General Packet Radio Service

General Packet Radio Service (GPRS) (engl. „Allgemeiner paketorientierter Funkdienst“) ist ein paketorientierter Übertragungsdienst, der im Bereich des Mobilfunks eingesetzt wird.

Inhaltsverzeichnis

1 Definition
2 Die Datenübertragung
- 2.1 Kanalbündelung
- 2.2 GPRS Kodierungsschemata
3 Anwendung von GPRS
4 Netzarchitektur von GPRS
5 Siehe auch
6 Literatur
7 Weblinks

Definition

Die Datenübertragung

Wenn GPRS aktiviert ist, besteht nur virtuell eine dauerhafte Verbindung zur Gegenstelle (sog. Always-on-Betrieb). Erst wenn wirklich Daten übertragen werden sollen, werden auch Daten gesendet, der Funkraum zu diesem Zeitpunkt benutzt. Deshalb braucht kein Funkkanal dauerhaft (wie bei HSCSD) für einen Benutzer reserviert zu werden. GPRS-Abrechnungen sind deshalb hauptsächlich von den übertragenen Datenmengen abhängig, und nicht von der Verbindungsdauer.

Im Gegensatz zum leitungsvermittelten (circuit switched) Datendienst HSCSD ist GPRS paketorientiert. Das heißt, die Daten werden beim Sender in einzelne Pakete umgewandelt, als solche übertragen und beim Empfänger wieder zusammengesetzt.

Kanalbündelung

Die GPRS-Technik ermöglicht bei der Bündelung aller acht GSM-Zeitschlitze eines Kanals theoretisch eine Datenübertragungsrate von 171,2 kbit/s. Im praktischen Betrieb ist die Anzahl der parallel nutzbaren Zeitschlitze jedoch durch die Fähigkeit der Mobilstation (multislot capability) und der Netze begrenzt. Am Markt befinden sich (Stand 2004) Geräte mit maximal vier Zeitschlitzen im Downlink und maximal zwei Zeitschlitzen im Uplink (jedoch nicht gleichzeitig). Die damit erreichbare Datenübertragungsrate beträgt – abhängig vom verwendeten Coding Scheme (hängt ab vom Signal und Rauschverhältnis) und der von der Netzauslastung abhängigen Anzahl der zugeteilten Zeitschlitze (Timeslots) – bis zu 55,6 kbit/s.

GPRS Kodierungsschemata

Kodierungsschemata	Datenübertragungsrate (kbit/s) pro Zeitschlitz
CS-1	8,0
CS-2	12,0
CS-3	14,4
CS-4	20,0

Anwendung von GPRS

GPRS-Steckkarte für Notebooks

Die meisten neuen Mobiltelefone unterstützen GPRS zum Beispiel als Datenübertragungsdienst für die Betrachtung von WAP-Seiten. Der Multimedia Messaging Service (MMS) basiert ebenfalls auf GPRS. Oft kann auch ein Computer oder Handheld mit dem GPRS-fähigen Mobiltelefon verbunden werden, um diesen Geräten einen vollwertigen, wenn auch schmalbandigen Internetzugang zu gewähren. Das Mobiltelefon fungiert dann als Modem. Bekannt sind auch Steckkarten für Notebooks, welche kleine GPRS-Modems sind und eine ähnliche Aufgabe haben. Besonders geeignet ist GPRS auch für Fernwirkaufgaben. In der Regel wird eine geringe Bandbreite benötigt. Die Übertragungsgeschwindigkeit spielt eine untergeordnete Rolle. Größte Vorteile von GPRS im Bereich Fernwirken ist die Netzabdeckung und Verfügbarkeit von GSM, sowie die geringeren Investitionen im Vergleich zu anderen Übertragungstechniken. Ein weiterer Anwendungsfall ist die Ortung von Fahrzeugen und Objekten, bei der GPRS zur Übertragung von Positions- und Telemetriedaten benutzt wird. Weiterhin wird das GPRS-Datennetz für den Mobilfunkdienst Push-to-talk genutzt.

Netzarchitektur von GPRS

Einbindung des GPRS (SGSN, GGSN, MMSC) in das GSM-Mobilfunknetz

Der paketvermittelnde Dienst GPRS baut auf dem GSM-Mobilfunknetz auf. GPRS benötigt aber zusätzliche Netzelemente, den SGSN und den GGSN.

Schnittstellen der GSN (Gateway Support Node)

Die GSM Richtlinien wie auch WPP3G (der GSM Nachfolger für UMTS) definieren genormte Schnittstellen zwischen den verschiedenen Netzelementen. Die folgende Liste führt die gebräuchlichsten Schnittstellen (signalisierung) und Verbindungen (Signalisierung und Nutzdaten) Die weitgehend englischen Begriffen sind den "GSM Recommendations", dem Regelwerk entnommen. Eine Übersetzung ist nicht immer sinnstiftend.

Ga: Schnittstelle der SGSN und GGSN zur "Charging Control Function" also der Gebührenerfassung
Gd: Schnittstelle der SGSN zum SMS-SC (SMS Service Center), wird noch selten genutzt
Ge: Schnittstelle der SGSN zu CAMEL (intelligente Netzfunktionen)
Gi: Verbindung der GGSN zu den ISP (Internet Service Provider) und zu Firmennetzen (Corporate Network) aber auch zu Anwendungsservern wie MMS-C (Multimedia Messaging Center), WAP-GW (Wireless Application Gateway).
Gb: Verbindung der SGSN zur BSC, Frame Relay oder IP für Nutzdaten und Signalisierung
Gn: Verbindung zwischen SGSN und GGSN, meist ATM oder IP, auch für Nutzdaten und Signalisierung
Gp: Verbindung der SGSN zu GGSN anderer Netze (etwa für internationales Roaming)
Gr: Verbindung der SGSN zum HLR (hier liegen die Teilnehmerdaten und QoS Profile)
Gs: Schnittstelle der SGSN zur MSC, wird für kombinierte Netzanmeldungen in den GPRS Netzmodi 1 und 3 benötigt
Gx und Gy: Schnittstellen der GGSN zur "Charging Control Function" also der Gebührenerfassung, diese beiden Schnittstellen sind eher für intelligente Dienste (unterschiedliche Gebühr je nach Anwendung) gedacht, während die SGSN meist nur nach Übertragungsvolumen abrechnet.
Iu(PS): Verbindung der SGSN zur RNC, ATM oder IP für Nutzdaten und Signalisierung

LIC: Legal Intercept Center (vorgeschrieben um Verbrechensverfolgung zu ermöglichen)

SGSN (Serving GPRS Support Node)

Die BSC koppeln die GPRS-Paketdaten aus und leiten diese über Frame-Relay- oder IP- Verbindungen an den zuständigen SGSN weiter. Jeder SGSN verwaltet den GPRS-Datenverkehr für eine größere Anzahl von BSCen. Sofern die Gb Schnittstelle über IP statt Frame Relay geleitet wird kann eine BSC mit einer Gruppe von SGSN kommunizieren. Man spricht dann von "SGSN in Pool" oder "Gb flex". Damit wird das Netz ausfallsicherer und die Last kann besser zwischen den SGSN verteilt werden.

Ein SGSN hat für GPRS-Datenkommunikation eine ähnliche Funktion wie ein MSC für Sprachkommunikation. Der SGSN organisiert das Einbuchen von Teilnehmern für GPRS-Dienste, organisiert den Wechsel von Funkzellen und SGSN-Bereichen (GPRS-Routing Area Update bzw. GPRS-Cell Reselection) und organisiert das Routing von GPRS-Daten. Ein SGSN nutzt hierfür folgende Schnittstellen:

Frame-Relay- oder IP Schnittstellen zu den BSC
SS7-Strecken zum eigenen Signalisierungsnetz, um z. B. mit Hilfe der HLR Teilnehmer-Daten und -Standorte zu verwalten und Service-Knoten des GSM-Netzes ansprechen zu können.
IP-Strecken zu weiteren GPRS-Netzelementen, wie z. B. dem GGSN um Daten mit dem Internet, Firmennetzen, WAP-Servern usw. austauschen zu können.
IP-Strecken zu den GGSNs ausländischer Netze, um Teilnehmern aus fremden Netzen, die sich im eigenen Netz befinden (Roaming) den Zugriff auf GPRS-Dienste ihres Heimatnetzes zu ermöglichen.

GGSN (Gateway GPRS Support Node)

Die GGSN (Gateway GPRS Support Node) stellen die GPRS-Datenverbindungen zu netzinternen Diensteplattformen oder zu Datennetzen her. Ein GGSN hat folgende Schnittstellen, welche alle auf IP basieren:

Schnittstellen zu den SGSN des eigenen Netzes.
Schnittstellen zu den SGSNs ausländischer GPRS-Netze, um den eigenen Teilnehmern die Nutzung der GPRS-Dienste vom Ausland aus zu ermöglichen.
Schnittstellen zu Online-Abrechnungssystemen (Traffic Analyser, Charging Gateway), um GPRS-Benutzung mengenmäßig oder auch Ziel-spezifisch abrechnen zu können.
Schnittstellen zu GPRS-Diensteplattformen (z. B. WAP-Server, MMSC)
Schnittstellen zu Datennetzen (Internet, Firmennetze)

Der Zugang zum GPRS-Netz erfolgt über einen Zugangspunkt, der APN (Access Point Name) genannt wird. Die Zuordnung von APN zu einem Teilnehmer erfolgt über die Teilnehmerdaten, die im HLR gespeichert werden. Ein Teilnehmer kann dabei mehrere APN nutzen.