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GPRS (General Packet Radio Service) 整合封包無線服務


何謂GPRS ?

GPRS(General Packet Radio Service)的中文名稱是「整合封包無線服務」,由歐洲電信標準協會(European Telecommunication Standard Institute)所發展,其以全球通訊系統(GSM)為基礎,讓使用者透過現有行動電話網路,更快速上網存取資訊。

以行動通訊技術標準的演進歷程來看,我國第二代行動通訊(2G)採用歐規GSM技術標準,雖然GSM的傳輸訊號為數位式,但傳輸速率為9.6Kbps,僅能滿足語音通訊的功能,卻無法充分達到數據資訊傳輸的需求;GPRS強化了GSM的數據傳輸能力,以「封包交換」(packet switch)取代「電路交換」(circuit switch),有效運用頻譜資源,
也就是說,當資料在GPRS系統傳輸時,資料是被分成許多一連串的小「封包」,而不是獨佔一整條「電路」,因此可讓多人共享網路資源,GPRS理論最高傳輸速率可達 171.2Kbps,許多專家和業者將GPRS視為2.5G,是跨入第三代行動通訊(3G)的重要里程碑。

值得一提的是,雖然GSM可搭配WAP通訊協定,達到數據傳輸的功能,但WAP並無法克服GSM先天的限制,在GSM可提供的傳輸條件下,WAP上網不但必須先撥號,且傳輸速率慢,而GSM/WAP上網又須依「使用時間」計價,網路一旦塞車,使用者常被迫支付高昂的成本,此外,為配合手機螢幕小、按鍵少的特性,GSM/WAP上網只能瀏覽以WML語言製作的網頁,由於現有的網頁絕大多數是以HTTP製作,網路內容提供者(ICP)配合WAP傳輸協定將HTTP改寫為WML語言的意願又偏低,使GSM/WAP的用戶可瀏覽的內容受到侷限,無法真正與多采多姿的網際網路世界相連。

相對而言,GPRS寬頻行動網具有瞬間上網、全時連線(always on-line)、快速傳輸及以量計價等優點,GPRS用戶的手機一旦開機登錄後,即處於連線狀態,用戶可同時使用語音和資料傳輸,不需要切換使用狀態,GPRS的計價方式亦較GSM/WAP合理,GPRS可依「資料(封包)傳輸量」計價,使用者只需支付實際使用GPRS存取資料的費用,也就是多用多付、少用少付,不需承擔因傳輸品質不佳所造成的成本,此外,GPRS上網可透過語言轉譯工具,瀏覽用HTTP和WML兩種語言製作的網頁,使用者透過GPRS手機上網後,可以在手機螢幕上觀看內容,也可將手機連接至PDA或筆記型電腦,用較大尺寸的螢幕瀏覽網頁內容,真正實現無線連網的理想。

隨著通用無線封包服務(GPRS)的推出並與現有GSM共存,行動網路廠商正面臨新的挑戰。與任何新系統一樣,GPRS網路在發展初期也經歷了成長的痛苦,廠商需要迅速解決用戶的問題,因而爭取更多用戶並最大程度取得投資回報。本文介紹用協議測試儀對流量進行分析以找出產生問題的原因,以及恢復服務品質並改進性能。

GPRS是一種大型複雜的系統,它將行動電話無線傳送技術與網際網路資訊傳輸協定結合在一起。GPRS網路具有更先進的功能、服務和概念,所使用的封包交換方式能大幅改變整個網路的管理和測試模式。動態通道分配、及新編碼與加密方案能更有效地利用資源,向用戶提供多種性價比服務品質(QoS)選擇。為使資源升級取得最大回報,只需少量培訓就能使用的高效監控與故障排除工具是非常重要的。

協議測試儀作為一種發現和解決GPRS問題不可缺少的工具應運而生,它能採集原始數據,根據協議標準將其轉換成記憶碼,並提供一組搜索和統計工具對結果進行分析。解密、放大和過濾功能可使技術人員擷取出詳細的結果並產生有實際意義的顯示結果。我們將在後面用一些例子來說明這種強大的工具如何揭示問題的根源、恢復服務並使其達到最最佳化,因而使用戶和網路廠商都從中獲益。

訊號解密

GPRS網路與以前網路一個很大的區別在於保護信令和用戶數據的加密方法。在GSM中,加密只在行動設備和基地台(BTS)之間的Um介面實施,BTS以外地面傳輸整個資訊流都是解密的,且沒有考慮協議觀察的問題。在GPRS中,加密還應用在行動設備和GPRS業務支援節點(SGSN)之間,數據和信令資訊在地面傳輸都是加密的,對其分析前必須進行解密。

就加密數據傳輸而言,GSM和GPRS都需要用戶根據連接進行驗證,包括運算不藉由空氣介質而進行傳送的加密鍵碼(Kc)。協議測試儀能獲取某個特定用戶的鍵碼(GPRS-Kc),方法是在行動設備Gr介面上把原藉位置暫存器(HLR)中提出的驗證三元傳輸數據送到SGSN,另外也可以人工提供鍵碼(圖1)。

找尋服務品質下降的原因

在GPRS環境下,解決問題的有效方法是快速準確找到故障區域,並且收集足夠的資訊判別可能的原因。下面是GPRS部署早期出現的一些典型問題:

1.因延遲阻礙SMS推廣

在行動封包-交換數據環境中,許多用戶長期以來一直使用簡訊服務(SMS)進行簡短的資訊交換,這己成為廠商收入成長的來源之一。延遲時間不斷變化是行動環境所無法避免的,但如果系統響應延遲太長會破壞對話的節奏,使用戶無法忍受而終止談話並關機。

延遲太長大多因中央網路元件或這些元件之間介面的業務量超負載而引起,當用戶服務量接近或超過容量時,有一些業務就必須等待。用戶對於是GPRS網路內部還是外部原因引起故障不感興趣,他們總認為這是行動通訊提供方的責任。

找出這類問題的根源對GPRS非常因難。在面對語音的GSM中,可以在信令平面上使用呼叫追蹤分析發現大部份問題,但GPRS與IP數據服務相聯,延遲可能由GPRS或之上的任何協議引起(有許多協定都是在GPRS之上)。協議測試儀可以設置為SMS業務過濾器,藉由長時間對其進行監測,可找到延遲並確定各環節可能的故障點。

2.服務品質差異

QoS規格是GPRS網路的一個基本的優點,可以讓用戶根據他們的要求選擇性能和費用組合(見附欄“GPRS服務品質規格”)。當用戶激發一個所需服務請求沒被滿足時,其原因可能是行動設備硬體、空氣介面或網路資源分配造成的。協議測試儀呼叫追蹤功能可監測特定用戶,檢測到激發時產生了什麼事以及查明問題的原因。

用戶得到的服務與協議規定服務之間的差異可能由下列原因造成:

●無線通訊資源分配(沒有足夠的時隙留給GPRS,或信令通道沒有正確地配置)

●中央網路資源超負載(連接用戶數目太多,或GPRS支援節點上有太多平行通道)

●連到外部ISP或PDN上(外部連接網路引起封包延遲)

為找出問題的原因,需要對整個IP協議棧進行分析。協議測試儀允許技術人員對GPRS資訊內容和整個TCP/IP協議集進行解碼直至單個比特,更重要的是測試儀還可以在IP應用層對資訊進行解碼,這樣技術人員就能夠將出現的問題限定在GPRS網路、行動設備、外部網路伺服器或者應用中。

協議測試儀還支援更主動的方法,在一個階段對所有呼叫進行例行監控,並對請求QoS和得到的QoS之間區別做統計分析。這種方法不僅有助於找到問題,還能提供關於使用趨勢的有價值資訊,幫助廠商根據實際用戶活動分配網路資源。

圖2與圖3顯示了使用統計測量判定由於特定GMM原因(如“不允許GPRS服務”)造成的GPRS連接不成功(連接拒絕)的數量。技術人員可以首先對網路特定部份的狀況得到一個總體認識,然後進一步研究記錄的數據以對特定資訊作深入觀察,因而追蹤到限制因素。

3.行動設備在運動時的等待與延遲

等待和延遲會強制整個數據資訊從頭開始重新發送,延長了通話時間並使用戶失去信心。這類問題常常與行動管理功能有關,在數據傳輸過程中路由地域從一個蜂巢式區域變為另一個時就會產生這類問題。協議測試儀能對協議活動進行過濾,判定平均延遲時間及檢測異常情況。

當一個正服務的GSN從運動的行動設備(MS)中檢測到蜂巢式單元變化時,必須重新編制邏輯鏈路控制-協議數據單元(LLC-PDU),這些LLC-PDU是基地台子系統(BSS)緩衝器中針對特定MS的隊列,用於進行蜂巢式更新或路由區域更新。BSS使用流量控制機制調節緩衝封包的數量,因而有效使用所擁有的無線頻譜資源。當BSS緩衝器中排隊的封包沒有在規定時間內傳遞藉由無線介面時,這些封包就被刪除掉,需要上部協議層再次進行傳送,這樣就減少了總體數據傳輸量並增加轉接延遲。

藉由在Gb介面上對BSSGP協議進行過濾,協議測試儀能監控運動的行動設備目前數據,並記錄SGSN和BSS之間下行方向的數據流,因而測出所有等待時間問題或數據傳輸量延遲,大部份問題可藉由調節BSS中的流量控制和緩衝資源解決。

提高用戶滿意度和服務水平

GPRS可以讓網路廠商為用戶提供上百種服務選項,藉由監控GPRS網路中最常使用的服務種類,廠商能更好地了解要在什麼地方對哪些服務資源進行投資,以改進用戶滿意度和增加收入。

1.服務狀況描述

協議測試儀能提供描述網路服務情況的統計資訊(如每項服務的數量、業務量、用戶數量等)。藉由追蹤一個或多個PDP上下文數據流,可以比較網路某個部份所提供的服務品質,如不同的伺服器、供應商、行動設備或軟體版本有何不同等。

2.用戶情況描述

GPRS的用戶以不同的方式(即商議好的QoS或選擇的APN)使用不同的服務,如WAP、HTTP或FTP等,協議測試儀藉由設置取得用戶狀況描述,因而幫助廠商了解用戶的行為,更好地把注意力放在市場和用戶關心的業務上。

3.骨幹GPRS網路性能最最佳化

QoS沿著GPRS網路元件數據通路的下降可用不同介面(即Gb、Gn)的環程延遲和數據傳輸量測量值予以估計,找出數據瓶頸。可對所有協議層(即在Gn處IP/UDP上的GTP)的實用性、利用率和性能進行監控,因而為系統最最佳化提供有價值的數據。

為UMTS作好準備

任何協議分析程式的一個重要功能是能夠以不同標準對業務進行測量。GPRS使GSM廠商向前進了一步,下一步將邁向IMT-2000及稱為W-CDMA的UMTS(通用行動電信系統),這些將提供新的無線接取網路基礎架構,為世界各地區用戶提供更多的應用服務。

標準要求每個中央網路支援兩個系統間的交換,因為UMTS將在未來進行部署,所以技術人員面臨的任務包括在同一位置評估多個標準。協議測試儀可以配置成在一個儀器中使用不同標準,因而確保技術人員在任何情況下都能擁有強大的測試工具。

 

 
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