GPRS (General Packet Radio Service — пакетная радиосвязь общего пользования) — это надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных через сеть сотовой связи. Технология революционизировала доступ в интернет с мобильных устройств, став первой системой с пакетной коммутацией вместо коммутации каналов.
Основные технические характеристики
Стандартизация и историческое развитие:
GPRS была разработана как дополнение к стандарту GSM и впервые указана в 97 релизе стандарта GSM. В 98 и 99 релизах технология была дополнена, и с 1999 года GPRS начали внедрять на существующих сотовых сетях. Услуга GPRS стала доступна с 2001 года и изначально поддерживала скорость около 35 кбит/с. Технология получила обозначение 2.5G (переходное поколение между 2G и 3G).
- Теоретическая максимальная скорость: до 171,2 кбит/с при оптимальных условиях
- Практическая скорость на одном временном слоте: 21,4 кбит/с максимум
- Практическая средняя скорость в коммерческих сетях: 50–114 кбит/с
- Реальная скорость в густонаселённых районах: 10–60 кбит/с
- В реальных условиях: около 50–60 Кбит/с с задержкой около 150 мс
Для сравнения: передача стандартной фотографии размером 100 Кбайт займет примерно 5 секунд, электронное письмо объёмом 50 Кбайт — не менее 10 секунд, файл размером 1 МБ — более 3 минут.
Время доступа и установления соединения:
- Время доступа GPRS менее 1 секунды при пакетной коммутации
- Это значительно меньше, чем при использовании CSD, где время установления соединения составляет 2–16 секунд
- Быстрое и мгновенное соединение значительно повышает эффективность транзакций, таких как проверка кредитной карты, удалённый мониторинг
GPRS работает на частотах:
- 900 МГц (европейский диапазон)
- 1800 МГц (переносной диапазон)
Технология оцифровывает и сжимает данные, затем пересылает их по каналу передачи данных.
Архитектура и принцип работы
GPRS функционирует как надстройка над существующей сетью GSM:
- Структура подразделяется на две части:
- Подсистема базовых станций (BSS) — включает все базовые станции и контроллеры, поддерживающие пакетную передачу
- Опорная сеть GPRS (GPRS Core Network) — управляет маршрутизацией пакетов
- Модификация оборудования:
- Принцип передачи:
- Весь радиоканал разделён на таймслоты (временные интервалы)
- Режим GSM использует один слот для всего соединения
- GPRS использует одновременно несколько свободных слотов, не занятых голосовыми вызовами
- Данные разделяются на пакеты, отправляются в последовательный порт, затем собираются на принимающей стороне
- Адресация происходит не по номеру телефона, а по IP-адресу
- Передача пакетов осуществляется по протоколу TCP по модели «клиент–сервер»
- GPRS поддерживает протоколы: Internet Protocol (IP), Point-to-Point Protocol (PPP), X.25
- Соединение устанавливается путём ссылки на APN (имя точки доступа)
Мобильные устройства классифицируются по возможности одновременного использования GSM и GPRS:
- Класс А — одновременное использование GSM и GPRS
- Класс В — автоматическое прерывание GPRS при наличии вызова или SMS GSM с возобновлением соединения после вызова/SMS
- Тарификация по объёму переданной/полученной информации, а не по времени, проведённому онлайн
- При пакетной передаче данных радиоканал занят только в процессе передачи информации
- Это более экономично, чем CSD, которая считает время разговора
Преимущества GPRS
Основные достоинства технологии:
- Высокая скорость передачи данных — в 10–18 раз выше, чем CSD. Максимальная скорость 171,2 кбит/с позволяет эффективно передавать информацию.
- Экономичность тарификации — оплата по объёму, а не по времени. При пакетной передаче ресурсы сотовой связи используются более эффективно.
- Короткое время доступа — менее 1 секунды, что упрощает быстрые транзакции и мониторинг.
- Универсальная совместимость — практически все телефоны стандарта GSM поддерживают GPRS.
- Большая зона покрытия — зона покрытия GPRS соответствует зоне действия GSM, что обеспечивает доступ почти везде.
- Развитый роуминг — возможность передачи данных за границей благодаря совместимости с различными операторами.
- Надёжность в отдалённых регионах — часто в сельской местности, где нет доступа к более современным технологиям.
- Возможность непрерывного подключения — устройство может быть всё время подключено и при этом не занимать отдельный канал.
- Двусторонний канал передачи — поддерживает почти все функции современных систем раннего предупреждения.
- Эффективное использование спектра — несколько пользователей могут совместно использовать одну выделенную полосу частот.
- Низкое энергопотребление — эффективнее CSD благодаря прерывистой передаче.
- Экономичность оборудования — устройства GPRS дешевы.
- Использование в M2M коммуникации — идеальна для машина-машина связи в системах учета и мониторинга.
Недостатки GPRS
Основные ограничения технологии:
- Нестабильная работа — сеть часто перегружена голосовым трафиком, что приводит к снижению скорости и возможности отсутствия доступа. Приоритет отдаётся голосовым вызовам.
- Низкая пропускная способность — по сравнению с современными стандартами (EDGE, 3G, LTE, 5G). Максимум 171 кбит/с против гигабитов в секунду у 4G/5G.
- Ограниченная скорость для мультимедия — невозможна передача видео высокого качества, аудио и больших файлов.
- Большие задержки — задержка около 150 мс, что делает технологию неприемлемой для приложений реального времени.
- Ненадежность в критичных системах — непрогнозируемые ошибки доступа делают её непригодной для телеметрии реального времени.
- Зависимость от качества сигнала — скорость сильно зависит от нагруженности сети и условий приёма.
- Отсутствие гарантированной пропускной способности — максимальное количество временных слотов для GPRS может уменьшаться при увеличении голосовых вызовов.
- Постепенное сворачивание услуги — многие операторы сокращают поддержку GPRS в пользу 3G, 4G и 5G.
- Требует платное подключение — необходимо платить операторам за услуги сотовой связи.
- Проблема перегруженности сетей — в часы пик скорость может снижаться в 3–5 раз.
- Безопасность — ограниченные механизмы защиты данных.
- Недостатки в использовании для IoT — ненадежна для современных IoT-приложений с требованиями реального времени.
EDGE: Улучшенная версия GPRS
EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) — развитие GPRS:
- Скорость: до 384 Кбит/с (также называется EGPRS — улучшенный GPRS)
- Также называется просто EGPRS — Enhanced GPRS
- Использует более эффективный способ модуляции (8-PSK), благодаря которому один элемент сигнала передаёт 3 информационных бита вместо одного
- Улучшения достигнуты без значительных временных и финансовых затрат
- Поддерживается более 90% операторов GSM
Применение GPRS
Использование технологии в различных областях:
- М2М (Machine-to-Machine) коммуникация — связь между приборами учета и централизованными системами
- Системы учёта ресурсов — передача показаний счетчиков электроэнергии, воды, тепла
- Телеметрические сети — сбор данных с датчиков в различных системах мониторинга
- Удалённый доступ — подключение к корпоративным сетям и удалённым базам данных
- Банковское дело — подключение банкоматов и платежных систем
- Системы охраны — передача данных от дистанционных датчиков
- Услуги вспомогательной навигации — GPS-трекинг и локационные сервисы
- Служебные SMS и MMS — доставка сообщений и простой контент
- Веб-браузинг — просмотр простых интернет-страниц
Сравнение GPRS с другими технологиями передачи данных
| Параметр | GPRS | CSD | EDGE | 3G UMTS | LTE 4G |
|---|---|---|---|---|---|
| Скорость (кбит/с) | 171 (реально 50–60) | 9,6 | 384 | 2000–5000 | 150 000+ |
| Модель доступа | Пакеты | Коммутация каналов | Пакеты | Пакеты | Пакеты |
| Тарификация | По объёму | По времени | По объёму | По объёму | По объёму |
| Время доступа | <1 сек | 2–16 сек | <1 сек | <1 сек | <1 сек |
| Совместимость | Высокая | Очень высокая | Высокая | Средняя | Новые устройства |
| Задержка | ~150 мс | Переменная | ~150 мс | 50 мс | 40–200 мс |
| Использование ресурсов | Эффективное | Неэффективное | Очень эффективное | Оптимальное | Оптимальное |
| Покрытие GSM | Везде | Везде | Везде | Ограниченное | Ограниченное |
| Надёжность | Средняя | Высокая | Хорошая | Хорошая | Отличная |
Текущее состояние и будущее GPRS
Несмотря на своё устаревание, GPRS продолжает использоваться в системах M2M и ниже критичных приложений благодаря:
- Огромному охвату — везде, где работает GSM
- Низкой стоимости — оборудование доступно и дёшево
- Совместимости — с огромным количеством установленного оборудования
Однако постепенное выведение GPRS из эксплуатации операторами неизбежно, и переход на LTE, 5G и другие более современные технологии идет активно.
GPRS представляет собой историческую вехуф в развитии мобильной коммуникации, открывшую эру пакетной передачи данных в сотовых сетях. Технология революционизировала доступ в интернет с мобильных устройств и положила основу для всех последующих развитий в области мобильных сетей данных. Несмотря на то что GPRS значительно устарела по сравнению с современными стандартами, она по-прежнему используется в специализированных приложениях, особенно в системах мониторинга и учета, где не требуются высокие скорости. Однако её постепенное вытеснение более современными и быстрыми технологиями неизбежно.