10.
GSM hálózat
A rendszer alapjait a 2. fejezetben tárgyaltuk. A GSM rendszer teljesen új alapokon, a korábbi rádiotelefon rendszerektől függetlenül, eleve digitális rendszernek lett tervezve. Nem kellett alkalmazkodni semmilyen korábbi szabványhoz, vagy berendezéshez. A GSM rendszerben a korábbi tisztán frekvenciamultiplex eljárásokat felváltotta egy frekvencia és időmultiplex eljárásokat együttesen használó megoldás. Az előny döntően az, hogy az időmultiplex rendszerben tisztán szoftver úton szabályozható az egy felhasználónak juttatott adatátviteli csatorna teljesítménye. A GSM néhány más vonatkozásbanis eltér az eddig tárgyalt rendszerektől, ahol feltételeztük, hogy egyetlen adatátviteli csatorna áll rendelkezésre. A rendszer egy időben több csatornát használ, és a vezérlésre is külön csatornát alkalmaz. 10.1.
GSM rendszertechnikája
10.1. ábra.
GSM csatornakiosztása
A rendelkezésre álló sávban a frekvenciamultiplex rendszer GSM cellánként legfeljebb 200 duplex csatornát hozhat létre. Egy csatorna 200 kHz széles. A 200 kHz sávszélességű csatornát időmultiplex módon bontjuk további csatornákra. Egy csatorna 8 egyidejű összeköttetést támogat, ami időmultiplex módon hozunk létre. Az egyes időrésekből multikeret építhető fel. A keretekből egy komplex, hierarchikus keretstruktúrát lehet létrehozni. A „multikeret” 32500 bit hosszú, és 120 msec alatt kerül továbbításra. A multikereten belül 8 időrés ismétlődik, kiegészítve a kerethierarchiához tartozó információkkal. A csatorna elméleti kapacitása 270883 bit/sec. Adatátvitelre 2x 124 csatornát (mobil-torony, torony-mobil) használhatunk cellánként. Elvileg így 992 egyidejű összeköttetés hozható létre. Gyakorlatban az interferenciák miatt cca. az elméleti érték felét lehet elérni. 205 Pandur Béla : Számítógép hálózatok
10.2 ábra. Multikeret felépítése Minden adatkeret 3 db 0-val kezdődik. Ezt követi 57 bit információ. A 61. és 88. bit a hang/adat állapotot jelöli. Érdekesség, hogy a szinkron (26 bit) nem a keret elején, hanem a közepén helyezkedik el. A szinkron sorozatot és a hang/adat jelzőt további 57 bit adat, és 3 db nulla követi. A keretet 30 msec (8,25 bitnyi) biztonsági időrés követi. Egy adatkeret 547 msec hosszú. A multikeret 26 alapkeretnyi időt foglal el. A 13. keret helyén vezérlőinformációkat továbbítunk. A 26. hely későbbi fejlesztésre van fenntartva. A rendszer használ egy 51 időrésből álló keretet is, mely további vezérlőcsatornákat tartalmaz. A vezérlőcsatornák: Közérdekű vezérlőcsatorna (állapotinformáció, cellahatár átlépés jelzése) Megkülönböztetett vezérlőcsatorna (hívás felépítés, helymeghatározás) Közös vezérlőcsatorna, amely további 3 logikai csatornából áll - felhívó csatorna (beérkező hívások jelzése) - véletlen hozzáférésű csatorna (itt lehet igényt bejelenteni a megkülönböztetett vezérlőcsatornákra) ALOHA jelleggel működik. - hozzáférés engedélyező csatorna. 10.2.
Adatátvitel GPRS hálózaton (General Pocket Radio System)
A GSM rendszeren alapvetően csomagkapcsolt rendszer. Az alapkeretbe 2*57 bit információt heslyezhetünk el. Attól függően, hogy hány időszeletet adunk egy összeköttetésnek az elérhető adatátviteli sebesség széles határok között változhat. Az elméletileg elérhető maximum 171,2 kbit/sec. A forgalomban lévő készülékek nem 206 Pandur Béla : Számítógép hálózatok
mindegyike alkalmas tetszőleges időszelet kombinációk kezelésére. Attól függően, hogy az adatátvitelre használt időszeleteket hogyan használjuk, továbbá a beszédcsatornákkal való kombinációk szerint a mobil telefonok és a GSM modemek osztályokba vannak sorolva (GPRS Multislot Class). A készülékek a fel és letöltési irányokat függetlenül kezelik. A fel és letöltés egyidőben történhet. A „Multislot Class” kombinációi: Multislot Class
Vételi időszeletek száma.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 2 3 2 3 3 4 3 4 4 4
Feltöltési időszeletek száma 1 1 2 1 2 2 3 1 2 2 3 4
Egyidejű aktív időszeletek száma 2 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 5
10.3 Ábra Multislot osztályok A gyakorlatban elérhető sebességek: feltöltés: 14 kbit/sec (adás) letöltés: 9,6 – 64 kbit/sec (vétel). A készülékek az egyidejüleg használható funkciók szerint A,B,C osztrályba vannak sorolva. „A” osztály A készüléken a GSM és GPRS funkciók egyidejüleg használhatók „B” osztály A GPRS forgalom ideje alatt hanghívás fogadása lehetséges. A berendezés által kezdeményezett hanghívás estén az SMS és GPRS forgalom automatikusan felfüggesztésre kerül „C” osztály A GSM és a GPRS forgalom nem lehet egyidejű. Az átkapcsolás kézzel történik.
207 Pandur Béla : Számítógép hálózatok
10.3.
A GPRS kapcsolatok rendszertechnikai felépítése
A GPRS rendszerben a szolgáltatók sokféle kapcsolódási lehetőséget kínálnak. A legegyszerűbb esetben a mobil eszköz a nyilvános INTERNET-hez csatlakozhat. A szolgáltatást az „Access Point Name” megadásával lehet elérni. (pl.: INTERNET). A szolgáltató központjában lévő GGSN-ben (Gateway Gprs Support Node) vannak kialakítva a külső adathálózatok csatlakozásai. Ezen csatlakozások egyike lehet az „INTERNET”. A külső adathálózat lehet más típusú, nem IP alapú hálózat is (Pl.:X.25). Lehetőség van a vállati rendszerek távoli elérésére, és a mobil készülékek egymás közötti kommunikációjára is. 10.3.1. INTERNET elérés A mobil készülék a GPRS hálózaton kersztül csatlakozik a szolgáltató központjához. A jogosultságot SIM kártyához lehet rendelni. A felhasználó IP címe általában dinamikus cím, csak a kapcsolat idejére állandó. A technológiai fejlődés eredményeként ma már csak akkor használatos az INTERNET GPRS elérése, ha más, nagyobb adatátviteli sebességet biztosító technológia az adott szolgáltatatási területen nem érhető el.
10.3.2. LAN elérés GPRS interneten keresztül A privát (vállalati) hálózat elérését a szolgáltatók „üzleti adathálózat” néven értékesítik. A GPRS eszköz a szolgáltató egy dedikált APN-jéhez csatlakozik. A szolgáltató és az ügyfél hálózata között bérelt vonalas vagy titkosított internet kapcsolatot hoznak létre. A mobil eszköz IP címkiosztása lehet: statikus, SIM kártyához rendelt kvázi-statikus dinamikus A statikus címkiosztást a szolgáltatók nem preferálják, mert sok feladatot ró a szolgáltató üzemeltetési részlegeire. A kvázi-statikus címkiosztásnál a felhasználó azonosító – IP cím van összerendelve. Dinamikus címkiosztásnál a felhasználó-azonosítóhoz egy , a felhasználó által meghatározott tartományból adunk IP címeket. A tartománynak olyannak kell lenni, hogy a címeket megrendelő hálózata be tudja fogadni. Célszerű a megrendelő hálózatának egy szabad címtartományát felhasználni erre a célra.
208 Pandur Béla : Számítógép hálózatok
A szolgáltató és a megrendelő számára is általában az az előnyös, ha a kiosztható IP tartományt a szolgáltatónál lévő APN definiálja, de a pillanatnyi userID-IP összerendeléseket autentikációs szerver végzi. Az autentikációt végző RADIUS (Remote Access Dial-in User Server) szerver a megrendelőnél vagy a szolgáltató oldalon is elhelyezhető. A megrendelő oldali RADIUS szervernek előnye, hogy a tagokat a megrendelő tudja felvenni vagy törölni, nem kell külső szolgáltatónál adminisztrálni. GPRS központ bérelt vonal
GSM/GPRS hálózat Megrendelő oldali router
Szolgáltató oldali router
GPRS MODEM
dedikált APN
Autentikációs szerver
10.4.ábra. RADIUS szerver a Megrendelő oldalán A bérelt vonal költségeit jórészt megtakaríthatjuk, ha a GPRS központig az INTERNET lehetőségeit használjuk ki. Az INTERNET azonban védtelen közeg, ezért a kapcsolatot titkosítanunk kell A titkosított adatátvitelt a VPN (Virtual Privat Network) technológia biztosítja. A VPN-t jellemzően IPSEC alapon hozzák létre. Ez biztosítja, hogy a felek hitelesen azonosítsák egymást, és titkosítsák az adatforgalmat. Megrendelő
GPRS központ
GSM/GPRS hálózat
VPN tunneling INTERNET VPN gateway
VPN gateway
GPRS MODEM
dedikált APN
Server
10.5 ábra. GPRS központ elérése VPN hálózaton A VPN titkosítása történhet végponttól – végpontig szolgáltató oldali VPN gateway és a megrendelő oldali gateway között. Ebben a megoldásban a GPRS oldal nincs benn a VPN-ben. A GPRS védelmét elegendőnek fogadjuk el. A dedikált APN csak a jogosult SIM kártyával érhető el 209 Pandur Béla : Számítógép hálózatok
A GPRS forgalom lehallgatása csak speciális eszközökkel és engedélyekkel lehetséges. Az ipari automatizálási gyakorlatban az adatátvitel védelmére általában kielégítő a GPRS hálózat saját védelme. Magasabb szintű védelmet csak speciális esetben érdemes alkalmazni (vezérlési feledatok). Az előny az, hogy a mobil eszközökben nem kell VPN szoftvert elhelyezni. 10.3.3. GPRS – VPN A GPRS-VPN felépítésben a felhasználó GPRS termináljai között közvetlen IP alapú kommunikáció jön létre. A berendezések kapcsolódnak a szolgáltató hálózatához, majd a szolgáltató központjában lévő dedikált APN-en keresztül jutnak a célberendezéshez. Ez a megoldás a lehető legrugalmasabb elérését biztosítja a távoli berendezéseknek. Lehetőséget teremt az adatkapcsolat felépítésére akkor is, ha mindkét végpont mobil, mozog. Kifejezetten előnyös megoldás pl.:terepi mérőrendszerek számára. A megbízhatóságot elvileg csökkenti, hogy minden adat átmegy a szolgáltató központján. A valóságos hibastatisztika szerint a gerinchálózat nagyon alacsony kiesési százalékkal működik. A szolgáltatás kieséseket döntően a cellákat kiszolgáló tornyok hibái okozzák, ezért a hibastisztika nem romlik számottevően a szolgáltatói központig terjedő szakaszon. A tipikus rendelkezésre állás 99,5%.
Szolgáltató Céges APN GPRS hálózat
GPRS MODEM
Készülék
Gateway
GPRS MODEM
10.6 ábra. GPRS VPN rendszertechnikai rajz Erre a megoldásra a statikus IP kiosztás a jellemző. Egy GPRS készülékcsoport csak a hozzárendelt, dedikált APN-ben tud működni.
210 Pandur Béla : Számítógép hálózatok
10.3.4. Speciális kapcsolatok létrehozása A GPRS hálózat alkalmas más, speciális protokollt használó berendezések összekapcsolására is. Az egyik legrégibb, sok helyen használt protokoll az X.25. Az X.25 csomagokat a továbbítás során IP csomagokká kell alakítanunk, majd a végpontokon vissza kell alakítanunk X.25 csomagokká. Az átalakítást erre a célra fejlesztett routerekkel lehet megoldani . Az ábrán látható, hogy a GPRS központ és a felhasználó között a szabványos X.25 kapcsolatot használjuk.
IP router
IP router
MODEM
GPRS IP
DATEX
IP
X.25 IP/X.25
X.25/IP
X.25
LAN
X.25 DTE
(Kártyaközpont, bank, stb )
(Kártyaolvasó, ATM)
10.7 ábra. X.25 kapcsolat létrehozása mobil eszközökkel.
211 Pandur Béla : Számítógép hálózatok
