POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ I METALURGII PORÓWNANIE TECHNOLOGII PAKIETOWEGO PRZESYŁANIA DANYCH W SIECIACH TELEFONII KOMÓRKOWEJ

Transkrypt

1 POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ I METALURGII Kierunek: Edukacja Techniczno Informatyczna Rodzaj studiów: dzienne praca dyplomowa inżynierska Michał GAS PORÓWNANIE TECHNOLOGII PAKIETOWEGO PRZESYŁANIA DANYCH W SIECIACH TELEFONII KOMÓRKOWEJ Comparison of data transfer rate in the packet switching technologies of mobile telecommunication Kierujący pracą: Dr inż. Marcin Blachnik Katowice, Styczeń, 2010 r.

2 Spis treści Wstęp 1. Pakietowa transmisja danych w systemie GSM 1.1 GPRS Architektura systemu GPRS Schematy kodowania kanałowego Kategorie stacji ruchomych 1.2 EDGE Powstanie EDGE Różnice pomiędzy EDGE a GPRS Główne ulepszenia w warstwie fizycznej 2. Pakietowa transmisja danych w systemie UMTS 2.1 Koncepcja sytemu UMTS 2.2 HSDPA Zmiany w UMTS wprowadzone przez HSDPA Kategorie stacji ruchomych definiowane w HSDPA 2.3 HSUPA Różnice pomiędzy HSDPA a HSUPA Kategorie stacji ruchomych definiowane w HSUPA 3. Część praktyczna 3.1 Przebieg pomiarów 3.2 Wyniki pomiarów Godzina Godzina Analiza wyników Podsumowanie Literatura Spis tabel i rysunków 2

3 Wstęp Systemy telefonii komórkowej pierwszej generacji zyskały popularność w latach 80-tych XX wieku. Oparte były na technice analogowej, która posiadała wiele wad m.in. znikomą odporność na zakłócenia, brak roamingu, możliwość podsłuchu rozmów, a usługa transmisji danych była słabo rozwinięta. Wyżej wymienione wady oraz mała pojemność tych systemów przyczyniły się do powstania na początku lat 90-tych ubiegłego stulecia systemów komórkowych drugiej generacji, w których najpopularniejszy był standard GSM (ang. Global system of mobile communication). Standard ten działający w technologii cyfrowej pozwalał na rozwój nowych usług opartych o transmisję danych. Pojawiła się możliwość przekierowania i blokowania połączeń, usługa SMS, a prędkość transmisji danych i mowy wyniosła 9,6 kb/s. Zmienił się sposób identyfikacji abonenta - rolę identyfikatorów poszczególnych abonentów spełniają karty SIM. Wraz z biegiem czasu i rozwojem systemu GSM wprowadzono takie usługi jak transmisja faksowa, interfejs komputerowy, identyfikacja osoby dzwoniącej czy rozmowy konferencyjne. Dalsze prace nad rozwojem standardu GSM zaowocowały ogłoszeniem w 1997 roku fazy 2+. Faza ta umożliwia wprowadzenie usług opartych na platformie inteligentnej (wirtualne sieci prywatne), a także wielozakresowość systemu czyli powstanie sieci dualnych z nadajnikami pracującymi w dwóch pasmach (900 i 1800 MHZ). Za kolejną fazę rozwoju GSM uznawane jest opracowanie nowych standardów transmisji danych. Jako pierwsza powstała technologia komutacji łączy HSCSD (ang. High Speed Circut Switched Data). Umożliwiła ona zwiększenie prędkości transmisji poprzez przydział kilku szczelin czasowych do jednego połączenia logicznego. Teoretycznie prędkość transmisji mogła dojść nawet do 115,2 kb/s, jednak praktycznie wartość ta nie przekracza 57,6 kb/s. W 1998 opublikowano specyfikację technologii GPRS (ang. General Packet Radio Service) służącej do pakietowej transmisji danych, została ona zdefiniowana jako część fazy 2+ standardu GSM. [1,6] Transmisja pakietowa umożliwia przesłanie danych wielu użytkowników w postaci pakietów poprzez współdzielone kanały podobnie jak w sieciach komputerowych. Wszystkie pakiety danych zawierają adres przeznaczenia, dlatego mogą być przenoszone niezależnie, różnymi trasami, zwykle z pewnym opóźnieniem. Zwiększenie szybkości przesyłania informacji za pomocą tego rodzaju transmisji jest znacznie bardziej ekonomicznym rozwiązaniem. W porównaniu do transmisji z komutacją łączy, gdzie 3

4 opłaty naliczane były na podstawie czasu trwania połączenia, transmisja pakietowa dała możliwość naliczania opłat na podstawie ilości przesłanych danych. Maksymalną, lecz niestety jedynie teoretyczną, prędkością jaką pozwala uzyskać GPRS jest 171,2 kb/s. Następnym i jak się okazało ostatnim etapem rozwoju pakietowej transmisji danych w standardzie GSM było wprowadzenie w 2000 roku technologii EDGE (ang. Enhanced Data rates for GSM Evolution). Technologia ta stosuje 8-mio wartościową metodę modulacji z kluczowaniem fazy, która zwiększa transmisję danych - do 384 kb/s. Kolejnym etapem rozwoju systemów komórkowych było powstanie systemów trzeciej generacji (3G), które w porównaniu z systemami poprzednich generacji znacznie zwiększyły transmisje danych. W 2002 roku została uruchomiona pierwsza sieć UMTS w Europie. Transfer danych miedzy siecią a abonentem został polepszony dzięki powstaniu nowego interfejsu radiowego, co wpłynęło na poprawę jakości oferowanych usług. W przeciwieństwie do systemów starszych generacji UMTS umożliwia realizację usług multimedialnych. Podczas korzystania z serwisów UMTS koszt transmisji głosowej zależny jest od czasu trwania połączenia, natomiast transmisji pakietowej zależy jest od ilości przesłanych informacji oraz jakości usług. Systemy telefonii komórkowej obecnie istniejące na rynku zapewniają abonentom jednakowe warunki pracy. transmisji danych jest taka sama, niezależnie od tego czy plik przesyłany jest w obrębie dwóch miast, czy też transmisja odbywa się na jednym osiedlu mieszkalnym. Kiedy wymiana danych odbywa się za pośrednictwem aparatów UMTS, ważnym aspektem jest to czy podczas transmisji pozostajemy w ruchu, czy też poruszamy się np. jedziemy samochodem. Nowy standard wnosi podział sieci telefonicznej na cztery strefy. Niezależnie od tego w jakiej strefie znajduje się abonent może być on pewny że będzie mógł przeprowadzić połączenie głosowe. Jednakże w dzisiejszych czasach telefon komórkowy często spełnia funkcje modemu, ważnym faktem jest, iż transmisja danych w różnych strefach sieci UMTS odbywać się będzie z różnymi prędkościami. Pomimo zróżnicowania warunków transmisji, przepustowość będzie większa niż w najlepszych systemach GSM.[1,5] Najmniejszym fragmentem sieci UMTS jest tzw. pikokomórka (ang. picocell), która swoim zasięgiem obejmuje obszar kilkuset metrów kwadratowych. W tej strefie wymiana danych odbywa się z maksymalną 2 Mb/s. Abonenci znajdujący się na nieznacznie większej powierzchni (kilka kilometrów kwadratowych), przebywający np. w centrum zaludnionego miasta, będą podlegali strefie mikrokomórki (ang. microcell). 4

5 Teoretyczna przepustowość łącza w tej strefie wyniesie 2 Mb/s, lecz w rzeczywistości może być ona niższa - ok. 384 kb/s. Kolejną strefą pozwalającą na połączenie osób znajdujących się w odległych miastach będzie makrokomórka (ang. macrocells). Natomiast do komunikacji miedzy krajami a nawet kontynentami wykorzystane będą komórki światowe (ang. worldcells), które posłużą jako połączenie abonentów różnych sieci komórkowych, także takich które zbudowane są na bazie innych technologii niż UMTS. Maksymalna przepustowość w makrokomówkach i komórkach światowych będzie na poziomie 384 kb/s.[1] Cel i zakres pracy Celem niniejszej pracy jest porównanie przepustowości łączy oferowanych przez technologie pakietowej transmisji danych w sieci telefonii komórkowej Zakres pracy obejmuje: porównanie rozwiązań stosowanych w technologii pakietowej transmisji danych GPRS, EDGE, HSDPA i HSUPA. Przedstawienie celu wdrożenia technologii GPRS jak i sposobu zwiększenia prędkości transmisji danych. Omówienie architektury systemu GPRS oraz procesu połączenia i odłączenia od domeny pakietowej. Objaśnienie zasady działania schematów kodowania kanałowego oraz podział kategorii stacji ruchomych dostępnych w GPRS. Opis powstania systemu EDGE wraz z ulepszeniami które wprowadza w stosunku do GPRS. Charakterystyka systemu UMTS oraz porównanie innowacji wniesionych przez technologie HSDPA i HSUPA. Przedstawienie kategorii stacji ruchomych definiowanych przez te standardy. W pracy zamieszczono także wyniki opracowanych pomiarów, których celem było zbadanie rzeczywistych parametrów opisanych technologii. 5

6 1. Pakietowa transmisja danych w systemie GSM 1.1 GPRS Wdrożenie technologii GPRS pozwoliło na rozszerzenie zakresu usług GSM o możliwość transmisji danych w trybie pakietowym. W porównaniu do transmisji z komutacją kanałów tryb ten pozwala zwiększyć efektywność wykorzystania zasobów systemowych. Większą wydajność zapewnia przydzielenie łącza radiowego wyłącznie na żądanie, przez co dane łącze pozostaje zajęte tylko na czas transmisji danych. Dzięki takiemu rozwiązaniu pojedynczy kanał fizyczny może być wykorzystywany przez kilku użytkowników, którzy w różnym czasie korzystają z zasobów systemowych tzn. odbierają lub przesyłają dane.[2] Kolejnym ważnym aspektem jest fakt, iż kanały fizyczne do nadawania (transmisja w górę") i odbierania (transmisja w dół") są wykorzystywane jako niezależne zasoby. Podczas gdy jedna ze szczelin czasowych, która wchodzi w skład pary dupleksowej używana jest przez którąś ze stacji ruchomej do odbierania pakietów w łączu w dół, druga szczelina w łączu w górę może zostać wykorzystana przez inną stacje do nadawania pakietów. Wprowadzenie w technologii GPRS transmisji wieloszczelinowej, która polega na przydzieleniu abonentowi kilku szczelin czasowych w ramce TDMA, zaowocowało zwiększeniem szybkości transmisji pakietów w porównaniu do sieci GSM. Ponieważ liczba równocześnie obsługiwanych abonentów rośnie wraz ze wzrostem liczby przydzielonych częstotliwości oraz liczby zdefiniowanych szczelin czasowych, ramki TDMA wykorzystuje się do tworzenia ramek wyższego rzędu tzw. wieloramek. Do ramek wyższego rzędu zaliczamy: wieloramki mowy (czas trwania ramki to 120 ms) wieloramki sterujące (czas trwania ramki to 235 ms). Wieloramki służą do tworzenia superramki, która zawiera 1326 ramek TDMA, czyli 26 ramek mowy lub 51 ramek sterujących. Superramki tworzą następnie hieperramkę. zawierającą 2048 superramek.[7] 6

7 Technologia GPRS rozszerza hierarchię ramek wyższego rzędu o nowy rodzaj wieloramek - wieloramki 52-ramkowe, które nie do końca są odwzorowaniem superramek. Maksymalna liczba wieloramek GPRS wchodzących w skład superramki wynosi 25,5. Jedna wieloramka 52-ramkowa jest podzielona na 12 bloków radiowych, które stanowią podstawową jednostkę przydzielenia zasobów radiowych w sieci GPRS. Każdy z nich jest czterokrotnym powtórzeniem tego samego slotu czasowego w czterech kolejnych ramkach TDMA. W każdej wieloramce GPRS znajdują się również cztery ramki TDMA służące do sygnalizacji.[7] Oznaczenia: B0,, B11 bloki radiowe, S ramka sygnalizacyjna. Rys.1.1 Struktura wieloramki GPRS (źródło: Rozwój standardu GSM w kierunku GPRS wymusza konieczność przeznaczenia niektórych dostępnych zasobów radiowych dla ruchu pakietowego, co zmniejsza ilość kanałów rozmownych. Dlatego ważną strategią w sieciach GSM/GPRS jest podział szczelin czasowych między usługi wykorzystujące transmisje pakietową a pracujące w środowisku z komutacją kanałów. Podczas podziału należy mieć na uwadze zmiany natężenia ruchu pakietowego jak i ilości aktywnych połączeń głosowych. Podczas gdy ilość rozmów w sieci wzrasta, należy utrzymać odpowiednią ilość wolnych zasobów, która pozwoli na przyjmowanie kolejnych połączeń głosowych. Analogicznie należy postąpić gdy wzrasta liczba połączeń z komutacją pakietów. W tej sytuacji bardzo ważna jest optymalizacja przydzielania wolnych kanałów radiowych. Szczeliny czasowe przydzielone do danej stacji ruchomej muszą ze sobą sąsiadować, jak i leżeć w tym samym paśmie częstotliwościowym. Zwiększenie prawdopodobieństwa rezerwacji sąsiednich szczelin czasowych można uzyskać poprzez rezerwację pewnej puli zasobów radiowych dla transmisji z komutacją łączy, kolejnej puli dla transmisji pakietowych oraz trzeciej dla obu rodzajów transmisji. [4] 7

8 Sieć podzielona w ten sposób będzie działała następująco: Nowemu połączeniu głosowemu przyznawany jest kanał fizyczny z puli przeznaczonej dla połączeń z komutacją łączy. Przy czym należy założyć że nie jest to pula pusta. Podczas trwania połączenia dla innych abonentów GPRS możliwe jest przydzielanie zasobów należących do wspólnej puli. W przypadku gdy pula zasobów radiowych dla połączeń z komutacją łączy jest pusta, a ustanowione ma być nowe połączenie, wtedy kanał fizyczny przydzielany jest ze wspólnej puli. Należy unikać przydzielania zasobów w sposób przypadkowy. Aby uniknąć takiej sytuacji wspólne zasoby rezerwowane są w obrębie jednej ramki TDMA dla połączeń z komutacją pakietów od strony prawej do lewej (szczeliny są o coraz niższych numerach), natomiast dla połączeń z komutacją łączy - od strony lewej do prawej (szczeliny są o coraz wyższych numerach). Rys.1.2 Mechanizm alokacji zasobów radiowych w sieciach GSM/GPRS (źródło: W przypadku gdy ma nastąpić nowe połączenie głosowe, a obie pule są puste, połączenie takie jest odrzucane, lub zasoby przydzielane są mu kosztem zwolnienia części zasobów radiowych z puli przeznaczonej dla transmisji pakietowych. Analogiczna sytuacja ma miejsce w przypadku rezerwacji kanałów fizycznych dla ruchu pakietowego. Dobór rozmiaru poszczególnych pól jest elastyczny, zależy wyłącznie od operatora sieci. 8

9 1.1.1 Architektura systemu GPRS System GPRS bazuje na zasobach systemu GSM, jego główne bloki sieciowe połączone są między sobą osobną siecią szkieletową opartą na protokole IP. System wprowadza również nowe elementy do architektury sieci: Węzeł obsługujący GPRS- SGSN (ang. Serving GPRS Support Node) : odpowiada za dostarczenie i odbiór pakietów do i od stacji ruchomych znajdujących się w obszarze jego obsługi, określa trasę transmitowanych pakietów oraz przesyła je do odpowiednich węzłów, zarządza mobilnością stacji ruchomych, odpowiada za zarządzanie łączami logicznymi, potwierdza autentyczność stacji ruchomych, przechowuje całą informacje o abonentach systemu GPRS zarejestrowanych w rejestrze danego węzła SGSN, zajmuje się konwersją protokołu IP, wykorzystywanego w sieci szkieletowej, na protokoły SNDCP i LLC, które są używane do komunikacji pomiędzy SGSN i stacjami ruchomymi. Węzeł wejściowy GPRS- GGSN (ang. Gateway GPRS Support Node): zapewnia współpracę części sieci GSM wykorzystującej komutację łączy z sieciami opartymi o protokoły IP i X.25, pełni w sieci GPRS funkcję bramy, która przechowuje dane pozwalające na wyznaczanie pakietom tras do węzłów SGSN, a następnie do stacji ruchomych. odbiera dane adresowane do danego użytkownika oraz sprawdza czy jego adres jest aktywny. Jeśli jest, to przekazuje dane do węzła SGSN, który obsługuje stację ruchomą danego użytkownika. Jeśli nie, to dane są odrzucane. Urządzenie Charging Gateway: zbiera informacje dla celów taryfikacyjnych o otwartych sesjach, zlicza przesłane i odebrane dane w czasie ich trwania. 9

10 Rys1.3 Architektura systemu GPRS (źródło: Dołączenie do domeny pakietowej (ang. GPRS attach) inicjowane jest przez stację ruchomą poprzez wysłanie do węzła SGSN komunikatu z żądaniem o dołączeniu (ang. attach request), który zawiera: identyfikator stacji ruchomej oraz obszaru routowania (ang. routing area identification) w obrębie którego stacja ostatnio przebywała, dane określające możliwości terminala. Proces odłączenia od domeny pakietowej jest efektem przesłania do węzła SGSN informacji o rezygnacji stacji ruchomej z usług domeny pakietowej lub też powiadomieniu stacji ruchomej przez SGSN o odebraniu jej możliwości dostępu do tej domeny. Odłączenie abonenta od sieci następuje gdy do stacji ruchomej lub sieci zostanie przesłane żądanie odłączenia lub w drugim przypadku bez powiadomienia stacji ruchomej- w sposób domyślny. W tym przypadku przyczyną odłączenia może być awaria sieci, polecenie z sytemu zarządzania lub zdarzenie zgłoszone przez licznik czasu. W przypadku odłączenia stacji węzeł SGSN przechowuje przez określony czas wszystkie dane o zakończonej transmisji co ułatwia ponowne dołączenie użytkownika do sieci, lub też usuwa wszystkie dane. [8] 10

11 NS* - usługa sieciowa (ang. network service), na przykład ATM czy IP. Rys.1.4 Stos protokołów GPRS (źródło: Na czas transmisji w nagłówku każdego pakietu implementowane są identyfikatory UCF oraz TFI, ma to celu wskazanie stacji mobilnej szczelin czasowych, w których powinna ona wysyłać i odbierać swoje dane. Za przydzielenie danego parametru odpowiedzialna jest jednostka PCU. Parametr TFI rozpoznaje zasoby przyznane stacji ruchomej dla transmisji łączem w dół". Stacja mobilna porównuje zawartość pola TFI w odbieranych pakietach z zawartością przyznanego jej identyfikatora TFI. Stacja mobilna uznaje, że dany pakiet jest adresowany do niej jeżeli zawartości pola TFI jest równa z zawartością przyznanego jej identyfikatora TFI. Identyfikator TFI jest pięciobitowy, co oznacza, że pojedynczy kanał fizyczny służący do transmisji w dół" współdzielony jest przez maksymalnie 32 użytkowników sieci GPRS. Pole USF rozpoznaje zasoby przyznane stacji mobilnej dla transmisji danych w górę". Jeżeli po porównaniu przez stacje ruchomą zwartości pola USF w odbieranych pakietach z wartością przyznanego USF wartości te są takie same, oznacza to, iż dane mogą zostać wysłane przez stacje. USF może zaadresować osiem szczelin czasowych, ponieważ składa się z trzech bitów. Podczas gdy stacja mobilna używa jednej ze szczelin do zgłaszania żądań dostępu do sieci GPRS, wówczas jeden kanał fizyczny służący do transmisji w górę" może być używany przez maksymalnie siedmiu użytkowników. [1] 11

12 1.1.2 Schematy kodowania kanałowego Technologia GPRS wykorzystuje cztery schematy kodowania kanałowego: CS1 o przepustowości 9,05 kb/s CS2 o przepustowości 13,4 kb/s CS3 o przepustowości 15,6 kb/s CS4 o przepustowości 21,4 kb/s Maksymalne szybkości transmisji, są różne w zależności od liczby łączonych kanałów, przyjętego schematu kodowania oraz jakości łącza radiowego. Schemat CS-1 zapewnia najwyższy poziom ochrony przeciwko błędom transmisji, natomiast CS-4 gwarantuje najniższy. Im wyższy poziom ochrony na błędy transmisji tym mniejsza liczba retransmisji podczas przesyłania bloków informacji abonenta. Dzięki temu całkowity czas transmisji ulega skróceniu. Natomiast im wyższy poziom ochrony danego schematu kodowania, tym większa ilość informacji jest dodawana oraz przesyłana wraz z oryginalnymi danymi. Powoduje to zmniejszenie przepustowości przesyłu danych abonenta. Pakiety w sieci GPRS przesyłane są w postaci zaszyfrowanej co ma na celu zwiększenie bezpieczeństwa. Wszystkie dane są szyfrowane na poziomie protokołu LLC. Zanim ramka zostanie podzielona na bloki radiowe, zostaje zaszyfrowana kluczem symetrycznym. Procedura ta polega na wykonaniu operacji XOR miedzy bitami danej ramki LLC a ciągiem bitów stanowiących klucz, do którego wygenerowania służy algorytm A5. Klucz umieszczony jest w stacji mobilnej oraz w węźle SGSN. W sieci GPRS dane abonenta są zaszyfrowane zarówno w interfejsie radiowym jak i podczas transmisji miedzy stacja bazowa a węzłem SGSN.[1] Kategorie stacji ruchomych W transmisji pakietowej GPRS wyróżnia się 29 kategorii stacji ruchomych, określanych mianem klas wieloszczelinowych. Zadaniem każdej z nich jest ustawienie transmisji wieloszczelinowej, w tym określenie maksymalnej liczby szczelin przeznaczonych do transmisji w dół" oraz w górę". Z pośród wszystkich kategorii można wyodrębnić dwa typy urządzeń typ 1 oraz typ 2. Gdy dana stacja ruchoma nie jest w stanie w tym samym czasie nadawać i odbierać informacje należy do typu 1 (półduplex). Gdy transmisja danych może zachodzić w obu kierunkach należy do typu 2(fullduplex). 12

13 Dodatkowo stacje mobilne podzielone są na trzy różne klasy urządzeń: Klasa A - pozwala na równoczesną prace w sieci GSM oraz GPRS Klasa B pozwala na równoczesne podłączenie do sieci GSM oraz GPRS ale nie zezwala na prace w obu sieciach na raz. Klasa C pozwala na podłączenie w tym samym czasie tylko do jednego rodzaju sieci, którą wybiera abonent. Przy odpowiednich warunkach transmisyjnych, przy wykorzystaniu wszystkich ośmiu szczelin czasowych oraz schematu kodowania CS4 maksymalna teoretyczna przepustowość w sieci GPRS można wyznaczyć jako 8*21,4 kb/s czyli 171,2 kb/s.[1] Tabela 1.1 Kategorie stacji ruchomych zdefiniowane w GPRS (źródło: Typ urządzenia Kategoria stacji ruchomej Maksymalna liczba szczelin czasowych do transmisji w dół" Maksymalna liczba szczelin czasowych do transmisji w górę" Maksymalna liczba równocześnie wykorzystywanych szczelin czasowych nie dot nie dot nie dot nie dot nie dot nie dot nie dot nie dot nie dot nie dot nie dot nie dot nie dot nie dot nie dot nie dot nie dot. 13

14 1.2 EDGE EDGE (ang. Enhanced Data rates for Global Evolution- zwiększone szybkości transmisji dla ewolucji globalnej) jest ulepszoną wersja GPRS. Często nazywany jest również EGPRS, czyli Enhanced GPRS (Ulepszony GPRS). Podobnie jak w przypadku usługi GPRS, płaci się rachunek tylko za ilość przesłanych danych, a nie za czas trwania połączenia Powstanie EDGE Celem stworzenia technologii EDGE było sprostanie wymaganiom transmisyjnym wymuszonych koniecznością szybkiego przesyłu dużej ilości danych z w środowisku radiowym. Teoretycznie EDGE powinno zapewnić przesył danych z szybkością do 384 kb/s w rzeczywistości prędkość ta wynosi 230 kb/s. EDGE używa tych samych pasm częstotliwości, co GSM/GPRS. W związku z tym operator podczas wdrażania nowej technologii nie musi ubiegać się o przydzielenie mu nowych częstotliwości, a implementacja ograniczona jest do dodania modułów do obecnych stacji bazowych. W ciągle poszerzającej się sieci komórkowej rutynową procedurą jest dodawanie nowych modułów transmisyjnych. Instalacja modułów nadawczych posiadających funkcjonalność obsługi standardów GSM oraz EDGE niweluje konieczność wstawiana nowych modułów nadawczych GSM. Dodatkowym atutem oprogramowania EGDE jest możliwość jego zdalnej instalacji a co za tym idzie natychmiastową aktywacje nowej technologii.[1] Różnice pomiędzy EDGE a GPRS Technika modulacji i kodowania jest czynnikiem odróżniającym technologie EDGE oraz GPRS. W przypadku EDGE rozróżniamy dziewięć nowych schematów modulacji i kodowania MCS-1 - MCS-9. Cztery spośród nich używają modulacji GMSK stosowanej już w starszych sieciach GSM/GPRS. Pozostałe schematy wykorzystują do modulacji nową technikę nazywaną 8PSK czyli 8-Phase Shift Keying, po polsku nazywana ośmiowarstwowym kluczowaniem fazy. Technika ta w porównaniu do GMSK zapewnia trzykrotnie większą szybkość transmisji danych, czyli w GPRS każdy impuls przenosi 1 bit danych a w EDGE 3 bity. Tak więc transmisja danych jako taka nie jest szybsza, lecz w tym samym czasie można przesłać ich więcej. Kolejna różnicą jest stosowanie przez system EDGE 14

15 przeskoków częstotliwości nośnych. Polega to na zbiorczym odbiorze częstotliwości, co pozwala na zniwelowanie wpływu zaników w kanale oraz ma istotny wpływ na poziom zakłóceń współkanałowych. Sekwencyjna zmiana tych częstotliwości powoduje ze każdy zakodowany blok danych jest transmitowany na czterech różnych częstotliwościach. EDGE wprowadza również nową nieobecną w GPRS technologię, tzw. wzrastającej redundancji (Incremental Redundancy - IR), która zamiast ponownego przesyłania przekłamanych pakietów, wysyła dodatkowe informacje pozwalające na zdekodowanie poprzednio wysłanych danych. Pakiety danych używane w technologii EDGE mają format identyczny jak w standardowym systemie GSM. Jednak po zastosowaniu modulacji 8PSK 8-poziomowe symbole danych zastępują symbole binarne. Pakiet składa się z 26-symbolowej sekwencji treningowej która jest umieszczona w jego środku, zawiera po trzy bity końcowe i początkowe oraz dwa razy po 58 symboli użytkownika. W przypadku modulacji 8-PSK w pojedynczym pakiecie transmituje się 348 bitów a w GSM/GPRS zaledwie 116. Wieloramka zbudowana jest z 52 ramek w których umieszczone jest 12 bloków danych. Do celów pomiarowych lub korekcji zegara ramkowego użyta jest każda trzynasta ramka która nie niesie ze sobą żadnych informacji. Maksymalna szybkość danych na częstotliwość nośną przy zastosowaniu wszystkich szczelin czasowych wynosi 556,8 kb/s dla modulacji 8PSK i 185,6 kb/s dla GMSK.[1,2] Tabela 1.2 Modulacja i schematy kodowania w systemie EGPRS(źródło: 15

16 2. Pakietowa transmisja danych w systemie UMTS 2.1 Koncepcja systemu UMTS Systemu UMTS oparty jest na technologii GPRS. Do transmisji danych, analogicznie do systemu GPRS wykorzystywane są węzły GGSN oraz SGSN, które tworzą sieć szkieletową opartą na protokole IP. W obrębie sieci za tunelowanie danych użytkowników odpowiedzialny jest protokół GTP. Technologia UMTS wprowadza nowy interfejs radiowy, który zapewnia wydajniejsze wykorzystanie zasobów radiowych, zwiększa przepustowość danych oraz poprawia współczynnik Quality of Service. Kolejną zaletą systemu jest możliwość współpracy ze standardem GSM. Funkcja ta zapewnia poruszającemu się użytkownikowi przeniesienie aktywnego połączenia między sieciami pracującymi w obu standardach bez jego zerwania handover. Podczas gdy, użytkownik zaloguje się do sieci GSM, może korzystać z większości usług zdefiniowanych w UMTS, niestety niektóre z nich mogą działać z gorszą jakością. Dobra komunikacja między standardami GSM oraz UMTS sprawiła, iż jest on najpopularniejszym rozwiązaniem wykorzystywanym do budowy sieci trzeciej generacji.[3] Przed rozpoczęciem transmisji pakietowej należy określić następujące parametry: typ protokołu wykorzystywanego podczas transmisji (IP lub PPP- Point-to-Point Protocol), adres stacji ruchomej, który w przypadku protokołu IP przyjmuje postać adresu internetowego IP i może być przydzielony na stałe lub dynamicznie zarówno przez operatora sieci macierzystej jaki i wizytowej. Należy również określić adres punktu dostępu do sieci zewnętrznej, odbiorcę informacji w stacji ruchomej oraz wymagany poziom współczynnika QoS. Przy założeniu idealnych warunków transmisji, gdy stacja ruchoma znajduje się blisko stacji bazowej oraz przemieszcza się z nieznaczną prędkością, teoretyczna szybkość połączenia z komutacją pakietów może dochodzić do 2 Mb/s. Wraz ze wzrostem szybkości przemieszczania się stacji oraz odległości od niej maleje przepustowość. Przy założeniu, że odległość od stacji bazowej jest mniejsza niż 2 km, a prędkość stacji ruchomej nie przekracza 120 km/h rzeczywista szybkość transmisji wynosić może 384 kb/s. Natomiast gdy odległość stacji i prędkość jej przemieszczania jest większa szybkość transmisji spada do 144 kb/s.[1,3] 16

17 2.2 HSDPA HSDPA (ang. High Speed Downlink Packet Access) jest technologią UMTS umożliwiającą przesyłanie danych z sieci w stronę terminala z teoretyczną, maksymalną szybkością 21.6 Mb/s. Zaletą technologii jest możliwość jej wdrożenia w sieć UMTS bez konieczności przebudowy sieci szkieletowej odpowiadającej za komutacje pakietów. Wyjątkiem jest przeskalowanie sieci w przypadku zwiększenia transferu danych. Przebudowie podlega jedynie sieć radiowa.[1] Zmiany w UMTS wprowadzone przez HSDPA Najważniejszą innowacją wprowadzoną przez technologię HSDPA jest kanał transportowy HS-DSCH (ang. High Speed Downlink Shared Channel), który zapewnia bardziej optymalny podział zasobów radiowych. W przeciwieństwie do wcześniejszych systemów, gdzie kody używane do wyodrębnienia poszczególnych transmisji z kanału transmisyjnego przydzielane były terminalom na czas transmisji, są one dynamicznie przyznawane ze wspólnej puli kodów w czasie połączenia. Liczba kodów przydzielana terminalowi nie jest wartością stałą i zależy od zmiennych warunków propagacji, obciążenia w danej komórce oraz priorytetów danych transmisji. Takie podejście podnosi wydajność sieci radiowej. W technologii HSDPA oprócz standardowej technologii modulacji QPSK używana jest modulacja 16QAM, zwiększa się tym samym wrażliwość na warunki propagacji sygnału, ale zwiększa się również transfer danych. Skrócono czas w którym przesyłana jest ramka danych tzw. Transmition Time Interval (TTI), dzięki czemu system może szybciej reagować na zmianę warunków propagacji sygnału. W starszych systemach czas podramki wynosił 10, 20 lub 40 ms. W HSDPA czas ten został skrócony do 2 ms, w których przyznawane są kody ortogonalne do wyodrębnienia transmisji ze wspólnego kanału. [3,7] Rys.2.1 Budowa Ramki TDMA stosowanej w systemie UMTS (źródło: 17

18 W przypadku gdy terminal otrzyma niepełne dane od stacji bazowej, może wysłać żądanie retransmisji. W systemach UMTS żądanie przesyłane jest przez stacje bazową do sterownika, który obsługuje kilkaset stacji. Aby zniwelować opóźnienia retransmisji, w systemie HSDPA żądanie zostało przeniesione bezpośrednio do stacji bazowej Kategorie stacji ruchomych definiowane w HSDPA Stacje ruchome w transmisji pakietowej HSDPA mogą należeć do dwunastu kategorii, które m.in. określają: maksymalną przepływność, rodzaj modulacji maksymalną liczbę kodów użytych w kanale transportowym.[1] Tabela 2.1 Kategorie stacji ruchomych zdefiniowane w HSDPA (źródło: HSUPA Kolejny krok w ewolucji standardu UMTS stanowi HSUPA. Technologia ta pozwala zwiększyć szybkość przesyłania danych w łączu w górę" oraz zmniejsza opóźnienia transmisji. Użytkownicy sieci UMTS dzięki możliwości wspólnego wykorzystania technologii HSDPA i HSUPA mogą korzystać z szybkiego przesyłu pakietów zarówno od jak i do stacji ruchomych. Taka koncepcja określana jest mianem HSPA. 18

19 2.3.1 Różnice między HSDPA a HSUPA Przesył danych w technologii HSUPA jest możliwy przy użyciu zarówno ramek 10ms jak i podramek stosowanych w HSDPA 2ms. Oprócz podstawowej różnicy między technologiami jaką jest kierunek przesyłu danych, różnią się one sposobem przydzielenia kanału fizycznego. W HSUPA stacja ruchoma wykorzystuje jeden oddzielny kanał fizyczny do przesyłania danych jednego użytkownika w kierunku stacji bazowej. Oznacza to, że w czasie trwania jednej ramki czasowej przesyłane mogą być dane tylko jednego abonenta. Natomiast w HSDPA kanał fizyczny dzielony jest pomiędzy kilku użytkowników Kategorie stacji ruchomych definiowane w HSUPA Stacje ruchome w transmisji pakietowej HSUPA mogą należeć do sześciu kategorii,, które określają maksymalną dostępną prędkość transmisji. Przynależność stacji ruchomej do danej kategorii określają: typy ramek wykorzystywanych do transmisji danych, maksymalna liczba kanałów fizycznych przydzielanych pojedynczemu użytkownikowi, minimalna długość wykorzystywanych ciągów rozpraszających.[1,3] Tabela 2.2 Kategorie stacji ruchomych zdefiniowane w HSUPA(źródło: 19

20 3. Część praktyczna 3.1 Przebieg pomiarów Pomiary wykonywane zostały przy użyciu modemu Option icon 225 sieci Era, za pomocą programu napisanego w języku C#. Test stanowiła transmisja w górę i w dół danych za pośrednictwem protokołu TCP. W tym celu wykorzystano serwer FTP: web park.pl na którym na przemiennie dokonywano transmisji pliku o rozmiarze 512kB. Rozmiar pliku tak dobrano był skrócić czas realizacji połączenia oraz by zarówno transmisja w górę jaki w dół odbyła się w miarę podobnych warunkach radiowych. Testy wysyłania i odbioru wykonywano naprzemiennie, aby podobnie jak wcześniej zapewnić podobne warunki radiowe. Testy powtórzono pięciokrotnie, co pozwoliła na podstawową analizę statystyczną uzyskanych wyników. GPRS/EDGE UMTS/HSxPA Proces pomiarowy został podzielony na dwa niezależne etapy. Etap pierwszy stanowił pomiar stacjonarny, polegający na braku zmiany położenia urządzeń podczas realizacji transmisji. Etap drugi stanowiły pomiary dynamiczne, gdzie komunikacja następowała podczas poruszania się komputera z trzema różnymi prędkościami Pomiar statyczny Pomiar statyczny polegał na dokonaniu pomiarów przepustowości łącza zarówno w górę (uplink) jak i w dół (downlink) przy nieruchomej stacji pomiarowej. Pomiar statyczny miał na celu sprawdzenie jakości łącza w możliwie teoretycznie najlepszych warunkach propagacji radiowych, przy zredukowanej interferencji sygnałów. Pomiarów dokonano w 3 różnych miejscach na trasie, na której następnie realizowane były pomiary dynamiczne Pomiar szybkości poszczególnych łączy statycznie, przy nieruchomym odbiorcy usług. Pomiar wykonywany w różnych porach dnia w trzech określonych miejscach 20

21 Rys. 3.1 Przebieg trasy na której zostały wykonane pomiary, z oznaczeniem trzech miejsc wykonania pomiarów statycznych Pomiar dynamiczny Pomiary dynamiczne polegały, podobnie jak wyżej, na analizę przepustowości łącz podczas przemieszczania się odbiorcy usług. Celem w/w testów była analiza wpływu prędkości poruszania się odbiorcy usług na przepustowość łącz. Dlatego też dokonano pomiarów dla trzech różnych prędkości poruszania, odpowiednio: 40km/h, 60km/h oraz 80km/h. Dodatkowo w celu redukcji wpływu możliwego lokalnego przeciążenia systemu pomiarów dokonano o dwóch różnych porach dnia tj. 18:00 i 21:00 pomiar szybkości poszczególnych łączy podczas przemieszczania się odbiorcy usług. pomiary dla trzech różnych prędkości poruszania się w zakresie (40-80 km) pomiary w rożnych porach dnia 21

22 Rys. 3.2 Rozmieszczenie stacji bazowych ERA na trasie pomiarów Ze względu na niekorzystne warunki atmosferyczne pomiary wykonywane zostały w porach dnia, w których występuje stosunkowo małe zagęszczenie ruchu samochodów na autostradzie. 22

23 Wyniki pomiarów Godzina POMIAR STATYCZNY: Zmierzony czas transmisji: GRRS/EDGE UMTS/HDxPA Miejsce Czas wysyłania[s] Czas pobierania[s] Czas wysyłania[s] Czas pobierania[s] 1 1,6380 1,6224 1,8408 1,6224 1,5600 1,4196 1,8564 1,9812 1,9188 1,7940 1,0920 1,0920 1,1388 1,0764 1,1388 1,2636 1,2012 1,2948 1,2012 1, ,8876 1,6848 1,6848 1,6224 1,5444 1,8564 1,8564 1,8096 1,8654 1,7784 1,1700 1,3416 1,1544 1,0764 1,0920 1,3416 1,2324 1, ,0592 1,6848 1,6068 1,6068 1,6224 1,8096 2,0592 1,9188 1,8096 1,8564 1,0920 1,1544 1,0764 1,1388 1,3572 1,2948 1,3416 1,4820 1,4040 Obliczona prędkość transmisji: GRRS/EDGE UMTS/HDxPA Miejsce wysyłania[kb/s] pobierania[kb/s] wysyłania[kb/s] pobierania[kb/s] 1 312,6 315,6 278,1 315,6 328,2 360,7 275,8 258,4 266,8 285,4 468,9 468,9 449,6 475,7 449,6 405,2 426,2 395,4 426,2 405, ,2 303,9 303,9 315,6 331,5 275,8 275,8 282,9 274,5 287,9 437,6 381,6 443,5 475,7 468,9 381,6 415,4 420,8 400,3 400, ,6 303,9 318,6 318,6 315,6 282,9 248,6 266,8 282,9 275,8 468,9 400,3 443,5 475,7 449,6 377,2 395,4 381,6 345,5 364,7

24 24 POMIAR DYNAMICZNY: Zmierzony czas transmisji: 1. GRRS/EDGE UMTS/HDxPA Czas wysyłania[s] Czas pobierania[s] Czas wysyłania[s] Czas pobierania[s] 40 km/h 1,9968 1,6692 1,7472 2,0280 1,6692 2,0592 2,4180 2,0436 1,9344 2,1216 1,2012 1,0920 1,0764 1,2168 1,2324 1,2168 1,3572 1,2948 1, km/h 1,5912 1,9968 1,6692 1,9968 1,6848 1,7940 1,7160 1,8408 1,9188 1,9344 1,2324 1,0452 1,1544 1,0920 1,0920 1,4820 1,3572 1,2324 1, km/h 1,5912 1,6224 1,6068 1,6068 1,4820 1,7160 1,7940 1,8594 1,9344 1,6536 1,1076 1,1856 1,3260 1,2168 1,0920 1,2324 1,8252 1,2636 1,2636 Obliczona prędkość transmisji: GRRS/EDGE UMTS/HDxPA wysyłania[kb/s] pobierania[kb/s] wysyłania[kb/s] pobierania[kb/s] 40 km/h 256,41 306,73 293,04 252,47 306,73 248,64 211,75 250,54 264,68 241,33 426,24 468,86 475,66 420,78 415,45 400,25 420,78 377,25 395,43 426,24 60 km/h 321,77 256,41 306,73 256,41 303,89 285,40 298,37 278,14 266,83 264,68 415,45 489,86 443,52 468,86 468,86 345,48 377,25 415,45 400,25 386,12 80 km/h 321,77 315,59 318,65 318,65 345,48 298,37 285,40 275,36 264,68 309,63 462,26 431,85 386,12 420,78 468,86 415,45 400,25 280,52 405,19 405,19

25 Godzina POMIAR STATYCZNY: Zmierzony czas transmisji: GRRS/EDGE UMTS/HSxPA Miejsce Czas wysyłania[s] Czas pobierania[s] Czas wysyłania[s] Czas pobierania[s] 1 1,6224 1,7628 1,6068 1,6848 1,5600 1,8096 1,9188 1,7940 1,8560 1,9344 1,2480 1,0764 1,0920 1,1076 1,2762 1,2010 1,3416 1, ,8720 1,6068 1,5444 1,6848 2,9796 1,6536 2,1060 1,7784 1,8096 1,7316 1,3728 1,0764 1,5912 1,1544 1,1388 1,2324 1, ,6224 1,7940 1,6848 1,8720 1,5912 1,8564 1,9656 1,7940 1,8408 1,9032 1,1856 1,2168 1,1388 1,0920 1,1076 1,3260 1,2324 1,3416 1,4664 Obliczona prędkość transmisji: GRRS/EDGE UMTS/HSxPA Miejsce wysyłania[kb/s] pobierania[kb/s] wysyłania[kb/s] pobierania[kb/s] 1 315,58 290,45 318,65 303,89 328,21 282,94 266,83 285,40 275,86 264,68 410,26 475,66 468,86 400,25 462,26 401,19 400,25 426,31 381,63 420, ,50 318,65 331,52 303,89 171,84 309,63 243,11 287,90 282,94 295,68 372,96 475,66 321,77 443,52 449,60 400,25 400,25 415,45 420,78 400, ,58 285,40 303,89 273,50 321,77 275,80 260,48 285,40 278,14 269,02 431,85 420,78 449,60 468,86 462,26 386,12 415,45 400,25 381,63 349,15

26 26 POMIAR DYNAMICZNY: Zmierzony czas transmisji: GRRS/EDGE UMTS/HDxPA Czas wysyłania[s] Czas pobierania[s] Czas wysyłania[s] Czas pobierania[s] 40 km/h 1,8564 1,7472 1,8720 1,7940 1,7316 2,0592 1,9500 1,9968 2,4336 3,4320 1,0920 1,0920 1,2168 1,1544 1,0296 1,2168 1,4508 1,3572 1, km/h 1,8720 1,9812 2,0436 1,9812 1,8564 2,6988 1,9968 1,9968 2,4804 2,4180 1,2948 1,0920 1,3416 1,0920 1,2636 1,2636 1, km/h 1,8096 1,7004 1,8720 1,9188 2,8704 1,9344 2,0592 1,8720 2,2308 2,1684 1,6692 1,1388 1,2012 1,3416 1,4196 1,3416 1,3572 Obliczona prędkość transmisji: GRRS/EDGE UMTS/HDxPA wysyłania[kb/s] pobierania[kb/s] wysyłania[kb/s] pobierania[kb/s] 40 km/h 275,80 293,04 273,50 285,40 295,68 248,64 262,56 256,41 210,39 149,18 468,86 468,86 420,78 443,52 497,28 420,78 352,91 377,25 349,15 400,25 60 km/h 273,50 258,43 250,54 258,43 275,80 189,71 256,41 256,41 206,42 211,75 395,43 468,86 381,63 468,86 405,19 400,25 405,19 420,78 400,25 400,25 80 km/h 282,94 301,11 273,50 266,83 178,37 264,68 248,64 273,50 229,51 236,12 306,73 400,25 449,60 426,24 400,25 381,63 360,66 381,63 400,25 377,25

27 Przepustowość łącza [kb/s] 3.3 Analiza wyników Każdy wykres na osi X zawiera informacje o prędkości poruszania się pojazdu oraz wyniki obliczone jako średnia oraz odchylenie standardowe pięciu prób pomiarowych zamieszczonych w tabelach. Oś Y przedstawia przepustowość łącza. PRZESYŁ DANYCH TECHNOLOGIĄ GPRS/EDGE wysyłania danych technologią GPRS/EDGE Godz.18:00 Godz.21: przemieszczania [km/h] Wniosek: Pomiar o godzinie 18:00 wykazuje, że wraz ze wzrostem prędkości przemieszczania rośnie prędkość wysyłania danych technologią GPRS/EDGE. Pomiar statyczny o tej godzinie ma duża rozbieżność wyników co spowodowane jest zróżnicowaniem zabudowania terenu na którym wykonane zostały badania. O godzinie 21:00 wraz ze wzrostem prędkości spada przepustowość łącza a wyniki pomiarów statycznych są bardziej ustabilizowane. Wynika to z mniejszej aktywności użytkowników sieci a co za tym idzie z mniejszego obciążenia stacji bazowych. 27

28 Przepustowość łącza [kb/s] pobierania danych technologią GPRS/EDGE Godz.18:00 Godz.21: przemieszczania [km/h] Wniosek : Wynik pomiaru prędkości pobierania danych technologią GPRS/EDGE o godzinie 18:00 jest wyższy niż o godzinie 21:00. Może być to spowodowane ruchem w sieci jaki generują prywatni użytkownicy pobierający więcej danych w godzinach wieczornych. Przy prędkości przemieszczania się 40km/h nastąpił znaczny spadek przepustowości spowodowany przejazdem w pobliżu dużego osiedla mieszkalnego. 28

29 Przepustowość łącza [kb/s] PRZESYŁ DANYCH TECHNOLOGIĄ UMTS/HSxPA wysyłania danych technologią UMTS/HSxPA Godz.18:00 Godz.21: przemieszczania [km/h] Wniosek: Wynik pomiaru o godzinie 21:00 wykazuję wyższe odchylenia standardowe w porównaniu z wynikami otrzymanymi z godziny 18:00. Można z tego wywnioskować, ze o godzinie wcześniejszej sieć była bardziej stabilna i mniej obciążona a co za tym idzie wysyłanie danych odbywało się na prawie stałym poziomie niezależnie od prędkości przemieszczania. 29

30 Przepustowość łącza [kb/s] pobierania danych technologią UMTS/HSxPA Godz.18:00 Godz.21: przemieszczania [km/h] Wniosek: Analiza wykresu pozwala zauważyć iż w przypadku pomiaru dokonanego o godzinie 18:00 prędkość pobierania danych wzrasta do prędkości 40 km/h by potem stopniowo zmaleć. Natomiast o godzinie 21:00 przepustowość łącza maleje do prędkości 40 km/h, wzrasta przy przyspieszeniu do 60 km/h a następnie gwałtownie maleje. Fakt ten trudno zanalizować ze względu na brak wystarczających informacji od operatora sieci. 30

31 UŻYCIE POLECENIA TRACERT Polecenia tracert użyto w celu wyświetlenia serii routerów IP, które są używane przy dostarczaniu pakietów z danego komputera do miejsca docelowego, a także czasu trwania każdego przeskoku. GPRS/EDGE UMTS/HSxPA 31

32 Analiza wyników badania przepustowości łącza, przy wykorzystaniu technologii oferowanych przez operatora sieci ERA, pozwala na stwierdzenie, iż wyniki rzeczywistych pomiarów prędkości znacznie odbiegają od założeń teoretycznych. wysyłania czy też pobierania danych wraz ze wzrostem prędkości przemieszczania się komórki powinna spadać badanie wykazuje jednak, że wraz ze wzrostem prędkości przemieszczania, szybkość transmisji wzrasta lub tylko w niektórych przypadkach ulega spadkowi. Rozbieżność tą trudno uzasadnić z powodu braku wystarczających informacji posiadanych wyłącznie przez operatora sieci a, znacznie wpływających na parametry transmisji w danym momencie tj. ilość użytkowników korzystających z usługi w danym momencie, jakie w danej chwili stosowane jest kodowanie, na ile jest ono nadmiarowe co ma wpływ na spadek wydajności sieci oraz odległość od stacji bazowej która w danej chwili obsługuje połączenie. Ponieważ podczas rozpędzania się komórki, oraz przy jeździe o określonej prędkości bardzo szybko zmieniała się topologia terenu oraz gęstość zaludnienia co znacznie zaburzyło wyniki pomiarów. Przy wykorzystaniu technologii UMTS/HSxPA transmisja odbywa się średnio o 33% szybciej niż przy użyciu technologii GPRS/EDGE. Użycie polecenia tracert pozwala zauważyć, iż czas przeskoku pakietów pomiędzy poszczególnymi routerami w technologii GPRS/EDGE jest dużo większy niż w przypadku UMTS/HSxPA. Teoretycznie, niezależnie od użytej technologii prędkość wysyłania danych powinna być mniejsza od prędkości pobierania. W przypadku przeprowadzonego badania sytuacja jest odwrotna, ponieważ sieć ta powinna być asymetryczna a uzyskane wyniki mogą być uwarunkowane ilością użytkowników którzy ściągają dane w trakcie dokonywania pomiarów. Kolejnym elementem nie możliwym do poprawnej weryfikacji usług jest możliwość ograniczenia pasma wykorzystywanego serwera FTP. Wyniki badania prędkości wysyłania, wykonane o godz. 18:00 wykazują większą stabilność w zależności od prędkości poruszania się komórki, niż te o godz. 21:00. Zależność tą można zauważyć porównując wynik badania statycznego do wyniku przy prędkości 80km/h, o wcześniejszej porze przy użyciu technologii GPRS/EDGE różnica wynosiła ok.18kb/s, natomiast o godz. 21:00 różnica ta wzrosła do ok.38kb/s. Porównując pod tym samym względem technologie UMTS/HSxPA wyniki te przedstawiają się następująco: 18:00 ok. 16kb/s, 21:00-ok. 37kb/s. Stabilność wyników o godz. 18:00 może być spowodowana równomiernym obciążeniem sieci, przez duże firmy znajdujące się na trasie pomiaru. O godzinie 21:00 większość firm jest już zamknięta a ruch w sieci generują prywatni użytkownicy posiadający słabsze łącza. 32

33 Podsumowanie Celem niniejszej pracy którym było porównanie przepustowości łączy oferowanych przez technologie pakietowej transmisji danych w sieci telefonii komórkowej zrealizowano poprzez opis zasady działania oraz architektury systemu GPRS. W pracy poddano również analizie teoretycznej i omówiono metody zwiększenia szybkości transmisji pakietów poprzez wprowadzanie transmisji wieloszczelinowej, omówienie sposobu dołączenia i odłączenia od domeny pakietowej przy użyciu węzłów SGSN oraz GGSN. Przedstawiono również schematy kodowania kanałowego, oraz podział stacji ruchomych na kategorie, typy i klasy. Dodatkowo w pracy przedstawiono opis powstania systemu EDGE oraz wprowadzenie ulepszeń oraz różnic w stosunku do GPRS. W pracy omówiono również koncepcje systemu UMTS, najważniejsze innowacje wprowadzone przez HSDPA i HSUPA oraz różnice między nimi. Dokonane zostały pomiary, które miały na celu praktyczne porównanie technologii. Wyniki otrzymane w pomiarach statycznych jak i dynamicznych o dwóch różnych porach dnia zostały przedstawione na wykresach. Dla lepszego przedstawienia drogi jaką musi pokonać pakiet danych wysyłany od abonenta zamieszczono wynik polecenia tracert. Wykonano również analizę otrzymanych wyników. Wraz ze wzrostem wymagań stawianych przez abonentów wykorzystujących telefony komórkowe do przesyłania danych można spodziewać się w przyszłości rozwoju technologii 3G a także budowy nowych stacji bazowych rozszerzających zasięg tej technologii. Biorąc pod uwagę powyższy fakt powinno się zrealizować kolejne prace dyplomowe mające na celu zbadanie przepustowości określonych systemów a tym samym śledzenie postępu technologii. Dla uzyskania dokładniejszych, lepiej obrazujących rzeczywiste możliwości technologii zaleca się przeprowadzenie pomiarów przy użyciu dwóch lub więcej modemów oferowanych przez różnych operatorów sieci. 33

34 Literatura 1. Wesołowski K.: Systemy radiokomunikacji ruchomej, WKŁ, Warszawa Praca zbiorowa NetWorld.: Vademecum Teleinformatyka, IDG Poland, Warszawa Kołakowski J. Cichocki J.: UMTS system telefonii komórkowej trzeciej generacji, Warszawa Simon A. Walczyk M.: Sieci komórkowe GSM/GPRS. Usługi i bezpieczeństwo, XYLAB, Warszawa Bednarek Z.: Internet w kieszeni, 6. Autor nieznany: Ewolucja systemów komórkowych i podział na generacje, 7. Autor nieznany: Wielodostęp w sieci komórkowej, 8. Maćkowski M.: Zastosowanie pakietowej transmisji danych GPRS w rozproszonych systemach pomiarowych, 9. Okolewski J.: Współczesne technologie telekomunikacyjne dla transmisji pakietowych GPRS/EDGE/HSDPA, olewskiego.pdf 34

35 Spis tabel i rysunków Rys.1.1 Struktura wieloramki GPRS [9] Rys.1.2 Mechanizm alokacji zasobów radiowych w sieciach GSM/GPRS [9] Rys1.3 Architektura systemu GPRS [7] Rys.1.4 Stos protokołów GPRS [9] Rys.2.1 Budowa Ramki TDMA stosowanej w systemie UMTS [9] Rys. 3.1 Przebieg trasy na której zostały wykonane pomiary, z oznaczeniem trzech miejsc wykonania pomiarów statycznych Rys. 3.2 Rozmieszczenie stacji bazowych ERA na trasie pomiarów Tabela 1.1 Kategorie stacji ruchomych zdefiniowane w GPRS [9] Tabela 1.2 Modulacja i schematy kodowania w systemie EGPRS [9] Tabela 2.1 Kategorie stacji ruchomych zdefiniowane w HSDPA [9] Tabela 2.2 Kategorie stacji ruchomych zdefiniowane w HSUPA [9] 35