Le GPRS ne constitue pas à lui tout seul un réseau mobile à part entière, mais une couche supplémentaire rajoutée à un réseau GSM existant. Il peut donc être installé sans aucune licence supplémentaire. Ceci signifie que tous les opérateurs qui disposent d'une licence GSM peuvent faire évoluer leur réseau vers le GPRS. L'ART n'a d'ailleurs pas fait d'appel d'offre pour le GPRS alors qu'elle en a fait pour l'UMTS.

De plus, le GPRS utilise les bandes de fréquences attribuées au GSM. C'est à dire une bande dans les 900 MHz, une autre dans les 1800 MHz et enfin une troisième pour les USA, dans les 1900 MHz. Les opérateurs GSM actuels ont de fait un quasi monopole sur le GPRS, ce qui n'est pas le cas pour l'UMTS.

Le GPRS, appelé aussi GSM 2+, repose sur la transmission en mode paquet. Ce principe déjà, retenu par exemple pour le protocole X.25, permet d'affecter à d'autres communications les "temps morts" d'une première communication (attente d'une réponse à une requête Internet par exemple).

Conçu pour réutiliser au maximum les infrastructures GSM existantes, le déploiement du GPRS nécessite la mise en place d'une infrastructure réseau basée sur la commutation de paquets et l'introduction de passerelles pour s'adosser aux réseaux GSM existants.

Cette technologie, capable de fournir des débits par utilisateur allant jusqu'à 115 kb/s (contre 9,6 kb/S pour le GSM), offre des fonctionnalités intéressantes :

• plusieurs canaux peuvent être alloués à un utilisateur ;
• ces mêmes utilisateurs peuvent partager un même canal ;
• le débit est indépendant des liens montant et descendant.

En France, France Telecom a mis en place les premiers services basés sur GPRS fin juin 2000. SFR devrait également en proposer rapidement. Les débits envisagés seraient dans un premier temps de l'ordre de quelques dizaines de kb/s.



2. Services / Possibilités / Limitations

  2.1 Trois domaines d'application

Alors que le GSM version WAP s'arrête à la consultation des pages Internet, le GPRS permet d'élargir l'offre de services. Outre l'accès à Internet (ou Intranet), à partir des mobiles traditionnels, il permet un meilleur accès aux e-mails comportant des fichiers joints. Le mobile, dans ce cas, est considéré comme un modem, et doit être associé à un ordinateur portable ou un assistant personnel.

Le troisième domaine concerne les applications professionnelles de transfert de données et de sécurité. La connexion ouverte en permanence du GPRS et le mode de taxation offrent à ceux qui font de la télémaintenace, de la télésurveillance et de la téléalarme, des opportunités intéressantes. On trouvera donc la norme GPRS dans les horodateurs, dans les ascenceurs (télésurveillance), dans les distributeurs de boissons ou de billet (vente, télésurveillance, gestion des stocks, réactualisation des prix), pour surveiller les sites industriels ainsi que les locaux professionnels et privés.


  2.2 Un débit supérieur au réseau filaire standard

Aujourd'hui, le débit d'un réseau GSM standard en mode "connecté" ne dépasse pas 9,6 kbit/s, voire 14,4 kbit/s par implantation de logiciels spécifiques. Il est cinq fois moins rapide que celui du réseau filaire standard, qui autorise 56 kbit/s avec un modem V90.

Avec le GPRS, on dispose d'un débit compris entre 40 et 115 kbit/s. Tout dépend du nombre de canaux virtuels ou "time slots" utilisés, et du schéma de codage (CS1 à CS4). Ce dernier agit sur la compression des données comme un multiplicateur de débit. En mode multislots 3+1 (trois slots pour la transmission dans le sens réseau vers portable, et un slot pour le sens portable vers réseau), on atteint un débit de 40 kbit/s avec un schéma de codage CS2. En multislots (8+1) avec le mode de codage CS4, on atteint en pratique 115 kbit/s (en théorie 175 kbit/s). Si, comme cela semble être la volonté actuelle des opérateurs, on réutilise l'infrastructure GSM existante, en conservant notamment le réseau des stations de base (BTS) actuelles, mises à niveau par logiciel, seules les versions CS1 et CS2 seront implantées. Pour les versions CS3 et CS4, des transormations importantes de l'infrastructure devront être réutilisées.

  2.3 L'accès immédiat et fiable

Le GPRS offre un accès immédiat. Le mode de fonctionnement du GPRS et son mode de facturation au volume de données transmises, permet de laisser le canal de transmission ouvert en permanence. Ainsi, pour télécharger un e-mail par GPRS on économise, par rapport à une connexion par GSM ou RTC, lors de la première connexion, le temps d'initialisation du modem, soit 30 secondes environ. Sur les autres e-mails, l'avantage est encore plus flagrant, les téléchargements se font immédiatement, sans numérotation préalable alors qu'en GSM il faut recommencer la procédure de numérotation pour chaque consultation. Parmi les évolutions possibles du GPRS, figure la voix sur IP. On peut imaginer le transport de la voix après codage comme une donnée, ce qui ouvre des applications de téléphonie par Internet.

  2.4 Trois types de terminaux

Trois types de terminaux ont été définis pour répondre aux besoins du GPRS : le modèle de base (classe B) est prévu pour la voix et les données en mode non simultané. Le modèle professionnel ou industriel (classe C) est data exclusivement (le terminal est utilisé comme un modem). Enfin le haut de gamme (classe A) est compatible voix/data simultanément. Ce terminal classe A pose problème actuellement. La puissance de calcul qu'il demande a pour l'instant une forte incidence sur son coût de production et le rend dissuasif.



3. Fonctionnement et caractéristiques techniques

  3.1 Mode connecté ou accès virtuel

Le premier avantage du GPRS est de permettre une meilleure utilisation des ressources radio et techniques. Alors que le GSM actuel fonctionne en mode "connecté", appelé également mode "circuit", le GPRS utilise pour sa part le mode de connexion virtuel. En mode "virtuel", les ressources sont partagées. Le canal de transmission n'est jamais affecté à un utilisateur unique, mais partagé entre un certain nombre d'utilisateurs. Chaque utilisateur en dispose lorsqu'il en a besoin et uniquement dans ce cas. Le reste du temps elles sont disponibles. Le mode "connecté" quant à lui correspond au fonctionnement d'une ligne GSM ou encore d'une ligne téléphonique standard. Il consiste à établir un lien physique entre deux points ou deux correspondants. Une fois le numéro d'appel composé, un circuit est affecté en permanence à la communication, sans aucun partage avec les autres clients. Ce mode de fonctionnement qui ne tient pas compte des périodes de silence, lorsque aucune donnée n'est transmise, n'optimise pas au mieux les ressources radio.

De plus ce mode de fonctionnement entraîne une facturation à la durée. Chaque communication est comptée (et facturée) du décroché, jusqu'au raccroché. Le mode d'allocation dynamique des ressources présente donc également l'avantage de permettre une facturation calculée à partir du volume des informations (paquets) échangées et non plus à partir de la durée de la communication. Lors d'une session de consultation sur Internet par exemple, seul le volume des données échangées sert pour l'élaboration de la facture et la durée de la communication n'intervient pas. Ceci revient à dire que l'utilisateur peut consulter les pages reçues sans coût supplémentaire. Précisons que ce mode de tarification, qui s'apparente à celui du réseau Transpac, n'est pas proposé sur le réseau public commuté.

Le GPRS met en évidence le rôle plus important du gestionnaire de réseau. Dans une infrastructure GSM le rôle du gestionnaire se résume à affecter des ressources physiques au début de chaque communication. Avec le GPRS, son rôle est plus important. Il consiste à allouer en temps réel des ressources physiques (mémoires et circuits électroniques), à gérer les ressources radio, et à les affecter en fonction de la demande.

  3.4 Le GPRS s'installe sur le réseau GSM existant

L'implantation du GPRS peut être effectuée sur un réseau GSM existant. Les stations de base ne subissent aucune modification si ce n'est l'adjonction d'un logiciel spécifique, qui peut être installé par téléchargement.
Plus en amont, le contrôleur de stations de base doit être doublé par un contrôleur de paquets (PCU pour Paquets Controler Unit). Vient ensuite, la chaîne destinée aux données par paquets, constituée du commutateur (SGSN) ou Switch spécifique GPRS, équivalent du Mobile Switch Controler (MSC), contrôleur qui a pour fonction de vérifier l'enregistrement des abonnés, de les authentifier et d'autoriser les communications, et du module d'accès (GGSN) au monde IP (Internet ou Intranet).
Le GGSN et le SGSN sont expliqués dans la partie suivante.

Structure d'un réseau GPRS

Ces modifications mineures de l'infrastructure soulèvent deux remarques :
La première est que, comme nous l'avons déjà signalé, sans licence GSM (ce qui revient à dire sans réseau GSM), il n'est pas possible d'installer un réseau GPRS.
La deuxième remarque concerne l'UMTS, le réseau de troisième génération qui suivra le GPRS. Il pourra réutiliser une partie du réseau GSM, notamment la partie qui permet l'accès au monde IP. En France, les trois opérateurs GSM nationaux futurs détenteurs d'une licence UMTS, auront donc un avantage important sur le nouvel arrivant, quatrième opérateur UMTS.



4. Structure du réseau

  4.1 Les composantes du réseau GPRS

Voici l'architecture des piles logicielles dans chacun des éléments d'un réseau GPRS.

Les piles logicielles d'un système GPRS

• La couche physique, qui se décompose en deux sous-couches fonctionnelles ;
  • La sous-couche RF, qui gère les fonctions radio du terminal. Elle émet les informations reçues de la couche physique. Elle décode les informations reçues de la station de base et les transfère pour interprétation vers la couche physique ;
  • La couche physique produit les trames, qui seront émises par la couche radio ; pour les trames reçues du réseau, elle détecte et corrige les erreurs de transmission ;
• La couche MAC (ou RLC pour Radio Link Control) pilote la liaison radio entre le terminal et la station de base, c'est-à-dire les mécanismes de retransmission en cas d'erreur, la fonction de contrôle d'accès aux ressources radio quand plusieurs terminaux sont en concurrence. Le RLC peut demander la retransmission d'un bloc de données ;
• La couche supérieure SNDC (SubNetwork Dependant Convergence) gère la mobilité, le cryptage et la compression de données.

SGSN : Serving GPRS Support Node ou Routeur IP gérant les terminaux pour une zone.
Le SGSN (Serving GPRS Support Node) est la fonctionnalité du service dans le centre de commutation (MSC), qui permet de gérer les services offerts à l'utilisateur. Le SGSN est l'interface logique entre l'abonné GSM et un réseau de données externe. Ses missions principales sont, d'une part la gestion des abonnés mobiles actifs (mise à jour permanente des références d'un abonné et des services utilisés) et d'autre part le relais des paquets de données. Quand un paquet de données arrive d'un réseau PDN (Packet Data Network) externe au réseau GSM, le GGSN reçoit ce paquet et le transfert au SGSN qui le retransmet vers la station mobile. Pour les paquets sortants, c'est le SGSN qui les transmet vers le GGSN.


  4.2 Le routage des paquets

Le routage de chaque paquet est indépendant de celui qui le précède ou de celui qui le suit. Pendant la phase de connexion d'un terminal dans un réseau GSM, les échanges de signalisation sont nombreux, et pour faire face aux contraintes du mode paquet, les informations de routage obtenues pour acheminer le premier paquet vers un terminal GSM sont stoquées dans le GGSN. Ainsi la route pour les paquets suivants est sélectionnée à partir du contexte stoqué dans le GGSN (le Temporary Logical Link Identity ou TLLI).