Le GPRS

Téléphonie Mobile
GPRS
General Packet Radio Service
(2,5G)
LP R&T RSFS - Département R&T
GPRS :
Introduction

Technologie GPRS : General Packet Radio Service

Basée sur la norme GSM

Transmission par paquets, en mode non connecté



Allocation des ressources au « coup par coup »
Taxation sur le volume de données échangées (en kbits)
Objectif : accès mobile aux réseaux IP
2
F. Payan – Département R&T – IUT Nice Côte d’Azur – Université de Nice
GPRS :
Architecture matérielle

Deux réseaux en parallèle




GSM : services classiques relatifs à la voix
GPRS : transport des données
Utilisation commune des équipements de la BSS (mêmes bandes de
fréquences)
Séparation des deux réseaux au niveau du NSS



GPRS vers réseaux fixes de données ou autres GPRS
GSM vers RTCP ou autres GSM
Nouveaux équipements


SGSN (Serving GPRS Support Node) ~ MSC
G-GSN (Gateway GPRS Support Node) ~ G-MSC
Réseau fédérateur
ou reseau coeur
GPRS
3
F. Payan – Département R&T – IUT Nice Côte d’Azur – Université de Nice
GPRS :
Architecture matérielle
RTCP
Réseau GSM
d’un autre opérateur
G-MSC
BSC
BSC
MSC
G-MSC
Voix
BSC
MSC
VLR
HLR
4
F. Payan – Département R&T – IUT Nice Côte d’Azur – Université de Nice
GPRS :
Architecture matérielle
RTCP
Réseau GSM
d’un autre opérateur
G-MSC
BSC
MSC
BSC
G-MSC
Voix
BSC
Données
Gb
Gs
SGSN
VLR
MSC
HLR
Gr
Gc
Gn
Circuit de
données GPRS
Circuit de
signalisation
uniquement
Gn
BSC
G-GSN
SGSN
G-GSN
BSC
Réseau de données
IP, X25,…
F. Payan – Département R&T – IUT Nice Côte d’Azur – Université de Nice
Réseau GPRS
d’un autre opérateur
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GPRS :
Nouveaux équipements

SGSN (Nœud de service GPRS)





Assure le routage et le transfert des paquets de données vers et
depuis les mobiles GPRS
Gère la mobilité
Joue le rôle du VLR (stockage de données pour la localisation)
Assure des fonctions de facturation et d’authentification
G-GSN (Nœud passerelle GPRS)



Permet le routage vers et depuis les réseaux de données
« externes » vers le SGSN du mobile GPRS concerné
Stocke l’adresse des SGSN courants des mobiles
Assure des fonctions de facturation et d’authentification.
6
F. Payan – Département R&T – IUT Nice Côte d’Azur – Université de Nice
GPRS :
Connexion entre nœuds GPRS

Réseau Backbone GPRS

Tous les GSNs sont reliés entre eux par un réseau IP
Réseau PDP
(réseaux de données X.25, IP…)
Backbone
Inter-PLMN
Gi
Gp
G-GSN
BG
Gi
Gp
BG
Backbone
Intra-PLMN *
SGSN
SGSN
G-GSN
Backbone
Intra-PLMN *
PLMN A
PLMN B
* Réseau
privé opérateur
F. Payan – IP
Département
R&T – IUT Nice Côte d’Azur – Université de Nice
SGSN
SGSN
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GPRS :
Principe général de transmission
de données
Réseau coeur GPRS
BSC
Désencapsulation
MS (@PDP)
@IP SGSN
(@IP)
SGSN
Tunnel
Backbone
Intra-PLMN (réseau IP)
@PDP MS || Données
Encapsulation dans
un datagramme IP
G-GSN
(@IP)
@PDP MS || Données



SGSN et G-GSN ont une IP fixe dans le PLMN
Chaque mobile a une adresse PDP compatible avec le
réseau externe
SGSNG-GSN : principe d’encapsulation et mise en
protocoleR&T
GTP
(GPRS
Tunnel
F.tunnel
Payan – :Département
– IUT
Nice Côte
d’Azur –Protocol)
Université de Nice
Réseau PDP
IP, X25,…
8
GPRS :
Architecture des protocoles

Structuration en couches

Séparation en deux “plans”:


Plan de transmission : gestion de la transmission de données et sa
signalisation associée
Plan de signalisation : gestion de l’échange de signalisation pure
(mise à jour localisation, allocations ressources…)
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F. Payan – Département R&T – IUT Nice Côte d’Azur – Université de Nice
GPRS :
Architecture des protocoles

Plan de transmission (ou usager)
Appli.
PDP
PDP
SNDCP
SNDCP
GTP
GTP
LLC
LLC
TCP/UDP
TCP/UDP
RLC
RLC
BSSGP
BSSGP
IP
IP
MAC
MAC
Net.
Service
Net.
Service
L2
L2
GSM RF
GSM RF
L1 bis
L1 bis
L1
L1
MS
Interface Um
BSS
(BTS+BSC)
Interface Gb
F. Payan – Département R&T – IUT Nice Côte d’Azur – Université de Nice
SGSN
Interface Gn
G-GSN
10
GPRS :
Architecture des protocoles




PDP (Packet Data Protocol) :
Protocole standard du réseau fixe de données auquel est connecté le
G-GSN (IP, X.25)
GTP (GPRS Tunnel Protocol) :
Mise en place du tunnel pour le transfert de données G-GSN 
SGSN
TCP/UDP (Transport / User - Datagram Protocol) :
Assure le transport G-GSN  SGSN avec / sans acquittement (X.25,
transfert fiable / IP pas de transfert fiable)
IP (Internet Protocol) :
Assure l’acheminenement des données G-GSN  SGSN
(encapsulation avec @IP)
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GPRS :
Architecture des protocoles





SNDCP (Subnetwork Dependent Convergence Protocol) :
interface entre les protocoles standard de niveau 3 des réseaux fixes
et les couches de niveau 2 des réseaux radiomobiles : assure le
transfert des données MSSGSN.
LLC (Logical Link Control) :
Etablit des procédures de transfert d’informations pour assurer une
transmission fiable MSSGSN. Effectue aussi le cryptage.
RLC (Radio Link Control) :
role similaire au LLC mais pour MS  BSS
MAC (Medium Access Control) :
Controle l’accès au canal radio
BSSGP (BSS GPRS Protocol) :
transporte les informations de routage et de QoS BSSSGSN
(~BSSMAP)
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GPRS :
Architecture des protocoles

Plan de signalisation (similaire au plan usager)


SM (Session Management) : signalisation pour la gestion des sessions
GMM (GPRS Mobility Management) : sign. pour la gestion de la mobilité
SM
G
SM
SM
S
G
SM
S
GTP
GTP
GMM
GMM
LLC
LLC
TCP/UDP
UDP
RLC
RLC
BSSGP
BSSGP
IP
IP
MAC
MAC
Net.
Service
Net.
Service
L2
L2
GSM RF
GSM RF
L1 bis
L1 bis
L1
L1
MS
Interface Um
BSS
(BTS+BSC)
Interface Gb
F. Payan – Département R&T – IUT Nice Côte d’Azur – Université de Nice
SGSN
Interface Gn
G-GSN
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GPRS :
Mobilité

Gestion inspirée du gsm :



Mécanisme de mise à jour de la localisation
Mécanisme de paging
Zone de routage (Routing Area, RA) : plusieurs cellules par zone,
sous-ensemble d’une zone de localisation

Toutes les cellules dépendent du même SGSN
Zone de
localisation
Zone de
routage 1
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Zone de
routage 2
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GPRS :
Mobilité

3 états possibles pour le mobile


appelés états GMM (GPRS Mobility Management)
Connu par le SGSN dont le mobile dépend
Mobile non joignable
(localisation inconnue)
Détachement du réseau
(GPRS Detach)
Mobile
Etat
joignable
par paging STANDBY
(localisée à la
zone de routage
près)
Etat
IDLE
Attachement au réseau
(GPRS Attach)
Expiration de la temporisation
Transfert de données
(montant ou descendant)
F. Payan – Département R&T – IUT Nice Côte d’Azur – Université de Nice
Détachement du réseau
(GPRS Detach)
Etat
READY
Mobile
directement
joignable
(localisée à la
cellule près)
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GPRS :
Gestion de la localisation


Mise en œuvre lors de GPRS Attach, changement de zone et
périodiquement
Mise à jour en état Standby

A chaque changement de zone de routage (protocole GMM)



Si la nouvelle RA dépend du même SGSN, celui-ci remplace simplement
son identité (~intra MSC/VLR)
Si la nouvelle RA dépend d’un autre SGSN, transfert du profil de l’abonné
depuis le HLR vers le nouveau SGSN, et l’ancien SGSN efface ces
données (~inter MSC/VLR)
Mise à jour en état Ready

A chaque changement de cellule (protocole GMM)


Idem en état Standby
Arrêt du transfert de données ~5 secondes, durant lesquels le SGSN
stocke les paquets arrivants avant de les renvoyer à la nouvelle cellule.
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GPRS :
Contexte PDP

Fonction



Pour une session GPRS, un mobile active un contexte PDP
contenant les caractéristiques de la session
Permet au mobile GPRS d’exister au niveau du réseau externe PDP :
il peut alors émettre/recevoir des données
Contenu


Type de réseau utilisé (IP, X.25…)
@ PDP du mobile





Fixe : assigné par l’opérateur de manière permanente
Dynamique assigné par le G-GSN durant la phase d’activation
@ IP du SGSN courant (utilisé pour le “tunneling” depuis le G-GSN)
…
Stockage

MS, SGSN courant, G-GSN concerné.
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GPRS :
Liaison Radio

Canal physique : idem GSM

Répétition d’un timeslot sur trames TDMA :
Canal physique
0123 4567 0123 4567 0123 4567
Trame TDMA


Dans une cellule, ressource partagée entre GSM et GPRS : un canal
physique est soit GSM soit GPRS.
Différence avec le GSM :



Réservé uniquement lors de transfert (donc partagé entre pls mobiles)
Possibilité de réserver jusqu’à 8 TS d’une trame TDMA pour un seul
mobile => débit plus élevés
Les TS sont alloués de façon indépendante en UL et en DL
=> transmisssion asymétrique
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GPRS :
Liaison Radio


Un canal physique configuré en GPRS est appelé PDCH (Packet
Data CHannel
Canal logique :

similaire au GSM


Canaux de trafic et de contrôle associés
Canaux de diffusion et de contrôle commun
19
F. Payan – Département R&T – IUT Nice Côte d’Azur – Université de Nice
GPRS :
Liaison Radio

4 niveaux de codage de canal (selon qualité de transmission)




CS-1 : 9,05 kbits/s
CS-2 : 13,4 kbits/s
CS-3 : 15,6 kbits/s
CS-4 : 21,4 kbits/s

Permet le trafic point-à-point et point-à-multipoint

Débit GPRS :

Débit théorique de 8x21,4 = 171,2 kbits/s
20
F. Payan – Département R&T – IUT Nice Côte d’Azur – Université de Nice
GPRS :
Liaison Radio

Echange de PDU RLC/MAC


Transmission d’un PDU en un bloc de 4 bursts normaux (=GSM)
4 tailles possibles selon le codage canal
Couche
RLC/MAC
Couche
Physique
En-tête
Données
Un bloc de données
Codage canal
(+ entrelacement)
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GPRS :
Limites

Les opérateurs utilisent uniquement

En pratique, utilisation des codages CS-1 et CS-2

configurations « 3+1 » et « 4+1 »



3 ou 4 TS en voie descendante
1 TS en voie montante
Les en-têtes ne sont pas pris en compte dans les débits
annoncés !
=> En pratique débit max (sens descendant) : 4*12=48 kbits/s

Saturation des bandes de fréquence du GSM
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Téléphonie Mobile
EDGE
Enhanced Data for GSM Evolution
2,75G
EDGE
Principales caractéristiques
EDGE : Enhanced Data for GSM Evolution

Principe


Débits



Modulation 8PSK au lieu de GMSK à 2 états (GSM, GPRS)
=> débits multipliés par 3
EDGE+GSM : un circuit de données => 43,2 kbits/s / canal
physique
EDGE+GPRS : 59,2 kbits/s / canal physique (en mode paquet)
Limites (~ GPRS)


capacités fréquentielles
mêmes équipements que pour le GSM
=> Vers une nouvelle norme : la 3G !
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