posibles pertenece el mensaje GPRS. Los mensajes GPRS de control
son definidos por un valor preestablecido del identificador de
PDP.
Algunos de los posibles mensajes de control se enumeran a
continuación:

• petición de log-on (LOG-ON
  REQUEST)
• respuesta a una petición de log-on (LOG-ON
  RESPONSE)
• activación del modo de transmisión
  cifrado (SET GPRS CIPHERING MODE)
• petición de actualización de las
  informaciones de routing (ROUTING UPDATE REQUEST)
• respuesta a una petición de
  actualización de las informaciones de routing (ROUTING
  UPDATE RESPONSE)
• petición de actualización del indicador
  de routing area (área de encaminamiento) (GPRS RA UPDATE
  REQUEST)
• respuesta a una petición de
  actualización del indicador de routing area (GPRS RA
  UPDATE RESPONSE)

El nodo GSN, antes de encaminar en la backbone network
los PDU de nivel tres desencapsulador de las tramas GPRS
recibidos a través del interfaz Gb, los encapsula (como
SDU – Service Data Unit) en PDU del protocolo de red utilizado en
la backbone network para el transporte de paquetes del
usuario.
Obviamente, realiza la operación inversa para los paquetes
dirigidos al usuario móvil.

3. Arquitectura de la
red

Para la realización de un servicio de datos por
paquetes en la red celular GSM se pueden seguir dos
inicializaciones diferentes:

• Inicialización de sistema
  integrado
• Inicialización de sistema separado

La primera inicialización prevé que toda
la infraestructura necesaria para el soporte del servicio sea
añadida a la de la red GSM, mientras que la segunda
prevé el añadido de la funcionalidad necesaria para
el soporte del GPRS a las entidades que componen la
infraestructura de la red GSM.
En realidad, también la inicialización de sistema
integrado requiere la introducción de nuevas entidades,
garantizando de todos modos, desde el punto de vista
económico, un impacto menos vistoso sobre los costos necesarios
para la implementación del servicio.

Las entidades que tienen que ser añadidas, desde
el punto de vista de la integración del servicio GPRS en la red
GSM, son:

Los nodos GSN pueden verse como entidades en las que
está localizada gran parte de las funciones
necesarias para soportar el GPRS. En el GPRS PLMN (Public Land
Mobile Network), generalmente hay más nodos GSN y la
infraestructura que los conecta, denominada backbone network
(ruta de enlace), permite el routing de los paquetes transmitidos
por los usuarios de la red o dirigidos a éstos. En
relación con la localización de la estación
móvil genérica GPRS, se usan los HSN (Home Support
Node) y el VSN (Visited Support Node). El HSN es el nodo de la
backbone network al que llegan los paquetes dirigidos al
móvil en base al valor de su dirección de la red;
además, cuando el móvil es localizado en el
área gestionada por otro nodo de la ruta de enlace, el HSN
vuelve a mandar hacia ese nodo los paquetes destinados al
móvil.

EL VSN es el nodo de la backbone network en cuya
área se encuentra normalmente el móvil.
La backbone network puede ser una red pública de
datos de paquetes, lo que permite limitar los costos de
realización, o bien una red de datos de paquetes dedicada
optimizada para el soporte del servicio. La primera
solución determina, con respecto a la segunda, mayores
retrasos de transmisión cuando los paquetes se
intercambian entre usuarios de la GPRS PLMN y usuarios de otra
red, mientras que la segunda presenta unos costos de
realización más elevados.
A la backbone network también están conectadas las
entidades de inter-trabajo, que garantizan la
interconexión de la GPRS PLMN a otras redes de datos como,
por ejemplo, la red Internet, las redes PSPDN (Public Switched
Packet Data Network), las redes privadas de paquetes y otras.
Las principales funciones desempeñadas por estas entidades
son: la conversión de los protocolos y el mapeo de las
direcciones de red de las entidades envueltas en la
comunicación de datos. Otra nueva entidad necesaria
para el soporte del servicio es el GPRS register, que no tiene
que verse necesariamente como una nueva entidad física, en
cuanto que se puede pensar en ampliar el conjunto de las
funciones de los VLR/HLR de la red GSM.
Las funciones llevadas a cabo por un GPRS register son
esencialmente las de memorizar informaciones relativas al
servicio GPRS; en particular cada GPRS register
contiene:

• Información necesaria para el routing de los
  paquetes dirigidos a un móvil GPRS; por ejemplo, la
  dirección de red del móvil para un determinado
  protocolo de red y el tipo de protocolo de red a cuya
  dirección se refiere.
• Información relativa al perfil de
  suscripción del abonado; por ejemplo, informaciones
  características de la calidad del
  servicio solicitada por el usuario (QoS = Quality of
  Service).

La llave de acceso a estas informaciones relativas al
abonado genérico GPRS es el IMSI (International Mobile
Subscriber Identity). La introducción de nuevas entidades
a la red GSM lleva a la definición de nuevos interfaces;
entre éstas, la Gr soporta sólo
señalación, mientras que todas las demás
soportan tanto señalación como datos.

4. Tipología del
servicio

El servicio GPRS pone a disposición de sus
usuarios dos tipologías de servicio diferentes:

• Punto a Punto (Point To Point, PTP)
• Punto a Multipunto (Point To Multipoint,
  PTM)

Un servicio Point To Point es un servicio en el que el
usuario envía uno o más paquetes a un único
destinatario; en relación a las modalidades con las que la
conexión punto a punto es gestionada, se pueden localizar
dos clases de servicios punto a punto:

• ConnectionLess Point To Point services
  (CLNS)
• Connection Oriented Point To Point services
  (CONS)

Un servicio PTP CLNS es un servicio en el que dos
paquetes sucesivos son independientes entre ellos; por tanto, es
como si cada uno de los paquetes formase parte de una comunicación en sí misma. Un
servicio con esta característica se define como un
servicio de datagrama y puede ser útil para soportar
aplicaciones bursty de tipo no interactivo .
Un servicio PTP CONS es, por el contrario, un servicio en el que
se establece una relación lógica
entre la fuente y el destinatario de los paquetes,
relación que permanece activa durante el tiempo total de
la conexión; el servicio es, por lo tanto, un circuito
virtual, es decir, en la fase de set-up de la conexión se
establece un recorrido para el routing de los paquetes, con la
diferencia de que, respecto a una conexión por
conmutación del circuito, los recursos físicos se
liberan en cuanto el paquete genérico se ha transmitido,
manteniendo la conexión lógica. Las aplicaciones
que se adaptan bien a un servicio bearer (portador) de este tipo
son aquellas interactivas o transnacionales, en las que se
mantiene un diálogo
continuo entre las dos entidades en comunicación.
Los servicios PTM, al contrario que los servicios PTP, implican a
más de un usuario destinatario y, como se verá
sucesivamente, el envío de los paquetes se ejecuta en base
geográfica. Obviamente el servicio bearer PTM no puede
implicar como usuarios destinatarios de paquetes a los usuarios
de las redes interconectadas a la GPRS PLMN, sino sólo a
usuarios de móviles.
La tabla siguiente resume las configuraciones posibles en base al
punto de acceso (fijo/móvil) del destinatario de los
paquetes.

5. Calidad del Servicio

Cuando se habla de calidad de
servicio, QoS, sólo se hace referencia a un conjunto
de parámetros de prestaciones
que pueden ser observados directamente y medidos desde el punto
de acceso al servicio utilizado por el usuario. Los criterios que
se usan para valorar la calidad de una prestación de
servicio son principalmente:

• velocidad
• cuidado
• fiabilidad

La velocidad con
que es servida una petición de servicio puede ser valorado
en términos de bit rate con que las informaciones son
transportadas o bien en términos de intervalo de tiempo
para terminar la petición de servicio.
El cuidado se refiere, sin embargo, al grado de corrección
con el que se atiende una petición de servicio.
La fiabilidad del servicio sintetiza la disponibilidad del
servicio sin tener en cuenta la velocidad ni el cuidado con que
se atienden las peticiones de servicio.
En relación a cada uno de estos tres criterios de
valoración es posible distinguir diferentes clases de
servicio:

• servicios de altas prestaciones (en relación
  al criterio de valoración utilizado) en los que la
  variación del parámetro prestacional medido es
  irrelevante (guaranteed service)
• servicios caracterizados por buenas prestaciones (en
  relación al criterio de valoración utilizado) y
  por un valor preciso de la variación del
  parámetro prestacional (predictive service)
• servicios caracterizados por discretas prestaciones
  (en relación al criterio de valoración utilizado)
  y por un valor no precisado de la variación del
  parámetro prestacional (best effort service)

Los parámetros significativos de la
valoración prestacional, en términos de velocidad,
son los siguientes:

• velocidad neta del flujo binario
  (throughput)
• tiempo de transferencia de las
  informaciones

La caracterización del throughput en un canal
puede hacerse en base al ritmo binario medio y al ritmo binario
más alto ofrecido a todos los usuarios que acceden a
él.
El tiempo necesario para la transferencia de las informaciones
del usuario es la suma del tiempo necesario para acceder al canal
radio, del tiempo necesario para la propagación en el
canal radio (irrelevante) y del tiempo necesario para la
transferencia a través de la red. Los parámetros
característicos en la valoración prestacional en
términos de cuidado son los siguientes:

• probabilidad de pérdida de un
  paquete
• probabilidad de recepción de paquetes
  equivocados
• probabilidad de duplicación de un
  paquete
• probabilidad de secuencia equivocada en la
  recepción de los paquetes

Los parámetros característicos en la
valoración prestacional en términos de fiabilidad
son los siguientes:

• probabilidad de fallo en la negociación de la QOS entre el usuario y
  la red
• probabilidad de que la QOS establecida en fase de
  negociación no sea garantizada durante la
  terminación de la petición de
  servicio.
• disponibilidad del servicio
• tiempo medio entre dos back out sucesivos del
  servicio
• duración media de un back out del
  servicio

Por lo que respecta a los servicios orientados a la
conexión de parámetros prestaciones son
constituidos por el tiempo medio necesario para establecer una
conexión y por el tiempo medio necesario para la
finalización de la misma.

6. Uso simultáneo
de los servicios GSM y GPRS

La introducción de un servicio de datos por
conmutación de paquetes, como es el GPRS, no asegura a los
usuarios GSM la posibilidad de disfrutar
contemporáneamente de servicios por conmutación de
circuito (voz, datos). Naturalmente el uso contemporáneo
de dos servicios puede llevar a una degradación de las
prestaciones, en términos de throughput (rendimiento) de
la llamada GPRS. Con este propósito se definen tres clases
de servicio:

• Clase A: las estaciones móviles de este tipo
  permiten al usuario utilizar tanto una conexión por
  conmutación de circuito como una por conmutación
  de paquetes con el máximo throughput (rendimiento)
  posible.
• Clase B: las estaciones móviles de este tipo
  permiten un uso simultáneo de los servicios por
  conmutación de circuito y por conmutación de
  paquetes, con perjuicio de las prestaciones del servicio por
  conmutación de paquetes.
• Clase C: las estaciones móviles de este tipo
  no permiten el uso simultáneo de los servicios, por
  tanto, el usuario que está disfrutando de un servicio no
  puede utilizar también otro.

En la tabla siguiente se indica lo que ocurre en la
estación móvil cuando ésta recibe una
llamada GPRS, mientras está ocupada con una llamada por
conmutación de circuito en relación a la clase de
servicio de la MS.

Caminando hacia la tercera generación
Esta nueva tecnología permite
desdoblar la transmisión de voz y datos en diferentes
canales que transmiten de forma paralela, permitiendo mantener
conversaciones sin cortar la transmisión de datos. Cuando
se trata de datos se estable un comunicación permanente
mientras el terminal está conectado, lo que permite la
transmisión continúa de la información a
mayor velocidad. La información viaja por paquetes en
lugar de circuitos
conmutados como sucede en GSM, donde la voz se envía por
un canal siempre abierto. En GPRS se puede elegir entre varios
canales, de forma similar a como se realiza en Internet. El
aumento de la velocidad se produce porque los datos se comprimen
y se envían a intervalos regulares, llamado
conmutación por paquetes, lo que aprovecha mejor la banda
de frecuencia.
La mayor ventaja de GPRS no es la tecnología en si misma
sino los servicios que facilita. Los terminales de este nuevo
sistema permiten personalizar funciones, desarrollar juegos
interactivos, e incorporan aplicaciones para el intercambio de
mensajes y correos electrónicos, a los cuales se
podrá acceder directamente sin la necesidad de conectarse
a Internet. Las pantallas, que serán de un tamaño
mayor, serán táctiles, de alta resolución,
con zoom e iconos que se activen de manera intuitiva pulsando
sobre ellos con un puntero. Incorporan además una ranura
para introducir la tarjeta de crédito
con chip que facilitará las transacciones
electrónicas más seguras. Con la tecnología
GPRS se da un paso hacia la localización
geográfica, en función de
donde se encuentre el usuario, la operadora le puede ofrecer
mayor información de la zona.
Los terminales serán de cinco tipos a corto plazo, en
función del uso que le vaya a dar el usuario.
Móviles similares a los actuales, con visor y
resolución cada vez mayor, permitirán el uso de
información escrita o gráfica de forma resumida.
Terminales tipo agenda electrónica, con funciones mixtas de voz y
datos, y pantallas de mayor tamaño y capacidad
gráfica. Terminales tipo ordenador personal de mano
(PDA) con pantalla plana de mayor formato y gran capacidad
gráfica. Ordenadores portátiles que utilicen para
la conexión inalámbrica un teléfono móvil GPRS. Y por
último, dispositivos diversos con comunicación
móvil y funciones especiales como sistemas de
navegación para coches y tarjetas de
comunicación inalámbrica en máquinas
autoservicio.

7.
Bibliografía

• http://www.webmovilgsm.com/gprs.htm

GPRS: el despegue de la Internet móvil

• http://es.gsmbox.com/gprs/

GPRS

• http://www.gsmworld.com/technology/gprs

GPRS

Autor:

Enlys Molina
Juan Carlos

Ministerio de Educación
Universidad
Central de Venezuela
Facultad de Ingeniería
Escuela de
Eléctrica
Sistemas Móviles