GPRS

L’objectif de GPRS est de relier le monde GSM au monde internet pour se doter de services en situation de mobilité s’apparentant à ce qui existe dans le monde fixe. On rêve d’associer mobilité, localisation et services mais encore faut il s’affranchir des contraintes du système GSM pour assouplir et adapter le réseau radiomobile.

GPRS (General Packet Radio Services), est une technologie orientée paquets destinée à fonctionner sur des réseaux GSM fonctionnant eux en commutation de circuits. La technologie GPRS est destinée à remplacer les technologies CSD (Circuit Switched Data) et SMS (Short Message Service)  utilisées pour le transport des données sur les réseaux GSM.

Le remplacement de CSD et de SMS est nécessaire afin d’obtenir des débits de transfert de données plus importants sur les périphériques mobiles, ainsi que pour fournir une tarification plus juste pour de tels services.

En effet, la commutation de circuit nécessite l’établissement d’une communication au sein de la cellule GSM monopolisant ainsi un canal de données que ne peut donc plus utiliser un autre utilisateur. Or, lorsque l’on sait que la consultation d’informations sur un service réseau comme Internet est constituée à 70-80% de temps morts durant lesquels aucune information n’est échangée entre le serveur et le client quel qu’en soit le sens, on se rend compte que cette monopolisation d’un canal de communication est inadapté. Par ailleurs, cette monopolisation, compréhensible en mode vocal, se paye en terme de coût de communication. En fait on paye la monopolisation du canal de communication, donc on paye pour attendre !

GPRS propose une commutation de paquets, permettant de ne pas mobiliser de canal de communication, et donc autorisant une tarification plus souple, à l’usage. Outre cet avantage non négligeable, GPRS permet d’atteindre des débits de 171,2 kbits/s ou de 126,4 kbits/s en ce qui concerne l’infrastructure du réseau, ce qui correspond environ à 160 kbits/s ou 115 kbits/s pour l’utilisateur final.

GPRS permet également un accès quasi immédiat à Internet, sans numérotation, le périphériques étant en fait toujours connecté au réseau de l’opérateur, lui même interconnecté à Internet. Ceci favorisera l’émergence de nouveaux services, notamment de technologie d’informations en mode « push ». Aujourd’hui seul SMS offre cette immédiateté, puisque CSD nécessite une connexion établie par l’utilisateur du périphérique, interdisant ainsi toute information de type « push ».

         1. Architecture de la technologie GPRS

• Principales caractéristiques

La norme GPRS (General Packet Radio Service) spécifie un nouveau service support de transmission de données (bearer) en mode paquets sur la technologie GSM notamment. GPRS permet de transporter des données utilisateur et des données de signalisation en optimisant l’utilisation des ressources du sous système radio et du sous système réseau fixe.
Les premières applications fonctionnant sur GPRS étaient majoritairement des applications TCP/IP en mode point à point comme l’accès au Web, l’échange d’emails, l’accès à des intranets, etc. en résumé la phase 1 supportera :

Les services réseaux TCP/IP et X25
· Les identités GPRS
· La sécurité GPRS, utilisant un nouvel algorithme de d’encryptage
spécialement conçu pour GPRS.
· Le support de SMS sur GPRS.
· Le support nécessaire pour la facturation au paquet.

Des applications en mode points à multipoint étaient supportées dans la phase 2 de GPRS, comme des applications de diffusion d’informations (trafic routier, informations pratiques, gestion de flotte de mobiles, etc.) et des applications de téléconférence. Pour finir GPRS permettra de transmettre des messages courts SMS à travers les canaux radio GPRS.

GPRS est particulièrement adapté à la transmission de données intermittentes, en rafales ou à la transmission d’un flux continu de données (transfert de fichier). Différents profils de qualité de service peuvent être définis par type d’utilisation et être associés par exemple à une offre de service « Best effort », « Normal », ou « Premium ».

La facturation peut ainsi tenir compte de la quantité de données transmises, en complément des paramètres de facturation utilisés en mode circuit (temps de connexion, temps d’utilisation des ressources radio, etc.).

Les débits théoriques sont compris entre 9,6 kbits/s et 170 kbits/s environ, selon le type de codage de canal (CS1, CS2, CS3, CS4) et le nombre de timeslots (1 à 8 utilisés°.

• Classes de mobiles GPRS

Trois classes de mobiles sont définies :

.mobile de classe A : il peut être déclaré sur GPRS (GPRS Attach) et GSM (IMSI Attach). Il peut être en communication simultanément sur le service GPRS et sur d’autres services GSM en mode circuit.
· mobile de classe B : il peut être déclaré sur GPRS et GSM, et écouté simultanément les deux signalisations. Des communications en mode circuit GSM et en mode paquet GPRS ne peuvent avoir lieu simultanément
· mobile de classe C il peut être activé soit sur le réseau GPRS, soit sur le réseau
GSM et il ne peut écouter les deux signalisations simultanément

• Architecture Logique

Dans un réseau cellulaire à commutation de paquets, le téléphone mobile partage les canaux dédiés aux paquets de l’interface radio avec les autres mobiles de la cellule. Plutôt que de réserver un timeslot spécifique pour la durée totale de la session, le mobile GPRS utilise un ou plusieurs canaux orientés paquets pour transmettre ou recevoir les flux de données. Une fois
que le mobile n’a plus besoin de la bande passante, il libère le canal, rendant celui-ci disponible pour d’autres utilisateurs. Ainsi un téléphone mobile en mode GPRS est capable d’utiliser, s’ils sont disponibles, les huit timeslots d’une fréquence porteuse assurant ainsi un débit de 115,2 kbits/s (8 x 14,4 kbits/s), la ou le mode Data de GSM (CSD) n’est capable d’allouer que 14,4 kbits/s .

Un réseau GPRS est constitué de différents noeuds tels que des téléphones mobiles, une station de base (BSS : Base Station System), de noeud SGSN (Serving GPRS Service Node), et de passerelles GGSN (Gateway GPRS Service Node). La figure 2 présente l’architecture de ces noeuds.

Quand un mobile active une session orientée paquets IP, la station de base (BSS) notifie son noeud SGSN. Le noeud SGSN active une session, créé un contexte PDP (Packet Data Protocol) avec le noeud GGSN. Si cela est nécessaire, le noeud GGSN assigne une IP dynamique au contexte créé pour le mobile. Lorsque le GGSN rend compte du succès de la création du contexte, un tunnel IP est créé, utilisant le protocole GTP (GPRS tunneling Protocol), entre le noeud SGSN et le noeud GGSN. A ce moment un identifiant appelé TID (Tunnel ID) est attaché aux contextes du mobile à la fois sur le noeud SGSN et sur le nœud GGSN.

Les interfaces réseaux internes suivantes ont été définies :
· Gn : Réseau backbone GSN (GPRS Service Node).
· Gb : Interface entre BSS (Base Station System) et SGSN (Serving GPRS
Service Node).
· Gr : Interface entre SGSN et HLR.
· Gp : Interface entre PLMN et PLMN.
· Gs : Interface entre SGSN et MSC.
· Gi : Point de référence entre le réseau GPRS et un réseau externe (Internet
par exemple).

L’introduction du GPRS dans un réseau GSM à commutation de circuit nécessite une mise à jour logicielle des équipements BSS et la mise en place de nouveaux noeuds de service SGSN (Serving GPRS Support Nodes) et GGSN (Gateway GPRS Support Nodes) au sein de l’infrastructure des opérateurs de téléphonie mobile.

Ces nouveaux équipements intègrent des fonctions de routeur IP et constituent un réseau dorsal de type réseau IP privé. Ce réseau dorsal en IP peut être déployé de manière indépendante du réseau fixe NSS constitué par les commutateurs MSC existants.

La gestion des abonnés GPRS pourra utiliser les HLR GSM existants. Les HLR sont visibles de tous les SGSN du réseau GPRS.

Le « NSS GPRS » (ou « GSS ») ainsi constitué offre une interconnexion vers les réseaux fixes à commutation de paquets (IP ou X.25), via des passerelles GGSN. Ainsi l’ouverture à un nouveau protocole réseau pourra se faire simplement en implémentant cette nouvelle couche réseau au niveau de la passerelle GGSN.

• Accès Au Service GPRS

Pour accéder au service GPRS, un terminal mobile doit tout d’abord s’attacher au réseau par une procédure appelée « GPRS Attach ». Cette procédure établit un lien logique entre le terminal mobile et le noeud de service SGSN. Le mobile a alors accès au service SMS via GPRS, au service de paging via SGSN pour un appel entrant et au service de notification de données à recevoir. La procédure inverse est la procédure « GPRS Detach ».

Pour ensuite envoyer et recevoir des données, le mobile doit activer le contexte PDP (Packet Data Network) qu’il veut utiliser : c’est la procédure « PDP Context Activation ».

Un contexte PDP est un ensemble d’informations qui caractérise un service de transmission de base. Il regroupe des paramètres qui permettent à un abonné de communiquer avec une adresse PDP définie, selon un protocole spécifique (IP ou X.25), suivant un profil de Qualité de service déterminé (débit, délai, priorité…).

La procédure « PDP Context Activation », déclenchée à l’initiative de l’abonné mobile, permet au terminal d’être connu de la passerelle GGSN qui réalise l’interconnexion avec le réseau PDP externe demandé par l’abonné GPRS. La transmission de données entre le réseau GPRS et le réseau PDP externe peut alors débuter. La procédure inverse de « PDP Context Activation » est la procédure « PDP Context Deactivation ».

Lorsque le GGSN reçoit des données en provenance du réseau PDP externe à destination du mobile, le GGSN peut demander au mobile d’exécuter une demande d’activation de contexte PDP. Cette procédure est optionnelle et doit être associée à un contexte PDP complètement défini (adresse PDP allouée de manière statique) lors de l’abonnement de l’utilisateur au service GPRS.

          2.La commutation de paquets

La technologie de transport des données utilisée par GPRS s’appelle la commutation de paquets. Bien connue sur les réseaux informatiques, cette technique est en revanche nouvelle pour les réseaux sans fil. Par ailleurs, l’emploi d’une technique similaire sur les réseaux sans fil et sur les réseaux informatiques comme Internet, facilite l’échange entre ces deux mondes.

Cela signifie donc que côté infrastructure, le déploiement de GPRS ne nécessite que la mise en place de nouvelles couches logicielles pour gérer ce nouveau mode, ainsi que le déploiement de nouvelles cellules afin de densifier le réseau, condition incontournable si l’on souhaite augmenter le débit des transferts de données.

Le principal avantage de la commutation de paquets réside dans le fait que les ressources radio ne sont utilisées que lorsque les utilisateurs émettent ou reçoivent des données. Dans lréseau GSM, CSD (Circuit Switched Data), un canal de données est dédié à l’utilisateur, qu’il émette ou reçoive des données ou non. Dans ce cas le canal est inaccessible aux autres utilisateurs du réseau. Dans le cas de GPRS, le canal de données est partagé entre les utilisateurs au rythme des émissions / réceptions de données de chacun. Cette technologie permet d’une part d’optimiser l’utilisation des ressources radio, et d’autre part d’envisager d’autres modes de facturation de l’usager.

Ce mode de fonctionnement va en outre permettre d’utiliser la quasi totalité des services TCP/IP, comme FTP, HTTP, SMTP, POP3, Telnet, etc. sur des périphériques portables, et ce sans avoir à réécrire un grand nombre de programmes informatiques.

Parce qu’il utilise les mêmes technologies et les mêmes protocoles, un réseau GPRS peut être vu comme un sous réseau du réseau Internet, et tous les périphériques mobiles comme autant de « hosts » mobiles. Ce qui veut par la même dire que chaque terminal mobile pourrait avoir as propre adresse IP et agir comme un véritable serveur Internet puisque par le biais de GPRS celui-ci serait toujours connecté. On pourrait pourquoi pas même envisagé d’embarqué un mini serveur HTTP dans les périphériques mobiles, et fournir ainsi une page personnelle, et/ou un mini site Web depuis son téléphone portable, en un mot la version moderne de la carte de visite !

Il est intéressant de noter que GPRS n’est pas déployer que sur des réseaux GSM, il est également déployé sur des réseaux de technologie IS136, populaires en Amérique du nord et en Amérique du Sud. Ceci constituait le premier pas vers une unification mondiale des technologies de réseaux radio, qui doit connaître son point culminant avec les réseaux de troisième génération, et notamment UMTS.

                3.Les limitations de GPRS

Les ressources radio sont clairement limitées. Même en déployant de nouvelles cellules, celleci resteront une ressource rare. De plus, dans un premier temps, les périphériques  se voient attribués que deux ou trois time slots, ce qui correspond à des débits maximum situés entre 28,8 et 43,2 kbits/s.

Le débit théorique de 172,2 kbits/s annoncé correspond à un utilisateur utilisant simultanément les huit time slots disponibles, et ce sans aucun mécanisme de correction d’erreur. Autant dire que ce débit reste purement théorique, et qu’il n’est jamais atteint, si ce n’est lors de présentation à sensation sur des stands de grands salons internationaux. En conclusion, l’utilisation réelle de hauts débits en utilisation mobile ne sera pas réelle tant que les réseaux n’auront pas évolués vers les technologies Edge, ou UMTS. Au mieux GPRS apporte un confort accru pour l’exploitation de certains services WAP, et permet de familiariser l’utilisateur à l’utilisation de service WAP, en attendant la troisième génération qui ne devrait pas manquer d’apporter avec elle une évolution des techniques et des protocoles WAP.