GPRS - Mit High-Speed mobil ins Internet

Ilse u. Rudolf Wolf

Eines der größten Hindernisse für die weltweite mobile Kommunikation über das Internet stellen jedoch die niedrigen Übertragungsraten von 9600 Bits pro Sekunde heutiger Mobiltelefone dar. Für den Austausch kurzer E-Mails reicht dies auch aus, aber angesichts der hohen Verbindungskosten ist bei dieser Geschwindigkeit ein ökonomischer Datentransfer kaum möglich. Dies haben auch die Hersteller von Mobiltelefonen und Netzbetreiber bereits vor einiger Zeit erkannt und fieberhaft an Lösungen gearbeitet.

Von einer Lösung mit Breitband ISDN über ATM kam man immer mehr zu Evolutionslösungen des existierenden GSM. Eine Zwischenlösung und erster Schritt ist die Darstellung der Internet-Inhalte mit Hilfe des WAP-Protokolls (Wireless Application Protocol) und spezieller Web-Portale auf Internet-fähigen Mobiltelefonen und anderen Kleingeräten. Die Internet-Möglichkeiten von WAP, WML (Wireless Markup Language) und der verschiedenen Mikro-Browser sind zwar relativ beschränkt, aber immerhin ein Anfang. Die derzeitigen WAP-Angebote: News, Aktienkurse, Fahrplanauskunft usw. sind nach Meinung von Experten nicht jene Dienste, mit denen WAP den Durchbruch schaffen wird. Der WAP-Boom wird erst nach der Einführung von GPRS (General Packet Radio Service) einsetzen.

GPRS wird die mobile Datenübertragung revolutionieren. Die neue Technologie wird auch Informationsservices wie Navigationssystemen, location based services wie etwa lokalen Wetter- und Verkehrsberichten etc. enorme Bedeutung verleihen. Auch Telematik-Anwendungen wie Messungen, Steuerungen oder Flottenmanagement werden dank GPRS-Technik über das Mobiltelefon rascher und effizienter möglich sein.

GPRS ante Portas

Im April 2000 hat die mobilkom austria mit Motorola Österreich und der Kapsch-Tochter Austria Telecommunication/AT einen Vertrag über den flächendeckenden Ausbau der GPRS-Netzinfrastruktur unterzeichnet.

Bereits im Sommer wird das GPRS-Netz aufgebaut sein und damit 2,4 Millionen mobilkom-Kunden Zugang zu den Hochgeschwindigkeits-Datendiensten bieten.

Was ist GPRS?

GPRS ist eine neue Technologie zur Datenübertragung über das Handy. Mit GPRS können Daten bis zu einer Übertragungsrate von 115 Kilobit pro Sekunde übertragen werden.

Mit GPRS (General Packet Radio Service) erfolgt die Datenübertragung paketvermittelt. Durch den Paketmodus fällt das Problem des Verbindungsauf- und -abbaus weg. Bei GPRS werden aber nur dann Daten übertragen, wenn das auch benötigt wird. Wer nicht online ist, hat somit bei GPRS auch keine Verbindung zum Netz, ist also offline. Dennoch ist ein GPRS-Handy ständig in Bereitschaft für Datentransfers, genauso, wie ein eingeschaltetes und in ein Netz eingebuchtes Handy immer in Bereitschaft ist, einen Anruf entgegenzunehmen.

Für den Anwender bedeutet das, ständig online zu sein, ohne eine Funkverbindung dauerhaft zu belegen und dafür bezahlen zu müssen. Die Bezahlung erfolgt nach der tatsächlich übertragenen Datenmenge. Die zur Verfügung stehende Übertragungskapazität wird bei GPRS von allen Teilnehmern in einer Funkzelle geteilt, d.h. ein Teilnehmer belegt die Funkstrecke nur, wenn wirklich Pakete übertragen werden.

GPRS verwendet dieselben Frequenzen, wie GSM bei der Sprachübertragung. Das Frequenzband wird bei der Sprachübertragung in acht Bereiche unterteilt. GPRS kann diese Bereiche kombinieren. Dadurch hat jede mobile Station die Möglichkeit, so viel Bandbreite zu nutzen wie für die aktuelle Übertragung nötig ist.

GPRS wird auf der Netzarchitektur von GSM realisiert, auf der ein reibungsloses Nebeneinander von durchschaltevermittelten Kanälen und paketvermittelten Kanälen im selben Netz möglich sein muss. Zu einem bestimmten Zeitpunkt kann ein Teil der Zeitschlitze von GSM-Diensten und ein anderer Teil von GPRS-Paketen benutzt werden.

Beim paketvermittelten GPRS wird zwischen verbindungsorientierten und verbindungslosen Diensten unterschieden. Bei den Letzteren wird in jedem Paket die vollständige Adresse des Empfängers und Absenders abgelegt und unabhängig von den anderen Paketen durch das Netz geschleust. Daher können Pakete zwischen zwei Kommunikationspartnern im Netz unterschiedliche Wege gehen und können sich sogar überholen. Bei verbindungsorientierten Diensten ist der Übertragungsweg für die Dauer der logischen Verbindung fest vorgegeben. Der Vorteil ist, dass die Reihenfolge der übertragenen Pakete gesichert ist.

Das GPRS-Protokoll unterstützt sowohl IP als auch X.25, wobei das Internet-Protokoll (IP) als Vermittlungsprotokoll fungiert. Bereits über Funk werden die Daten im IP-Format übertragen. Damit ermöglicht GPRS eine direkte netzseitige Verknüpfung des Mobilfunknetzes mit IP-basierenden Festnetzen. Gegenüber bereits vorhandenen Software-Applikationen stellt sich GPRS dabei als IP-Verbindung dar. Der Vorteil für die Anwender: kein Anpassungsaufwand für ihre Applikationen, keine Veränderung bei der Bedienung.

GPRS unterstützt die Übertragung von Daten zwischen einem Sender und einem oder mehreren Empfängern. Dabei spielt es keine Rolle, wo sich die Kommunikationsteilnehmer befinden. Sie können über eine Basisstation direkt an das GPRS-Netz angeschlossen sein, aber auch an externe Datennetze. Sender bzw. Empfänger kann ein GPRS-fähiges Mobilfunkgerät - das über ein Notebook/PDA angebunden werden kann - oder ein Datenendgerät sein. Das Datenendgerät ist entweder direkt an das GPRS-Netz oder an externe Datennetze angeschlossen, während mobile Geräte über die Basisstation unter Nutzung eines Funkkanals an das GPRS-Netz angeschlossen sind.

Übertragungstechnik

Um die Paketvermittlung zu berücksichtigen sind Änderungen in der Netzarchitektur von GSM erforderlich. Die wichtigste Änderung ist die Einführung der GPRS Support Nodes (GSN), die die Paketvermittlung übernehmen und als Gateway zu den Paketnetzen dienen. Für die Erfüllung dieser Funktionen sind zwei Subsysteme vorgesehen. Die Gatewayfunktion wird vom Gateway GPRS Support Node (GGSN) wahrgenommen, während der Serving GPRS Support Node (SGSN) für das Roaming zuständig ist. Durch die Zuordnung einer temporären, dynamischen Adresse zur Mobilstation wird es dem SGSN möglich, eine Identifizierung der Mobilstation vorzunehmen. Bezüglich des Datenflusses sind in der GPRS-Netzarchitektur zwei Wege zu unterscheiden. Die Nutzdaten nehmen den direkten Weg zwischen Base Station Controller und GSN. Die für die Signalisierung notwendigen Daten werden über das Mobile Switching Center übertragen.

Die zu übertragenden Daten werden mit Mobilfunk an die nächstgelegene Basis- Station gesendet. Von dort werden sie an den Serving GPRS Support Node(SGSN) geschickt. Der SGSN ist die Schaltzentrale für das Senden und Empfangen der Daten für die mobilen Endgeräte(Handy). Die Nutzdaten werden auf dem direkten Weg zwischen Base Station Controller und SGSN übertragen. Die zur Signalisierung notwendigen Daten nehmen den Umweg über das Mobile Switching Center.

Das SGSN ist über das GPRS-Tunnel-Protocol mit dem Gateway GPRS Support Node(GGSN) verbunden. Von hier aus ist das GPRS-Netz mit anderen GPRS-Netzen, dem Internet und anderen Datennetzen verbunden.

Das mobile GPRS-Endgerät setzt auf der Netzwerkschicht auf, das heißt auf TCP/IP oder X.25. Die IP- oder X.25-Pakete werden vom Sub-Network Dependent Convergence Protocol (SNDCP) direkt auf die Link Layer Control-Schicht (LLC) abgebildet. SNDCP kann von der Netzwerkschicht kommende Datagramme beziehungsweise Pakete in einzelne Segmente aufteilen, mehrere Datagramme der Netzwerkschicht multiplexen und über eine einzelne virtuelle Verbindung übertragen. Zusätzlich lassen sich die Daten bei Bedarf verschlüsseln oder komprimieren. Die LLC-Schicht ist für die Flusskontrolle und Fehlerkorrektur zuständig, das heißt, sie garantiert die zuverlässige Übertragung der Nutzdaten zwischen dem Mobilteilnehmer und dem SGSN.

Fazit

Ab 2002 soll der Wechsel auf die 3. Generation der Mobilfunksysteme beginnen. UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) heißt das neue System. Bis dahin müssen wir uns mit GPRS, der Erweiterung der heute installierten Mobilfunksysteme der 2. Generation (GSM900, GSM1800), begnügen.

Merkmale und Eigenschaften von GPRS: Bis zu 115 kBit/s pro Nutzer möglich, gleichzeitige Übertragung von Sprache und Daten, Anwender zahlen für die genutzte Bandbreite statt für die Verbindungszeit, andauernde Verbindung zum GSM-Netz möglich, Verbindungsaufnahme für Datenübertragung entfällt.

Da GPRS nur ein Trägermedium ist, selbst aber kein fertiges Produkt darstellt, muss GPRS erst mit den entsprechenden Anwendungen und Inhalten aufgeladen werden, um für Anwender einen Nutzen zu generieren. Doch die technischen Vorteile von GPRS liegen auf der Hand, denn künftig wird es für den Anwender keine Rolle mehr spielen, ob er sich über ein LAN, seinen ISP oder sein Mobiltelefon in das Internet einloggt. Auch WAP wird sich nach der Einführung von GPRS langsam zu ernsten Geschäftsmodellen wandeln.