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Sami TabbaneSami Tabbane

Introduction au Introduction au GPRSGPRS

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SommaireSommaire1. Introduction Générale

2. Caractéristiques principales

3. Services et fonctions

4. Données circuit GSM/Données paquet GPRS

5. Planification et performances

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1. Introduction 1. Introduction GénéraleGénérale

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Introduction Générale (1)Introduction Générale (1)� Systèmes cellulaires (1G et 2G) : Réseaux d’accès au

RTC� Premier service =Voix� Services de données :

> 50% trafic sur un réseau commuté.� Transmission de données dans les réseaux mobiles :

ARDIS, Mobitex, SMS, CDPD, Données sur GSM,WLANS (HIPERLAN, IEEE 802.11).

� Contexte pour l’accès paquet radio:- IP / RNIS ou ATM- Hauts débits.

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Introduction Générale (2)Introduction Générale (2)���� Introduction de l’accès paquet dans les réseaux

cellulaires� Utiliser les ressources libres dans un réseau existant

(cf. CDPD/AMPS),

� GPRS: - Spécifications par le SMG2 et le SMG3,

- Premières expérimentations en 2000.

� Développer une interface radio pour les débitsvariables :

� WCDMA

� UMTS (débits : 128, 384, 2 000 kb/s).6

Introduction Générale (3)Introduction Générale (3)

• Toujours on-line

� Email, Info & Télématiques

• Voix/data simultanées

� Premier Service Multimedia

• Facturation à l’usage (au volume, à la transaction)

• Haut débit

� Qualité de Service

• Le GPRS est un service permettant la transmission de données par paquet de bout en boutbasée sur la tunnelisation (encapsulation de trame entière pour traverser des réseaux hétérogènes)

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Introduction Générale (4)Introduction Générale (4)Applications ciblées par le GPRS

- Professionnel:- Email- Fax- PDA, PC, laptop- Accès distant à une base de données- Accès web ou accès intranet- Gestion de flotte et de trafic- Télémétrie.

- Particuliers:- Loisirs (accès à des fichiers audio sur le web)- Services d’information (sport, météo, trafic routier,

horoscope)- Réservation (restaurant, cinéma, hôtel)- Evénements (coupes, tournois, …)- Transport (horaires, réservation). 8

Problèmes des données dans GSMProblèmes des données dans GSM• Connexion à Internet:- Souscription à un ISP,- Appel et échange par modem à l’ISP,- Authentification,- Facturation du service séparée.• Performances:- 9,6 kbps synchrone, équivalent à 1,2 ko/sec.,- Codage canal prévu pour le pire cas,- Utilisation peu efficace du canal bi-directionnel,- Durée d’établissement importante.• Coûts: Facturation indépendamment du volume.• Capacité:- Un slot par usager.

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Evolution du GSM vers GPRS (1)Evolution du GSM vers GPRS (1)

� Evolution du BSS:- Remplacement/Upgrade d’éléments existants : BTS, BSC, O&M, Network planning, Liens (Abis, Ater, …).Adaptations nécessaires.- Nouveaux éléments : PCU (Packet Controller Unit).� Evolution du NSS:- Un GSS ou NSS dédié au GPRS : réseau utilisant IP,nœuds réseaux paquet (SGSN, GGSN), équipementsInternet (routeurs, serveurs DNS, Firewalls, …).- Evolution des éléments du réseau : HLR, MSC/VLR, SS7.

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Evolution du GSM vers GPRS (2)Evolution du GSM vers GPRS (2)

� Nombreuses nouvellesinterfaces designalisation avec les sous-systèmesexistants.� Evolution du Billing (exemple :tarification au volume).� NouveauxMobiles (classes A, B etC).� Approche marketing orientée“ services”.

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Les concurrents actuelsLes concurrents actuels� IEEE 802.11 : standard WLANavec des débits pics de 2 à 50 Mb/s,� HiperLAN,� Systèmes par satellite : Iridium (2,4kb/s),� Bluetooth,� TETRA, Mobitex, RAM, …� WIMAX ,� UMTS. 12

Données/VoixDonnées/Voix

� 2002: 13% des revenus des opérateurs Ouest-Européens proviendront de services non-vocaux (contre 8% en 2001 et 5,3% en 2000).

� 2002: 400 milliards de SMS envoyés.� 2005: 1000 milliards de SMS émis,� 1/1/2006 : 35 millions de SMS sur les

réseaux français entre minuit et 1h dumatin, 137 millions pendant la journée(/250 kMMS).

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Différents types de besoinsDifférents types de besoinsPC portable

- Email

- Messages courts

- Internet

- ftp

- Fax (imprimante nécessaire)

Personal Digital Assistant

- Email

- Messages courts

(Internet, ftp, fax : limité)

Fax (non utilisé en pratique)

- fax

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Connexions disponiblesConnexions disponibles

Carte PCMCIA «GSM»Port PCMCIA

Connexion à un PC portable

Connexion à un Personal Digital Assistant Connexion à un fax (Fax group 3 ou 4)

AdaptateurFax

Ports infrarouge

Connexion infrarouge

Connecteur spécifique

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2. Caractéristiques 2. Caractéristiques principalesprincipales

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Caractéristiques principales (1)Caractéristiques principales (1)

�Même couche physique que GSM.

� Service séparé de GSM : Réseaux fixes différents (nouvelles entités réseau et Nouveaux protocoles).

� Types de mobiles :

- ClasseA : GSM et GPRS en même temps,

- ClasseB : GSM ou GPRS (“ bi-mode en veille),

- ClasseC : GSM ou GPRSa priori.

GSM GPRS

Commutation decircuits

Commutation de paquets.Données avec ou sans connexion

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Caractéristiques principales (2)Caractéristiques principales (2)Communication GSM / Session GPRS

Réseau

Circuit pour une communication

Liaison logique= liaison physique

Réseau

Session pour une application

Liaison logiqueAvec établissement d’une liaison physique à la demande

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Terminaux GPRSTerminaux GPRS

•Type A- GSM attachedet GPRS attached– Voix et données paquet simultanés – Deux émetteur/récepteur nécessaires

•Type B- GSM attachedet GPRS attached– Voix ou données paquet– Applications pour marché grand

public– Implantation complexe

•Type C- GSM attachedou GPRS attached– Choix manuel– Simple à implanter

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Caractéristiques principales (3)Caractéristiques principales (3)

� Débits plus élevés par TCH(9,05 ; 13,4 ; 15,6 ;21,4 kb/s),

� Débits plus élevés en utilisantjusqu’à 8 ITspar utilisateur,

� Partage des canauxpar les terminaux actifs,

� Allocation séparéedes canaux montant etdescendant,

� Réseau de transmission par paquetentre BSCet autres réseaux de transmission par paquet.

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Caractéristiques principales (4)Caractéristiques principales (4)� Débits disponibles (après code correcteur d’erreurs, avant

protocoles) :

� Temps d’accès:- Etablissement de communication < 5 sec.,- Temps de transit d’un paquet : quelques centaines de ms(entre 400 ms et 1 sec., fonction des retransmissions).

� Qualité de servicenégociée (à chaque appel ou pendantl’appel).

Code 1 IT 8 ITs

CS1

CS2

CS3

CS4

9,05 kb/s

13,6 kb/s

15,7 kb/s

21,4 kb/s

72,4 kb/s

108,8 kb/s

125,6 kb/s

171,2 kb/s

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Caractéristiques principales (5)Caractéristiques principales (5)� Répartition des ressources Circuit (GSM)/Paquet

(GPRS)

� Pour chaque TRX, la capacité peut être répartie commesuit :

N ITs réservés pour le circuit uniquement (N ≥0),

M ITs réservés pour les paquets (M ≥ 0),

K ITs en allocation dynamique (K ≤ 8),

N+M+K ≤ 8.

� Configuration statique ou dynamique (exemple :Nombre de slots GPRS variable pendant la journée). 22

Caractéristiques principales (6)Caractéristiques principales (6)

� Evolution des ressources allouées à GSM et GPRS

Slot 7

Slot 0

DomaineGPRS

Zone enallocationdynamique

t

Capacité à la demandeCapacité à la demande

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Classes multislotClasses multislotClasse Rx Tx Somme

1 1 1 22 2 1 33 2 2 34 3 1 45 2 2 46 3 2 47 3 3 48 4 1 59 3 2 510 4 2 511 4 3 512 4 4 513 3 3 NA14 4 4 NA15 5 5 NA

Classe Rx Tx Somme16 6 6 NA17 7 7 NA18 8 8 NA19 6 2 NA20 6 3 NA21 6 4 NA22 6 5 NA23 6 6 NA24 8 2 NA25 8 3 NA26 8 4 NA27 8 5 NA28 8 6 NA29 8 8 NA

Mobiles Type 2uniquement

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VoIP sur GPRSVoIP sur GPRS

�Résultats de simulation

� Augmentation de capacité GPRS / CS: 125 – 150 %, mais avec dégradation possible de la QoS (pertes de paquets, délais plus importants),

� Pour un délai maximum acceptable (200 ms) : 7 PDCH permettent d’écouler 10 communications vocales.

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3. Services et 3. Services et FonctionsFonctions

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Classification des servicesClassification des services

Services

Catégorie du service

Sous-types Caractéristiques

Point-to-Point (PtP)

PtP – ConnectionlessNetwork Service(CNLS)

Transfert de paquets de donnéesentre deux points via un servicesans connexion (e.g. Internet)ou via un service avecconnexion (e.g. X25)

PtP – ConnectionOriented Network Service(CONS)

Point-to-Multipoint(PtM)

PtM – Multicast(PtM-M) Transfert de paquets de donnéesd’un point vers une zonegéographique (groupe decellules)

PtM – IP Multicast (IP –M)

Service demulticast(cf. IP)

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4. Données circuit/ 4. Données circuit/ Données PaquetDonnées Paquet

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Commutation de circuitsCommutation de circuits

• Peu adaptée à la transmission de données sporadiques (ex. : IP),

• Peu adaptée à la taxation au volume,

• Temps de connexion important (20 à 25 secondes),

• Allocation UL et DL pendant toute la durée de l’appel.

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Débits demandésDébits demandés

TexteMessage court1 message transmis en 4s à 0,3 kb/s

Fichier texte 1 page transmise en 4s à 2,4 kb/s

Fax 1 page transmise en 35 s à 9,6 kb/s

1 page transmise en 20s à 14,4 kb/s

MultimédiaWWW 9,6 kb/s possible mais lent, 1,5min

pour une image de 100 ko.

Vidéo Qualité moyenne avec 100 kb/s

Autres besoins

Transfert de fichiers

Fichier de 3min audio (3 Mo) en 10 min à 50 kb/s ou en 30s à 1Mb/s

Fichier de 3min vidéo (60 Mo) en 10min à 1 Mb/s

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Exemple du service Exemple du service EmailEmail

Modem Modem

Email Server

Auth. Server

InternetGSM PSTN

User

Email via GSM Email via GPRS Email Server

GPRS

User

Auth. Server

Internet

Authenticated path to Email server

Virtual GPRS Data Tunnel

Appel initial TIME (s)

• Appel GSM 4• Modem 30• Login et Authentification 11• Download mail 180

Total 3 min 45s

Appel suivant

• Répéter la procédure 3 min 45s

Mail uniquement en connexionMail uniquement en connexion

Appel initial TIME (s)

• GPRS Call 4• Login et Authentification 11• Download mail 180

Total 3 min 15s

Appel suivant

• Circuit virtuel existant 0min 0s

Mail chargé en continuMail chargé en continu 32

Intérêt de la commutation par paquets (1)Intérêt de la commutation par paquets (1)

• Transmission de données non-périodiques et sporadiques (ex. : mails),

• Petits paquets fréquents (ex. : télématique, taxation et micro-paiements),

• Paquets très volumineux mais rares (ex. : ftp).

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Services sporadiques

bit/s

t

Exemple du WWW browsingMoy.

• Les actions des utilisateurs sont sporadiques (ex . Web browsing)

• Délais variables sur Internet

• Les canaux circuits ne sont pas utilisés à 100%

Pages WWW

Utilisation des données circuit

Capacitécircuit 33.6k

* 56.6 Kbits/s

Capacité (Mbytes)

Utilisé Disponible* % Utilisé

Email 0.99 9.7 10.2(Download)

Email 0.06 3.0 2.0(Browsing)

Web 0.23 4.2 5.5(browsing)

Intérêt de la transmission par Intérêt de la transmission par paquets (2)paquets (2)

Intérêt de la transmission par Intérêt de la transmission par paquets (2)paquets (2)

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Limitation des débits en GSM : 22,8 kb/sLimitation des débits en GSM : 22,8 kb/s

PLMNPLMN

22.8 kb/s

Data NetworkData Network

GMSK modulation

L’interface radio permet un débit de 22.8 kbits/s

mais les bits de protection bits sont nécessaires pour sécuriser le lien de transmission

9.6 kb/s

Data Error Correctioncontrol

2.4 kb/s 10.8 kb/s

Information : 12kbps Protection

22.8 kbps

Data Error Correctioncontrol

14.4kb/s

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Dual-slot mobile phones(SIM Toolkit)

Retailers

Loyalty CardsBankingShoppingPromotions

Financial / Banking

FinanceBankingOn-line transactionsClearing House

Corporate / OperatorApplications

VPNe-mailCost controlIntranet

Certificate Authority

MerchantTransactions

MobileTransactions

Application Providers

ContentNewsWeatherSport

Exemple : E- Commerce Over GPRSExemple : E- Commerce Over GPRS

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5. Planification et 5. Planification et performancesperformances

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Introduction du GPRS dans GSMIntroduction du GPRS dans GSM

� TRX : utilisation de l’existant si capacité nonutilisée, sinon, ajout de TRX,

� Interface Abis : si ajout de TRX, ajout d’ITssur l’Abis (2 ITs MIC par TRX avec CS1 etCS2, 4 ITs MIC avec CS3 et CS4)

� BSC : si PCU intégré au BSC, ajout de cartes àhauteur du nombre de BTSs connectées (ennombre de PDCH), ajout de BSC si capacitédépassée.

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Planification réseau GPRSPlanification réseau GPRS

� Réutilisation de la couverture GSM,

� Réutilisation des plans designalisation et de trafic GSM,

� Planification du nouveau cœur deréseau,

� Planification des nouvelles zones deroutage.

Couverture et débitsCouverture et débits

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Performances du réseau : contraintes radioPerformances du réseau : contraintes radio

� Resélection de cellules:- GPRS phase 1 : le réseau ne contrôle pas le processus de re-sélection de cellules, basé sur le mécanisme de sélection/re-sélection GSM,- Risques d’effet ping-pong,- Réduction du débit données usager.

� Critères de C/I:- GPRS très sensible aux interférences,- Débit données chutant rapidement avec les interférences.

� Capacité:- Priorité du trafic GSM / trafic GPRS,- Mode « best effort »,- Faible débit en heure de pointe.

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ConclusionsConclusions� GPRS : Système complexe qui

transforme l’accès circuit du GSM enaccès paquet.

� Flexible et paramétrable.� Similitudes avec l’accès paquet du

3G.� Dans la première phase, débits

limités.� Services ?

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Acronymes (1)Acronymes (1)3GPP 3G Partnership ProjectAAL5 ATM adaptation layer 5APN Access point nameASN.1 Abstract syntax notation oneATM Asynchronous transfer modeBER Bit Error RateBG Border gatewayBGP Border gateway protocolBSC Base station controllerCGF Charging gateway functionCGSN Combined GSNCORBA Common object request broker

architectureDHCP Dynamic host configuration protocolE1 ETSI 2 Mbit/s interfaceEIR Equipment identity registerETSI European Telecommunications

Standards InstituteFTP File transfer protocolGGSN Gateway GSN

GMM GPRS mobility managementGPRS General packet radio serviceGSN GPRS support nodeGUI Graphical user interfaceHLR Home location registerHTML Hypertext markup languageHTTP Hypertext transfer protocolICMP Internet control message protocolIMEI International mobile equipment

identityIMSI International mobile subscriber

identityIP Internet protocolIPsec IP security protocolISP Internet service providerL1, L2, L3 Layer 1, layer 2, layer 3MAC Medium access controlMAP Mobile application partMSC Mobile switching centerMTP Message transfer part

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Acronymes (2)Acronymes (2)NE Network elementO&M Operation and maintenancePDCH Packet data channelPDP Packet data protocolPDU Packet data unitPLMN Public land mobile

networkPPP Point-to-point protocolPTM Point-to-multipointPVC Permanent virtual circuitQoS Quality of serviceRADIUS Remote access dial-in user

serviceRANAP Radio access network

application partSCCP Signaling connection

control part

SGSN Serving GSNSMS Short message serviceSMS-GMSC SMS gateway MSCSMS-IWMSC SMS interworking MSCSNMP Simple network

management protocol

SS7 Signaling system no. 7T1 ANSI 1.5 Mbit/s interfaceT3 ANSI 45 Mbit/s interfaceTCAP Transaction capabilities

application partTDMA Time-division multiple

accessUDP User datagram protocolUMTS Universal mobile

telecommunications system