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Las redes GPRS:

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SISTEMA GPRS

Introduccion
Arquitectura de la Red GPRS
GPRS, Topologia del servicio
Protocolo GPRS
Calidad de Servicio
Uso simultaneo de los servicios GSM-GPRS


 
GPRS - Introducción
La red GSM prevé unos servicios de transmisión de datos desde la fase inicial (fase 1). Sin embargo, se trata de servicios con modalidad de transferencia por conmutación del circuito, es decir, donde la red, una vez establecida la conexión física de cabo a rabo entre dos usuarios, dedica los recursos propios hasta que no es solicitado expresamente el establecimiento de la conexión, independientemente del hecho de que los dos usuarios se intercambien datos durante todo el tiempo de conexión. 
Esta modalidad de transferencia es óptima sólo en el caso en que los dos usuarios tengan que intercambiarse una cantidad significativa de datos (transferencia de ficheros o archivos); resulta ineficiente en cuanto los datos a intercambiarse son de pequeña entidad o bien, en el caso más frecuente, el tráfico de datos es de tipo interactivo o transitorio, es decir, el tiempo de uso efectivo de los recursos de la red supone sólo una parte con respecto al tiempo total de conexión (como, por ejemplo, la navegación en Internet a través de la World Wide Web). 

Es decir, se crea el mismo problema para el GSM que para la PSTN (Public Switsched Telephone Network) hace unos años: prever una modalidad de transferencia por paquetes de datos, en la que los datos de los usuarios, contenidos en entidades de protocolo autosuficientes con indicación del remitente y del destinatario, pueden ser transportados por la propia red sin necesidad de una estrecha asociación con un circuito físico. Ya se ha dado un paso intermedio en esa dirección con el GSM de fase 2, previendo servicios con acceso a las puertas pertinentes de la red PSPDN (Public Switched Packet Data Network). Sin embargo, siempre es necesario establecer una conexión física (por conmutación del circuito) en la red de radio, incluso cuando se accede a un canal virtual de la red de paquetes. El resultado de ello es que el recurso de radio es igualmente infrautilizado y el usuario ocupa un canal de tráfico (por cuyo uso tendrá que pagar presumiblemente por el tiempo empleado), para conectarse a otra red en la cual, sin embargo, la información no viaja a un rendimiento fijo (y el transporte relativo se suele pagar en base al volumen de datos transportados). 
Con el sistema GPRS (General Packet Radio Service), introducido por ETSI (European Telecommunication Standard Institute) para la fase 2+ del sistema GSM, el acceso a la red de paquetes se lleva al nivel del usuario del móvil a través de protocolos como los TCP/IP (Transmission Control Protocol), X.25, y CLNP (Connectionless Network Protocol), sin ninguna otra necesidad de utilizar conexiones intermedias por conmutación del circuito. 
Al contrario que el servicio de transferencia de datos con modalidad de conmutación de circuito, en el que cada conexión establecida se dedica sólo al usuario que la ha solicitado, el servicio GPRS permite la trasmisión de paquetes en modalidad link by link, es decir, los paquetes de información se encaminan en fases separadas a través de los diversos nodos de soporte del servicio , denominados GSN (Gateway Support Node). Por ejemplo, una vez que un paquete ha sido transmitido por el interfaz de radio (Um), se vuelven a liberar los recursos Um, que así pueden ser utilizados por algún otro usuario y el paquete se vuelve a enviar sucesivamente de nodo a nodo hacia su destino. 
En los servicios GSM los recursos son gestionados según la modalidad resource reservation, o sea, se emplean hasta el mismo momento en que la petición de servicio no se ha llevado a término. En el GPRS, sin embargo, se adopta la técnica del context reservation, es decir, se tiende a preservar las informaciones necesarias para soportar ya sea las peticiones de servicio de forma activa o las que se encuentran momentáneamente en espera. Por tanto, los recursos de radio se ocupan, en efecto, sólo cuando hay necesidad de enviar o recibir datos. Los mismos recursos de radio de una celda se dividen así entre todas las estaciones móviles (MS), aumentando notablemente la eficacia del sistema. El servicio GPRS, por tanto, está dirigido a aplicaciones que tienen las siguientes características:

  • Transmisión poco frecuente de pequeñas o grandes cantidades de datos (por ejemplo, aplicaciones interactivas) 
  • Transmisión intermitente de tráfico de datos bursty (por ejemplo, aplicaciones en las que el tiempo medio entre dos transacciones consecutivas es de duración superior a la duración media de una única transacción 
Como por ejemplo
  • RTI (Road Traffic Informatics) 
  • Telemetría 
  • Tele alarma 
  • Control del tráfico ferroviario 
  • Acceso a internet usando la WWW (World Wide Web) 
Desde el punto de vista físico los recursos pueden ser reutilizados y existen algunos puntos comunes en la señalización, así en el mismo portador radio pueden coexistir simultáneamente tanto los time slots reservados a la conmutación del circuito, como los time slots reservados al uso del GPRS. La optimización en el empleo de los recursos se obtiene a través de la repartición dinámica de los canales reservados a la conmutación del circuito y de aquellos reservados al GPRS. Cuando se presenta una llamada de voz hay tiempo suficiente para liberar los recursos usados por el GPRS, de tal forma que la llamada por conmutación de circuito a mayor prioridad, pueda ser efectuada sin problemas.

El nodo de soporte GSN (Gateway Support Node) del GPRS es el elemento principal de la infraestructura. Este router puede proporcionar la conexión y el inter-trabajo con otras redes de datos, de administrar la movilidad de los usuarios a través de los registros del GPRS y es capaz de entregar los paquetes de datos a las estaciones móviles, independientemente de su posición. Físicamente el GSN puede estar integrado en el MSC (Mobile Switching Center) o puede ser un elemento separado de la red, basando en la arquitectura de los routers de las redes de datos. Los paquetes de datos del usuario pasan directamente entre el GSN y el BSS (Base Station Subsystem), gracias a la señalización que acontece entre GSN y el MSC.

 
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Arquitectura de la red GPRS
Para la realización de un servicio de datos por paquetes en la red celular GSM se pueden seguir dos inicializaciones diferentes: 
  • Inicialización de sistema separado 
  • Inicialización de sistema integrado 
La primera inicialización prevé que toda la infraestructura necesaria para el soporte del servicio sea añadida a la de la red GSM, mientras que la segunda prevé el añadido de la funcionalidad necesaria para el soporte del GPRS a las entidades que componen la infraestructura de la red GSM. En realidad, también la inicialización de sistema integrado requiere la introducción de nuevas entidades, garantizando de todos modos, desde el punto de vista económico, un impacto menos vistoso sobre los costes necesarios para la implementación del servicio. 

Las entidades que tienen que ser añadidas, desde el punto de vista de la integración del servicio GPRS en la red GSM, son: 

  • GSN (Gateway Support Node), que constituyen los nodos de soporte del servicio GPRS. 
  • GPRS register 

Modelo de red GPRS

Los nodos GSN pueden verse como entidades en las que está localizada gran parte de las funciones necesarias para soportar el GPRS. En el GPRS PLMN (Public Land Mobile Network), generalmente hay más nodos GSN y la infraestructura que los conecta, denominada backbone network (ruta de enlace), permite el routing de los paquetes transmitidos por los usuarios de la red o dirigidos a éstos. En relación con la localización de la estación móvil genérica GPRS, se usan los HSN (Home Support Node) y el VSN (Visited Support Node). El HSN es el nodo de la backbone network al que llegan los paquetes dirigidos al móvil en base al valor de su dirección de la red; además, cuando el móvil es localizado en el área gestionada por otro nodo de la ruta de enlace, el HSN vuelve a mandar hacia ese nodo los paquetes destinados al móvil. 

EL VSN es el nodo de la backbone network en cuya área se encuentra normalmente el móvil. 

La backbone network puede ser una red pública de datos de paquetes, lo que permite limitar los costes de realización, o bien una red de datos de paquetes dedicada y contruida ad hoc y, por lo tanto, optimizada para el soporte del servicio. La primera solución determina, con respecto a la segunda, mayores retrasos de transmisión cuando los paquetes se intercambian entre usuarios de la GPRS PLMN y usuarios de otra red, mientras que la segunda presenta unos costes de realización más elevados.

A la backbone network también están conectadas las entidades de inter-trabajo, que garantizan la interconexión de la GPRS PLMN a otras redes de datos como, por ejemplo, la red Internet, las redes PSPDN (Public Switched Packet Data Network), las redes privadas de paquetes y otras. 

Las principales funciones desempeñadas por estas entidades son: la conversión de los protocolos y el mapeo de las direcciones de red de las entidades envueltas en la comunicación de datos. Otra nueva entidad necesaria para el soporte del servicio es el GPRS register, que no tiene que verse necesariamente como una nueva entidad física, en cuanto que se puede pensar en ampliar el conjunto de las funciones de los VLR/HLR de la red GSM. 

Las funciones llevadas a cabo por un GPRS register son esencialmente las de memorizar informaciones relativas al servicio GPRS; en particular cada GPRS register contiene: 

  • Información necesaria para el routing de los paquetes dirigidos a un móvil GPRS; por ejemplo, la dirección de red del móvil para un determinado protocolo de red y el tipo de protocolo de red a cuya dirección se refiere. 
  • Información relativa al prefil de suscripción del abonado; por ejemplo, informaciones caracteísticas de la calidad del servicio solicitada por el usuario (QOS=Quality Of Service). 
La llave de acceso a estas informaciones relativas al abonado genérico GPRS es el IMSI (International Mobile Subscriber Identity). La introducción de nuevas entidades a la red GSM lleva a la definición de nuevos interfaces; entre éstas, la Gr soporta sólo señalación, mientras que todas las demás soportan tanto señalación como datos.
 
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GPRS - Topología del servicio
El servicio GPRS pone a disposición de sus usuarios dos topologías de servicio diferentes: 
  • Point To Point (PTP
  • Point To Multipoint (PTM
Un servicio Point To Point es un servicio en el que el usuario envía uno o más paquetes a un único destinatario; en relación alas modalidades con las que la conexión punto-punto es gestionada se pueden localizar dos clases de servicios punto-punto: 
  • ConnectionLess Point To Point services (CLNS
  • Connection Oriented Point To Point services (CONS
Un servicio PTP CLNS es un servicio en el que dos paquetes sucesivos son independientes entre ellos; por tanto, es como si cada uno de los paquetes formase parte de una comunicación en sí misma. Un servicio con esta característica se define como un servicio de datagrama y puede ser útil para soportar aplicaciones bursty de tipo no interactivo . 

Un servicio PTP CONS es, por el contrario, un servicio en el que se establece una relación lógica entre la fuente y el destinatario de los paquetes, relación que permanece activa durante el tiempo total de la conexión; el servicio es, por lo tanto, un circuito virtual, es decir, en la fase de set-up de la conexión se establece un recorrido para el routing de los paquetes, con la diferencia de que, respecto a una conexión por conmutación del circuito, los recursos físicos se liberan en cuanto el paquete genérico se ha transmitido, manteniendo la conexión lógica). Las aplicaciones que se adaptan bien a un servicio bearer (portador) de este tipo son aquellas interactivas o transacionales, en las que se mantiene un diálogo contínuo entre las dos entidades en comunicación. 

Los servicios PTM, al contrario que los servicios PTP, implican a más de un usuario destinatario y, como se verá sucesivamente, el envío de los paquetes se ejecuta en base geográfica. Obviamente el servicio bearer PTM no puede implicar como usuarios destinatarios de paquetes a los usuarios de las redes interconectadas a la GPRS PLMN, sino sólo a usuarios de móviles. La tabla siguiente resume las configuraciones posibles en base al punto de acceso (fijo/móvil) del destinatario de los paquetes.  

Remitente / Destinatario Servicio PTP Servicio PTM
Fijo/Móvil soportado soportado
Móvil/Móvil soportado soportado
Móvil/Fijo no aplicable no aplicable

GPRS - Topología Point To Point

La Mobile Station en el ámbito de una comunicación con topología PTP puede asumir uno de los siguientes tres estados operativos: 
  • Idle: este estado coincide con el estado Idle definido por el GSM y ve el móvil sintonizado en canales comunes de control. 
  • Standby: éste es un estado intermedio entre el estado Idle y el estado activo y está caracterizado por el hecho de que el móvil no ocupa recursos físicos. 
  • Active: en este estado el móvil envía y/o recibe paquetes de la red. 
Las transiciones de un estado a otro son conducidas por el estado actual y por las funciones que, en tal estado, se solicitan. En el gráfico siguiente se puede ver un diagrama de estado que resume las posibles transiciones a la luz de las que son funciones necesarias para soportar el servicio PTP.

Diagramma

Diagrama de estado de las transiciones

La transición del estado Idle al estado Standby prevé la puesta en marcha de las siguientes funciones: 

  • La MS GPRS ejecuta el acceso al servicio (para solicitar una conexión o bien para responder a un requerimiento (paging) por parte de la red) 
  • Autenticación de la MS GPRS 
  • Set Up de una conexión virtual end to end entre el que llama y el lamado (esta función es ejecutada sólo cuando es solicitado un servicio PTP CONS
La transición inversa, de Standby a Idle, prevé que, ya sea la MS o el nodo GSN al que ésta está conectada, borren las informaciones que caracterizan la conexión lógica MS/GSN y que sintetizadamente serán denominadas durante el contexto de la conexión. En Standby se ejecutan las siguientes funciones . 

In Standby mode the following functions are executed: 

  • Actualización del conxto memorizado por la HSN (Home GPRS Support Node
  • Gestión de la conexión lógica entre el móvil y el VSN (Visited GPRS Support Node
  • Gestión de la movilidad del usuario GPRS. 
La transición entre el estado de Standby y el estado Activo prevé que sea actualizada, en el contexto de la conexión, la variable que describe el estado de la estación móvil; esta operación tiene lugar, como se verá más adelante, al arrancar un timer que tiene la tmisión de desactivar automáticamente la conexión en cuanto pase un intervalo de tiempo preestablecido, cuya duración, de todos modos, puede ser negociada entre el usuario y la red. En el estado Activo se ejecutan las siguientes funciones . 

· Recogida de informaciones necesarias para la tarificación de la llamada: 

  • Encapsulamiento de los PDU (Protocol Data Unit) en un frame GPRS (función G-Relay) 
  • Encapsulamiento de los PDU (Protocol Data Unit) en un frame GPRS (función G-Relay) 
  • Routing de lo paquetes (función PRT, Packet Routing and Transfer
  • Transmisión de paquetes en el el interfaz de radio 


Sigue una descripción de las principales funciones cuya invocación determina las transiciones de estado especificadas arriba. 

Transición Idle/Standby
Esta transición, como ya se ha apuntado, puede ser originada por una petición de servicio por parte del móvil o por efecto de una llamada de datos dirigida al móvil. En el segundo caso, cuando el HSN recibe un PDU, es interrogado el GPRS register de modo que desde la dirección de destino del PDU se pueda remontar al IMSI (International Mobile Subscriber Identity) correspondiente; después, el HSN envía a un Gateway MSC un mensaje MAP, que contiene como parámetro el IMSI, con el que vuelve a solicitar la interrogación del HLR (Home Location Register) para la recuperación del roaming number del móvil.

Determinado el VMSC (Visited Mobile Switching Center) en cuya área se encuentra el móvil en modo Idle, el mensaje recibido Gateway MSC envía a tal VMSC un mensaje MAP que contien el IMSI del móvil; recibido el mensaje MAP, el VMSC inicia el procedimiento de paging del móvil. El móvil accede al RACCH (Random Access Channel) para responder al paging e, una vez recibida en el caanl AGCH (Access Grant Channel) la información relativa al canal SDCCH (Stand alone Dedicated Control Channel) asignado por la BSS (Base Station Sub-system), envía una petición de acceso al servicio GPRS. 

La autenticaficación del usuario ocurre en base a los parámetros memorizados en el VLR, asì como la ejecución del procedimiento de cifrado de las informaciones del usuario. La función de cifrado es una función de nivel uno para los servicios por conmutación del circuito de GSM, mientras que para el GPRS dicha función pertenece a un nivel más alto. 
Como se verá más adelante, para transferir los PDU desde el nodo GSN al móvil se necesita el encapsulamiento de los paquetes en tramos GPRS, cada una de las cuales está constituida por un encabezado y un SDU (Service Data Unit) que no es más que el PDU oportunamente cifrado, si ha sido seleccionado el modo de transmisión cifrado.

El modo de transmisión cifrado, desde la óptica GPRS, ve, por tanto, el intercambio de paquetes por el contenido cifrado entre el nodo GSN y el móvil, mientras en los servicios del GSM el cifrado es utilizado sólo en el interfaz de radio.

El control y la petición del procedimiento de cifrado, de todas formas, son tarea de la red. 

Una tarea posterior del nodo GSN es la de asignar y comunicar a la estación móvil un identificador lógico que la hace reconocible en el interior de la location area gestionada por el nodo; este identificador se denomina TLLI (Temporary Logical Link Identifier) y se utiliza para reconocer la conexión de nivel entre el nodo y la estación móvil (el TLLI, de hecho, es uno de los parámetros del encabezado de las tramas de nivel dos y, en base a esto, el móvil está en grado de recibir los paquetes dirigidos al mismo). En base a todas estas informaciones, tanto el nodo visitado como el móvil, memorizan el contexto de la conexión por el que se refiere un cuadro resumen. 

Contexto memorizado por el VSN

  1. Identidad del usuario móvil (IMSI
  2. Estado del móvil (Standby/Activo
  3. Dirección de la backbone network del HSN 
  4. TLLI 
  5. Routing Area (RA) en estado Standby 
  6. Identificador de la celda en que se encuentra el móvil y el canal GPRS empleado en el estado Activo 
Contexto memorizado por el móvil GPRS
  1. Estado actual del móvil (Standby/Attivo
  2. Tipo de PDP (Packet Data Protocol), dirección PDP (una copia para cada protocolo soportado) 
  3. Flag o celda de habilitación del algoritmo de compresión de datos 
  4. TLLI 
  5. Routing Area (RA) actual (en estado de Standby
  6. Identificador de la celda en que se encuentra el móvil y el canal GPRS utilizado en estado Activo 
Tras las informaciones significativas en el estado Standby aparece la de Routing Area (RA). El concepto de routing area es un concepto nuevo y estrechamente ligado al GPRS y en particular a la necesidad de efectuar el paging o búsqueda del móvil GPRS en un lapso de tiempo más corto con respecto al característico del GSM. 
Para reducir este tiempo es necesario enviar los mensajes de paging a canales físicos que soportan el tráfico de paquetes y, desde esta óptica, con la finalidad de reducir el amontonamiento de recursos físicos utilizados en el procedimiento de paging es necesario reducir la extensión del área en la que se transmiten los mensajes de paging sono trasmessi. Con ese propósito es útil la subdivisión en sub-áreas de las típicas áreas de localización, cada una de las cuales toma el nombre de routing area. 
La red, por tanto, conoce la posición de la estación móvil en Standby con una resolución limitada a una routing area; dicho conocimiento presupone que, entre las funciones ejecutadas por un móvil en Standby se encuentre la de actualización de la posición que se solicita cada vez que se pasa de una RA a otra. 

El estado Standby
La primera función puesta en marcha en el momento en que un estación móvil GPRS entra en Standby es la de actualización del contexto memorizado a través del HSN y en particular de la dirección de backbone network del nodo VSN en cuya área se encuantra la estación móvil. 

Esta información, de hecho, es fundamental para poder reenviar los paquetes dirigidos al móvil, que, en base al valor de su dirección PDP, se dirigen en una primera fase hacia el HSN. El VSN notifica al HSN, a través de un mensaje MAP, su dirección de backbone network, pero antes de efectuar esta señalización determina el HSN al que está asociado el móvil que ha iniciado el procedimiento de attachment al servicio GPRS.

Para lograr esto se pueden ejecutar diferentes procedimientos. Una primera alternativa es determinar el HSN de forma algorítmica teniendo como ingreso la identidad del usuario móvil (IMSI"); otro método podría ser el de memorizar en la tarjeta SIM del usuario móvil la idetidad del HSN. Una tercera solución podría ser la de memorizar en el GPRS register la identidad del HSN del que depende el móvil, relacionándola con el IMSI. Una vez determinada la identidad del HSN, el VSN le envía un mensaje MAP que contiene como parámetros su dirección de backbone network y el IMSI del usuario del móvil GPRS que ha ejecutado el attachment al servicio. Recibido el mensaje, el HSN actualiza el contexto relativo a la estación móvilen base a las informaciones contenidas en él; en resumen, las informaciones memorizadas son las siguientes. 

Contexto memorizado por el HSN

  1. Identidad del usuario del móvil (IMSI
  2. Información necesaria para la tarificación 
  3. Tipo de PDP, dirección PDP (una copia para cada PDP soportado por el móvil) 
  4. Clave de cifrado 
  5. Flag de habilitación del algoritmo de compresión 
  6. Dirección de backbone network del VSN 
La función de gestión de la conexión lógica entre la estación móvil y el nodo VSN permite establecer, mantener e interrumpir la conexión lógica, identificada por el TLLI, que se establece durante la fase de attachment al servicio y que permite la transferencia a nivel dos de los frames entre el MS y el VSN. La función de gestión de la movilidad de la estación que se encuentra en Standby permite la actualización de las informaciones necesarias para su localización. La estación móvil pone el marcha dicho procedimiento cuando reconoce, tras la información transmitida en broadcast a la celda, un identificador de RA diferente al memorizado por el móvil. Se pueden producir dos situaciones: 
  • paso a una RA en el propio GSN 
  • paso a una RA de un otro GSN 
En el primer caso es necesario actualizar el identificador de RA memorizado en el contexto del VSN, operación que se ejecuta a través de un mensaje de RA update (que contiene el TLLI y los identificadores del viejo y del nuevo RA) predefinido en el protocolo GPRS. El VSN responde con un mensaje de respuesta con el que se notifica el resultado de la operación solicitada.
El segundo caso es un poco más complejo porque tiene que ser actualizado también el contexto del HSN, visto que se tiene el paso en el área de competencia de un nuevo GSN. La estación móvil envía al nuevo GSN el mismo mensaje de RA update, descrito en el caso anterior, y este último, suponiendo que dicho usuario proviene de un área controlada por otro GSN, solicita al viejo GSN (a través de un mensaje MAP) el IMSI del usuario al que está asociado el TLLI contenido en la petición de RA update. Conocido el IMSI, el nuevo GSN está en grado de determinar el HSN del que depende el móvil y de enviarle un mensaje MAP (que contiene el IMSI, y su dirección de backbone network) como notificación de actualización en el contexto relativo al usuario. Entretanto, el nuevo GSN memoriza el contexto relativo al usuario, después de haberle asignado y comunicado el TLLI, que lo identifica en el área de su competencia. El HSN actualiza el contexto modificando la dirección de la red del nodo visitado por el usuario y envía al antiguo nodo VSN el comando de cancelación del contexto del uusario memorizado por éste. Otra función ejecutada por los nodos GSN es la de gestionar los timer que indican la caducidad del intervalo de tiempo en el que puede encontrarse el móvil en Standby

Transición Standby/Active
Esta transición puede tener lugar por uno de los dos siguientes motivos: 

  • El nodo VSN recibe paquetes dirigidos al usuario del móvil 
  • El usuario del móvil tiene que enviar paquetes al destinatario 
En el primer caso se transmite un mensaje de paging (que contiene el TLLI) en la RA cuyo identificador está memorizado en el contexto del usuario a través del VSN; la estación móvil responde al mensaje notificando al VSN el canal GPRS en el que está sintonizada y éste utiliza esta información para actualizar el contexto del usuario, además, variando de Standby a Activo el identificador del estado operativo de la estación móvil.
En el segundo caso es la estación móvil la que notifica al VSN el cambio de estado operativo mediante un mensaje predefinido del protocolo GPRS (en el que se proporciona, además del TLLI, el canal GPRS en el que está sitonizada la estación).. 

El estado Active
En este estado la estación móvil intercambia paquetes con el VSN, por tanto, se activa la función de tarificación que, en base a la contabilización de los bytes transferidos, permite a los parámetros de QOS solicitados y al tipo de servicio de tasar la llamada GPRS (en un servicio CONS, al contrario que un servicio CLNS, la tarificación se realiza también en base a la hora desde el momento en que se utilizan y durante toda la duración de lacomunicación de las fuentes lógicas, como los circuitos virtuales). Los PDU se transfierenentre VSN y TE después de haber sido encapsulados en tramos GPRS, a través de la función de G-Relay. Los PDU son sustituidos por el SAP (Service Access Point) relativo al protocolo al que se refieren y se elaboran gracias a la función G-Relay que, en base al encabezado recibido del PDU, genera un encabezado GPRS y, por tanto, un paquete GPRS (en el que están el SDU y el PDU recibido por el SAP). Los PDU, antes de ser excluidos como SDU en los paquetes GPRS, son comprimidos y cifrados; los paquetes GPRS obtenidos así son gestionados por la función PRT (Packet Routing and Transfer), que es esencialmente una función de nivel dos. La función G-Relay prevé también la sementación eventual de los PDU que tienen dimesiones superiores al espacio previsto para el campo de datos dentro de una red GPRS. Por otro lado, de la conexión lógica VSN/MS se toman los paquetes GPRS desde el PRT SAP y se realiza la eventual descompresión y descriptación de los SDU y, sucesivamente, se pasan al oportuno SAP

Incapsulamento
Encapsulamiento y transporte de los PDU

Cuando la estación móvil encuentra que la calidad de la señal es mejor en otro canal GPRS, envía al nodo VSN un mensaje predefinido del protocolo GPRS con el que vuelve a pedir la actualización del contexto memorizado en el mismo, en relación a la indicación del canal GPRS en el que está sintonizado el móvil. Dicho mensaje el TLLI y la indicación del nuevo canal GPRS en el que se sintoniza la estación móvil. La actualización puede estar determinada por el desplazamiento del móvil entre celdas de áreas controlodas por nodos GSN diferentes, o bien por la misma área. 

En el segundo caso es suficiente actualizar el contexto del usuario por medio del VSN, además del memorizado a través del propio móvil. 

En el primer caso, sin embargo, el nuevo VSN, encontrando que la petición de actualización proviene de un usuario que ha realizado elattachment al servicio en otro nodo GSN, da comienzo a una serie de señalizaciones del todo idéntica a la ya descrita en el caso de inter GSN RA UPDATE, con la única diferencia de que, en este caso, lo que tiene que ser actualizado es el identificador de la celda en la que se encuantra el móvil y la indicación del canal GPRS sobre el que éste está sintonizado. Una función posterior que se ejecuta en el estado Activo es la función de PTA (Packet Terminal Adaption), a través de la cual es posible adaptar los paquetes generados por el TE, con la finalidad de poderlos transmitir en la GPRS PLMN (Public Land Mobile Network), y los paquetes que se dirigen al TE. Esta función es una función de nivel uno y la ejecuta el MT. Con este propósito, permitir a través del interfaz de radio el acceso de diversos terminales a la GPRS PLMN, es verosímil que se desarrollen varios MT, cada uno de los cuales proporciones un acceso al TE a través un interfaz estándar. Estarán disponibles MT que garantizan a los terminales no sincronizados el acceso a la GPRS PLMN, por medio de un interfaz serial no sincronizada estándar y un PAD (por primera vez el PAD ya no será remoto con respecto al terminal de datos no sincronizado), y también estarán disponibles MT que garantizan el acceso a terminales no sincronizados a través de un interfaz serial no sincronizada. Este hecho constituye una gran innovación en relación con el acceso al mundo por paquetes, que actualmente prevé el acceso a un PAD remoto (con respecto al usuario final) por medio de una conexión por conmutación de circuito, con todas las desventajas que derivan de ello, sobre todo para aplicaciones de usuario de tipo bursty. Por lo que respecta las conexiones de datos por conmutazione de paquetes, el servicio GPRS del GSM será la primera en garantizar una conexión a paquete end-to-end entre los dos (o más de dos en el caso de servicios PTM) entidades implicadas en la comunicación. No se excluye la posibilidad de que la funcionalidad de la MT sea integrada en el terminal TE, utilizando interfaz API (Application Program Interface) para permitir al usuario el desarrollo de las propias aplicaciones. 
 
 

GPRS - Topología Point To Multipoint 

Esta topología de servicio permite la distribución de la información en base a la ubicación de los usuarios a los que ésta está dirigidas y no en base a la que es la identidad del único usuario destinatario, como pasa en los servicios punto-punto. Entre los servicios punto-multipunto se distinguen los servicios broadcasty los servicios multicast; los primeros prevén la dispersión de los mensajes por toda el área especificada sin que éstos presenten ninguna forma especificada por su remitenete sin que estos presenten forma alguna de dirección, mientras los segundos prevén la dispersión de los mensajes por toda el área especificada por su remitente, con la diferencia, respecto a los servicios broadcast, de que éstos son dirigidos sólo a un conjunto de los usuarios que en ese momento están presentes en el área. Para soportar estas dos tipologías de servicios, por tanto, se hacen necesarias dos formas de direccionamiento:
  • El direccionamiento del área geográfica a la que tienen que ser transmitidos los mensajes 
  • El direccionamiento del grupo de usuarios a los que están destinados los mensajes. 
Para los servicios broadcast se utiliza el direccionamiento geográfico, desde el momento en que los mensajes son dirigidos, en esta tipología de servicios, a todos los usuarios pertenecientes al área especificada.

Para los servicios broadcast se utiliza el direccionamiento geográfico, desde el momento en que los mensajes son dirigidos, en esta tipología de servicios, a todos los usuarios pertenecientes al área especificada. 

Otra característica de las dos tipologías de servicios es la de la respuesta(acknowledgement) a la recepción del mensaje; de hecho, en general, los servicios broadcast son sin respuesta, mientras los servicios multicast prevén que los destinatarios de los mensajes contesten al remitente con mensaje de respuesta. Las GPRS MS pueden ser subdivididas en tres clases en base a su capacidad de recibir mensajes PTM (Point To Multipoint) dirigidos a las mismas mientras están activas:

  • Classe A: las GPRS MS pertenecientes a esta clase tienen la capacidad de recibir mensajes PTM dirigidos a las mismas aunque están ya implicadas en una llamada GSM, sin que dicha llamada sufra ningún perjuicio. 
  • Classe B: las GPRS MS pertenecientes a esta clase no pueden recibir mensajes PTM sin que los servicios GSM que están usando sufran algún perjuicio (por ejemplo en el throughput) 
  • Classe C: las GPRS MS de esta clase no pueden recibir mensajes PTM en absoluto cuando están utilizando servicios GSM. 
La información relativa a la clase de pertenencia a la GPRS MS constituye parte integrante del perfil de suscripción del abonado (se trata por tanto de un fragmento informativo necesario para la caracterización del perfil de usuario y no para la del aparato terminal utilizado). 

Normalmente el usuario que solicita un servicio punto-multipunto es un usuario de una red fija, aunque tampoco se excluye la posibilidad de que el que realice una petición de servicio sea un usuario de la propia red GPRS PLMN. El acceso a la red GPRS por parte de usuarios de redes externas, se realiza a través de un interfaz estandarizado Gi del nivel uno al nivel siete a través del cual se comunican la red GPRS y los centros de servicios gestionados por los service provider (o por el operador de red).

La definición de un interfaz estándar permite a redes diferentes tener un único interfaz común para acceder (a través de un gateway GSN) a la red GPRS. Por lo tanto, es tarea de los centros de servicios poner a disposición de los usuarios externos a la GPRS PLMN los interfaces oportunos. 

Sobre las peticiones de servicio PTP los centros de servicios realizan operaciones de bajo nivel, en concreto realizan un simple encapsulamiento de paquetes de nivel tres que provienen de redes interconectadas. Mientras, los paquetes originados por peticiones de servicio PTM son elaborados a través de primitivas de servicio definidas en los estratos aplicativos de la columna de protocolos que caracteriza el interfaz estándar. 

Accesso
Acceso a la red GPRS por parte de redes externas

El interfaz estándar entre GPRS PLMN y los centros de servicios define las siguientes tres primitivas de servicio: 

  • PTM Data Transfer 
  • PTM Kill (Data Transfer
  • PTM Status (Data Transfer
La primitiva PTM Data Transfer es invocada por el usuario que solicita el servicio PTM con el fin de instaurar una nueva transacción PTM en la GPRS PLMN. Esta primitiva utiliza los siguientes parámetros
  • identificativo del service requester 
  • identificativo del grupo de usuarios destinatarios de los mensajes PTM 
  • descriptor del área geográfica implicada en la transacción PTM 
  • informaciones de scheduling 
  • parámetros de QOS 
  • mensaje para distribuir 
  • identificador de la transacción por medio del remitente de la misma 
TLa red responde a una invocación de esta primitiva por parte de un service requester comunicando a este último si el perfil de servicio requerido (caracterizado por las informaciones de scheduling y por parámetros QOS especificados en la PTM Data Transfer) es compatible con la disponibilidad de los recursos necesarios y con el perfil de suscripción memorizado en el GPRS register y acordado entre el usuario y el service provider, en el momento de la suscripción del abono al servicio PTM.

Además, la red asocia a cada transacción PTM un identificador. La respuesta de la red a una PTM Data Request contiene los siguientes parámetros:

  • identificador de la transacción asignado por la red 
  • identificador de la transacción por medio del remitente de la misma 
  • resultado de la operación invocada por el service requester 
  • informaciones de scheduling 
  • parámetros de QOS 
La red devuelve el identificador de transacción sólo cuando ésta es aceptada, mientras que, en casi contrario, devuelve el fallo de la operación. En el caso en que el perfil de servicio solicitado por el service requester no pueda ser garantizado, la red comunica al service requester lo que, sin embargo, pueda garantizar (por tanto, la respuesta de la red a una PTM Data Request , en este caso, contará sólo las informaciones de scheduling y los parámetros de QOS). 

La primitiva PTM Kill (Data Transfer) permite abortar la transacción antes del fin previsto por las informaciones descheduling o programación. Cuando el service requester solicita esta primitiva los parámetros que se proporcionan son los siguientes: 

  • identificativo del service requester 
  • identificativo de sistema de la transacción 
La red responde a la petición del service requester con un mensaje que indica si la petición ha sido atendida o no. 

La primitiva PTM Status (Data Transfer) permite obtener al service requester información relativa al estado en que se encuentra la transacción. Estas informaciones pueden ser dadas a conocer al service requester en función de una petición suya expresa o bien por indicación de la red. En todo caso lo que el service requester recibe de la red es una copia di parámetros:

  • el identificador de sistema de la transacción 
  • el estado de la transacción 
Estas tres operaciones definen, como se ha visto, una serie de parámetros descritos a continuación. El identificador del service requester es necesario para poder cargarle el coste de la transacción solicitada. El identificador del grupo de usuarios destinatarios de los datos contenidos en la transacción PTM es un parámetro que se utiliza para dirigir una transacción de tipo multicast y está compuesto de dos partes: una parte asignada por el operador de red y otra parte significativa sólo en el ámbito de un área de cobertura del servicio.

La descripción del área geográfica es una descripción de alto nivel que se separa por completo de lo que es la distribución de las celdas de cobertura del servicio; este tipo de descripción del área en la que se ha de transmitir el mensaje PTM permite evitar que los usuarios conozcan informaciones relativas a la infraestructura de la red. Por otra parte, este método de dirección implica que los nodos de la GPRS PLMN (GSN) lleven a cabo la función de conversión de dicha descripción a nivel alto en términos de direcciones de celdas de cobertura. 

El sistema de referencia utilizado para la codificación de la descripción geográfica es el World Geodetic System 1984 (WGS 84), el mismo utilizado en el sistema GPS (Global Positioning System). Este sistema de referencia tiene origen en el centro del elipsoide WGS (obtenido de la rotación de una elipse en torno a su eje menor orientado e dirección norte-sur; las dimensiones del eje menor son 6.356.752.314 metros, mientras las dimensiones de su eje mayor son 6.378.137 metros).

Las coordenadas de un punto sobre la superficie de este elipsoide se expresas en términos de latitud y longitud con respecto al ecuador y al meridiano principal. El área geográfica a la que tiene que ser transmitido el mensaje PTM puede ser descrita por el service requester a través de una serie de figuras geométricas predefinidas y la precisión con la que se describe la posición de un punto genérico es de un metro al ecuador (lo que implica que los ángulos de latitud y de longitud sean codificados con 26 bit).

Las informaciones de scheduling están compuestas por la frecuencia de repetición de los mensajes y por los instantes en los que tiene que ser iniciada y después finalizada la transmisión del mensaje PTM. Si los valores de estos parámetros son contemporáneamente nulos la transacción PTM a la que éstos se refieren es una transacción que prevé la transmisión sin repetición del mensaje. 

Los datos del usuario constituyen el mensaje PTM que tiene que ser entregado a los usuarios indicados por el identificador de grupo válido en el área geográfica descrita. Al contrario que el servicio SMS CB (Short Message Service Cell Broadcast) no se fija un límite a las dimensiones del mensaje.

El identificador de transacción a través del service requester es necesario cuando éste solicita a la red diversas transacciones PTM; en base a este identificador, de hecho, el service requester está en grado de distinguir los mensajes relativos a las transacciones solicitadas que devuelve la red. El identificador de transacción asignado a la red, sin embargo, permite individualizar unívocamente la transacción con todos los parámetros asociados a ella. Finalmente están previstos dos campos informativos en los que se codifican respectivamente: el resultado de una operación PTM y el estado de una transacción PTM.

En general una transacción PTM abarca un área más amplia que una gestionada por el GSN al que se dirige la transacción, por tanto, se habla de split PTM transaction, es decir, de una transacción que implica diversos nodos GSN. El nodo del que proviene la petición de transacción PTM se denomina anchor GSN y es el que gestiona la petición del servicio del service requester. De hecho, cuando un nodo GSN recibe una petición de transacción PTM se activa una secuencia de operaciones que pueden ser resumidas en cinco puntos:

  • paso 1: validación del perfil de servicio solicitado por el service requester 
  • paso 2: routing geográfico 
  • paso 3: activación del algoritmo de scheduling 
  • paso 4: indicación de transacción PTM a los GSN implicados en la petición 
  • paso 5: indicación al service requester de confirmación de la transacción PTM 
El paso 1 prevé que el anchor GSN acceda al GPRS register para poder localizar el perfil de la suscripción del service requester en base al cual la red determina si el perfil de servicio solicitado por el service requester es admisible o no. 

El paso 2 permite extraer una lista que contiene la indicación de las celdas del área controlada por el anchor GSN y las direcciones de red de los otros GSN implicados en la transacción PTM. 

EI paso 3 consiste en la ejecución del algoritmo de scheduling a través del cual se determina la disponibilidad de los recursos de red necesarios para iniciar la petición de servicio. Al contrario que en el servicio SMS CB del GSM la función de scheduling de las transacciones es ejecutada por los nodos GSN y no por el GPRS Service Centre. Ejecutada la función de scheduling, el anchor GSN asigna a la transacción un identificador lógico que seguidamente individualizará sintéticamente todos los parámetros característicos de la transacción. 

La ejecución del paso 4 consiste en el envío, por parte del anchor GSN, de una Split PTM Data Transfer Request a cada uno de los nodos GSN indicados en la lista producida en el paso 2. Las Split PTM Data Transfer Requests presentan, además de los parámetros de una PTM Data Transfer Request normal, también el identificador del anchor GSN y el identificador de transacción asignado por el anchor GSN en el paso 3. Los nodos GSN que reciben dicha petición del anchor GSN, tras haber originado la lista de las celdas en las que tiene que ser transmitido el mensaje y tras haber enviado el algoritmo de scheduling, responden al anchor GSN comunicando el éxito de la petición y, al mismo tiempo, memorizan los parámetros característicos de la transacción (el identificador de transacción asignado por el anchor GSN, la dirección de red anchor GSN, la dirección del service requester, la lista de celdas en la que va a transmitirse el mensaje, una copia del mensaje entero a transmitir).

Si el anchor GSN recibe de todos los nodos GSN contactados confirmaciones satisfactorias desde el punto de vista de los parámetros de QOS ofrecidos, se memoriza el conjunto de los parámetros que caracterizan la transacción y se envía al service requester la PTM Data Transfer Confirm que le avisa de la aceptación de su solicitud. Sin embargo, si algún GSN responde negativamente a la petición avanzada por el anchor GSN, éste ejecuta una PTM Kill Request anulando la transacción por medio de los GSN que la han aceptado; a continuación, el anchor GSN responde negativamente al service requester.
 
 

Flusso
Signal flow associated with a DATA TRANSFER operation 

Flusso
Signal flow associated with a SPLIT PTM DATA TRANSFER REQUEST"

 
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GPRS protocolo 
El protocolo GPRS es un protocolo de nivel tres, transparente para todas las entidades de red comprendidas entre el terminal móvil MT y el nodo GSN al que el móvil está, lógicamente, conectado; las entidades entre las que se establece una conexión a este nivel están , de hecho, localizadas en el terminal móvil MT y en el nodo GSN. Este protocolo soporta tanto el intercambio de informaciones de control como de paquetes PDP-PDU (Packet Data Protocol - Protocol Data Unit) entre el móvil y el nodo al que éste está conectado (los PDP-PDU son, de hecho, encapsulados en las tramas GPRS).

El formato de una trama GPRS prevé los siguientes campos:

  • identificador del protocolo GPRS 
  • identificador del protocolo de los PDU (identificador de PDP
  • mensaje GPRS 
El identificador del protocolo GPRS es una información numérica cuyo objetivo es el de distinguir los burst que contienen paquetes GPRS, de los burst que contienen informaciones GSM.

El identificador del protocolo de los PDU encapsulados en las tramas GPRS es necesario para direccionar éstos, en cuanto son desencapsulados, hacia el correcto SAP (Service Access Point"); también esta información es de tipo numérico. Se tendrá, por tanto, un valor que define los paquetes X25, uno que define los paquetes IP (Internet Protocol), uno que define los paquetes CLNP (Connectionless Network Protocol) y así sucesivamente. Además, dicha información permite la interpretación del GPRS contenido en la trama GPRS; de hecho, como ya se anticipaba, las tramas GPRS son utilizadas tanto para el transporte de mensaje de control como para el transporte de paquetes de datos, por lo tanto, se hace necesario el uso de un indicador que permita distinguir a cuál de las dos categorías posibles pertenece el mensaje GPRS. Los mensajes GPRS de control son definidos por un valor preestablecido del identificador de PDP

Algunos de los posibles mensajes de control se enumeran a continuación: 

  • petición de log-on (LOG-ON REQUEST) 
  • respuesta a una petición de log-on (LOG-ON RESPONSE) 
  • activación del modo de transmisión cifrado (SET GPRS CIPHERING MODE) 
  • petición de actualización de las informaciones de routing (ROUTING UPDATE REQUEST) 
  • respuesta a una petición de actualización de las informaciones de routing (ROUTING UPDATE RESPONSE) 
  • petición de actualización del indicador de routing area (GPRS RA UPDATE REQUEST) 
  • respuesta a una petición de actualización del indicador de routing area (GPRS RA UPDATE RESPONSE) 
El nodo GSN, antes de encaminar en la backbone network los PDU de nivel tres desencapsulador de las tramas GPRS recibidos a través del interfaz Gb, los encapsula (como SDU - Service Data Unit) en PDU del protocolo de red utilizado en la backbone network para el transporte de paquetes del usuario. 

Obviamente, realiza la operación inversa para los paquetes dirigidos al usuario móvil. 

Architettura
Arquitectura del protocolo para la transferencia de información entre terminal móvil TE y el nodo GSN

 
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GPRS - Calidad de servicio
Cuando se habla de calidad de servicio, QOS, sólo se hace referencia a un conjunto de parámetros prestacionales que pueden ser observados directamente y medidos desde el punto de acceso al servicio utilizado por el usuario. Los criterios que se usan para valorar la calidad de una prestación de servicio son principalmente: 
  • velocidad 
  • cuidado 
  • fiabilidad 
La velocidad con que es servida una petición de servicio puede ser valorado en términos de bit rate con que las informaciones son transportadas o bien en términos de intervalo de tiempo para terminar la petición de servicio. 
El cuidado se refiere, sin embargo, al grado de corrección con el que se atiende una petición de servicio. 
La fiabilidad del servicio sintetiza la disponibilidad del servicio sin tener en cuanta la velocidad ni el cuidado con los que se atienden las peticiones de servicio. 

En relación a cada uno de estos tres criterios de valoración es posible distinguir diferentes clases de servicio:

  • servicios de altas prestaciones (en relación al criterio de valoración utilizado) en los que la variación del parámetro prestacional medido es irrelevante (guaranteed service) 
  • servicios caracterizados por buenas prestaciones (en relación al criterio de valoración utilizado) y por un valor preciso de la variación del parámetro prestacional (predictive service) 
  • servicios caracterizados por discretas prestaciones (en relación al criterio de valoración utilizado) y por un valor no precisado de la variación del parámetro prestacional (best effort service) 
Los parámetros significativos de la valoración prestacional, en términos de velocidad, son los siguientes: 
  • velocidad neta del flujo binario (throughput) 
  • tiempo de transferencia de las informaciones 
La caracterización del throughput en un canal puede hacerse en base al ritmo binario medio y al ritmo binario más alto ofrecido a todos los usuarios que acceden a él. El tiempo necesario para la transferencia de las informaciones del usuario es la suma del tiempo necesario para acceder al canal radio, del tiempo necesario para la propagación en el canal radio (irrelevante) y del tiempo necesario para la transferencia a través de la red. Los parámetros característicos en la valoración prestacional en términos de cuidado son los siguientes:
  • probabilidad de pérdida de un paquete 
  • probabilidad de recepción de paquetes equivocados 
  • probabilidad de duplicación de un paquete 
  • probabilidad de secuencia equivocada en la recepción de los paquetes 
Los parámetros característicos en la valoración prestacional en términos de fiabilidad son los siguientes:
  • probabilidad de fallo en la negociación de la QOS entre el usuario y la red 
  • probabilidad de que la QOS establecida en fase de negociación no sea garantizada durante la terminación de la petición de servicio. 
  • disponibilidad del servicio 
  • tiempo medio entre dos back out sucesivos del servicio 
  • duración media de un back out del servicio 
Por lo que respecta a los servicios orientados a la conexión de parámetros prestaciones son constituidos por el tiempo medio necesario para establecer una conexión y por el tiempo medio necesario para la finalización de la misma. 
 
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Uso simultáneo de los servicios GSM y GPRS
La introducción de un servicio de datos por conmutación de paquetes, como es el GPRS, no asegura a los usuarios GSM la posibilidad de disfrutar contemporáneamente de servicios por conmutación de circuito (voz, datos). Naturalmente el uso contemporáneo de dos servicios puede llevar a una degradación de las prestaciones, en términos de throughput, de la llamada GPRS. Con este propósito se definen tres clases de servicio: 
  • Clase A: las estaciones móviles de este tipo permiten al usuario utilizar tanto una conexión por conmutación de circuito como una por conmutación de paquetes con el máximo throughput posible. 
  • Clase B: las estaciones móviles de este tipo permiten un uso simultáneo de los servicios por conmutación de circuito y por conmutación de paquetes, con perjuicio de las prestaciones del servicio por conmutación de paquetes. 
  • Clase C: las estaciones móviles de este tipo no permiten el uso simultáneo de los servicios, por tanto, el usuario que está disfrutando de un servicio no puede utilizar también otro. 
En la tabla siguiente se indica lo que ocurre en la estación móvil cuando ésta recibe una llamada GPRS, mientras está ocupada con una llamada por conmutación de circuito en relación a la clase de servicio de la MS 
 
CLASE A
CLASE B
CLASE C
PTP-CONS
aceptada
aceptada con perjuicio
rechazada
PTP-CLNS
aceptada
aceptada con perjuicio
rechazada
PTM
aceptada
aceptada con perjuicio
rechazada
 
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