چند ماهی است که درباره GPRS زیاد می‌شنویم؛ به ویژه در لابلای آگهی‌های مربوط به یکی از اپراتورهای تلفن همراه در ایران. با ایجاد امکان GPRS ، برای بسیاری از ما که همواره با داشتن گوشی‌های مبتنی بر آخرین تکنولوژی‌ها ، از عدم توانائی در استفاده از آنها حسرت می‌خوردیم،باب جدیدی از دنیای اطلاعات گشوده شده است که بسیار زودتر از اینها باید صورت می‌گرفت ؛ به هر حال این حق ماست تا بیشتر درباره این فناوری و تکنولوژی‌های مشابه آن بیشتر بدانیم. در شماره 28 ، طی مقاله " SMS چگونه کار می‌کند" به طور کامل با شبکه موبایل و نحوه دریافت و ارسال SMS آشنا شدیم؛در این شماره با توجه به رویکرد مخابراتی GPRS در ایران لازم دیدیم به صورت جامع و کامل درباره این مفهوم مطالبی را خدمت خوانندگان ارائه کنیم.

مقدمه

اهمیت تکنولوژی سرویس‌های مبتنی بر IP در دنیای ارتباطات بی‌سیم با افزایش روزمره همراه می‌باشد. امروزه شبکه‌های سلولی به عنوان متد جدید دسترسی به اینترنت و شبکه‌های مبتنی برIP استفاده می‌شوند.در این راستا، تلاش‌های زیادی جهت بهینه سازی شبکه‌های سلولی برای ارائه سرویس‌های دیتا  صورت گرفته  است،که GPRS ماحصل آن  تلاش‌هاست.
GPRS که کوتاه شده عبارت" General Packet Radio Service "می‌باشد، در واقع مکمل سیستم GSM بوده که می‌تواند سرویس‌های متنوع‌تر و با نرخ بیت بالاتری ارائه نماید.
در این مقاله به اختصار به معرفی ساختار شبکه GPRS وسرویس‌های قابل ارائه در آن پرداخته می‌شود.
امروز همزمانی رشد سریع شبکه موبایل سلولی و افزایش تعداد کاربران اینترنت، شرایط را جهت ترکیب هر دو تکنولوژی فراهم آورده است. ماحصل این ترکیب، سرویس‌های داده در بستر شبکه بی‌سیم سلولی است. سرویس‌های داده در شبکه سلولی موجود، نیازهای کاربران و فراهم کنندگان سرویس‌ها را تامین نمی‌کنند.
از نقطه نظر کاربران، نرخ انتقال دیتا، بسیار پائین بوده و زمان تنظیم برقراری یک ارتباط بسیار طولانی است. از نقطه نظر فنی، بستر ارائه این سرویس‌ها مبتنی بر مدار (Circuit) است که به تبع آن،در بخش رادیویی،یک کانال ترافیکی مستقل، تنها به یک کاربر تخصیص می‌یابد در حالیکه در ترافیک پیاپی ( Burst ) مثل اینترنت،ترافیک، مبتنی بر بسته (Packet) بوده و چندین کاربر همزمان می‌توانند از یک کانال فیزیکی استفاده نمایند.
GPRS بستر جدیدی در کنار شبکه GSM سلولی است که امکان ارائه این نوع سرویس‌ها را فراهم می‌آورد. از مهمترین مزایای GPRS، صرفه‌جویی در منابع رادیویی است بدین نحو که تنها زمانی که ترافیک داده وجود دارد، از منابع موجود در شبکه استفاده شده و نیز همزمان چندین کاربر امکان استفاده از سرویس را دارا هستند.
با افزایش کارایی GPRS، هزینه‌های فراهم کردن سرویس‌های دیتا، کاهش یافته و به تبع آن، ضریب نفوذ سرویس‌های دیتا در بین کاربران تجاری و معمولی افزایش خواهد یافت.
علاوه بر تهیه سرویس‌های نوین برای کاربران امروزی موبایل، GPRS به عنوان گامی ‌به سوی شبکه‌های نسل سوم می‌باشد.
GPRS برای اپراتورهای شبکه موبایل این امکان را فراهم می‌کند که شبکه‌ای مبتنی بر IP جهت ارائه سرویس‌های داده پیاده سازی نمایند که مسلماً با راه اندازی سرویس‌های نسل سوم، به راحتی امکان گسترش شبکه IP موجود میسر خواهد بود. از نگاه دیگر GPRS محیطی را جهت تست و توسعه سرویس‌ها و برنامه‌های جدید فراهم می‌نماید که کمک شایانی به کسب تجربه در زمینه این نوع سرویس‌ها وگسترش سرویس‌های نسل سوم موبایل خواهد نمود.
در مقاله SMS شماره 28 درباره شبکه موبایل با تکیه بر SMSتوضیحاتی دادیم,به علت اینکه GPRS نیز مانند SMS ارتباط تنگاتنگی با نسل‌ها و تکنولوژی‌های موبایل دارد و توضیح بیشتر مفاهیم بدون دانستن برخی از اصطلاحات شبکه موبایل امکان‌پذیر نمی‌باشد؛ناگزیر هستیم دوباره مطالبی را در باره شبکه‌های موبایل و نسل‌های آن البته این بار با تکیه بر GPRS ارائه دهیم.


نسل‌های مختلف موبایل

در اوایل دهه 1980 ، مساله مهم مخابراتی ، ناسازگاری سیستم‌های تلفن همراه در کشورهای اروپایی بود. در همان زمان نیاز به سرویس‌های مخابراتی تا حد زیادی گسترش یافت‌.به همین دلیل CPET گروهی را برای تعیین یک سیستم موبایل مشترک برای اروپای غربی تشکیل داد. این گروه تحت عنوان
Group Special Mobile)GSM) فعالیت خود را آغاز نمود. البتهGSM به معانی دیگری نیز تعبیر شده است، اما رایج ترین لفظی که امروزه مورد استفاده واقع می‌گرددGlobal System for Mobile Communication می‌باشد.
در اوایل دهه 1990 عدم وجود یک سیستم یکپارچه برای سیستم موبایل، تبدیل به یک مساله عمومی‌‌ در تمام دنیا شد.به همین دلیل در دنیای امروزه مخابراتی سیستم GSM در کشورهای اروپای شرقی و همچنین قاره‌های آسیا، آفریقا و اقیانوسیه به طرز چشمگیری گسترش یافته است. کشور آمریکا، آمریکای جنوبی و ژاپن تصمیم گرفتند که انواع دیگر سیستم‌های موبایل که با GSM تطابق و سازگاری ندارد را استفاده نمایند.این در حالی است که در آمریکا
PersonalCommunicationSystem)PCS)نیز استفاده می‌شود که با اندکی تغییر مطابق تکنولوژی  GSM می‌باشد.
سیستم  GSMمی‌بایست یک سیستم باز باشد.بدین معنی که این سیستم باید دارای رابط‌ها و پروتکل‌های تعریف شده مشخص بین اجزاء مختلف شبکه موبایل باشد. این امر، امکان کار کردن تجهیزات مخابراتی مختلف،از تولید کنندگان مختلف را نیز مهیا می‌سازد.


معماری GSM

شبکه موبایل مبتنی برGSM تحت عنوان شبکه
Public Land Mobile Network) PLMN) مطرح بوده و معمولاً به سه بخش کلی تقسیم می‌گردد.
بخش اول تحت عنوان  Network Switching System )NSS)می‌باشد.کلیه تجهیزات سوئیچینگ شبکه در این بخش قرار می‌گیرند. گاهی اوقات این بخش را Core Network نیز می‌نامند.بخش بعدی حاوی تجهیزات دسترسی به شبکه موبایل می‌باشد. معمولاً آنتن‌های موبایل و تجهیزات وابسته به آنها در این بخش قرار می‌گیرند. این بخش Base Station System) BSS) نامیده می‌شود.



در نهایت مشابه هر شبکه دیگر، قسمتی می‌بایست مسئولیت مدیریت بخش‌های دیگر را داشته باشد. این بخش Network Management System)NMS) می‌باشد.
در صورت نیاز شبکه موبایل می‌تواند با شبکه‌های دیگر مانند شبکه تلفن ثابت
( PSTN : Public Switch Telephone Network ) ، شبکه داده
( PDN : Packet Data Network ) و یا حتی با شبکه‌های موبایل دیگر اپراتورها  نیز در ارتباط باشد.


اجزاء شبکه GSM

در بخش‌های مختلف ، شبکهGSM  از اجزاء مختلفی استفاده می‌شود.


ایستگاه موبایل : ایستگاه موبایل به عنوانMS (Mobile Station )، از دو بخش SIM کارت (Subscriber Identity Module ) و دستگاه موبایل یا همان ME (Mobile Equipment ) تشکیل شده است که در واقع رابط مشترک با شبکه موبایل می‌باشد.
Base Transceiver station)BTS) : این وسیله به عنوان ایستگاه فرستنده و گیرنده عمل کرده و در برقراری ارتباط بین ایستگاه موبایل با شبکه موبایل نقش حیاتی ایفا می‌کند.
Base Station Controller)BSC) : تحت نام کنترل کننده ایستگاه پایه، وظیفه کنترل کلیه BTSهای تحت پوشش خود را بر عهده دارد. هر BSC می‌تواند  ترافیک تعدادی BTS را جمع آوری و به سوی سوئیچ مربوطه ارسال نماید.
Mobile Switching Center) MSC) : عملیات سوئیچینگ را در شبکه موبایل انجام داده و معمولاً ترافیک کلیهBSC ‌های تحت کنترل خود را اداره می‌کند. MSC معمولاً به اختصار سوئیچ نامیده می‌شود.
Visitor Location Register)VLR) : پایگاه داده ایی است که حاوی اطلاعات مربوط به مشترکین تحت کنترل سوئیچ مربوطه می‌باشد. معمولاً در کنار هر MSC یک عدد VLR قرار دارد.
Home Location Register)HLR) : پایگاه داده جامع کلیه مشترکین موبایل است. بدین معنا که اطلاعات مربوط به کلیه مشترکین موبایل در این پایگاه داده قرار گرفته و بر حسب نیاز یک کپی از آن اطلاعات به VLR مربوط به MSC سرویس دهنده مشترک ارسال می‌گردد.
Equipment Identity Registration)EIR) : پایگاه داده‌ای است جهت نگهداری اطلاعات مربوط به شمارهIMEI ( International Mobile Equipment Identity ) دستگاه‌های موبایل مورد استفاده در شبکه موبایل. شماره IMEI برای هر دستگاه موبایل در جهان منحصر به فرد است.
Authentication Center)AUC) : مرکز تایید هویت به HLR متصل می‌شود و وظیفه آن آماده سازی HLR به‌همراه پارامترهای تعیین هویت و کلیدهای رمزنگاری است. این عملیات برای اهداف امنیتی استفاده  می‌شوند.
Operations  & Maintenance Center)OMC) : به عنوان مرکز عملیات و نگهداری کلیه تجهیزات موبایل بوده و عملکرد سیستم‌های مختلف توسط این مرکز و از راه دور قابل کنترل است.
Customer Care & Billing System)CCBS) : هرگاه مشترکی مکالمه‌ای انجام دهد، در سوئیچی که از آن سرویس می‌گیرد رکوردی ایجاد و ثبت می‌گردد. این رکوردها جهت پردازشهای بعدی به مرکزی تحت عنوان مرکز صورتحساب‌گیری ارسال شده و پس از  جمع آوری رکوردها از تمام سوئیچ‌های سراسر ایران در انتهای هر دوره دوماهه، برای هر مشترک صورت‌حساب مکالمات چاپ می‌گردد. امور مشترکین یا CC محلی برای پاسخگویی به  درخواست‌های مشترکین موبایل  است.
Short Message Center)SMSC) : مرکز پیام کوتاه بوده و برای ارسال دوطرفه پیام‌های کوتاه بین دو مشترک و یا مشترک و برنامه‌های کاربردی مورد استفاده قرار می‌گیرد.


نسل اول موبایل

در دهه 1980 در پیاده سازی نسل اول موبایل از سیستم‌های آنالوگ استفاده می‌شد. تنها سرویس قابل ارائه در این نسل، سرویس صوت یا مکالمه معمولی بوده است. در این نسل از تکنولوژی (Frequency Division Multiple Access ) استفاده می‌شده است. پهنای باند مورد استفاده در این تکنولوژی 400 / 800  مگا هرتز می‌باشد.


نسل دوم موبایل

نسل دوم موبایل در اوایل دهه 1990 پا به عرصه تکنولوژی گذاشت. استفاده از تکنولوژی دیجیتال از مشخصات بارز این نسل محسوب می‌شود. تکنولوژی دیجیتال در عین حال روند رشد شبکه‌های موبایل را سرعت زیادی بخشید. از سرویس‌های قابل ارائه در این نسل می‌توان به سرویس مکالمه از نوع دیجیتال اشاره نمود که کیفیت مکالمات، افزایش قابل توجهی یافت. استاندارد معروف GSM نیز در این نسل در اروپا مطرح و مورد استفاده واقع شد. از سرویس‌های دیگر مطرح در این نسل میتوان به سرویس Short Message Service) SMS) نیز اشاره نمود.. همچنین در این نسل امکان استفاده از سرویس داده با نرخ 6 / 9 کیلوبیت بر ثانیه فراهم شد. اما با توجه به اینکه این سرعت جهت ارسال و یا دریافت داده  بسیار پائین می‌باشد از سیستم دیگری تحت عنوان  Speed Circuit Switched DataHCSD) High) استفاده می‌شود. در این سیستم با استفاده از تجهیزات موجود در شبکه GSM نرخ استفاده از سرویس داده به صورت تئوری تا 2 / 79 و در عمل تا سرعت
6 / 57  کیلو بیت بر ثانیه قابل افزایش می‌باشد.
در این نسل از فرکانس 900 / 1800 مگاهرتز استفاده می‌شود. تکنولوژی‌های مورد استفاده در این نسل Time Division Multiple Access )TDMA) و FDMA می‌باشد. در تکنولوژی FDMA ( شکل3) به هر مشترک یک فرکانس خاص اختصاص می‌یابد. هر Ki مربوط به یک مشترک است.


در تکنولوژی TDMA (شکل 4) به هر مشترک یک تایم اسلات زمانی اختصاص می‌یابد.


در صورتیکه از هر دو تکنولوژی TDMA و FDMA به صورت توام استفاده شود شرایط مطابق شکل 5 خواهد شد.


نسل 5/2 موبایل

نسل دو و نیم موبایل تحت عنوان General Packet Radio Service)GPRS) در اوایل دهه 2000 مطرح شد. در این نسل با قرار دادن دو عنصر
Serving GPRS Support Node)SGSN) و Gateway GPRS Support Node)GGSN) در بخش مرکزی شبکه موبایل امکان انجام عملیات سوئیچینگ بسته‌های داده در بستر ایجاد شده مهیا می‌گردد. در بخش رادیویی نیز تغییراتی بدین شرح لازم است. در BTS‌های موجود در شبکه تنها انجام عملیات به روز رسانی نرم‌افزاری لازم است. این در حالی است که در بخش BSC‌ها علاوه بر به روز رسانی نرم‌‌افزاری، به روز رسانی سخت افزاری نیز لازم می‌باشد.


بدین نحو که با اضافه نمودن کارتی تحت عنوان  Packet Control Unit)PCU) ، امکان هدایت ترافیک داده به بخش مرکزی شبکه GPRS یعنی SGSN فراهم می‌گردد.  
برای انجام عملیات‌های مربوط به تبادل داده در شبکه GPRS  ، به روز رسانی نرم افزاری در HLR و VLR‌های شبکه نیز لازم و ضروری است.
از مهمترین بخش‌هایی که می‌بایست قابلیت پشتیبانی از سرویس GPRS را داشته باشد دستگاه موبایل مشترک تلفن همراه است. امروزه اکثر دستگاههای ارائه شده در بازار این قابلیت را دارا هستند.
در شبکه GPRS در هر تایم اسلات زمانی نرخ 4 / 21 کیلو بیت بر ثانیه برای تبادل داده قابل استفاده است. لذا بسته به اینکه  از چند تایم اسلات زمانی استفاده شود در تئوری، نرخ بیت از 4 / 21 تا 2 /171 کیلو بیت بر ثانیه در نوسان می‌باشد. اما نکته‌ای که در اینجا حائز اهمیت است حداکثر نرخ بیت عملی است که تقریباً حدود 100 کیلوبیت بر ثانیه می‌باشد.
در این نسل امکان ارسال پیام‌های چند رسانه‌ای و یا
Multimedia Message Service)MMS) مهیا بوده و سرویس‌های متنوعی در این نسل قابل ارائه است.

نسل 75 / 2 موبایل

این نسل تحت عنوان Enhanced Data Rates for GSM Evolution)EDGE) در اوایل دهه 2000 پس از تکنولوژی GPRS مطرح شد. این تکنولوژی از تجهیزات سوئیچینگ مرکزی شبکه GPRS استفاده نموده و به دلیل تغییر در بخش رادیویی قابلیت پشتیبانی نرخ بیت به صورت تئوری تا 6 / 553 کیلو بیت بر ثانیه را داراست. اما در عمل حداکثر نرخ بیت ارسالی 384 کیلوبیت بر ثانیه است. در BTS‌های موجود در شبکه تغییر سخت افزاری اساسی نیز لازم می‌باشد. در شکل  هفت دو تکنولوژی GPRS  و EDGE نشان داده شده است. در این نسل موبایل به راحتی امکان ارسال فیلم و دیدن برنامه‌های زنده مهیا است.



نسل سوم موبایل

نسل سوم موبایل نیز در اوایل دهه 2000 مطرح و سپس اجرایی شد. در این نسل کلیه تجهیزات شبکه موبایل در ابر شبکه Internet Protocol)IP) قرار  داشته و از پروتکل‌های مورد استفاده در آن پشتیبانی می‌نمایند. لذا بدین دلیل کلیه تجهیزات شبکه نسل دوم به جز SGSN وGGSN (در صورتیکه نسل سوم را پشتیبانی نمایند) غیر قابل استفاده می‌باشند.
در بخش مرکزی شبکه، سوئیچینگ نرم‌افزاری توسط عنصری به نام MSC Server انجام می‌گیرد. Media Gateway)MGW) نیز یکی دیگر از نود‌های مورد نیاز این شبکه است.
در بخش رادیویی نیز به جای BSC از  Radio Network Controller)RNC) و همچنین بجای BTS از Node B استفاده می‌گردد.
در این نسل به جای استفاده از FDMA  و TDMA از تکنولوژی
Code Division Multiple Access)CDMA) استفاده می‌گردد. در این حالت به هر مشترک جهت دسترسی به شبکه یک کد خاص اختصاص می‌یابد.(شکل 8)
حداکثر نرخ بیت ارسالی به صورت تئوری 2 مگابیت بر ثانیه است. ولی در عمل این مقدار بسته به وضعیت مشترک، اینکه در حال سکون یا با سرعت خاصی در حال حرکت است، می‌تواند از144 کیلوبیت بر ثانیه تا 2 مگابیت بر ثانیه متغییر باشد.


نسل سوم موبایل از پهنای باند فرکانسی 1900 و 2000 برای ارتباط بخش رادیویی خود استفاده می‌کند.
روشن است که با افزایش نرخ بیت امکان ارائه سرویس‌های داده با سرعت بالا به راحتی امکان پذیر بوده و سرویس‌های متنوعی قابل ارائه خواهد بود.

مروری بر GPRS

تاریخچه GPRS
هرگاه تکنولوژی جدیدی معرفی می‌گردد، قبل از راه اندازی و به کارگیری آن مراحل مختلفی وجود دارد. مراحل تکامل GPRS شامل استاندارد سازی، توسعه زیرساخت، تست شبکه‌ای، عقد قرارداد، اجرا وپیاده سازی، مهیا بودن ترمینال‌ها، توسعه وگسترش برنامه‌های کاربردی وغیره می‌باشد.در جدول 1 مراحل رشد GPRS نشان داده شده است .


1999 تا 2000
اپراتورهای شبکه جهت نصب سیستم آزمایشی نمونه قراردادهای تجاری برای نصب تجهیزات شبکه ای GPRS امضاء نمودند.

تابستان 2001
اولین سرویس‌های آزمایشی GPRS فراهم گشته و نرخ بیت دسترسی یک مشترک   kbps   28بود.

اوایل 2001
ترمینال‌های اولیه ای که قابلیت پشتیبانی از GPRS را داشتند به بازار ارائه شد.

در طی سال 2001
اپراتورهای شبکه،  سرویس GPRS را بصورت تجاری به مشترکین واگذار نمودند.

2 / 2001
افزایش نرخ بیت دسترسی یک مشترک تا  kbps56، برنامه‌های کار بردی جدید، نرخ بیت بالاتر، ظرفیت‌های بیشتر شبکه وترمینالهائی با قدرت پشتیبانی بهتر و بیشتر، نیروی تازه ای به GPRS بخشید.

2002
نرخ بیت دسترسی یک مشترک به حدود  kbps112 رسید و سرویس‌های فاز2 GPRS ظاهرشد.

2003
نسل سوم موبایل بصورت تجاری وارد بازار شد.


GPRS در مقابل GSM

تکنولوژی GSM در حالت سوئیچینگ مداری کار می‌کند. در سوئیچینگ مداری جهت برقراری ارتباط 3 مرحله وجود دارد:
1ـ ایجاد ارتباط بین مبداء و مقصد با اختصاص کلیه منابع شبکه‌ای میانی (مانند کانال رادیویی).
2ـ ارسال و انتقال داده.
3ـ آزاد سازی منابع شبکه‌ای تخصیص داده شده و به دنبال آن قطع ارتباط.
حالت سوئیچینگ مداری برای سرویس‌هایی که پهنای باند ثابتی را نیاز دارند و نسبت به تاخیر زمانی حساس هستند مناسب است مانند سرویس‌های صحبت وگفتگو.
تکنولوژی GPRS در حالت سوئیچینگ بسته‌ای کار می‌کند در این حالت تنها یک مرحله وجود دارد و آن ارسال داده می‌باشد. در سوئیچینگ بسته ای، داده‌ها به بسته‌هایی مستقل ولی مرتبط بهم تقسیم می‌شوند. با وجود اطلاعات آدرس مقصد و مبداء که در بسته وجود دارد، آن بسته مسیر خود را جهت رسیدن به مقصد طی می‌نماید. لذا در این حالت، تخصیص کانال اختصاصی جهت برقراری ارتباط بین ارسال کننده و دریافت کننده لازم نبوده و کاربران زیادی می‌توانند همزمان از منابع شبکه استفاده نمایند.
l روش سوئیچینگ مداری ( Circuit Switching ) : در این روش برای انتقال اطلاعات بین دو سمت ، ابتدا ارتباط بین مبدا و مقصد, برقرار و سپس یک مسیر ارتباطی فیزیکی بین مبدا و مقصد ایجاد می‌گردد که توسط آن تبادل اطلاعات انجام می‌شود. در روش سوئیچینگ مداری، کانالی که به دو طرف تماس تخصیص داده می‌شود اشغال می‌ماند و استفاده از آن برای هیچ کاربر دیگری ممکن نیست تا زمانی که مسیر گرفته شده آزاد شود. در حقیقت در حالی که ارتباط قطع نشده حتی اگر اطلاعاتی منتقل نشود, کانال به طور اختصاصی در اختیار آنان خواهد بود.
l روش سوئیچینگ بسته‌ای ( Packet Switching ) : در این روش با تقسیم بندی اطلاعات به قطعات کوچکی به نام Packet ( بسته ) و ارسال جداگانه هر بسته به مبدا ؛ شرایطی فراهم می‌شود که کاربران بتوانند از پهنای باند به صورت اشتراکی استفاده کنند. هر بسته در این روش دارای Header ( سرآیند ) است که در آن اطلاعات مربوط به دوباره سازی پیام وجود دارد. این روش در مقایسه با سوئیچینگ مداری بسیار ارزان تر بوده و مبنای کار اینترنت نیز این‌گونه است.


l از نظر تخصیص منابع رادیویی، در سیستم GSM یک کانال کامل جهت دسترسی به سرویس داده به هر مشترک تخصیص می‌یابد در حالیکه درGPRS هرگاه که نیاز باشد مشترک می‌تواند از منابع آزاد موجود استفاده نماید.         
l نرخ بیت دسترسی در GSM با اختصاص یک کانال حدود  kbps6 / 9 محدود گشته است و این در حالتی است که GPRS با اختصاص 8 کانال به یک مشترک، بصورت تئوری دسترسی تا نرخ بیت kbps 2 / 171و بصورت عملی تا kbps 56 نیز مهیا خواهد بود.
l درGSM هر کاربر جهت دسترسی به داده نیاز به یک کانال مجزا و اختصاصی دارد در حالیکه در GPRS، چندین کاربر می‌توانند کانال یا کانالهای موجود را به اشتراک استفاده نمایند.
l در GSM در صورتیکه سرویس داده با برقراری یک مکالمه دچار وقفه گردد، نیاز به اتصال مجدد جهت ادامه کار است در حالیکه در GPRS حتی بعد از وقفه سرویس توسط یک مکالمه، ادامه سرویس داده امکان پذیر خواهد بود.
l در GSM می‌بایست جهت پشتیبانی از ترافیک ساعات پیک، ظرفیت بیشتری در سیستم درنظر گرفته شود درحالیکه در سیستم GPRS با استفاده بهینه از منابع استفاده نشده، نهایت استفاده از منابع درساعات پیک ترافیک انجام می‌پذیرد.


فازهای GPRS

با توجه به حجم زیاد کار جهت تهیه مستندات و استانداردهای لازم، معرفی سیستم GPRS در  دو فاز صورت گرفت:
1ـ فاز اول: در این فاز سیستم GPRS قادر به پشتیبانی از موارد زیر بود:
l TCP/IP و X. 25
l امنیت در GPRS با استفاده از الگوریتم‌های رمز گذاری
l SMS در بستر GPRS
«»شارژینگ براساس داده‌های بسته‌ای
2ـ فاز دوم: در این فاز توانمندی‌های لازم جهت تکمیل نیازمندی‌های سرویس GPRS به کار گرفته شد مانند پشتیبانی از:
l سرویس‌های "نقطه به نقطه " ( Point to Point ) و " نقطه به چند نقطه ( Point to Multi Point)" جهت ارائه سرویس‌هایی مانند کنترل قطار واندازه گیری‌های ترافیکی از راه دور
l رابط‌های شبکه مختلف جهت برقراری ارتباط با شبکه‌های داده دیگر مانند ISDN

خصوصیات کلیدی GPRS از دید اپراتور شبکه
GPRS با فراهم کردن سوئیچینگ بسته‌ها ( Packet Switching )، امکان انتقال داده با نرخ بیت‌های بالاتر و کارایی بهتر را برای اپراتورهای شبکه موبایل فراهم می‌سازد و بدین نحو فرصت‌های جدیدی را برای آنها ایجاد می‌نماید. از خصیصه‌های مهم سیستم GPRS از دید اپراتورها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

1ـ استفاده کامل‌از شبکه GSM موجود،سرمایه گذاری‌کم وبازگشت سریع آن
سیستم GPRS از تجهیزات رادیویی مشترک با GSM استفاده کرده و تنها در بخش سوئیچینگ نیاز به نصب تجهیزات جدید جهت سوئیچ کردن بسته‌ها می‌باشد، لذا اپراتورها با اندکی تغییر در تجهیزات موجود شبکه قادر خواهند بود که سرویس‌های بسیار متنوع وجالب را ارائه نموده و دروازه‌های اینترنت را به سمت مشترکین خود بگشایند.
روشن است که سرمایه گذاری زیادی جهت این امر نیاز نبوده و در آینده نه چندان دور با بررسی نیازها و سرویس‌های نوین روز، می‌توان سرمایه گذاری‌های بعدی را مدیریت نمود.
2ـ افزایش درآمد و رقابت شدید اپراتورها با ارائه سرویس‌های متنوع
در سال‌های اخیر رشد مشترکین موبایل بسیار چشم گیر بوده است. اما این حالت تا زمان خاصی ادامه پیدا خواهدکرد. بدین منظور که بالاخره رشد مشترکین در زمان خاص خود متوقف می‌گردد. در این حالت اپراتورها می‌بایست جهت افزایش درآمد خود به دنبال ارائه سرویس‌های جدید ( غیر صوتی ) جهت جذب مشترکین بیشتر باشد.
GPRS این اطمینان را به مشترکین موبایل می‌دهد که هر اطلاعاتی را درهر زمان و مکان در دسترس داشته باشد. مشترکین می‌توانند از GPRS جهت ارسال یا دریافت ایمیل، گشت‌زنی در اینترنت و همچنین انجام فعالیت‌های تجاری در حال حرکت از مکانی به مکان دیگر استفاده نمایند. از آنجا که GPRS از بستر IP استفاده می‌نماید، اپراتورها وVASPها ( Value Added Service Provider ) جهت توسعه سرویس‌های خود می‌توانند فعالیت نموده و سرویس‌های مطلوبی مانند کنترل از راه دور، خرید الکترونیکی و اعزام وسایل نقلیه را ارائه نمایند. از نظر تئوری تمامی‌‌سرویس‌هایی که در اینترنت قابل ارائه است در شبکه‌های GPRS نیز قابل ارائه خواهد بود. البته با رشد سریع اینترنت در سالهای آتی، افزایش درآمد اپراتورها از طریق ارائه سرویس‌های مربوطه از طریق موبایل تضمین شده می‌باشد.
3ـ تضمین سرمایه گذاری اپراتورها با توجه به سیر تکاملی سیستم GPRS به 3G
با رشد سرویس‌های مبتنی بر داده‌ها در بسته IP، بدون شک اپراتورهای موبایل می‌بایست به سوی  بسترسازی جهت ارائه این نوع سرویس‌ها بپردازند. در این راستا مسیر حرکتی از GSM به سمت موبایل نسل سوم، هموارتر و با ریسک کمتری همراه خواهد بود. بدین نحو سرمایه گذاری اپراتورها با پیاده سازی شبکه GPRS، تضمین شده و می‌توان از همان بستر با تغییرات در بخش رادیویی جهت ارائه سرویس‌های نسل سوم استفاده نمود.
4ـ بهره‌وری بالای طیف فرکانسی
مکانیزم سوئیچنگ بسته‌ای که GPRS از آن استفاده می‌کند، از منابع رادیویی تنها در زمان ارسال یا دریافت داده توسط مشترکین استفاده می‌نماید. به‌علاوه، بجای اختصاص یک کانال رادیویی به یک مشترک موبایل برای طول مدت خاصی، منابع رادیویی در دسترس، بصورت همزمان توسط چندین مشترک قابل استفاده خواهد بود. این بدین معناست که تعداد بیشتری مشترک می‌توانند با اشتراک پهنای باند در محدوده یک سلول سرویس بگیرند.


خصوصیات کلیدی GPRS از دید مشترکین موبایل

برای مشترکین موبایل، GPRS پلی است بین سیستم موبایل و اینترنت که استفاده سرویس‌های داده را از طریق ترمینال‌های موبایل به راحتی برای آنها میسر می‌سازد. مزایای مهمی‌که GPRS برای مشترکین موبایل فراهم می‌سازد به قرار است:
1ـ دسترسی سریع به اینترنت:
سیستم GPRS مشترکین موبایل را قادر می‌سازد که به اینترنت همانگونه دسترسی داشته باشند که از طریق LAN دسترسی دارند. درتکنولوژی، بجای ایجاد اتصال در هربار دسترسی به اینترنت، مشترک همواره در ارتباط دائم است و نیاز به گذراندن مراحل ایجاد ارتباط نمی‌باشد اصطلاحاً به این حالت always on گفته می‌شود. در حال حاضر کلیه سرویس‌های ارائه شده از طریق شماره گیری و برقراری ارتباط با ISP امکان پذیر است که برقراری ارتباط، خود زمان زیادی از مشترکین می‌گیرد. ولی درGPRS زمان زیادی از مشترکین صرفه جویی می‌شود.
2ـ نرخ بیت بالاتر ارسال داده
در شبکه GPRS نرخ بیت ارسال داده، با نرخ بیت بالاتر امکانپذیر است. ماکزیمم نرخ بیت ارسال داده در شبکه GSM ، حدود kbps  6 / 9 است که این مقدار خیلی کمتر از زمانی است که مشترکین از طریق مودم به اینترنت وصل می‌گردند. این عیب بزرگ تا حد زیادی مشترکین موبایل را جهت استفاده از سرویس‌های داده محدود می‌کند. درحالی که با GPRS نرخ بیت بصورت تئوری تا kbps 2 / 171 و درعمل تا   kbps 56 خواهد رسید، که این نرخ بیت در مقایسه با حالت استفاده از مودم، بسیار بالاتر است و مشترکین می‌توانند از این نرخ بیت بالا لذت ببرند.
3ـ شارژ منطقی و اقتصادی سرویس‌ها
مدل شارژینگ GSM براساس طول مدت زمان ارتباط است که این امر جهت ترافیک پیاپی ( Burst ) اصلاً مناسب نیست، چرا که مشترکین می‌بایست برای تمام طول مدت ارتباط، هزینه پرداخت نمایند حتی زمان بیکاری که هیچ داده‌ایی ارسال یا دریافت نمی‌گردد.
در مدل GPRS می‌توان مشترکین را با حجم واقعی داده‌های منتقل شده شارژ نمود.  بدین نحو در حالیکه مشترکی در حال دیدن یک سایت است نیازی به پرداخت هزینه ندارد که این خود مزیت بسیار مهمی‌برای مشترکین محسوب میشود.

عناصر شبکه GPRS

شبکه GPRS را می‌توان به‌عنوان شبکه‌ای کوچک که در کنار تجهیرات شبکه GSM قرار می‌گیرد، برشمرد. روشن است که جهت فعال سازی این تجهیزات نیاز به انجام تغییرات جزئی در شبکه موجود GSM می‌باشد که در زیر به آن اشاره شده است.

ترمینال مشترک: ترمینال‌هایی نیاز است که علاوه بر سرویس صوت معمولی GSM، از سرویس GPRS نیز پشتیبانی نمایند.ارتقاء نرم افزاری در BTS‌های شبکه مورد نیاز است.
BTS BSC نیاز به ارتقاء نرم افزاری دارد. ضمناً قطعه‌ایی کوچک تحت عنوان PCU
(Packet Control Unit) نیز می‌بایست درBSC نصب گردد. (این قطعه می‌تواند درBTS،BSC  یا حتی عنصر شبکه GSN نصب گردد اما معمولاً درBSC قرارمی‌گیرد).
بخش مرکزی و هسته ای شبکه:BSC این بخش نیاز به نصب تجهیزات خاصی شامل SGSN، GGSN، CG دارد. ضمناً نرم افزار بخشی از عناصر هسته شبکه GSM، مانند MSC و SMSC نیز می‌بایست ارتقاء یابد.
پایگاه داده‌های شبکه:تمام پایگاه داده‌های شبکه شامل HLR، VLR و.... می‌بایست ارتقاء نرم افزاری داده شود.

در ادامه ، ساختار شبکه GPRS و توضیحات کاملی در مورد وظایف هر عنصر شبکه ارائه شده است.


1ـ وسیله ترمینال ( Terminal Equipment )
وسیله ترمینال در واقع ترمینال کامپیوتر شخصی است که توسط کاربران انتهایی مورد استفاده واقع می‌گردد. نقش این ترمینال، ارسال و دریافت بسته‌های داده در سیستم GPRS است. ترمینال می‌تواند بصورت مستقل به شکل یک کامپیوتر رومیزی شخصی، و یا بصورت تلفیقی با یک ترمینال موبایل باشد.
2ـ ترمینال موبایل ( Mobile Terminal )
ترمینال موبایل با وسیله ترمینال از یک سو و با BTS از طریق رابط هوایی از سوی دیگر درارتباط است. همچنین می‌تواند با SGSN یک لینک منطقی برقرار نماید. جهت استفاده از سرویس GPRS می‌بایست تنظیمات خاصی روی ترمینال موبایل انجام گیرد. در پروسه ارتباط داده، از نقطه نظر وسیله ترمینال، ترمینال موبایل بعنوان مودمی‌‌ جهت اتصال به سیستم GPRS می‌باشد. عملکرد وسیله ترمینال و ترمینال موبایل می‌تواند بصورت تلفیقی از هر دو در یک دستگاه فیزیکی گنجانده شود.
3ـ ایستگاه موبایل ( Mobile Station )
ایستگاه موبایل در واقع به وسیله ایی گفته می‌شود که هر دو عملکرد وسیله ترمینال و ترمینال موبایل را داشته باشند، البته ایستگاه موبایل ممکن است بصورت یک وسیله فیزیکی و یا دو وسیله فیزیکی مجزا ( TE , MT ) وجود داشته باشد. ایستگاه موبایل می‌تواند در هر یک از مدهای کلاس A ، B و یا C کار کند.

4ـ Serving GPRS Support Node)SGSN)
SGSN از عناصر پایه‌ای و اساسی شبکه GPRS است که جهت ارائه سرویس‌های GPRS در شبکه GSM معرفی می‌گردد. عملکرد اصلی آن، تبادل بسته‌های IP ورودی / خروجی برای MS است. عملکردهای دیگر SGSN عبارتند از:
l مسیردهی وتبادل بسته‌های داده در محدوده SGSN محلی
l عملکرد تایید هویت و رمزگذاری
l عملکرد مدیریت جلسه ( Session )
l عملکرد مدیریت حرکت
l مدیریت لینک‌های منطقی بین SGSN , MS
l ارتباط دهی با GGSN، HLR، MSC، PCU، IWMSC/ SMS-GW
l تولید اطلاعات شارژینگ و ارسال به سیستم صورتحساب‌گیری
به علاوه SGSN، عملکردی مانند عملکرد VLR در GSM را داراست. در زمانیکه مشترک در وضعیت اتصال GPRS است، SGSN اطلاعات مشترک و اطلاعات مکانی مربوط به سرویس بسته‌ایی وی‌را در خود ذخیره می‌نماید، یعنی عملکردی مانند VLR در GSM.
اغلب اطلاعات مشترکین در SGSN با انجام فرآیند به روزرسانی مکان مشترک از HLR دریافت می‌شود.

5ـ Gateway GPRS Support Node ) GGSN )
GGSN عنصر شبکه جدیدی جهت ارائه سرویس‌های GPRS می‌باشد. GGSN، مسیردهی و عملیات کپسوله کردن بسته‌های داده را در شبکه GPRS و شبکه داده خارجی انجام می‌دهد.
از عمده وظایف آن می‌توان موارد زیر را برشمرد:
l ارتباط دهی به شبکه IP خارجی. GGSN با فراهم آوردن امکانات مانند گذرگاهی می‌تواند امکان ارتباط یک MS با شبکه داده خارجی را فراهم نماید. از نقطه نظر شبکه‌های داده خارجی، GGSN بعنوان یک روتر که می‌تواند تمام آدرس‌های IP مشترکین را در شبکه GPRS پیدا کند، عمل می‌کند.
l مدیریت جلسه و پیاده سازی فرآیند برقراری ارتباط بین MS و شبکه خارجی
l ارسال بسته داده مشترکین موبایل به SGSN مربوطه
l تولید اطلاعات شارژینگ و ارسال به سیستم صورتحساب‌گیری
l پردازش سیگنالینگ جهت ارتباط با SCP

6ـ Packet Control Unit ) PCU )
PCU واحد پردازشگر است که در مجموعه BSS نصب شده ومعمولاً مسئول پردازش بسته‌ها و مدیریت منابع کانال رادیویی بسته در بخش BSS می‌باشد. PCU می‌تواند درBTS،BSC  یا حتی عنصر شبکه GSN نصب گردد اما معمولاً درBSC قرارمی‌گیرد. شکل زیر حالت‌های مختلف قرارگرفتن PCU را نشان می‌دهد.
شکل 12 : حالت‌های مختلف قرارگرفتن PCU

7 ـ Charging Gateway ) CG )
CG اصولاً وظیفه جمع آوری، ترکیب و پیش پردازش اطلاعات شارژینگ جمع آوری شده از GSN‌ها را دارد. CG از سمتی به GSN‌ها و از سمت دیگر به سیستم صورتحساب‌گیری اتصال دارد.
در هنگام Log کردن مشترک GPRS به اینترنت، اطلاعات شارژینگ متفاوتی از عنصرهای مختلف شبکه تولید و به CG منتقل شده سپس در آنجا پیش پردازش روی این اطلاعات انجام می‌گیرد. بدین صورت حجم کاری سیستم صورتحسابگیری کاهش می‌یابد. با وجود CG ارتباط بین سیستم صورتحساب‌گیری و عنصرهای شبکه GPRS تا حد زیادی تضمین می‌شود.
8ـ Border Gateway)BG)
BG اصولاً مسیر دهی بین SGSN‌های مختلف و یا بین SGSN و GGSN‌های شبکه‌های مختلف GPRS را انجام می‌دهد. ضمناً مدیریت امنیت را نیز فراهم می‌کند.
9ـ  Domain Name Server)DNS)
شبکه GPRS معمولاً دارای دو نوع DNS است. نوع اول DNS که بصورت منطقی بین GGSN و شبکه‌های خارجی قرارگرفته و اصولاً انجام عملیات نگاشت دامنه اسامی ‌‌با IP آدرس‌های شبکه‌های خارجی را انجام می‌دهد. این نوع DNS، شبیه DNS‌های معمولی به کار گرفته شده در شبکه اینترنت است. نوع دوم،  DNS ای است که در شبکه Backbone و زیرساخت GPRS قرارگرفته و دو عملکرد مهم دارد؛ اول اینکه در فرآیند فعال سازی
PDP Context، آدرس IP مربوط به GGSN را بر حسب Access Area Code)APN) تایید شده، مشخص می‌کند و دوم اینکه آدرس IP  مربوط به SGSN  قدیمی‌‌را برحسب کد ناحیه مسیر دهی
(Routing Area Code) در حین انجام فرآیند به روز رسانی ناحیه مسیردهی بین SGSN‌ها،  تعیین می‌کند.


سخن پایانی

در هر حال نکته اینجاست که شرکت‌های فعال در این زمینه از دولتی گرفته تا خصوصی برای باقی ماندن در عرصه خدمت رسانی چاره‌ای جز ارائه سرویس‌های نوین را نخواهند داشت و شرکتی که از این قاعده پیروی نکند محکوم به کنار رفتن از عرصه رقابت خواهد بود.

رایانه خبر