Пакетна передача даних GPRS в автомобiльнiй галузi

Мiнiстерство освiти та науки, молодi та спорту Украiни

Харкiвський нацiональний автомобiльно-дорожнiй унiверситет

(ХНАДУ)

Факультет мехатронiки транспортних засобiв

Кафедра мехатронiки автотранспортних засобiв

Курсова Робота

Пакетна передача даних GPRS в автомобiльнiй галузi

Харкiв, 2011


Змiст

Вступ

1 Структура мережi GPRS

2 Склад GSM /GPRS мережi

3 Використання пакетноi передачi для систем монiторинга

4 Цiновi показники використання GPRS на автомобiльному транспортi

Висновок

Перелiк посилань


Вступ

Практично всi компанii мають парк транспортних засобiв якi намагаються здiйснювати контроль за всiм, що пов'язано з експлуатацiiю автомобiлiв. Перелiк того, що може зачiпати подiбний контроль, досить великий. Так, наприклад, у нього входить комплексне спостереження, а саме:

- спостереження за людьми, серед яких присутнi як водii, так i механiки;

- стеження за транспортом;

- стеження за маршрутом проходження;

- контроль палива i т.д.

Головним завданням усього цього i оптимiзацiя робiт пов'язаних з перевезеннями i транспортом у цiлому. Крiм того, важливу роль граi безпека автомобiля, встановлюючи протиугiннi сигналiзацii. Як видно, логiстичних завдань, пов'язаних з таким питанням, як стеження за автомобiлем, не так вже й мало.

Щоб уникнути великоi кiлькостi виснажливоi роботи, транспортнi компанii вводять супутниковi системи монiторингу. GPS монiторинг транспортного засобу, дозволяi в реальному режимi часу здiйснювати GPS спостереження за положенням автомобiля на картi, здiйснюючи контроль маршруту, отримувати точну статистику швидкiсних режимiв i простоiв, бачити реальний пробiг, запобiгаючи тим самим нерегламентованi рейси, i крiм цього робити контроль витрати палива. GPS-монiторинг здатний в значнiй мiрi спростити облiк витрачання палива, а також знизить рiвень амортизацii, що все разом приведе до бiльш ефективного використання всiх одиниць транспорту.

Застосовуючи GPS-монiторинг, i можливiсть бiльш наочно здiйснювати стеження за автомобiлем, де б вiн не знаходився. Крiм схематичних карт, у системi монiторингу присутнi фотографii карти зi супутника, що найчастiше бiльш наочно.

Введений в транспортному пiдприiмствi GPS-монiторинг окупаiться в середньому за мiсяцi, завдяки скороченню витрат на автотранспорт, що й дозволяi домогтися GPS-спостереження [1].


1. Структура мережi GPRS

GPRS тАУ це радiо-сервiс, заснований на пакетнiй комутацii, який даi можливiсть постiйного з'iднання, витiсняючи трудомiстке i вiднiмаюче багато часу з'iднання через dial-up.

Необхiднiсть рiшення для доступу iз стiльникових мереж в iнтернет i локальнi корпоративнi мережi обговорювалася протягом багатьох рокiв. Широке поширення такого роду технологiй сповiльнювалося через проблеми з покриттям, вартiстю, експлуатацiйними якостями i безпечним видаленим доступом в корпоративних мережах. Запуск заснованого на GSM-мережах сервiсу GPRS (General Packet Radio Service) привiв до змiни цiii ситуацii i забезпеченню з'iднання "у будь-який час i в будь-якому мiсцi". Даний сервiс забезпечуi також реальну пропускну спроможнiсть понад 40 кбiт/с. В цiлому, GPRS i черговим рiвнем вiд GSM до мобiльних мереж третього поколiння тАУ 3G. GPRS пропонуi швидшу передачу даних через мережi GSM з швидкостями вiд 9.6 до 115 кбiт/с. Ця нова технологiя надаi можливiсть робити телефоннi дзвiнки i передавати данi одночасно.

Найпривабливiшим аспектом технологii GPRS для постачальникiв послуг, окрiм зниження вартостi експлуатацii, i простота управлiння при ii використаннi, а також новi бiлiнговi можливостi, що стали доступними пiсля переходу вiд комутованоi до пакетноi передачi даних. Клiiнти також отримують вiд впровадження цiii технологii своi переваги, оскiльки вона даi iм безлiч вдосконалених сервiсiв вiд провайдера, поряд з абсолютно новими.

Технологiя GPRS просунула мобiльнi системи на крок вперед, зробивши зручнiшим i доступнiшим використання медiа-контенту в невеликих мобiльних пристроях. Серед iнших важливих переваг GPRS - ефективнiше використання радiо-спектру. Користувачi тепер займають радiо-ресурси лише тодi, коли вiдбуваiться реальна передача даних. Це, по сутi, означаi, що в однiй точцi доступу можна обслужити бiльше користувачiв, тодi як швидкостi передачi даних залишаються високими.

Покращена функцiональнiсть i ефективнiсть GPRS веде до зниження вартостi комерцiйного надання сервiсiв передачi даних. Пропонуючи новi привабливi можливостi своiм абонентам завдяки новiй технологii, провайдери залучають все бiльше клiiнтiв. Але найважливiшою перевагою GPRS i iстотно покращена якiсть сервiсiв передачi даних. Функцii Quality of Service (QоS) стали повнiстю доступними, i iх навiть можна вимiряти в термiнах надiйностi, часу вiдгуку i пiдтримуваних можливостей. Новi застосування, розробленi для користувачiв GPRS, стали привабливими для багатьох клiiнтiв мобiльного зв'язку i дозволяють провайдерам полегшити введення нових сервiсiв i модифiкацiю старих.

GPRS тАУ це стандарт ETSI (European Telecommunications Standards Institute) для пакетноi комутацii в системах GSM. В даний час по всьому свiту найширше поширенi мережi на основi GSM i iх називають мережами другого поколiння (2G). Технологiя GSM використовуi варiацiю TDMA (time division multiple access) i i найширше використовуваною з трьох основних цифрових безпровiдних технологiй (TDMA, GSM i CDMA).

GSM оцифровуi i стискуi данi, потiм пересилаi iх по каналу з двома iншими потоками призначеними для користувача даних, кожен в своiму власному тимчасовому iнтервалi (у таймi-слотi). Функцiонуi на частотi або 900 МГц, або 1800 МГц.

GPRS i так званою технологiiю що накладаiться, поширюваною на мережах GSM, CDMA i TDMA. Ця технологiя застосовуi новий метод ефективноi передачi пакетних даних по радiомережах. Технологiя пакетноi комутацii заснована на методах IP i X.25, обидва з яких дуже популярнi i широко використовуються в багатьох мережах. Пакетна комутацiя GPRS працюi в цiлому так само, як i пакетна комутацiя IP, тобто данi розщеплюються на пакети i пересилаються за призначенням рiзними дорогами по мережi, потiм знову збираються на приймаючiй сторонi. Пакетна комутацiя GPRS допускаi будь-який iснуючий трафiк IP або X.25 для пересилки даних через радiомережу GPRS.

GPRS використовуi радiосмугу шириною в 200 кГц, i вона дiлиться на вiсiм каналiв. Загальна iмкiсть каналiв складаi 271 кбiт/с, але кожен з цих каналiв здатний передавати потоки даних в 14,4 кбiт/с. Теоретично можлива швидкiсть в 115 кбiт/с, але в реальних умовах вона використовуiться украй рiдко або взагалi не використовуiться. Середня швидкiсть в 48 кбiт/с i найбiльш вiрогiдною оцiнкою, оскiльки точки доступу подiленi мiж багатьма користувачами, причому дiапазон або розташування приймача також залежатимуть вiд ширини смуги, що i в наявностi. Цей результат набагато кращий, нiж можуть запропонувати iснуючi пристроi мобiльних комунiкацiй, що дають всього 9.6 кбiт/с. РЖншим важливим аспектом РЖнтернет зв'язку через GPRS i те, що з'iднання з РЖнтернет безперервно (завжди ВлонлайнВ»), i в той же час йому не доводиться пiдтягувати ресурси з точок доступу в той час, коли воно не використовуiться, тому що данi передаються лише тодi, коли в цьому i необхiднiсть. Приймач запитуi iнформацiю, пристрiй пiдтягуi у цей момент радiоресурси, а потiм знову знаходиться в неробочому станi, поки не починаi приймати запитану iнформацiю. Радiосмуги розподiляються динамiчним чином, залежно вiд типу контенту тАУ одночасно декiлька або навiть бiльше, залежно вiд того, чи передаiться текстове повiдомлення або вiдео. Коли користувач включаi пристрiй пiдтримуючий GPRS, зазвичай вiн автоматично шукаi канал GPRS в данiй мiсцевостi. Якщо вiдповiдний канал знайдений, пристрiй намагатиметься з'iднатися з мережею [2].

2. Склад GSM /GPRS мережi

Мережа GPRS - накладена мережа, розташована поверх iнфраструктур GSM. Ключовi компоненти мережi GPRS включають:

- Serving GPRS Support Node (SGSN) - частина iнфраструктури GSM, вiдповiдальна за вiдсилання та отримання пакетiв вiд абонентiв у своiму районi обслуговування. Цей блок також виробляi авторизацiю, контактуючи з сервером i перевiряючи iнформацiю про користувача. Крiм того, вiн вiдстежуi маршрут перемiщень абонента, щоб мати можливiсть належним чином розподiляти ресурси, а також збираi надходить бiлiнгову iнформацiю, пересилаючи ii до головного офiсу;

- GPRS Gateway Service Node (GGSN) - компонент мережi GSM, вiдповiдальний за взаiмодiю з iнтернет i iншими громадськими мережами, якi передають данi i голос. Компонент зберiгаi маршрутизуючу базу даних, базу даних з адресами i фiльтруi базу даних [2];

- Network Switching Subsystem (NSS) тАУ пiдсистема комутацii;

- Mobile Switching Centre (MSC) тАУ центр комутацii контролюi певну географiчну зону з розташованими на нiй BTS i BSC. Здiйснюi установку з'iднання до абонента i вiд нього всерединi мережi GSM, забезпечуi iнтерфейс мiж GSM та iншими мережами радiозв'язку, мережами передачi даних;

- Home Location Registry (HLR) тАУ домашнiй реiстр мiсцезнаходження мiстить базу даних абонентiв, приписаних до нього. Тут мiститься iнформацiя про послуги, що надаються абонентовi, iнформацiя про стан кожного абонента, необхiдна у разi його виклику, а також Мiжнародний РЖдентифiкатор Мобiльного Абонента (IMSI - International Mobile Subscriber Identity);

- Visitor Location Registry (VLR) тАУ гостьовий реiстр мiсцезнаходження забезпечуi монiторинг пересування MS з однiii зони в iншу i мiстить базу даних про абонентiв яку перемiщуються, що знаходяться в даний момент в цiй зонi, у тому числi абонентах iнших систем GSM - так званих роумерам. Данi про абонента видаляються з VLR в тому випадку, якщо абонент перемiстився в iншу зону. Така схема дозволяi скоротити кiлькiсть запитiв на HLR даного абонента i, отже, час обслуговування виклику;

- GPRS Tunneling Protocol (GTP) - тунельний протокол GPRS, заснований на протоколах TCP / IP, iнкапсулюi пакети IP та X.25, що приходять з вузлiв SGSN в GGSN;

- Base Station Subsystem (BSS) - один з основних елементiв системи радiотелефонного зв'язку, вiдповiдальний за передачу голосового та сигнального трафiку мiж мобiльним термiналом абонента та пiдсистемою мережi i комутацii.

- Base Transceiver Station (BTS) тАУ базова станцiя (БС) включаi в себе приймально-передавальнi антеннi пристроi, обладнання для ретрансляцii сигналу (Трансивер), блоки шифрування даних. БС обслуговуi окрему дiлянку мережi за допомогою декiлькох нацiлених у рiзнi дiлянки сектора трансiверiв, що здiйснюють мовлення на рiзних частотах;

- Packet Controller Unit (PCU) - блок управлiння пакетами, що даi можливiсть станцiям GSM пересилати та отримувати пакети при GPRS комунiкацiях;

- Base Station Controller (BSC) тАУ контролер БС служить для управлiння та обмiну даними групи базових станцiй, при цьому число елементiв групи може варiюватися вiд 10 до 100. Цей блок керуi процесом призначення радiоканалiв, приймаi контрольну iнформацiю вiд телефонних термiналiв, контролюi процес передачi даних вiд однiii БС до iншоi (у разi, якщо обидвi БС пiдпорядковуються даному контролеру, з'iднання з БС iнших контролерiв здiйснюi пiдсистема мережi i комутацii MSC. Ключовою функцiiю контролера i концентрацiя перетворення рiзних потокiв низькоi iмностi (i вiдносно низьким стиском) з базових станцiй в набагато меншi за обсягом схожi цифровi потоки шляхом бiльшого стиснення даних, i направлення iх у пiдсистему мережi i комутацii MSC [3].

На рисунку 2.1 представлена взаiмодiя елементiв GSM /GPRS мережi [4].

Рисунок 2.1 тАУ Принцип роботи системи GSM /GPRS

Коли користувач GPRS робить дзвiнок, пристрiй GPRS контактуi зi станцiiю GSM, яка в свою чергу звертаiться до станцii SGSN, яка взаiмодii з iншими станцiями SGSN чи станцiями GGSN, якщо iй потрiбно отримати доступ до мережi iншого роду (IP або X.25). Для користувача GPRS зтАЩiднання виходить ВлбезшовнимВ», немаi процедури Влвстановлення дзвiнкаВ»

(Рисунок 2.1). Технологiя GPRS, що накладаiться поверх мережi GSM, спочатку була призначена для того, щоб динамiчно та iндивiдуально розподiляти радiо-ресурси GSM попакетно, в мiру необхiдностi. Якщо до соти GSM одночасно пiдключаiться вiдразу багато користувачiв GPRS, i сота GSM не здатна пiдтримувати такий обсяг голосового трафiку, станцiя GPRS скористаiться лассресурсом сусiднiх сот GSM. Таким чином, в реальностi користувачi GPRS обслуговуються багатьма стiльниками GSM одночасно, коли в цьому виникаi необхiднiсть. Отже, SGSN отримуi запит на зтАЩiднання, запитуi iнформацiю про профiль користувача з вузла HLR i виробляi аутентифiкацiю користувача. У цiй точцi може здiйснюватися шифрування. SGSN використовуi iнформацiю про профiль (включаючи назву точки доступу, яка iдентифiкуi мережу i оператора) для визначення, до якого вузлу GGSN виробляти маршрутизацiю. Вибранi ворота можуть надавати сервiс вiддаленоi аутентифiкацii користувача (Remote Authentication Dial-In User Service, RADIUS) i призначати динамiчний адреса iнтернет-протоколу (IP) користувачевi перед налаштуванням сполук в зовнiшнi мережi. Цей процес називаiться контекстна активацiя пакетного профiлю даних i установки можуть варiюватися вiд оператора до оператора. Вiн може включати додатковi функцii, такi як менеджмент QoS (Quality of Service тАУ якiсть сервiсу) i менеджмент вiртуальних приватних мереж (virtual private network, VPN). Коли мобiльний пристрiй вимкнений чи знаходиться поза зоною покриття GPRS, його контекст дезактивуется i пристрiй вiдтАЩiднуiться вiд мережi.

Коли мобiльний користувач посилаi данi, вузол SGSN направляi пакети на вiдповiдний вузол GGSN. GGSN потiм направляi данi у вiдповiдностi з поточним контекстом, що встановлюються для даноi сесii. У зворотному напрямку, пакети, призначенi для користувача, направляються в GGSN, асоцiйований з IP адресою користувача. Вузол GGSN перевiряi отриманi пакети згiдно з поточним контекстом, iдентифiкуi SGSN, обслуговуючий даного користувача i направляi рух у вiдповiдному напрямку. Вузол SGSN потiм пересилаi пакети на базову станцiю, де перебуваi користувач [2].

3. Використання пакетноi передачi для систем монiторингу

Широко яка на сьогоднiшнiй день технологiя передачi даних стандарту GSM (GSM Data), здатна контролювати рух транспортного засобу (ТЗ) i працездатнiсть всiх його датчикiв, передавати певнi обсяги даних з досить високим ступенем захисту i багато iнших функцiй в комплексi з GPS / GPRS трекером. Однак, вона володii багатьма суттiвими недолiками тАУ низькою швидкiстю передачi даних (9600 бiт/с) i високою вартiстю експлуатацii подiбних систем за рахунок погодинних тарифiв операторiв мобiльного зв'язку.

Технологiя GPRS забезпечуi пакетну комутацiю на всьому протязi каналу зв'язку вiд мобiльного термiналу абонента i вище. При цьому iстотно оптимiзуються послуги передачi даних в мережах стандарту GSM, особливо з урахуванням переривчастого характеру трафiку в мережах iнтернет/iнтранет. З'iднання встановлюiться практично миттiво. Користувачi оплачують фактичнi обсяги переданих даних, а не час з'iднання, оскiльки використовують мережевi ресурси i займають тимчасовi iнтервали радiоканалiв тiльки в моменти обмiну даними. Це забезпечуi надзвичайно ефективне використання доступноi смуги частот i дозволяi дiлити один радiоканал мiж декiлькома користувачами.

GPRS володii наступними суттiвими перевагами стосовно побудови автоматизованих систем монiторинга та управлiння транспортними засобами:

- Система тарифiкацii з оплатою трафiку iдеально пiдходить для обмiну iнформацiiю з невеликими обсягами даних;

- Надання абоненту кiлькох тимчасових iнтервалiв радiоканалу (так званих тайм-слотiв) з числа вiльних, значно пiдвищуi швидкiсть передачi даних у мережi. На вiдмiну вiд доступноi ранiше пропускноi здатностi каналу зв'язку, яка обмежувалася використанням одного тайм-слота GSM Data i становила 9600 бiт/с, GPRS дозволяi органiзувати сесii обмiну даними на швидкостi до 171300 бiт/с. Практично тАУ ця швидкiсть обмежена можливостями оператора i конструктивним виконанням абонентського пристрою зв'язку.

Модеми GPRS, використовуванi в якостi кiнцевих пристроiв класифiкуються по максимально можливiй кiлькостi одночасно займаних тайм-слотiв, кожний з яких забезпечуi швидкiсть передачi даних вiд 9600 до 21400 бiт/с в залежностi вiд способу кодування iнформацii. В Украiни провiдними операторами мобiльного зв'язку пiдтримуiться схема кодування

CS-2, при якiй пропускна здатнiсть тайм-слота складаi 13400 бiт/с. На сьогоднiшнiй день на вiтчизняному ринку в основному представленi моделi, якi пiдтримують до чотирьох слотiв для прийому даних i до двох слотiв для передачi даних [5]. Кiлькiсть одночасно використовуваних вхiдних i вихiдних каналiв (тайм-слотiв) визначають Вакласiв GPRS (Таблиця 3.1). Також, в залежностi вiд якостi каналу, може вибиратися одна з чотирьох схем кодування (Таблиця 3.2). При гарному вiдношеннi сигнал/шум вибираiться схема кодування з бiльшою швидкiстю передачi, але з меншою стiйкiстю до перешкод [6].


Клас GPRSКаналiв прийомуКаналiв передачiВсього
1112
2213
3224
4314
5224
6324
7334
8415
9325
10425
11435
12445

Вместе с этим смотрят:


Анализ режимов автоматического управления


Аргоновый лазер


Архитектуры реализации корпоративных информационных систем


Базы данных и их сравнительные характеристики


Выращивание плёнки GeSi и CaF2 на кремниевых подложках