Jak funguje GPRS

GPRS je určeno pro prostředí digitálních mobilních sítí, usilující o efektivnější využití jejich přenosových schopností i o lepší přizpůsobení požadavkům uživatelů a jejich aplikací. Mobilní sítě (v Evropě GSM) fungují z hlediska uživatele na principu přepojování okruhů, což je dáno jejich primárním určením pro přenos hlasu. Pokud tyto sítě ve standardní podobě nabízí možnost přenosu dat, v rámci "datových" služeb (označovaných jako CSD, od: Circuit Switched Data), fungují tyto "datové služby" jako při přenosu hlasu, pouze s tím rozdílem, že přenášená data používají stejný datový tok, namísto původního zkomprimovaného hlasu efektivně cca 13,5kbit/s. Technologie HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), je pak pouze "zvícenásobením" takovýchto přenosů, které využívá ještě více hovorových kanálů (tzv. slotů) současně. Podstatné je ale to, že jak CSD, tak i HSCSD fungují z hlediska uživatele na stejném principu jako hlasové přenosy, tedy na principu přepojování okruhů (circuit switching).

Zařízení tak platí za dobu připojení, bez ohledu na objem přenesených dat ale s ohledem na místo, do kterého se připojují protože jak CSD tak HSCSD jsou spojení typu point-to-point tedy mezi dvěma konkrétními body, ve světě modemů nic nového pod sluncem. Pro aplikace to znamená, že mají po celou dobu existence spojení k dispozici garantovanou přenosovou kapacitu. Pro zařízení, která využívají přenosový kanál spíše pro častý přenos malých objemů dat (telemetrie, dálkové ovládání..) nebo tam, kde je vyžadováno stálé připojení, je tento způsob fungování nevýhodný protože vede k alokaci nepotřebných přenosových kapacit, za které ale uživatel musí tak jako tak operátorovi sítě zaplatit.

Technologie GPRS rozšiřuje možnosti sítě a nabízí alternativu k popsanému principu přepojování okruhů. Základní charakteristikou, kterou má GPRS (General Packet Radio Service) ostatně již ve svém názvu, je jeho fungování na principu přepojování paketů. GPRS lze chápat jako novou síť "přeloženou" přes existující síť GSM, a využívající systém základnových stanic (BTS) a další komponenty infrastruktury sítě k tomu, aby mohla komunikovat s mobilními terminály v dosahu příslušných BTS, prostřednictvím frekvencí které jsou pro GSM síť vyhrazeny.

Přenos pomocí GPRS probíhá ve slotech, které právě v té chvíli nepoužívá GSM síť pro telefonování. GSM operátor tak zvyšuje využití stávající přenosové kapacity o další zařízení, proto je GPRS relativně levné. Jedná se ale o nezaručený (negarantovaný) způsob fungování datového přenosu, pokud v daném okamžiku nejsou v dané buňce k dispozici žádné volné sloty, přenosová rychlost GPRS dramaticky klesá.
Prakticky síť sice nemusí přidělit slot v každé relaci ale může relace vhodně multiplexovat. Někteří operátoři pak garantují alespoň 9600bd pro GPRS datový kanál.
Celá koncepce a standardy GPRS ale počítají s garancí fungování a nějakého minimálního datového toku. Operátoři tím mohou rozšířit rozsah nabízených služeb.

Kolik dat může aplikace po GPRS maximálně přenést záleží na tom, kolik kanálů zvládne současně vaše zařízení (telefon nebo GSM modem s podporou GPRS). GPRS 3+1 nebo GPRS 4+2 znamená kolik slotů je schopen telefon nebo modem spojit a využít. První číslo udává kolik jich je směrem down-link (tedy k vám) a druhé up-link (analogicky, od vás). Teoretické maximum je 8+8 což představuje cca 172kbit/s oběma směry, takže GPRS ještě dlouho neřekne své poslední slovo.

GPRS je ve skutečnosti síťový protokol, který připojuje klientská zařízení k síti. Nejedná se při tom o klasický systém jeden s jedním (peer-to-peer), protože GPRS zařízení může současně komunikovat s více zařízeními ve stejné síti najednou pomocí několika otevřených spojení prakticky stejně jako síťová karta připojená do sítě TCP/IP.

TCP/IP a Internet přes GPRS

Technologie GPRS podle standardů počítá s tím, že může přenášet datové rámce různých vyšších protokolů jako IP nebo X.25, avšak v praxi se setkáte pouze s přenosem datagramů protokolu IP a proto se budeme v dalším textu věnovat pouze protokolům z rodiny IP.

Poznámka redakce : Testovali jsme několik zařízení na GPRS, ale o čemkoliv s podporou jiného protokolu než IP jsme nikdy neslyšeli a obdobně je tomu i s nabídkou služeb operátorů.

Způsob doručování paketů

Pakety jsou doručovány stejně, jako v kterékoliv jiné TCP/IP síti. Vaše zařízení tvoří s přístupovým bodem sítě operátora jakousi minisíť o dvou počítačích propojenou linkou PPP (to je ten protokol který běží po seriové lince z GPRS modemu. Pozn.red.) Kam se vaše pakety dostanou dál záleží na IP adrese příjemce v záhlaví datagramu a dále na nastavení směrovače u operátora a v neposlední řadě na tom, jaké máte povolené (rozuměj zaplacené) služby.

Tip: Pokud uvažujete o GPRS modemu zapomeňte na to, co víte o modemech a uvažujte raději o bezdrátovém připojení do sítě, budete rozhodně blíž k realitě.

Uživatel si navíc může vybrat (opět v rámci povolených služeb) do které sítě se chce připojit (a kolik za to zaplatit). Operátoři zpravidla nabízejí několik variant připojení od připojení do Internetu, přez připojení k WAPu až po připojení k vaší podnikové privátní síti. Výběr provádíte nastavením tzv. přístupového bodu v modemu (APN = Access Point Name) před samotným sestavením spojení. Access point je vlastně směrovač vedoucí do příslušné sítě (a je rovněž zdrojem bilingových informací pro zpoplatnění přenosů).

Díky této architektuře, umožňuje GPRS přístup k celé řadě služeb ať už provozovaných operátorem, soukromou firmou nebo někým na Internetu na druhé straně světa.

 

IP Adresy v GPRS – fakta a fámy

Každá GPRS stanice musí mít nějakou IP adresu. Adresa může být dvojího druhu:

• Statická
• Dynamická

Oba způsoby mají své pro a proti. Statických adres není nevyčerpatelné množství a proto jse provozovatelem sítě zpoplatněny. Dynamické adresy zase přinášejí určité komplikace při komunikaci z vnějšího světa..

Statická adresa
Statická adresa je adresa přidělená konkrétní SIM kartě na základě smlouvy s operátorem a z toho jak již jistě správně tušíte plynou jisté výhody a jisté platby tak tedy:

• Statická adresa je vždy stejná a to i při vypnutí a zapnutí modemu a dokonce i při přestěhování karty do jiného mobilu či modemu.
• Statická adresa může být využita k identifikaci
• Statická adresa JE ADRESOVATELNÁ to znamená že je možné vytvářet taková spojení, která budou stranou se statickou adresou pasivně přijímána.
• Statická adresa je stejná i vně GPRS sítě
• Statická adresa je placená

Shrnutí : Statická adresa je výhodná všude tam, kde se potřebujete se zařízením aktivně spojovat a nemůžete udržovat stále otevřené spojení.

Dynamická adresa

• Dynamická adresa je adresa přidělená SIM kartě při každém sestavení GPRS spojení
• Dynamická adresa může (avšak nemusí) být pokaždé jiná
• Dynamická adresa zpravidla platí jen v prostoru za směrovačem tedy: určitě na vaší PPP lince do sítě GPRS, může platit i mezi jinými GPRS zařízeními v tomtéž adresovém prostoru téhož operátora (avšak nemusí a stavět na této vlastnosti komerční aplikaci je více než hazardní), určitě neplatí vně sítě (např. v Internetu)
• Dynamická adresa je zdarma.

Pozorný čtenář si jistě povzdychne, je k něčemu dynamická IP adresa vlastně dobrá ? Samozřejmě ano, pro drtivou většinu aplikací naprosto stačí. V aplikacích kde se mobilní jednotka aktivně spojuje s nějakým serverem (e-mail, www, databáze) vůbec nepostřehnete rozdíl.
Směrování se totiž chová tak, že po dobu otevřeného TCP spojení se adresa na obou koncích nemění. Podobný trik funguje i pro UDP, avšak zde, protože UDP není spojovaný protokol, se na správné doručení odpovědi můžeme spoléhat jen velmi krátkou dobu typicky 60sec. Technologické aplikace vyžadující možnost aktivního kontaktování mobilní jednotky využívají trik, při kterém otevřou a stále udržují komunikační kanál z mobilní jednotky k serveru.

Adresy VPN

Adresa ve VPN je třetí adresa? - Ano i ne, pokud potřebujete komunikovat pouze v rámci GPRS sítě a nebo ještě své vnitropodnikové sítě, lze si od operátora zakoupit karty pracující v tzv. privátní síti (VPN) které mají přidělenu IP adresu zpravidla z rozsahu 192.168.x.x a.a nemohou se spojovat jinam, než samy mezi sebou a/nebo do vaší vlastní sítě, tyto adresy jsou zpravidla statické avšak platné pouze uvnitř sítě VPN a proto není možné se k nim z venčí jakkoliv připojit nebo je najít. Vzhledem k tomu jsou VPN sítě vyhledávány pro aplikace vyžadující nejvyšší míru bezpečnosti dat.

Konvergence IP služeb

Ve spojení GPRS, klasického kabelového Ethernetu a WiFi (bezdrátových sítí 802.11b) lze již dnes pozorovat reálnou konvergenci aplikací na TCP/IP sítě. Použitím jedné z těchto tří technologií se lze dostat do privátní sítě nebo do obecného Internetu kdykoliv a kdekoliv.

Z hlediska aplikací je třeba mít na paměti, že cena HW řešení rozhraní do IP sítí je vyvážena jednodušší obsluhou a použitím standardních servisních nástrojů. Cena například teplotního čidla, které bude připojeno přímo do IP sítě přes jednu ze zmíněných technologií bude sice vždy vyšší, ve srovnání s jednoduchým čidlem připojeným například přes RS-485, ale cena obslužného SW a připojení dat do návazné instalace bude nesrovnatelně nižší. K tomu je třeba přičíst náklady na údržbu a hlavně instalaci. Což snadno zvládne kdokoliv ze síťového oddělení a nebude na to muset volat zaškoleného pracovníka externí firmy.

Zcela nový rozměr do IP technologií přinese chystaný standard IPv6, který umožní aby i to sebenepatrnější zařízení na celém světě mohlo mít svou unikátní statickou adresu, ale o tom snad někdy jindy.

Z těchto důvodů lze v budoucnu pravděpodobně očekávat výrazný rozmach tohoto typu aplikací. O některých z nich vám již brzy přineseme další podrobné informace.

Jan Řehák
www.HW.cz

a
 
Kamil Knotek
www.icenet.cz

Literatura :

[1] Jiří Peterka - K čemu je GPRS? - www.earchiv.cz
[2] InterSeal - www.icenet.cz.