通用封包無線服務
 | 此條目沒有列出任何參考或來源。 (2024年6月5日) |
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通用封包無線服務（英語：General Packet Radio Service，縮寫：GPRS）是GSM流動電話用戶可以使用的一種移動數據業務/技術。它經常被描述成「2.5G」，意指這項技術介於第二代（2G）與第三代（3G）移動通訊技術之間。它是利用GSM網絡中未使用的TDMA信道，提供中速的數據傳輸服務。起初有人想通過擴展GPRS來覆蓋其他標準，只是這些網絡都正在轉而使用GSM標準，這樣GSM就成了GPRS唯一能夠使用的網絡。GPRS在Release 97之後被集成進GSM標準，起先它是由ETSI標準化，但是現在已經移交3GPP負責。
GPRS原理
[編輯]GPRS有別於舊的電路交換連接，電路交換連接在Release 97之前就已經被納入GSM標準。在舊有系統中，一個數據連接要創建並保持一個電路連接，在整個連接過程中這條電路將被獨佔，直到連接被解除。GPRS基於封包交換，也就是多個用戶可以共享一個相同的傳輸通道，每個用戶只有在傳輸數據的時候才會佔用信道。這意味着所有的可用帶寬可以立即分配給當前發送數據的用戶，這樣有更多的間隙發送或接受數據，用戶可以共享帶寬。WEB瀏覽、收發電子郵件和即時消息都是能有效利用共享帶寬的間歇傳輸數據的服務。
GPRS數據的通常計費方式不是按照電路交換方式的秒，而是千字節（KB）。在電路交換方式下，即使網絡上沒有數據傳輸，其他用戶也不能使用空閒的信道。
GPRS最初支持（理論上）互聯網協議IP，點到點協議PPP和X.25連接。後者典型的應用是無線付費終端，儘管它已經作為標準需求被去除。X.25依然可以通過PPP甚至是IP得到支持，但是這樣做既不需要重新封裝也不用集成什麼到終端里。
GPRS速度和屬性
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基於GPRS的報文數據交換使用未使用的蜂巢式網絡帶寬傳輸數據。 而作為專門為電話系統設計的語音信道（或者數據信道）一旦被報文數據交換使用，將降低可用帶寬，其結果是如果在一個忙碌的電話域內，報文傳輸速度極慢。理論上報文數據交換速度是大約170千位元/秒，而實際速度是30-70千位元/秒。在GPRS的射頻部分的改進，取名為EDGE技術，將支持從20至200千位元/秒的更高速度傳輸。最大數據速率取決於同時分配到的TDMA影格的時槽。因此，數據速率越高，糾錯可靠性就越低。一般來說，連接速度隨着與距離的增加迅速下降。在人口密集的高網絡密度城區這倒不是什麼大問題，但是在人口比較少的郊區這就真是問題了。
GPRS class 8 也就是平常所說的4+1。這表示4個時槽用於下行流量，1個時槽用於上行流量。 這樣做是為了優化像WEB瀏覽器這樣的大部分是下載流量的應用。如果用戶閱讀郵件量大於他發送的量，這個也適用。一般來說GPRS手機默認使用 Class 8 來傳輸。
GPRS class 10也就是4+2。4個時槽下行，2個時槽上行。不過同時使用的時槽不能超過5個。 這個方案適用於雙向數據差不多相等的情況下，例如即時消息。
其他存在的級別，包括GPRS class 6 （3+2） 和GPRS class 4 （3+1），只有老設備才使用。有些個別設備能夠做到 4+4 （四個時槽用於上行和下行，最多5個同時工作）.這只是工業應用，超過2個上行時槽電磁輻射就會對人體產生一定的影響[來源請求]。
傳輸速率還依賴於信道編碼。最佳編碼方案（CS-4）適用於在基站附近的時候，最差編碼方案（CS-1）用於離基站比較遠的地方。
使用CS-4 有可能達到每時槽22.8kbps的速度。但是如果使用這個方案，現有網絡只能覆蓋一般情況的25%的區域。CS-1能達到9.05 kbit/s 每時槽的速率而且可以覆蓋98%的正常區域。
每一個時間片（timeslot）傳輸一個RLC影格，使用CS4最高達21.4Kbps,但通常情況下使用CS2比較多，RLC層速率為13.4Kbps，折算到IP層11.32Kbps。 從協議封裝來計算開銷，上行傳輸的要大於下行的，這意味着同樣一個時槽，上行的IP層可獲得帶寬要比下行的小一些，例如同樣的CS2編碼方式，上行的IP帶寬只有約10.15Kbps。
| 種類 | 下載速率（RLC） | 上傳速率 |
|---|---|---|
| GPRS 4+1 | 85.6 Kbps | 21.4Kbps（class 8 & 10） |
| GPRS 3+2 | 64.2 Kbps | 42.8Kbps（class 10） |
| CSD | 9.6 Kbps | 9.6Kbps |
| HSCSD | 28.8 Kbps | 14.4Kbps （2+1） |
| HSCSD | 43.2 Kbps | 14.4Kbps （3+1） |
需要注意的是，CSD及HSCSD這類服務通常都按使用時間來計費，就像通話時間般。假如要長時進行下載檔案的動作，則會比GPRS優勝，因為在流動電話網絡中CSD及HSCSD的優先次序都會比GPRS為高，較少有數據傳輸中斷的情況出現。
GPRS報文數據交換基於數據包。 當使用TCP/IP協議時，每個電話分配到有一個或多個IP位址。 當電話切換扇區或者基站時，GPRS要暫時存儲轉發數據包到電話里。當因為無線電雜訊干擾導致傳輸暫停和丟包可以由TCP來處理，這將導致臨時的傳輸速率調整。
GPRS服務
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GPRS提升GSM的數據服務性能:
- 點到點 （P2P） 服務：連接 （IP protocols）IP網絡 和 X.25網絡。
- 多播 （P2MP）服務：一點到多點的組播和多方通話。
- 短訊服務 （SMS）：發送SMS。
- 多媒體短訊（MMS）：發送攜帶語音和圖像資訊的短消息。
- 互聯網服務提供商服務：提供互聯網內容服務。
- 郵件服務：通過POP3或者IMAP協議檢查閱讀發送電子郵件。
- 匿名服務：匿名訪問預定服務。
- 未來功能：靈活加入新的功能，例如更大容量，更多用戶，新的資源和無線網絡。
GPRS的發展
[編輯]根據歐洲ETSI的GSM第2＋階段的建議，GPRS分為兩個發展階段（即Phase 1和Phase2）。GPRS的Phase l階段將能支持下列功能和業務：
- TCP/IP和X.25業務
- 全新的GPRS空中接口加密技術
- GPRS附加業務
- 增強型的短訊業務（E-SMs）
GPRS封包數據計費功能，即根據數據量而採取計費上述功能業務中最顯著的是TCP/IP和 X.25功能。GSM網絡可以通過TCP/IP和X.25為用戶提供電子郵件、WWW瀏覽、專用數據、LAN接入等業務。GPRS Phase 2階段的規範尚在制訂之中，它將能提供更多的新功能和新業務。
現實中的GPRS
[編輯]運營商已經給GPRS制定了相對便宜的價格（相對於舊的GSM數據通訊、CDPD、高速電路交換數據）在很多地方例如芬蘭，多數運營商不支持包價收費訪問互聯網 （但是美國的T-Mobile是一個著名的例外），取而代之的是按照數據流量，通常以1 KB或者1 MB（中國移動通訊、中國聯通）作為計費單位。
典型的費率比較高昂，在美國T-Mobile提供每月20美元無限量GPRS使用的服務。 其他運營商像AT&T Wireless也提供包月。Orange （英國）提供88英鎊每月1 GB流量套餐。
一般而言，GPRS最大連接速度跟模擬電話網絡上的調製解調器一樣大約4-5 kB/s （依賴於電話），最高30～40kbps，但是在無線環境允許的情況下，實際測試結果亦可達到9 kB/s，即70+ kbps，此時佔用4個下行時槽使用CS4編碼方式。 延遲比較高，在迴路測試ping中，典型的要大約600-700毫秒，往返時間經常達到1秒 。 GPRS的實際性能十分普遍的低於理論值，而且連接質量很不穩定，很易受到影響產生大幅波動，這是因為在流動通訊所用的無線介面傳遞的封包數據會遺失或損壞導致封包數據要一再重傳所致。
無線環境惡化對傳輸造成的干擾，首先通過前向錯誤更正編碼來克服，CS1具有最強糾錯能力，相應帶寬最小，而CS4則完全不具備前向錯誤更正能力，當然提供的帶寬在四種編碼中最大，但是一旦RLC層檢測到錯誤就只能通過空口塊重傳來糾錯了。在RLC層通過前向錯誤更正編碼和重傳機制可以有效地克服無線環境對傳輸質量的干擾，在此情況下，不會引起上層即IP層的封包丟失，對於IP層的影響主要體現在網絡迴路時延的微小增加上（通常只有幾十毫秒）。IP封包的丟失通常發生在小區重選/路由區更新的時刻，此時需要網元設備支持跨小區或跨SGSN的數據轉發能力，才能避免封包數據的丟棄和重傳。需要指出的是，作為端到端的通訊過程，鏈路中的任何一個環節都有丟失封包的可能性，區別是無線接入部分概率較大而已，蜂窩流動通訊系統中小區重選和路由區更新是不可避免的事情。
GPRS的移動終端
[編輯]GPRS的移動終端（Mobile Station，MS） 分為三類。
- A類終端：MS可以同時傳送GSM語音與傳送GPRS數據。
- B類終端：MS可以同時以GSM和GPRS方式在網絡登記。MS可以自動轉換使用GPRS服務或是GSM服務，但不能同時傳送語音與傳送數據。所以當MS在傳送資料的時候，若收到來電呼叫，會暫停傳送資料，接聽電話後在繼續傳送數據。
- C類終端：功能是只能傳送GPRS數據。此類終端例如用於筆記本電腦的PCMCIA GPRS上網卡。