GPRS La trasmissione a pacchetto nella rete GSM. Argomenti della lezione Cosè GPRS e come funziona Canali logici e fisici Assegnazinone delle risorse.

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1 GPRS La trasmissione a pacchetto nella rete GSM

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

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

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

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

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

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

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

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

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

11 Architettura Generale MS BSS SGSNSGSN GGSNGGSN SGSNSGSN MSC/VLRMSC/VLR SMS-SCSMS-SC GMSCGMSC HLRHLR EIREIR GGSNGGSN altre PLMN PDN (IP,X.25,...) GRGR

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

13 Stati Operativi del Terminale standby attachattach standbytimeoutstandbytimeout idle ready detachdetach readytimeout PDUTx/RxPDUTx/Rx PDUTx/RxPDUTx/Rx

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

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

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

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

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

19 Classi di ritardo SDU = 128 bytesSDU = 1024 bytes Classe di ritardo media95%media95% 1< 0.5< 1.5< 2< 7 2< 5< 25< 15< 75 3< 50< 250< 75< 375 4 non garantito Valori di ritardo ammessi [s]

20 Classi di affidabilità SDU fuoricorrotte SDU perse SDU duplicate sequenza 110 -9 10 -9 10 -9 10 -9 210 -4 10 -5 10 -5 10 -6 310 -2 10 -5 10 -5 10 -2 Classe di affidabilità

21 Classi di throughput MEDIO MASSIMO Classe Valore [bit/s] 1B.E.8 20.2216 30.4432... 64 10222128 11444256... 512 1722.0001024 1844.0002048 19111.000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Classe Valore [bit/s]

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

23 Piano utente (trasmissione) Application IP/X.25 SNDCP LLC RLC MAC RLC MAC GSM RF RLCMACRLCMACBSSGPBSSGP NSNS L1bisL1bis IP/X.25IP/X.25 GTPGTP UDP/TCPUDP/TCP IPv6IPv6 SNDCPSNDCP MSBSSSGSNGGSN Um Gb G LLCLLC BSSGPBSSGP NSNS L1bisL1bis GTPGTP UDP/TCPUDP/TCP IPv6IPv6 L2L2 L1L1 L2L2 L1L1

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

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

26 Piano di controllo (segnalazione) GMM/SM LLC RLC MAC RLC MAC GSM RF RLCMACRLCMACBSSGPBSSGP NSNS L1bisL1bis GMM/SMGMM/SM L1bisL1bis LLCLLC MSBSSSGSN Um Gb BSSGPBSSGP NSNS

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

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

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

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

31 In celle con traffico GPRS trascurabile i canali di segnalazione comune (PBCCH/PRACH/PAGCH) possono essere condivisi con GSM Canali logici Lallocazione 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 Gli MS devono comunque essere in grado di ricevere regolarmente i normali canali broadcast del GSM (FCCH, SCH, BCCH) Canali logici

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

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

35 Organizzazione dei canali fisici 456 bit dopo la codifica, il livello di ridondanza viene adattato dinamicamente alla qualità del canale Unità dati per il livello MAC B0B1B2XB4B5B6XB7B8B9XB10B11B12X 52 trame X Trame idle o di segnalazione

36 Organizzazione dei canali fisici: un esempio B1B0B3B2B5B4B7B6B9B8B10B11 PRACH 048132117263034394347 UP-link B1B0B3B2B5B4B7B6B9B8B10B11 PBCCH PAGCH 048132117263034394347 DOWN-link traffico non usati

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

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

39 Efficienza molto dipendente dallimplementazione Sottolivello MAC

40 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 Codifica, Steal bits e USF

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

42 Es. di allocazione fissa del PRACH B1B0B3B2B5B4B7B6B9B8B10B11 PBCCH PAGCH 048132117263034394347 DOWN-link B1B0B3B2B5B4B7B6B9B8B10B11 PRACH 048132117263034394347 UP-link Occorrenze fisse canale PRACH

43 Es. di allocaz. dinamica del PRACH B1B0B3B2B5B4B7B6B9B8B10B11 PRACH 048132117263034394347 UP-link Occorrenze dinamiche PRACH B1B0B3B2B5B4B7B6B9B8B10 B11 PBCCH PAGCH 048132117263034394347 DOWN-link USF=FREE

44 Inizia sempre con un burst sul PRACH (eventualmente come risposta ad un page) Accesso al canale 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 Laccesso 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 Accesso al canale

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

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

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

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

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

51 Linstradamento di rete fissa cambia solamente se viene modificato lSGSN Gestione dellinstradamento RA differenti collegate allo stesso SGSN hanno impatto sul paging ma non sullinstradamento di rete fissa

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

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