GPRS: Kodlaşdırma Sxemləri, Effektiv Bant Eni

Mobil rabitənin kütləviləşdiyi dövrdə cəmi bir neçə kilobaytlıq Short Message Service mətnindən poza bilməyən istifadəçilər üçün internet elmi-fantastika təsiri bağışlayırdı. Zəng və SMS-dən ibarət ikili xidmət paketi operatorların şəbəkəsində səsin üstün, məlumatın isə əlavə olduğu telefon əsrini formalaşdırmışdı. 1990-cı illərin sonuna doğru bu manzara dəyişdi: GSM arxitekturasına paket yönlü məlumat qatını əlavə edən General Packet Radio Service texnologiyası mobil rabitəni tamamilə yeni mərhələyə keçirdi. GPRS dövründə telefon ekranda bəzən “G”, bəzən “2.5G” yazısı ilə özünü göstərsə də, əslində o, səs platformasının üstündə paralel paket infrastrukturuna malik idi. Bu paralellik şəbəkə provayderinə kanallanmış səs üçün ayrılmış resursları israf etmədən, lazım olan an paylaşımlı şəkildə dataya yönəltməyə imkan verdi. Başqa sözlə, kanala sahib olmaq prinsipi “istifadə etdiyin qədər ödə” ideologiyasına dəyişdi, çünki paket məlumat axını boş qalan radio vaxt slotlarını tuturdu. Ənənəvi çevirməli «dial-up» modemdəki 56 kbit/s teorik həddi cibdə gəzdirən cihaz üçün 80–100 kbit/s-ə yaxınlaşmaq həmin illərin şərtlərində misilsiz rahatlıq sayılırdı. WAP brauzeri vasitəsilə portal xəbərlərinə baxmaq, ilk mobil e-poçt tətbiqlərini işlətmək, hətta monoxrom ekranda xəritə yükləmək məhz GPRS-in sayəsində praktikaya çevrildi. Hərçənd hazırkı LTE və 5G sürət ölçüləri ilə müqayisədə rəqəmlər kiçik görünür, GPRS-in gətirdiyi “həmişə bağlı” model bütün mobil internet konsepsiyasının təməl daşı oldu və sonrakı yüksəlişlərin yol xəritəsini cızdı.

GPRS arxitekturasının strukturu

GPRS mövcud GSM şəbəkəsinə minimal fiziki dəyişikliklə inteqrasiya edilə bilən iki əsas yeni element – Serving GPRS Support Node və Gateway GPRS Support Node – üzərində qurulur. SGSN bazaya qoşulan terminalın identifikasiyasını, mobiliti idarəetməsini və şifrələməni reallaşdırır. GGSN isə paketləri mobil şəbəkə ilə xarici IP şəbəkələri arasında marşrutlayır.

Bu iki düyün arasında GPRS backbone adlanan IP əsaslı magistral işləyir və GSM-in səsə həsr olunmuş ATM/SS7 transportundan asılılığı aradan qaldırır. SGSN-in yerli verə biləcəyi xidməti əlçatanlıq zonasında radio resurslarının dinamik ayırmasıdır: o, eyni TRX üzərində səs və məlumat üçün vaxt slotlarını paylaşdıraraq radio spektrindən optimal istifadəni təmin edir.

Radio interfeysində paket çeviklik

GPRS radio təbəqəsi GSM-in 200 kHz-lik ötürmə zolağını saxlayır, lakin ara-kanal multiplekslənməsi üçün səs siqnallarının tələb etdiyi dayanıqlı zaman slotu prinsipi əvəzinə dinamik vaxt slotu ayırmasına keçir. İstifadəçiyə eyni anda 8-dək slot verilməklə çoxluqda 107 kbit/s-ə yaxın xam sürət əldə etmək mümkündür.

Bu model “burst” tipli yükləmələri – e-poçt sinxronu, ani mesajlaşma – səmərəli ötürür, çünki slotlar yalnız məlumat axını olduqda işğal edilir. Nəticədə baza stansiyaları eyni radio resursunda çoxsaylı sessiyanı paralel daşıyır, səs zəngləri isə əvvəlki kimi ayrılmış kanalda sabit qalır.

Kodlaşdırma sxemləri və effektiv bant eni

GPRS-də C-1, C-2, C-3, C-4 adlı dörd kodlaşdırma səviyyəsi tətbiq olunur: qoruyucu redundans bitləri azaldıqca faydalı yük artır, lakin səhvlərə həssaslıq yüksəlir. C-1 rejimində 9,05 kbit/s sürətlə maksimum möhkəmlik, C-4 rejimində isə 21,4 kbit/s sürətlə yüksək ötürmə əldə edilir.

Kodlaşdırma rejimlərinin avtomatik seçim mexanizmi radio şəraitini – siqnal gücünü, səhv nisbətini – daimi təqib edir və mobil stansiyaya optimal kodlaşdırmanı təyin edir. Beləcə, şəhər mərkəzində tam yüklənmiş hüceyrə ilə kənd ərazisində boş hüceyrə eyni texnologiyada, lakin fərqli effektivliklə çalışır.

Marşrutlama və IP qoşulma modeli

GPRS abunəçisi IP ünvanını nömrə yığmadan, cihaz açıldığı andan alır; Dynamic Host Configuration Protocol funksiyasını GGSN-in daxili PDSN mexanizmi icra edir. Permanently Connected Packet Data modelində faydalı trafik olmadıqda belə PDP kontekst açıq qalır və istifadəçi sorğusu gecikməsiz cavab tapır.

Bu daşıyıcı səviyyəsində mobil IP-in xəbərdarlıq siqnallarından istifadə olunur: SGSN abunəçinin hüceyrələr arasında hərəkətini GGSN-ə bildirir, tunel başlıqlarını yeniləyir və IP sessiyanın fasiləsizliyini qoruyur. Bu funksiya ilk dəfə mobil brauzer və e-poçt sinxronizasiyası kimi real vaxt tətbiqlərini əməli şəkildə mümkün etdi.

Xidmət sinifləri və billing strategiyaları

GPRS xidmət səviyyəsi hər terminal üçün ayrı-ayrı QoS parametrləri – gecikmə, prioritet, maksimum sürət – təyin etməyə imkan verir. M2M telemetriya axını üçün aşağı gecikmə tələb olunmasa da, bank POS terminalları üçün 100 ms-dən az gecikmə vacibdir.

Ödəniş mexanizmi də dəyişdi: səs trafikində olduğu kimi zaman əsaslı haqq əvəzinə abunəçi trafik həcmindən asılı məbləğ ödəyir. Kiçik paketlər göndərən telemetriya cihazları üçün bu, xərclərin dramatik azalması demək idi, çünki onlar əvvəl vaxt tarifinə görə həmişəlik kanalı açıq saxlamalı olurdular.

Cihaz kategoriyaları və multislot sinifləri

Telefon, planşet və M2M modulları 1-dən 45-ə qədər multislot sinfinə aid edilir. Məsələn, 10-cu sinif cihaz yuxarı axında 2, aşağı axında 4 slot istifadə edə bilir və eyni anda maksimum 5 slot aktiv saxlayır.

Aşağı sinifli cihazlar batareya ömrünü qorumaq üçün daha az slotla kifayətlənir, yüksək siniflər portativ modemlər və erkən “USB-stick” adapterlər üçün nəzərdə tutulurdu. Bu fleksibil konsepsiya istehsalçılara eyni radio interfeysi fərqli kommersiya seqmentləri üçün optimallaşdırmağa şərait yaratdı.

GPRS-in tətbiq spektri

Fax və WAP brauzerindən tutmuş, GPS treker, avtomobil diaqnostika modulu, satelitte-SMS translyatoru kimi sənaye cihazlarına qədər geniş spektr GPRS şəbəkəsindən yararlandı.

2000-ci illərin ortalarında mobil bankçılığın ilk versiyaları məhz GPRS-lə işləyir, Terminallar təhlükəsizlik üçün USSD kanalını, log qeydləri üçün isə TCP/IP paketlərini paralel istifadə edirdi. Neft-qaz kəmərlərində M2M sensorları istənilən yerdə kiçik antenlə siqnal toplayaraq mərkəzi SCADA sənaye şəbəkəsinə bağlanırdı.

EDGE və 3G-yə keçidin körpüsü

Enhanced Data rates for GSM Evolution, yəni EDGE, eyni spektrda 8-PSK moduliyasiyasına keçərək 384 kbit/s-ə qədər yüksəldi; lakin şəbəkə arxitekturası hələ də GPRS-in SGSN-GGSN skeletinə söykənirdi. Bu yüksəliş 3G-nin tamamen yeni radio texnologiyasına körpü yaratdı və operatorlara mənzilaltı keçid sərf etdi.

GPRS-EDGE dövründən 3G-ə səlis keçid, bazaya minimal hardware yeniləmə tələbi ilə reallaşdı: yeni TRX kartları qoymaq, mövcud backhaul-u genişlətmək kifayət idi. Bu fakt provayderlərə sərmayə planlamasında elastiklik verdi və abonent transferini itkisiz bacardı.

Tətbiqi statistika və real sürətlər

Praktik ölçmələr göstərir ki, 4 slotlu C-3 rejimində quraşdırılmış GSM hüceyrəsi 35–40 kbit/s yükləmə, 12–15 kbit/s göndərmə sürətinə çatır. Şəhər daxili dolu hüceyrədə bu sürət 20 kbit/s-ə qədər enə bilər, lakin e-poçt, xəritə və sosial şəbəkələrin ilk versiyaları üçün yetərli idi.

Cədvəl:

General Packet Radio Service mobil rabitə tarixində kiçik texniki dəyişiklik kimi görünsə də, konseptual sıçrayışa imza atdı: vaxt əsaslı səs şəbəkəsini paket yönlü internet magistralına uyğunlaşdıraraq “daima onlayn” reallığını qurdu. Dinamik slot ayırması, kodlaşdırma adaptasiyası və IP-backbone infrastrukturunun təqdim etdiyi sərbəstlik telemetriyadan mobil bankçılığa qədər onlarla yeni xidmətin yolunu açdı. EDGE və 3G-nin təməli kimi çıxış etməklə yanaşı, bugünkü NB-IoT və LTE-M kimi darzolaqlı texnologiyalara da ideya mirası qoydu. Hələ də uzaq kənd stansiyalarında, logistik trekerlərdə, enerji sayğaclarında GPRS modulları işləyir və az enerji-az bant genişliyi tələb edən tətbiqlər üçün səmərəli həll olaraq qalır. Qlobal baxımdan, mobil internetin yayılması prosesi məhz GPRS-in gətirdiyi paket prinsipi sayəsində sürətləndiyindən, o, texnologiya tarixində “kiçik sürət, böyük dəyişiklik” fəlsəfəsinin parlaq nümunəsidir.

Ən Çox Verilən Suallar