Data service in GSM

하나의 멀티프레임은 26개의 프레임으로 이루어져있거나 51개의 프레임으로 이루어져있다. 그런데, 26개 기준인 것으로 얘기를 해보자.

맨앞 프레임과 맨뒤 프레임을 제외한 24개의 프레임이 데이터 전송에 사용될수 있다. 한프레임에서 한 사용자는 한 슬롯을 사용할수 있고 

한 슬롯에서는 114bit을 전송할수 있으므로 24*114/120ms = 22.8kbps라는 하나의 멀티프레임 데이터 전송률을 구할수있다.

음성데이터는 분실되도 상관없다. 하지만 데이터는 패킷이 분실될경우 큰 문제를 야기할 수 있기 때문에, 오류복구를 위해서 한 bit를 중복해서 2번 보낸다거나 하기 때문에 1bit이 사라져도 오류 복구가 가능하다. 대신에 이렇게 하면 데이터 전송 속도는 반토막이 나게 된다.

위의 그림을 보자 1,2,3,4라는 4개의 주파수 대역이 있고 각 주파수 마다 8개의 physical channel이 존재하며 총 32개의 물리적 채널이 존재한다.

그런데 여기서 29개만이 데이터 전송용으로 사용되는 TCH(Traffic Channel)이다. 

Full-rate TCH를 사용하면 29명의 사용자에게 서비스를 제공 할 수 있다.

위의 상황에서 모든 사용자에게 Half-rate TCH를 제공하면 29개의 물리적 채널이 존재하는데 각 물리적 채널마다 2명의 사용자에게 TCH를 제공할수 있기때문에 58명의 사용자에게 서비스 할 수 있는 대신 데이터 전송 속도가 느려지기 때문에 품질이 나빠진다.

Full-rate TCH란 한 프레임에서 어떤 슬롯을 한 사용자에게 트래픽채널로 고정적으로 할당하는 방법이다.

Half-rate TCH란 한 프레임의 어떤 슬롯을 2명의 사용자에게 번갈아 가면서 나눠 주는 방법이기때문에 사용자수는2배 데이터 전송률은 1/2배가됨

예를들어 첫번째 주파수 대역의 첫번째 프레임의 첫번째 슬롯으로 1번사용자에게 TCH를 할당하고 그다음 프레임의 첫번째 슬롯은 2번 3번째 프레임의 첫번째 슬롯은 1번 .... 이런식으로 동일한 슬롯을 1번,2번사용자에게 나눠서 제공한다.

Full-rate TCH는 Physical channel과 TCH가 1:1로 매칭된다.

Half-rate TCH는 Physical channel과 TCH가 1:2로 매칭된다.

각 사용자에게 57.6kbps의 전송 속도를 내게 해주고 싶으면 4개의 physical channel을 묶어야 한다.

다시말해서 한 프레임내의 4개의 슬롯을 한 사용자에게 주는것이다.

따라서 full-rate TCH를 제공한다고 했을때 29명의 사용자에게 서비스 하던거를 29/4인 7명에게 밖에 서비스 하지 못하게 된다.

이렇게 여러개의 physical channel또는 TCH을 묶어서 전송 속도를 높이는걸 HSCSD방식이라고 한다.

Circuit Switching(어떤 채널을 일정기간동안 점유함,전화를 걸고 끊을때까지) vs Packet Switching(채널 할당 없이 그때그때마다 사용한다.)

모든 구조가 그대로 유지되고 사용자에게 여러개의 TCH를 사용할 수 있는 권한을 준다. 기술 개발 투자비용이 적게 든다.

이것에 대한 대안으로 패킷 스윗칭 방식의 데이터 전달 서비스가 있다.

GPRS

4개 슬롯을 합쳐서 하나의 단위로 데이터를 전송한다.

(하나의 프레임내의 4개의 슬롯이 아니라 4개의 다른 프레임의 같은 번호의 슬롯이 합쳐져서 하나의 전송단위를 이룬다.)

기존의 Circuit Switching방식에서 완전히 방식이 바뀌었기 떄문에 구현에 새로운 하드웨어가 필요하다.

GSN(GPRS Support Node), MSC역할을 GSN들이 담당한다.

내가 전화를 걸 경우 MS->BSS->MSC로 연결되고(Curcit Switching)

데이터를 전송한다 MS->BSS->SGSN으로 연결된다.(packet swtiching)

외부 인터넷 망과 연결하려고 한다(SGSN->GGSN->PDN)

SGSN끼리 혹은 GGSN과 SGSN사이의 새로운 프로토콜이 필요해서 나타나게 되었다.

GPRS에서 달성할 수 있는 데이터 전송률?

이더넷에서는 1500바이트내에서 원하는 만큼 짤라서 보내는데,

GPRS는 456bit단위로 짜른다(4개의 프레임이 하나의 데이터 전송 단위이다.4개의프레임에서 한 사용자는 4개의 슬롯 사용가능 = 114*4=456bit)

한 슬롯에서 114 bit 을 전송할수 있었고 4개의 슬롯을 하나의 전송 단위로 쳤기 때문에 데이터를 456bit씩 전송하게 된다.

4개의 슬롯 전송할때 걸리는 시간은?

멀티프레임 하나에 26개의 프레임 그중 24개의프레임만 사용됨. 24개 프레임 전송하는데 120ms걸리니까

4개의 프레임 전송할때는 20ms이 걸린다.(중간에 컨트롤 채널이 껴있을수 있기 때문에 실제론 더 걸릴수도 있음)

20ms동안 456bit를 전송하게 된다.

456bit중에 헤더 빼고 428bit만 유저데이터이다. 따라서 428/20ms = 21.4kbps라는 전송 속도를 얻을 수 있다.

(코딩을 안할때==cs-4)

하나의 frequency에서는 8개의 physical channel이 존재 할 수 있다. 하나의 프레임 내에 8개의 슬롯이 존재하게 된다.

GPRS는 4개의 프레임이 하나의 데이터 전송 단위이다. 그런데 그 4개의 프레임 각각에서 또 몇개의 슬롯을 합치느냐에 따라 데이터 전송률이 달라지게 된다. 슬롯1개를 사용하고 코딩을 안하는경우 21.4kbps이고 프레임 내의 8개의 슬롯을 한 사용자가 사용하며 코딩을 전혀 하지 않을 경우 171.2kbps의 전송률을 얻을 수 있다.

중요한것 다시한번 정리. 

1.GPRS는 패킷 스위칭 기반 데이터 전송 시스템이다

2.하나의 멀티 프레임에서 4개의 프레임이 GPRS에서의 데이터 전송 단위이다.

3.각 프레임에서 몇개의 슬롯을 한 사용자에 할당하느냐에 따라 GPRS의 데이터 전송률이 달라진다.

4.오류 복구를 위해 코딩률을 얼마나 하느냐에 따라 GPRS의 데이터 전송률이 달라진다.

GTP(GPRS tunnelling protocol)

GGSN은 사용자의 위치를 항상 가지고 있다.(핸드폰의 ip주소는 계속 바뀌기 때문에)

  ip터널링 기법을 이용해서 GGSN에서 바로 SGSN으로 가서 그곳에 연결된 MS에게 데이터를 전달하는 프로토콜 이다.

기본적으로 라우터는 네트워크 내의 모든 사용자의 ip주소를 가지고 있지 않다. 어떤 아이피 주소가 들어왔을때 네트워크로의 방향만을 제시해주지만 GGSN은 모든 사용자의 ip주소를 가지고 있다.

DECT는 집에 있는 무선전화를 위해 만들어진 표준이다.

GSM에서는 업링크와 다운링크를 주파수로 구분했지만 DECT에서는 업링크와 다운링크를 시간으로 구분했다.

DECT는 GSM처럼 TDMA와 FDMA를 같이 사용한다. 10개의 중심주파수가 있고, 각 주파수마다 24개의 슬롯이 존재한다.

GSM에서는 1개의 주파수를 8명이 공유했다.

한 프레임에는 24개의 슬롯이 존재하며 12개씩 up슬롯(전화기->기지국) down슬롯(기지국->전화기)용도로 사용됨.

한 슬롯에서 320bit를 전송한다 근데 한 슬롯 전송하는데 10ms가 걸리므로 한 프레임은 32kbps의 데이터 전송률을 가진다.