GPRS — пакетная передача данных в сетях GSM¶

GPRS (General Packet Radio Service, «общая служба пакетной передачи данных») — стандарт передачи данных в сотовых сетях поколения GSM, основанный на коммутации пакетов. Введён в коммерческую эксплуатацию в 2000-х годах, GPRS стал первым шагом к мобильному интернету массового использования и получил неофициальное обозначение «2.5G» — как технология между вторым (GSM) и третьим (UMTS) поколениями связи.

¶Принцип работы

В отличие от предшествующей службы CSD (Circuit Switched Data), устанавливавшей для передачи данных постоянное коммутируемое соединение, GPRS передаёт данные раздельными пакетами. Ресурсы радиоканала выделяются только на время передачи пакета, а не на весь период сессии. Это позволяет:

• передавать данные «по требованию» — при отсутствии трафика канал освобождается для других абонентов;
• одновременно использовать голосовую связь и передачу данных (в сетях с поддержкой dual transfer mode);
• оплачивать переданные объёмы, а не время сессии.

Для реализации GPRS в сеть GSM добавляются два логических узла: SGSN (Serving GPRS Support Node) — узел поддержки GPRS, обслуживающий абонента в зоне его присутствия, и GGSN (Gateway GPRS Support Node) — шлюзовой узел, соединяющий мобильную сеть с внешними пакетными сетями, прежде всего с интернетом. Между SGSN и GGSN работает протокол GTP (GPRS Tunnelling Protocol), инкапсулирующий пакеты данных пользователя.

¶Классификация и поколения GPRS

Скорость и возможности GPRS зависели от поколения (class) реализации и количества используемых временных слотов (timeslots). Различали классы по двум параметрам: максимальное число временных слотов, используемых одновременно для приёма и передачи.

На практике большинство модемов и телефонов поддерживали классы CS-2 и CS-4, а реальная скорость редко превышала 30–40 кбит/с при хорошем покрытии. Этого хватало для текстовых страниц, почты и мессенджеров, но было недостаточно для потокового видео.

¶Протоколы и доступ к сети

Пользовательский трафик в GPRS инкапсулируется в протоколы семейства IP. Для доступа к интернету использовались:

• SNDCP (Subnetwork Dependent Convergence Protocol) — сжатие и фрагментация пакетов;
• LLC (Logical Link Control) — логическая связь между мобильной станцией и SGSN;
• BSSGP (BSS GPRS Protocol) — обмен пакетами между SGSN и базовой станцией.

Для подключения абоненту выдавались параметры APN (Access Point Name) — имя точки доступа, определяющее, в какую внешнюю сеть направляется трафик (например, интернет-шлюз оператора).

¶Развитие и переход к 3G/4G

GPRS был развёрнут практически всеми операторами GSM по миру. В России технология появилась в начале 2000-х годов у крупнейших операторов — «МТС», «МегаФон», «Билайн» и других. Стоимость мегабайта трафика в первые годы составляла рубли, что делало мобильный интернет дорогим удовольствием; позже тарифы были пересмотрены в сторону безлимитных пакетов.

Следующим этапом стала технология EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), увеличившая скорость до 236 кбит/с за счёт более эффективной модуляции (8PSK) — её иногда обозначают как «2.75G». Затем пришли сети третьего поколения UMTS/HSPA и четвёртого LTE, вытеснившие GPRS из повседневного использования.

¶Применение

Несмотря на вытеснение в мобильных телефонах, GPRS продолжает применяться в нишевых сценариях:

• М2М-связь и IoT — датчики, счётчики, диспетчерские системы, передающие малые объёмы данных;
• Телеметрия — сбор показаний приборов учёта, контроль протечек, мониторинг транспорта;
• Кассовые терминалы — передача транзакций в банки-эквайеры;
• GPS-трекеры — передача координат объектов.

Для этих задач GPRS привлекателен низким энергопотреблением модулей, дешевизной оборудования и широким покрытием сетей GSM, сохраняющимся в отдалённых районах.

¶Ограничения

К основным недостаткам GPRS относятся:

• низкая пропускная способность по сравнению с современными стандартами;
• высокая задержка (latency) — до 1 секунды и более;
• отсутствие гарантий качества обслуживания для пакетного трафика;
• необходимость отдельного APN и настроек для подключения.

Операторы ряда стран прекращают поддержку GPRS, освобождая радиочастоты под LTE и 5G. Тем не менее в России и ряде других государств технология остаётся рабочей для промышленных задач.

¶Исторические факты

Первое коммерческое развёртывание GPRS состоялось в 2000 году в сети HKCSL в Гонконге. В Европе первым оператором с коммерческим GPRS стал британский Vodafone (2001). Термин «2.5G», закрепившийся за GPRS, подчёркивал промежуточный характер технологии между голосовой связью GSM и широкополосным UMTS.

Источники:

• 3GPP TS 23.060 — General Packet Radio Service (GPRS); Service description; Stage 2
• ETSI/3GPP стандарты на GSM Phase 2+
• «Сотовые сети стандарта GSM» — учебные материалы по мобильной связи
• Документация операторов сотовой связи России (МТС, МегаФон, Билайн)