UNIÃO EDUCACIONAL MINAS GERAIS S/C LTDA FACULDADE DE CIÊNCIAS APLICADAS DE MINAS Autorizada pela Portaria no 577/2000 – MEC, de 03/05/2000 BACHARELADO EM SISTEMAS DE INFORMAÇÃO
ESTUDO DO COMPORTAMENTO DOS PROTOCOLOS GPRS EM UMA CHAMADA DE
DADOS
MARCOS PAULO PEREIRA MAGALHÃES
Uberlândia
2005
MARCOS PAULO PEREIRA MAGALHÃES
ESTUDO DO COMPORTAMENTO DOS PROTOCOLOS GPRS EM UMA CHAMADA DE
DADOS
Trabalho de Final de curso submetido à UNIMINAS como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Bacharel em Sistemas de Informação.
Orientador: Prof. Msc. Luiz Cláudio Theodoro
UBERLÂNDIA - MG
2005
MARCOS PAULO PEREIRA MAGALHÃES
ESTUDO DO COMPORTAMENTO DOS PROTOCOLOS GPRS EM UMA CHAMADA DE
DADOS
Trabalho de Final de curso submetido à UNIMINAS como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Bacharel em Sistemas de Informação.
Orientador: Prof. Msc. Luiz Cláudio Theodoro
Banca Examinadora:
Uberlândia, 17 de dezembro de 2005.
Prof. Msc. Luiz Cláudio Theodoro (Orientador) Prof. Esp. Flamaryon Guerin Gomes Borges
Prof. Dr. Mauro Hemerly Gazzani
UBERLÂNDIA - MG
2005
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AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus por me dar força e saúde para fazer esse curso e a minha família, por acreditar em minha capacidade, pela confiança e motivação.
A Professora Kátia que me deu todo apoio necessário para que pudesse concluir e aprensentar este projeto.
E a todos os meus colegas de classe com quem compartilhei as alegrias e as frustrações de realizar essa pesquisa.
RESUMO
Este trabalho pretende contribuir para um melhor entendimento da comunicação entre os protocolos da rede GPRS, assim como formar uma base de conhecimento sobre o assunto, de fácil acesso para profissionais da área e interessados. Através de uma pesquisa bibliográfica procurou-se mostrar a estrutura da rede GSM/GPRS, expondo de forma básica a rede GSM e explicando de forma mais profunda os componentes, os protocolos e as interfaces do GPRS. Foi realizado um levantamento de dados sobre os protocolos específicos da rede GPRS a fim de entender sua função e compreender como o mesmo realiza a transmissão de dados.
Através da demonstração de uma chamada de dados iniciada a partir de um equipamento conectado à Internet foi possível mostrar como funciona a integração da rede GPRS com as redes externas, como os protocolos funcionam e como é o tráfego de dados na rede.
O foco deste trabalho é a demonstração, através de tracers em uma plataforma real, da comunicação entre os protocolos GPRS, explicando como os mesmos se comportam durante uma chamada de dados.
ABSTRACT
This work intends to contribute to a better understanding about communication in GPRS’s protocols and to share basic knowledge about this theme.
By bibliography search, it tries to show the GSM/GPRS structures, showing its basic form and relating deep in through its components (GPRS’s protocols and interfaces).
A research was made about the specific GPRS’s protocols, trying to find out its function and to understand how its data transmission is made.
Showing a data layer started by equipment connected in the network was possible to demonstrate how the integration between net GPRS and external nets works, how the protocol works and how the net data traffic is.
This work’s focus is to show, through tracers in real platform, the communication between GPRS’s protocols, making explanation of its behavior during a data call.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Arquitetura da rede GSM... 19
Figura 2. Disposição das interfaces na rede GSM ... 22
Figura 3. Arquitetura da rede GPRS ... 26
Figura 4. Plano de dados e sinalização GPRS ... 31
Figura 5. Transferência de pacotes de dados no GPRS ... 32
Figura 6. Comunicação entre protocolos na rede GPRS... 36
Figura 7. Conexão ao GPRS ... 38
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
1 AUC - Authentication Center 2 BCC - Broadcast Call Control 3 BSC - Base Station Controllers 4 BSS - Base Station Subsystem 5 BSSAP+ - BSS Application Part Plus
6 BSSGP - Base Station System GPRS Protocol 7 BTS - Base Transceiver Station
8 BVCI - BSSGP Virtual Connection Identifier 9 CV - Countdown Value
10 DLCI - Data Link Connection Identifier 11 EIR - Equipment Identity Register 12 ERB - Estação Rádio Base
13 GGSN - Gateway GPRS Support Node 14 GMM - GPRS Mobility Management 15 GPRS - General Packet Radio Service
16 GSM - Global System for Mobile Communications 17 GTP - GPRS Tunneling Protocol
18 HLR - Home Location Register
19 IMSI - International Mobile Subscriber Identity 20 IP - Internet Protocol
21 ISDN - Integrated Services Digital Network 22 Kbps - Kilobits por Segundo
23 LBS - Location Based Services 24 LLC - Logical Link Control 25 LSP - Link Selection Parameter 26 MAC - Medium Access Control 27 MAP - Mobile Application Part 28 MM - Mobility Management
29 MMS - Multimedia Messaging System 30 MS - Mobile Station
31 MSC - Mobile-Services Switching Centre 32 MTU - Maximum Transmit Unit
33 NS - Network Service
34 NSAPI - Network Layer Service Access Point Identifier 35 NSEI - Network Service Entity Identifier
36 NSS - Network and Switching Subsystem 37 OSI - Open Systems Interconnection 38 OSS - Operation Support Subsystem 39 PCS - Personal Communication Services 40 PCU - Packet Control Unit
41 PDU - Protocol Data Unit 42 PT - Payload Type 43 PTP - Point To Point 44 PTT - Push-To-Talk 45 QoS - Quality of Service
46 RDSI - Rede Digital de Serviços Integrados 47 RLC - Radio Link Control
48 RRBP - Relative Reserved Block Period 49 SCCP - Signalling Connection Control Part 50 SGSN - Serving GPRS Support Node 51 SM - Signalling Manager
52 SMS - Short Message Service
53 SNDCP - Sub Network Dependent Convergence Protocol 54 SS7 - Signaling System 7
55 SSCP - Signaling Correction Control Part 56 TBF - Temporary Block Flow
57 TFI - Temporary Flow Identifier 58 TI - Tecnologias da Informação 59 TID - Tunnel ID
60 TLLI - Temporary Logical Link Identifier 61 USF - Uplink State Flag
62 VLR - Visitor Location Register 63 WAP - Wireless Application Protocol
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 12
1.1 CENÁRIO ATUAL... 12
1.2 IDENTIFICAÇÃO DO PROBLEMA... 13
1.3 OBJETIVOS DO TRABALHO... 14
1.4 JUSTIFICATIVA PARA A PESQUISA... 15
1.5 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO... 16
2. TECNOLOGIA GSM ... 17
2.1 INTRODUÇÃO... 17
2.2 ARQUITETURA... 18
2.2.1 Base Station Subsystem ... 19
2.2.2 Network and Switching Subsystem ... 19
2.2.3 Operation Support Subsystem ... 20
2.3 INTERFACES... 21
2.4 SERVIÇOS... 23
3. TECNOLOGIA GPRS ... 24
3.1 NECESSIDADE TECNOLÓGICA... 24
3.2 COMUTAÇÃO DE DADOS... 24
3.3 A REDE GPRS ... 25
3.4 A ARQUITETURA DA REDE GPRS... 25
3.5 CAMADA DE PROTOCOLOS... 27
3.5.1 Protocolos da interface Gn... 27
3.5.2 Protocolos da interface Gb... 27
3.5.3 Protocolos da interface Um... 30
3.6 CHAMADA DE DADOS... 32
3.6.1 Transmissão na Internet ... 32
3.6.2 Transmissão no GGSN ... 33
3.6.3 Transmissão no SGSN ... 33
3.6.4 Transmissão no BSS ... 34
3.6.5 Transmissão na Estação Móvel ... 34
4. ESTUDO DE CAMPO ... 35
4.1 TRACERS... 35
5. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS... 40
5.1 CONCLUSÕES... 40
5.2 RESTRIÇÕES DO TRABALHO... 42
5.3 TRABALHOS FUTUROS... 42
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 43
1. INTRODUÇÃO
1.1 Cenário atual
Nos últimos anos a Internet vem se destacando como uma força transformadora, impulsionando o desenvolvimento de novas tecnologias, exigindo uma grande evolução das tecnologias de transmissão de dados.
A crescente demanda por acesso à rede deixa de ser restrita a um único local e começa a se destacar a comunicação móvel de dados, onde os usuários passam a ter acesso as informações a qualquer hora, de qualquer lugar.
Com isso, a convergência de vários serviços para um resultado comum, visando suprir essas necessidades, se tornou uma tendência e trouxe diversos desafios, tanto para desenvolvedores quando para prestadores de serviços voltados à comunicação.
Neste cenário, a telefonia móvel foi um dos ramos que obteve maior destaque. Seguindo a tendência, as operadoras de telecom têm investido muito em tecnologias de comunicação, em especial comunicação móvel, tentando agregar o máximo de serviços possíveis em um único meio, utilizando um único aparelho, o dispositivo móvel.
Hoje os celulares não são utilizados somente para realizar ligações, eles já incorporaram diversos serviços como acesso à Internet, envio e recebimento de mensagem multimídia, bate-papo, dentre outros. Para isso, diversas tecnologias de transmissão foram propostas, sendo a de maior destaque o GPRS, o qual vem facilitando e destacando o serviço de computação móvel via aparelhos celulares.
Em suma o GPRS - General Packet Radio Service é uma extensão do GSM - Global System for Mobile Communications e define um serviço de dados orientado a pacotes, que foi desenvolvido para facilitar o acesso a serviços baseados no protocolo IP - Internet Protocol.
Diversas definições sobre GPRS podem ser encontradas, dentre elas destacam-se às seguintes:
[...] é uma tecnologia que aumenta as taxas de transferência de dados nas redes GSM existentes. Esta permite o transporte de dados por pacotes (Comutação por pacotes). Sendo assim, o GPRS oferece uma taxa de transferência de dados muito mais elevada que as taxas de transferência das tecnologias anteriores, que usavam comutação por circuito [...]. (WIKIPÉDIA, 2005)
“General Packet Radio Service (GPRS) é um novo serviço de transmissão de informação por pacotes para comunicações móveis nas redes GSM que vem optimizar a utilização de serviços de dados (Internet, Intranet e Extranet).” (OPTMUS, 2005)
Por ser uma tecnologia que suporta uma grande quantidade de serviços e ter um valor de implementação relativamente baixo, o GPRS tem sido implementado pela maioria das operadoras de telefonia. Porém, sua implementação, controle e desenvolvimento são restritos aos engenheiros, o que acaba tornando difícil o entendimento por parte dos profissionais da área de Tecnologias da Informação (TI), assim como o desenvolvimento de serviços para ela.
É sobre esse contexto que se viu à oportunidade de fazer um trabalho voltado aos profissionais de TI, descrevendo os conceitos de transmissão e esclarecendo o funcionamento da comunicação de dados via GPRS.
1.2 Identificação do problema
Com a evolução das tecnologias de comunicação móvel, diversos serviços, pertencentes a outras redes, começam a ser solicitados pelos usuários da rede de dados móvel, o fluxo de pacotes trafegando na rede aumenta, com isso diversos aplicativos devem ser desenvolvidos, a preocupação com a segurança se
torna maior e as falhas começam a aparecer com maior freqüência e devem ser corrigidas.
Neste caso, as operadoras são obrigadas a buscar auxilio com os desenvolvedores do serviço, ficam presas a alguns profissionais que detêm o conhecimento sobre o funcionamento da tecnologia, o que torna o investimento na manutenção do serviço muito alto.
Na busca por informações que ajudem no dia-a-dia do trabalho com a rede GPRS, muitos profissionais acabam despendendo um tempo valioso com pesquisas, traduções e explicações de terceiros.
Diversos estudos mais recentes sobre o GPRS já foram realizados, alguns mostrando seus aspectos gerais outros destacando o funcionamento de cada nó da rede, seus focos destacam explicações sobre o funcionamento geral da rede.
Porém, nota-se que a comunicação de dados e também o funcionamento dos protocolos, que realizam a transmissão dos pacotes pela rede, ainda são pouco entendidos pelos profissionais que trabalham com o GPRS.
1.3 Objetivos do trabalho
Este trabalho tem por objetivo, fazer um estudo sobre os protocolos específicos de uma rede GPRS, e fornecer subsídio de informações aos profissionais atuantes, bem como aqueles que pretendem iniciar nesta área.
Com isso pretende-se facilitar o acesso dos administradores de redes GSM, aos conhecimentos específicos sobre estes protocolos de dados e dar condições aos ingressantes de evoluir nesse ambiente.
O foco deste trabalho é a descrição do funcionamento dos protocolos da rede GPRS em uma chamada de dados, analisando o assunto sobre a visão de profissionais de TI, fazer um levantamento de dados sobre a rede GSM/GPRS e realizar um estudo de campo com um sistema de monitoramento da planta, com o objetivo de entender seus resultados.
Pretende-se descrever o fluxo de dados na rede GSM/GPRS por meio de traces, captura de dados, em uma plataforma real e, assim, definir o comportamento dos protocolos e interfaces durante uma chamada de dados.
Esta pesquisa não objetiva analisar de forma mais profunda a rede GSM e equipamentos que a compõe e também não pretende descrever o funcionamento específico dos nós GPRS.
Por fim, o trabalho procura formar uma fonte de dados, sobre os protocolos GPRS, focada no comportamento destes, a fim de facilitar o trabalho dos profissionais envolvidos com o assunto.
1.4 Justificativa para a pesquisa
A principal justificativa para a realização de uma pesquisa sobre a pilha de protocolos GPRS e os demais protocolos que integram as plataformas, é a falta de um estudo mais aprofundado sobre esse assunto em específico, que possa dar subsidio de informações aos que buscam conhecimento nessa área.
A pesquisa se torna interessante, pois poucas pessoas conhecem sobre esse tema. Ela parte da necessidade dos profissionais de TI de conhecer mais essa parte da tecnologia de comunicação móvel.
A pesquisa tratará de expor um assunto ainda pouco divulgado no Brasil, visando facilitar ao máximo o processo de aprendizagem dos administradores de rede GSM/GPRS, mostrando de forma clara tais conhecimentos.
Com essa pesquisa planeja-se mostrar detalhadamente os protocolos e procedimentos que o GPRS inclui à rede GSM e também o comportamento destes protocolos durante uma chamada de dados, criando assim, uma base de conhecimentos facilmente acessível e atualizada que permitirá que outros profissionais, tanto com pretensões acadêmicas quanto comerciais venham a usufruir dela.
1.5 Organização do trabalho
O Capítulo 2 apresenta a rede GSM como um todo, sem aprofundar muito em sua estrutura, mostra um pequeno histórico, seus pontos mais importantes e alguns procedimentos.
Todas essas informações se fazem necessárias, porque a rede de comunicações de dados GPRS é montada sobre a estrutura GSM, logo é necessário um mínimo de conhecimento sobre tal estrutura para compreender os objetivos do trabalho.
No Capítulo 3, é apresentada uma visão geral da rede GPRS, mostrando cada nó da rede e respectivo funcionamento, neste capítulo também são apresentadas interfaces de comunicação que compõem o GPRS, bem como seus respectivos protocolos e no final um pequeno exemplo de chamada de dados utilizando esta tecnologia.
No Capítulo 4, serão apresentados os resultados das análises de dados obtidas a partir de estudos utilizando traces em uma plataforma real, mostrando o comportamento dos protocolos estudados, como e quando são utilizados, de acordo com a proposta do trabalho.
Por fim, o Capítulo 5 mostra as conclusões obtidas no trabalho, as limitações do estudo realizado, bem como sugestões para estudos futuros.
2. TECNOLOGIA GSM
2.1 Introdução
O GSM foi inicialmente desenvolvido para integrar o sistema de comunicação móvel da Europa. A promessa era prover mais que um sistema integrado de comunicações. Ele traria uma série de serviços utilizando Redes Digitais de Serviços Integrados (RDSI ou ISDN – Integrated Services Digital Network).
A sigla GSM foi criada em 1982 com a criação do Group Special Mobile, quando começou a ser definido um padrão digital europeu único. Sua introdução no mercado se deu na Europa em 1991 e no final de 1993 países da América do Sul e Ásia, bem como África do sul começaram a operar com essa tecnologia e o padrão DCS 1800, desenvolvido a partir dela, o qual suporta serviços de comunicação pessoal ou PCS (Personal Communication Services).
O GSM excedeu as expectativas e atualmente é o padrão de telefonia celular e equipamentos de comunicação pessoal mais utilizado no mundo. Nos dias de hoje a sigla GSM se refere a Global System for Mobile Communications.
O GSM não é simplesmente uma tecnologia de comunicação móvel, nele podem ser definidos diversos serviços, para as mais variadas finalidades, além de resolver diversos problemas de outras redes móveis. Pode ser definido por:
[...] sistema celular digital de segunda geração, concebido com o propósito de resolver os problemas de fragmentação dos primeiros sistemas celulares na Europa. O GSM é o primeiro sistema celular no mundo a especificar modulação digital e arquiteturas de serviços de nível de rede [...] (WIKIPÉDIA, 2005)
2.2 Arquitetura
Basicamente a estrutura da rede GSM consiste em três subsistemas interconectados que interagem entre si e com os usuários utilizando através de interfaces de rede. Esses subsistemas são:
• Subsistema Estação Rádio Base (BSS – Base Station Subsystem)
• Subsistema de Rede e Comunicação (NSS – Network and Switching Subsystem)
• Subsistema de Suporte e Operação (OSS – Operation Support Subsystem)
De acordo com Tude (2003), além dos 3 subsistemas principais, também fazem parte da rede GSM os seguintes nós:
Mobile Station (MS)
Ou Estação Móvel, é o terminal utilizado pelo assinante quando carregado com um cartão inteligente conhecido como SIM Card ou Módulo de Identidade do Assinante (Subscriber Identity Module).
A estação móvel apesar de também ser considerada um subsistema, normalmente é tratada como parte do BSS, por propósito de arquitetura.
Mobile-Services Switching Centre (MSC)
Ou Central de Comutação e Controle (CCC), é a central responsável pelas funções de comutação e sinalização para as estações móveis localizadas em uma área geográfica designada como a área do MSC. Na estrutura lógica da rede o MSC é tratado como parte do NSS e define um de seus principais equipamentos.
A estrutura básica do GSM, apresentada na Figura 1, é similar a dos outros sistemas celulares, oferecendo as mesmas funcionalidades desses sistemas associadas à mobilidade, tais como: roaming e handover entre células.
Figura 1. Arquitetura da rede GSM.
2.2.1 Base Station Subsystem
O BSS é um conjunto de equipamentos que provê e gerencia o canal entre a estação móvel (MS) e a central de comutação MSC, bem como faz a gerência da interface de rádio entre as estações móveis e todos os demais subsistemas pertencentes às redes GSM.
Cada BSS da rede é constituído de um conjunto de controladores de estações rádio BSC’s (Base Station Controllers), as quais conectam os terminais móveis à MSC através de uma BTS (Base Transceiver Station). A BTS faz a interface rádio com a estação móvel e é gerenciado pela MSC.
2.2.2 Network and Switching Subsystem
O NSS detém um sistema de gerenciamento das funções de comutação do sistema que permite as MSC’s se comunicarem com outras redes, como a de telefonia pública comutada e a ISDN.
No NSS encontram-se quatro bases de dados, sendo:
• HLR (Home Location Register)
Mantém informações e localização de cada assinante que reside na mesma região onde atua uma MSC. Esse controle é feito através da IMSI (International Mobile Subscriber Identity), número utilizado por cada usuário em um mercado GSM.
• VLR (Visitor Location Register)
É uma base de dados temporária que armazena a IMSI e informações de usuários para cada roameiro que está visitando a área de cobertura de uma MSC particular. Quando o roamer está devidamente registrado no VLR, a MSC fornece informações ao HLR de tal forma que seus dados possam ser devidamente roteados na rede.
• AUC (Authentication Center)
É uma base de dados fortemente protegida cuja função é manipular as chaves de autenticação e criptografia de cada usuário no HLR e no VLR. No AUC está contido o EIR o qual impossibilita duplicidade de registros no HLR ou no VLR.
• EIR (Equipment Identity Register)
Ou Registro de Identidade do Equipamento, é a base de dados que armazena a Identidade Internacional do Equipamento Móvel (IMEI) dos terminais móveis de um sistema GSM.
2.2.3 Operation Support Subsystem
Este subsistema dá suporte para a realização de operações e manutenções do sistema GSM através de núcleos chamados OMC (Operations Maintenance Center). É nas OMC’s que os engenheiros fazem o monitoramento, diagnosticam e resolvem problemas de todas as espécies no GSM.
O OSS possui três funções principais:
• Manter a operação de todo o hardware e rede de telecomunicações de um determinado mercado;
• Gerenciar todo o processo de tarifação;
• Gerenciar todos os terminais móveis do sistema;
2.3 Interfaces
Como foi visto, os blocos GSM são conectados entre si através de algumas interfaces de comunicação, essas interfaces agregam diversos serviços à rede. São elas:
Interface Abis
Conecta uma BTS a uma BSC, ela carrega tráfego e dados de manutenção. Essa interface é especificada pelo GSM para haver uma padronização dos fabricantes, mas na prática cada fabricante de estação radio-base incorpora uma funcionalidade específica forçando as operadoras a trabalharem com componentes de uma mesma origem.
Interface A
Conecta um BSC e uma MSC, ela usa um protocolo da interface SS7 (Signaling System 7) chamado SSCP (Signaling Correction Control Part), que suporta a comunicação entre cada assinante e a MSC. Essa interface tem um papel fundamental na operação do sistema, pois possibilita ao provedor a utilização de estações radio-base e equipamentos de comutação de diferentes fabricantes.
Interfaces C, D, E, F, G
São padronizadas pelo protocolo MAP (Mobile Application Part) que por sua vez utiliza os serviços de transação e transferência de mensagens do Sistema de Sinalização da interface SS7.
Interfaces B e H
São interfaces internas do MSC/VLR e HLR/AUC.
• Interface B: Provê comunicação entre o MSC e o VLR;
• Interface H: Provê comunicação entre o HLR e o AUC;
As interfaces da rede GSM foram projetadas para aceitar a utilização de diversos fornecedores em sua implementação, permitir a interoperabilidade entre a rede de origem outras redes, bem como roaming internacional. A Figura 2 a seguir, mostra a disposição das interfaces entre os nós da rede.
Figura 2. Disposição das interfaces na rede GSM. (TUDE, 2003)
Neste desenho da estrutura, pode-se ver claramente como estão dispostas as interfaces entre os nós da rede GSM, por exemplo, a interface Abis que faz a comunicação aérea entre a ERB (Estação Rádio Base) e o nó BSC. Percebe-se também que um único equipamento pode se comunicar com vários outros, utilizando vários protocolos diferentes, como é o caso do MSC que faz uso das interfaces A, B, C, E e F, além de se comunicar com a rede de telefonia fixa.
2.4 Serviços
A princípio a rede GSM procura oferecer serviços na rede móvel que estão disponíveis na rede de telefonia fixa, porém a estrutura flexível de seus canais físicos, bem como a utilização dos protocolos SS7 dá liberdade à implantação de novos serviços. Estes serviços foram definidos nos seguintes grupos:
Bearer Service
Serviços de Transporte de dados, para prover conexão entre dois elementos da rede. Taxas de 2400 a 9600 bits/s.
Teleservices
Serviços de comunicação entre assinantes como telefonia, SMS e Fax.
Serviços Suplementares
Diversos serviços suplementares são suportados pela rede GSM, dentre eles Identificação de Número, Chamada em Espera, Siga-me e Conferência.
Serviços de Localização
Estes serviços além de permitir estimar com precisão a localização da estação móvel, ainda servem de base para diversos outros serviços.
Serviços GPRS
Através da tecnologia GPRS é possível implementar diversos outros serviços à rede GSM, tais como: WAP, MMS, PTT, LBS e diversos outros.
3. TECNOLOGIA GPRS
3.1 Necessidade tecnológica
Muitas operadoras GSM têm implementado a tecnologia GPRS em resposta à crescente necessidade dos clientes pelo acesso wireless à Internet.
Este serviço, que transfere dados por pacotes através de aparelhos móveis, aumenta a taxa de dados das redes GSM que nos antigos aparelhos era de 9,6 ou 14,4 Kbps. Em circunstâncias ideais, o GPRS pode operar a taxas de até 171,2 Kbps, o que ultrapassa a taxa de acesso de uma conexão ISDN, porém as estimativas mais realistas para as primeiras implementações é que a taxa de dados fique em torno de 40 Kbps utilizando um timeslot para uplink e três para downlink.
Sendo o GPRS um serviço “sempre ativo”, ele dá as operadoras a possibilidade de fornecer a seus clientes um excelente acesso à Internet a um custo plausível, e ainda tarifar pela quantidade de dados transferidos e não somente pelo tempo de conexão.
3.2 Comutação de dados
Para entender melhor o sistema de comunicação das redes GSM/GPRS é necessário conhecer um pouco sobre as duas técnicas existentes de transporte de dados pelas redes de comunicação.
A primeira, utilizada pelas atuais redes GSM, é a comutação de circuitos, onde uma conexão é estabelecida do ponto de origem até o destino, os recursos da rede são reservados durante toda a duração da chamada e os dados podem ser transmitidos continuamente ou por bursts. Sendo os recursos alocados durante toda a transmissão dos dados, o número de usuários que podem ser atendidos nessa técnica se torna limitado.
A outra técnica de comunicação, utilizada pelo GPRS, é a comutação de pacotes, onde os recursos são alocados para o usuário somente quando for necessário enviar ou receber dados. Estes são enviados em pacotes, os quais são roteados pela rede juntamente com o tráfego de outros usuários, permitindo que várias
pessoas compartilhem os mesmos recursos, isto aumenta a capacidade da rede e permite que os recursos sejam gerenciados com eficiência.
3.3 A rede GPRS
Por utilizar a comutação de pacotes, os telefones GPRS não necessitam de circuitos dedicados alocados para si. Dinamicamente é estabelecido um canal físico, que permanece enquanto os dados estiverem sendo transmitidos e poderá ser atribuído a outro usuário assim que for concluída a transmissão, tornando mais eficiente o uso da rede.
Por ter seus pacotes trafegando entre sua rede e redes TCP/IP, o GPRS inclui novos procedimentos de transmissão e sinalização, bem como novos protocolos para integração com o ambiente IP.
Novos sistemas de detecção/correção de erros e múltiplos timeslots também são implementados no GPRS, o que permite operar com taxas de dados mais altas.
3.4 A arquitetura da rede GPRS
O GPRS traz diversas mudanças à rede GSM, sendo a maior parte referente à inclusão de novos blocos e não a modificação do que já existe. Uma análise mais simplificada da rede pode nos mostrar os elementos incluídos pelo GPRS.
O GGSN (gateway GPRS support node) que funciona como uma central de comutação e controle, colocando um gateway entre a rede GPRS de origem e a rede pública ou outras redes GPRS, fornece funções de gerência de autenticação e localização, utiliza a interface Gc para se conectar ao registro de localização da unidade móvel (HLR) e contar o número de pacotes transmitidos, permitindo tarifar corretamente o assinante. (AGILENT Technologies, 2002, p.10).
O SGSN (serving GPRS support node) que controla a conexão entre a rede e a estação móvel, possibilitando a gerência da sessão e funções de gerenciamento de mobilidade GPRS, como handovers e paging. O SGSN utiliza a interface Gr para se conectar ao HLR e a interface Gs para se conectar ao registro de
localização de visitante (MSC/VLR). Neste nó também é feita a contagem do número de pacotes roteados. (AGILENT Technologies, 2002, p.10).
A PCU (Packet Control Unit) ou unidade de controle de pacotes que, podendo ser comparada à camada física do modelo OSI, converte os dados a serem enviados para um formato que pode ser transmitido pela interface aérea. A PCU também faz a gerência dos recursos de rádio e implementa as medições de QoS (Quality of Service). (AGILENT Technologies, 2002, p.10).
Para fazer o enlace de sinalização entre os nós GPRS e os blocos GSM foram definidas interfaces SS7 MAP. Entre as novas interfaces físicas estão a interface Gb, que conecta o SGSN à PCU, a interface Gn, que conecta o GGSN e o SGSN e a interface Um que provê a comunicação entre a estação móvel e o subsistema da estação radiobase (BSS), além das interfaces Gc, Gr e Gs que transportam protocolos baseados na SS7.
Observando a Figura 3, logo abaixo, pode-se obter um maior entendimento das ligações entre estes elementos que compõe a rede GSM/GPRS.
Nesta figura pode-se ver claramente como os nós da rede GPRS se alocam, logicamente, entre os nós da rede GSM, bem como as interfaces comuns de ambas as redes.
Figura 3. Arquitetura da rede GPRS. (AGILENT Technologies, 2002, p.10).
3.5 Camada de protocolos
Apesar do GPRS utilizar vários protocolos da rede GSM e alguns protocolos padrão como os da família TCP/IP, essa pesquisa irá abordar somente os novos protocolos, específicos do GPRS.
3.5.1 Protocolos da interface Gn
GTP (GPRS tunneling protocol)
Este protocolo recebe e transfere datagramas IP e pacotes X.25, provenientes de redes externas, entre os nós GGSN e SGSN da rede. Como em uma rede podem existir diversos nós, o GTP fornece um TID (Tunnel ID) ou identificador de túnel, que identifica o destino e a transação aos quais o pacote/datagrama pertence.
(AGILENT Technologies, 2002, p.10).
3.5.2 Protocolos da interface Gb
De acordo com Agilent (2002) os seguintes protocolos, são definidos para a interface Gb:
SNDCP (sub network dependent convergence protocol)
Se localiza entre o telefone móvel e o SGSN, ele converte as PDUs (Protocol Data Unit) da camada de rede (N-PDUs) na interface Gn para um formato adequado à arquitetura da rede GPRS base, e também executa várias outras funções, tais como:
• Multiplexação de N-PDUs de uma ou várias entidades da camada de rede em uma conexão LLC apropriada;
• Colocação das N-PDUs em buffer para o serviço reconhecido;
• Gerência de seqüência de entrega de cada NSAPI (Network Layer Service Access Point Identifier);
• Compactação e descompactação das informações do protocolo e dos dados do usuário;
• Segmentação e remontagem dos dados compactados até o comprimento Maximo da LLC-PDU;
• Negociação dos parâmetros de controle (XID) entre as entidades do SDNCP;
LLC (logical link control)
Provê através de criptografia um enlace lógico altamente confiável entre a estação móvel e o SGSN. Este módulo usa diversos modos de transmissão de dados e dependendo do modo pode ou não utilizar acknowledgement. O LLC também gerencia a retransmissão de quadros, utilização de buffer e o comprimento da informação com base na classe de atraso de QoS negociada.
BSSGP (base station system GPRS protocol)
Responsável pelo roteamento de informações entre o BSS e o SGSN.
Sua função básica é fornecer informações relacionadas ao rádio para o uso pelas funções de RLC (radio link control) e MAC (medium access control) na interface aérea.
Ele não transporta nenhuma forma de correção de erro além de informações de QoS.
Utilizando quadros LLC a função de relay do BSS faz a comunicação entre o BSSGP e a camada RLC/MAC. As informações de rede enviadas pelo BSSGP às camadas de serviço para determinar o destino da transferência são:
• BVCI (BSSGP virtual connection identifier)
• LSP (link selection parameter)
• NSEI (network service entity identifier)
BSSAP+ (BSS Application Part Plus)
Define o uso de recursos móveis quando uma estação móvel utiliza ambos serviços, serviço de troca de circuito GSM e serviço de troca de pacotes GSM.
Ele define os procedimentos usados no nó de suporte do servidor GPRS (SGSN) para registros de visitantes locais por uma inter-operalidade entre serviços de troca de circuitos e pacotes. Mensagens da camada 3 na interface Gs são definidas.
A interface GS conecta o banco de dados no MSC/VLR e o SGSN. Os procedimentos do protocolo BSSAP+ são usados para coordenar a localização da informação do MS que são IMSI agregado a ambos serviços GPRS e não-GPRS. A interface Gs também é usada para converter alguns procedimentos relatados de circuito trocado via o SGSN.
A base para a rede interna entre um VLR e um SGSN é a exitencia de uma associação entre essas entidades via MS. Uma associação consiste do SGSN armazenar o número do VLR sevindo o MS por serviçoes de circuito trocado e o VLR armazenando número do SGSN servindo o MS para serviços de pacotes trocados. A associação é aplicavel somente para MS no modo de classe-A de operação e MS no modo classe B de operação.
Todas as mensagens no BSSAP + usa o serviço de sem-conectividade de SCCP (Signalling Connection Control Part) classe 0. Quando a opção de retorno no SCCP é usada e o enviante recebe uma notificação N_Notice do SCCP, a entidade enviante retorna para o Sistema de Operação e Manutenção.
O comportamento das entidades VLR e SGSN reportadas a interface Gs são definidas pelo estado de associação a um MS. Estados individuais por associação, ex: por modo de operação class-A do MS e modo de operação Class-B do MS, são mantidos em ambos o VLR e o SGSN.
O tipo de mensagem, unicamente identifica a mensagem sendo enviada.
NS (network service)
Utiliza o recurso de frame relay da interface Gb para prover uma conexão ponto-a-ponto entre o SGSN e o BSS ou uma rede frame relay. Para realizar o roteamento entre o SGSN e o BSS a interface NS utiliza uma tabela look-up de DLCI (identificador de conexão de enlace de dados).
BCC (Broadcast Call Control)
É usando no Serviço de chamadas de grupo de voz (VGCS) na interface de rádio. É o único da subcamada de protocolos da Connection Managemente (CM);
Geralmente certa quantidade de estações móveis participa numa chamada broadcast. Consequentemente há mais de uma MS com uma entidade BCC engajada na mesma chamada Broadcast, e há uma entidade BCC na rede engajada na chamada broadcast.
A MS ignora mensagens BCC enviadas num modo desconhecido e que especifica como destino uma identidade móvel que não é uma identidade móvel daquele MS. Camadas superiores da sub-camada MM decide quando aceitar transações paralelas BCC e quando e de que modo aceitar as transações paralelas BCC em outras transações CM.
A chamada broadcast mode ser iniciada por um usuario movel ou um despachante. O originador da transação BCC escolhe o Identificador da Transação (TI).
As entidades de chamada de controle são descritas como máquinas de estado de comunicação finito que troca mensagens através da interface de radio e comunicação internamente com outros protocolos sub-camadas ou camadas. Em particular, o protocolo BC usa as subcamadas Mm e RR especificadas em GSM 04.08.
A rede deve aplicar funções de supervisão para verficar que os procedimentos BCC estão progredindo ou não e tomar as medidas apropriadas para resolver o problema.
Os processos padrões no BCC incluem:
• Estabelecimento dos processos das chamadas de Broadcast;
• Processos de terminação de uma chamada Broadcast;
• Informação da fase dos processos da chamada Broadcast;
• Vários processos miscelâneos;
3.5.3 Protocolos da interface Um
Segundo Agilent (2002) os protocolos a seguir são definidos para a interface Um:
RLC (radio link control)
Responsável pelas seguintes funções:
• Transferência de LLC-PDUs entre a camada LLC e a função MAC
• Segmentação de LLC-PDUs em blocos de dados RLC e a remontagem dos blocos de dados RLC para a inserção destes em blocos de quadros TDMA
• Segmentação e remontagem das mensagens de controle RLC/MAC em blocos de controle RLC/MAC
• Correção de erro no sentido reverso para a transmissão seletiva dos blocos de dados RLC
MAC (medium access control)
Realiza o controle da sinalização de acesso na interface aérea, incluindo a gerência dos recursos compartilhados de transmissão, designando o bloco de rádio a vários usuários em um mesmo timeslot.
Os principais parâmetros do cabeçalho do MAC são:
• USF (Uplink State Flag), ou Flag de status do uplink
• RRBP (Relative Reserved Block Period), ou Período relativo de blocos reservados
• PT (Payload Type), ou Tipo de Payload
• CV (Countdown Value), ou Valor de contagem regressiva (CV)
Observando a Figura 4 tem-se uma idéia exata da localização das interfaces acima citadas bem como seus protocolos. Ela apresenta em seqüência a pilha de protocolos GPRS, tanto os específicos, como GTP e LLC, quanto os definidos para diferentes redes, como os protocolos IP e X.25. Através dessa figura podemos ver claramente como seria o fluxo dos dados em uma chamada, sendo transmitido em seqüência por cada um dos protocolos.
Ao notar que a saída de uma interface possui os mesmo protocolos que a entrada da interface seguinte, pode-se ter uma idéia de como é a comunicação entre as interfaces.
Figura 4. Plano de dados e sinalização GPRS. (AGILENT Technologies, 2002, p.10).
3.6 Chamada de dados
Após conhecer os componentes e as interfaces de uma rede GSM/GPRS, será visto como se comportam os elementos da rede durante uma chamada de dados.
Um e-mail simples enviado de um computador conectado à Internet para um telefone celular pertencente a uma rede GSM/GPRS será utilizado como exemplo.
Dessa forma pretende-se explicar como os dados transmitidos saem da Internet e chegam a Estação Móvel passando pelo GGSN, SGSN e BSS.
Ao acompanhar o fluxo dos dados na figura 5 pode-se obter um melhor entendimento da transferência do e-mail pela rede.
Figura 5. Transferência de pacotes de dados no GPRS. Modificada de (AGILENT Technologies, 2002, p.10).
3.6.1 Transmissão na Internet
Um datagrama IP é gerado pela camada de Aplicação de um equipamento qualquer conectado à Internet e enviado pela rede (IP ou X.25). Este datagrama é roteado normalmente, como qualquer outro pacote da rede, para alcançar
o seu destino, que neste caso é o GGSN, gateway da rede GPRS que possui acesso à rede externa.
3.6.2 Transmissão no GGSN
Ao chegar no GGSM o datagrama é recebido e passa a ser uma N-PDU (unidade de dados em pacote da rede).
Na interface GTP a N-PDU recebe um cabeçalho GTP para ser diferenciado de pacotes GTP. Em seguida a N-PDU passa para a camada de protocolo TCP/UDP, onde recebe um cabeçalho próprio desta interface, o qual depende da classe de QOS.
A próxima camada é a camada IP, a qual adiciona a N-PDU os endereços dos GSN’s, da fonte e do destino final (neste caso o SGSN). Neste momento, caso a N-PDU seja maior que a MTU (Maximum Trasmit Unit) ou unidade máxima de comprimento da transmissão, ela poderá ser fragmentada.
Após a inclusão de todos os cabeçalhos, a N-PDU pode, finalmente, ser transportada pela camada física da interface Gn, utilizando protolocos de sinalização L1 e L2 da rede GSM, até o SGSN.
3.6.3 Transmissão no SGSN
Ao chegar no SGSN, os cabeçalhos incluídos durante a passagem pelo GGSN são removidos da N-PDU a qual é enviada para a camada SNDCP, onde será feito a compactação (opcional) e a segmentação do pacote para atender aos requisitos de MTU de 1520 octetos para transmissão através da interface Gb. Após esse processo, o SNDCP classifica a N-PDU em PDU SN-DATA (orientada a conexão) ou PDU SN-UNIDATA (não orientada a conexão) e finalmente inclui o cabeçalho SNDCP, após esse processo a PDU é enviada para a camada LLC.
Na camada LLC a PDU é encapsulada em um quadro LLC, que tem seu próprio cabeçalho. A partir deste momento a PDU passa a ser denominada bloco LLC.
Ao sair do LLC o bloco segue para a camada BSSGP que inclui seu cabeçalho com informações essenciais às camadas RLC e MAC, como a prioridade, o TLLI (Temporary Logical Link Identifier) etc. O BSSGP também tem a função de
fornecer informações de roteamento à camada NS, para que ela possa rotear o bloco LLC pela camada física do frame relay.
O bloco é transmitido entre o SGSN e o BSS através da interface Gb utilizando o protocolo de sinalização da rede GSM L1 bis.
3.6.4 Transmissão no BSS
Ao Chegar ao BSS os dados passam pelo BSSGP e são encaminhados para o controle de enlace de rádio (RLC). O trabalho mais importante da camada RLC é a segmentação dos blocos LLC em blocos RLC menores. O grupo de blocos RLC é conhecido como TBF (Temporary Block Flow). Cada TBF recebe recursos alocados na interface aérea, uma TFI (Temporary Flow Identifier), bem como um cabeçalho RLC, um numero de seqüência do bloco RLC, indicação do último bloco, TLLI e outras informações.
Antes de ser transmitido à unidade móvel, os dados ainda passam pela camada MAC. Esta controla a sinalização de acesso, incluindo a designação dos blocos do Uplink e do Downlink. A camada MAC inclui seu próprio cabeçalho nos dados e esse cabeçalho é monitorado pela unidade móvel.
3.6.5 Transmissão na Estação Móvel
Os dados são transmitidos do BSS para a estação móvel através da interface aérea Um. Ao chegar à estação móvel os dados passam pela pilha de protocolos e a cada camada os cabeçalhos são removidos. Finalmente, a mensagem de e-mail original é recebida na camada de aplicação pelo usuário.
4. ESTUDO DE CAMPO
Neste capitulo será mostrado o conhecimento obtido através do estudo de campo, realizando tracers em uma plataforma real. Utilizando um programa de monitoramento da rede foram coletados dados que serão expostos, através de uma imagem, para mostrar a comunicação entre os protocolos durante uma chamada de dados originada em um terminal móvel. Pretende-se mostrar como os protocolos se comportam e interagem para realizar a transmissão dos pacotes através da rede GSM/GPRS, abordando de forma mais clara a comunicação dentro na rede GPRS.
4.1 Tracers
Observando a Figura 6, logo abaixo, pode-se ver uma chamada de dados GPRS sendo iniciada por uma estação móvel. Nessa figura identificamos uma série de dados que são transmitidos, via protocolos específicos, entre interfaces, esses dados são: O numero de identificação da mensagem, a data e hora da mensagem, o tipo de interface que está se comunicando, o tipo de mensagem que está sendo transmitida, o tamanho da mensagem e a mensagem que está sendo transmitida (em hexadecimal). É importante salientar que o programa de monitoramento dos tracers fica localizado na plataforma SGSN, logo a análise dos dados terá como ponto de vista a posição deste ponto da rede.
As mensagens mais importantes que trafegam na rede são explicadas abaixo. Essas explicações serão organizadas pelo número de identificação de cada mensagem (Message ID). Serão abordados os protocolos que estão sendo utilizados no momento da transmissão, bem como as interfaces que se localizam entre os pontos que estão se comunicando.
Figura 6. Comunicação entre protocolos na rede GPRS. (CTBC, 2005, SGSN9810 Operation & Maintenance System)
Message ID – 1
Neste momento a estação móvel está fazendo a requisição ao SGSN para se tornar disponível a trafegar pacotes de dados. Para isso a MS precisa se comunicar com o BSS, o qual provê e gerencia o canal de comunicação entre a estação móvel e o SGSN.
Partindo da MS, um pacote é gerado utilizando cabeçalho de protocolos de rede IP/X25, para identificação na rede externa, são utilizados os protocolos SNDCP para compactação e segmentação, LLC para criptografia, RLC para segmentação dos blocos LLC em pacotes menores e MAC para sinalização de acesso, o pacote é encaminhado para o BSS através da interface Gb a qual transmite os pacotes através de sinalização GSM pela interface aérea (Um).
No BSS esse pacote é recebido e as funções MAC e RLC são validadas por seus próprios protocolos e interpretadas pelo protocolo BSSGP, que verifica
informações como prioridade, identificador de enlace lógico, etc. O chaveamento entre o RLC e o BSSGP é feito pela camada LLC. O BSSGP inclui seu cabeçalho e encaminha o pacote a camada NS juntamente com informações de roteamento. A interface NS provê uma conexão ponto-a-ponto entre o BSS e o SGSN. O pacote é enviado para o SGSN através de uma interface de sinalização GPRS.
Como a comunicação é ponto-a-ponto, os pacotes, ao chegarem no SGSN são entregues diretamente utilizando o protocolo BSSGP.
Message ID – 2 e 5
Nestas mensagens acontece a negociação da gerência de mobilidade, onde o pacote enviado pela MS ao SGSN entrega parâmetros de gerência de mobilidade GMM (GPRS Mobility Management) a camada LLC, dependendo dos valores utilizados, pode indicar que a conexão da estação móvel na rede GPRS acontecerá toda vez que o telefone solicitar. A camada LLC negocia os parâmetros passados e esses passam a serem utilizados na transmissão. Esse processo ocorre constantemente durante a conexão, visando uma atualização da localização da estação móvel.
Message ID – 3
Ativação do serviço de transmissão ponto a ponto entre usuários, utilizando o protocolo PTP (Point To Point) da rede GSM.
Message ID – 4
Após receber o pedido da estação móvel o SGSN faz à mesma, uma requisição de autenticação, o processo de transmissão é o mesmo visto do tópico 3.6.3 ao 3.6.5.
Message ID – 6
Ao receber a requisição de autenticação a estação móvel envia uma nova mensagem ao SGSN contendo a resposta para a autenticação.
Message ID – 8
Através de funções internas que não são abordadas neste trabalho, o SGSN se comunica com HLR, utilizando protocolos de sinalização da rede GSM, para
verificar se o cliente pode utilizar o serviço naquele momento. Caso seja possível realizar a chamada o SGSN retorna a MS uma mensagem autorizando a transmissão.
Estas mensagens iniciais fazem parte do procedimento de conexão ao GPRS. Na Figura 7 tem-se uma visão simplificada desse processo.
Figura 7. Conexão ao GPRS. Modificada de (AGILENT Technologies, 2002, p.8).
Através da Figura 6 pode-se notar que o trabalho dos protocolos entre os nós da rede torna todo o processo de transmissão dos dados transparente até mesmo para as plataformas.
Message ID – 11
Como o monitoramento está sendo feito no próprio SGSN, neste momento é possível visualizar o protocolo BSSGP entregando ao LLC as informações que foram chaveadas no BSS, bem como identificar o tipo de conexão utilizada. O BSSGP passa um pacote BSSGP_UL_UNIDATA para a camada LLC, ou seja, está sendo especificada uma transmissão de dados não orientada à conexão.
Message ID – 13 até 18
Comunicação entre a MM (Mobility Management) e a camada de sinalização SM (Signalling Manager). Neste momento a camada MM realiza procedimentos de atualização da localização da MS e de handoff.
Message ID – 19, 21 e 22
Através destas mensagens o terminal solicita ao GGSN a autorização para trafegar dados com um determinado perfil. Somente após este procedimento o terminal possui um endereço IP para utilizar em sua comunicação.
Durante a transmissão é criado um túnel virtual entre o SGSN e o GGSN utilizando o protocolo GTP. Este fornece ao pacote a ser transmitido, através de seu cabeçalho, um identificador de túnel (TID) para identificar o destino e a transação para a qual aquela mensagem se destina. O cabeçalho deste protocolo segue um padrão de tamanho de 8 bytes e seu funcionamento independe do protocolo de transporte, logo é utilizado, nesta comunicação, sobre o TCP/IP, facilitando a implementação da rede.
Message ID – 39 e 40
Nesta mensagem identifica-se o nó PCU se comunicando com o GGSN para realizar a gerência da chamada de dados. Para isso são utilizados os protocolos da interface Gn, entre GGSN e SGSN, e os protocolos da interface Gb entre o SGSN e a PCU. Nota-se que o SGSN faz uma ponte entre os outros dois nós da rede, isso possibilita o monitoramento do tráfego de dados.
Como o monitoramento da plataforma é feito no SGSN pode-se especificar apenas que a PCU está, junto ao GGSN, configurando e supervisionando a chamada de dados ativa. Através do campo message type é possível identificar qual protocolo está sendo utilizado para a transferência da mensagem, neste caso é o protocolo GTP, logo se conclui que o uso deste protocolo não se limita ao canal entre SGSN e GGSN, ele pode ser utilizado em outros canais.
O nó PCU pode, também, desconectar a chamada ou fazer mudanças de células, pode configurar de recursos de radio e atribuir canais de comunicação.
5. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS
As principais contribuições deste trabalho são a formação de uma base de dados de fácil entendimento sobre da rede GSM/GPRS nas ao mesmo tempo com profundidade no comportamento dos protocolos, bem como da descrição do fluxo de dados na rede.
Estas informações servirão ao pessoal da área técnica no entendimento, monitoramento e supervisão dos processos envolvendo uma chamada de dados e principalmente permitirá aos profissionais da área de sistemas o desenvolvimento de aplicações que automatizem estes resultados.
5.1 Conclusões
Através de uma visão simplificada da rede GSM se pode entender como é possível implementar a tecnologia GPRS sobre o GSM. Foram definidos a arquitetura da rede, as interfaces e os protocolos do GSM a fim de facilitar essa visão.
O GPRS é uma inclusão de novos blocos à rede GSM. É uma tecnologia que possibilita a rede de telefonia móvel prover vários serviços de comunicação semelhantes aos fornecidos nas redes fixas de transmissão de dados baseadas no protocolo IP.
Na comunicação via rede de telefonia móvel são definidos dois tipos de comunicação, uma comutada por circuitos e outra comutada por pacotes. Na comunicação por circuitos uma conexão é estabelecida entre o ponto de origem e o ponto de destino e recursos da rede são reservados durante toda a duração da chamada, ao passo que na comutação por pacotes os recursos para a transmissão são alocados somente quando for necessário enviar o receber dados, aumentando a capacidade de transmissão da rede e permitindo que os recursos sejam gerenciados com eficiência.
A proposta do GPRS é tornar possível trafegar dados na rede GSM através da comutação por pacotes. Para isso, o GPRS traz à rede GSM novos protocolos que possibilitam que os dados trafegarem entre a rede de telefonia móvel e redes externas como IP ou X.25.
Basicamente ao implementar o GPRS, são incluídos 3 novos blocos à arquitetura GSM, sendo a Unidade de Controle de Pacotes (PCU), o gateway entre a
estação móvel e a rede GPRS (SGSN) e o gateway entre a rede GPRS e as redes externas IP/X.25 (GGSN).
A PCU pode ser comparada à camada física do modelo OSI, ela tem o papel de converter os dados para um formato que pode ser transmitido pela interface aérea, sendo para isso necessário se comunicar tanto através de protocolos específicos do GPRS quanto específicos do GSM.
Já o SGSN controla a conexão entre a rede e a estação móvel, possibilitando a gerência da sessão e funções de gerenciamento de mobilidade. Nesse ponto é feita a contagem de pacotes roteados para fins de cobrança do serviço.
O GGSN define um gateway entre a rede GPRS e redes externas IP/X.25, além de prover funções de gerência de autenticação e localização, nele também é feita a contagem de pacotes roteados para cobrança.
As interfaces de comunicação entre os nós GPRS, que têm papel fundamental e definem os protocolos da rede, foram abordadas e tiveram seus protocolos explicados de forma mais profunda. Foram definidos para cada interface os protocolos específicos da rede GPRS.
Após estudar os protocolos da rede foi feita uma demonstração de chamada de dados através do exemplo de um e-mail simples enviado a partir de um telefone móvel para uma caixa de correio na Internet. Com isso foi possível mostrar a integração existente entre a rede GPRS e as redes externas, o funcionamento dos protocolos, bem como o tráfego de dados na rede.
Foi realizado um estudo de campo monitorando a plataforma e coletando de dados por meio de tracers na rede. Através destes tracers foi possível identificar quando os protocolos são utilizados, quais as mensagens mais importantes são trocadas entre eles e quais interfaces estão usando naquele momento o protocolo indicado. As funcionalidades identificadas permitem uma análise do tráfego e a definição de ferramentas ainda mais eficientes para monitoramento e gerencia da rede.
Com base, nestas informações e com a validação de outros serviços como navegação WAP, Push-to-Talk, navegação em notebooks, MMS e outros mais é possível criar um ambiente que permita o desenvolvimento de inúmeras aplicações envolvendo os processos vistos neste trabalho.
5.2 Restrições do trabalho
Por não haver tempo suficiente para uma pesquisa mais ampla e por não encontrar material suficiente, não foi possível especificar os cabeçalhos dos protocolos específicos da rede GPRS.
A falta de tempo dos profissionais responsáveis pela planta GPRS local também impediu um convívio maior do aluno com o sistema de monitoramento, o que dificultou o entendimento e compreensão sobre a comunicação entre os protocolos durante a chamada de dados.
Alguns protocolos que não são específicos, mas fazem parte da comunicação de dados da rede GPRS, como o protocolo IP, não foram abordados nessa pesquisa, por que o trabalho está focado nos protocolos específicos da rede e por já terem sido bem estudados.
5.3 Trabalhos Futuros
Como propostas de trabalhos futuros são feitas as seguintes sugestões.
Quanto ao estudo da rede GSM, foi feita uma pesquisa demonstrando suas características básicas. Em um próximo trabalho poderia ser realizada uma pesquisa mais completa sobre os protocolos da rede GSM com todas as suas especificações, cabeçalhos etc.
Como não foram abordados diversos protocolos que fazem parte da rede GPRS, esses protocolos poderiam ser especificados em um próximo trabalho, bem como especificações técnicas específicas, por exemplo, o cabeçalho de cada protocolo.
Logo, seria interessante a realização de uma monografia completa, com especificações detalhadas sobre protocolos tanto da rede GSM quanto da rede GPRS.
O monitoramento da planta foi realizado apenas de um ponto na rede, sendo interessante em uma próxima pesquisa monitorar a planta de diversos pontos diferentes, obtendo mais informações da transmissão dos dados. Seria interessante também, utilizar a plataforma PCU como ponto de coleta de dados, nela poderiam ser obtidas várias informações sobre a configuração da chamada quando a mesma está ocorrendo, e quais mensagens são enviadas informando os outros pontos da rede aquelas configurações.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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<http://www.wikipedia.org>. Acesso em: 20 out. 2005.
OPTMUS – GPRS. Disponível em: < www.optimus.pt >. Acesso em 20 out. 2005.
TUDE – GSM. Publicado em 14 abr. 2003. Disponível em: <www.teleco.com.br>.
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AGILENT. Conheça o General Packet Radio Service (GPRS). 2002. Disponível em
<http://www.agilent.com/find/brasil>. Acesso em: 07 jun. 2005.
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Acesso em 20 set. 2005.
