HSCSD

 

22.11.1998

Ari Rantanen
Tietotekniikan osasto
Teknillinen Korkeakoulu
Ari.Rantanen@hut.fi

Tiivistelmä

Kiinteän tiedonsiirtoverkon nopeuden kehittyessä huimaa vauhtia kohti alati kasvavia nopeus vaatimuksia, on langattomille tiedonsiirtoratkaisuille tullut suuria paineita vastata jatkuvasti kiihtyvään kehitykseen. Langattoman tiedonsiirron kehityksestä vastaavilla valmistajilla sekä alan standardisoimiselimillä on ollut kiivas työ luoda uusia palveluita, joilla vastata käyttäjien kasvaviin vaatimuksiin lähivuosien aikana.

Erilaisten kannettavien tietokonelaitteiden tekninen kehitys ja käytön voimakas lisääntyminen on pakottanut matkapuhelinten ja matkapuhelinverkkojen valmistajat tarjoamaan käyttäjille uusia palveluita säilyttääkseen markkina-asemansa. GSM-verkon osalta tämä toteutuu lähitulevaisuudessa käyttöönotettavana HSCSD-palveluna, jonka tavoitteena on turvata GSM-verkon kilpailukyky lähitulevaisuuden aikana voimakkaasti kehittyvillä ja kilpailluilla markkinoilla.

HSCSD, joka tunnetaan myöskin englannin kielisellä nimellä multislot, tuo käyttäjille mahdollisuuden siirtää tietoa piirikytkentäisellä yhteydellä käyttäen useampaa kanavaa samanaikaisesti. Lisäksi kunkin kanavan siirtonopeus nousee nykyisestä 9,6 kbit/s jopa 14,4 kbit/s. Tämä tulee mahdollistamaan kokonaan uuden tyyppisten sovellusten ja palveluiden käytön GSM-verkossa, kuten esimerkiksi reaaliaikaisen videokuvan siirron.


1 Johdanto

Useimmat maailman GSM-operaattoreista ovat tarjonneet GSM-spesifikaatioon kuuluvaa tiedonsiirtopalvelua jo GSM:n alkuajoista, vuodesta 1994 alkaen. Nykyisin käytössä oleva 9,6 kbit/s nopeudella toimiva piirikytkentäinen tiedonsiirtopalvelu tarjoaa mahdollisuuden käyttää useita erilaisia palveluja, kuten: [2]

GSM-järjestelmää kehitetään kuitenkin jatkuvasti, uusien tai parannettujen palveluiden tuomiseksi markkinoille. Tämä kehitystyö pidentää GSM:n elinikää ja helpottaa siirtymistä kolmannen sukupolven matkapuhelinverkkoihin. Yksi mielenkiintoisimpia kehityskohteita ovat tiedonsiirtopalvelut, joissa päätavoitteena on siirtonopeuden kasvattaminen. [1]

 

2 GSM-verkko

Ensimmäinen digitaalinen matkapuhelinverkko avattiin kaupalliseen käyttöön vuonna 1992. Tätä seuranneina vuosina tuli tiedonsiirto mukaan yhä kasvavassa määrin, useiden operaattoreiden toimesta. Tähän päivään asti käytössä ollut 9,6 kbit/s tiedonsiirtonopeus mahdollisti joidenkin langattomien tiedonsiirtopalveluiden käytön. Tällaisia palveluita olivat mm. sähköpostin käyttö, pääteyhteydet yhtiön tietoverkkoon, lyhytsanomaviestit sekä fax-palvelut. [2]

GSM-verkolla on tällä muihin matkapuhelinverkkoihin verrattuna laajin levinnäisyys alue, joka kattaa GSM MoU:hun kuuluvat yli 200 operattoria yli sadassa maassa jokaisella mantereella. GSM verkon käyttäjiä on yli 50 miljoonaa, mikä merkitsee 60% toisen sukupolven matkapuhelinverkkojen kokonaiskäyttäjämäärästä. GSM-verkon käyttäjämäärän oletetaan nykykehityksellä ylittävän 200 miljoonan käyttäjän rajan vuonna 2000. [1]

 

3 Kehitys

3.1 GSM-verkon osalta

GSM-verkon langattoman tiedonsiirron kehitykselle on nähtävissä kaksi pääsuuntausta: [3]

Piirikytkentäinen tiedonsiirto sisältää nykyisen GSM-verkon 9,6 kbit/s tiedonsiirtomenetelmän kehittämisen kohti HSCSD:tä (HSCSD = High Speed Circuit Switched Data). Pakettikytkentäinen tiedonsiirto sisältää nykyisen lyhytsanomapalvelun (SMS = Short Message Service) ja USSD:n (USSD = Unstructured Supplementary Service Data) kehittämisen kohti GPRS:ä (GPRS = General Packet Radio Service). [3]

Vastatakseen käyttäjien vaatimuksille suurempien tiedonsiirtonopeuksien osalta on ETSI:ssä (European Telecommunications Standards Institute) standardoitavana kaksi edellä mainittua uutta tiedonsiirtoon liittyvää palvelua, jotka tullaan sisällyttämään GSM phase 2+ -pakettiin. Nämä palvelut ovat siis nimeltään HSCSD ja GPRS. [1

3.2 Kannettavat tietokoneet

Teknologinen kehitys kannettavien tietokonelaitteistojen osalta lisää vaatimuksia niiden liittämiseksi nykyisiin tietoverkkoihin. Kehityksen nykysuuntaus kohti helpommin mukana pidettäviä laitteita, kuten pienemmät kannettavat PC:t, älypuhelimet ja sylikoneet, tulee edelleen kasvamaan ja tämän tyyppisten laitteiden käyttäjämäärät kasvavat huomattavasti. [1]

 

4 HSCSD

HSCSD-palvelu tunnetaan myöskin englannin kielisellä nimellä "Multislot". Tälle termille ei ole olemassa vakiintunutta suomennosta.

4.1 Lähtökohdat

HSCSD-verkon määrittely on nyt päättynyt ETSI:ssä, mikä avaa mahdollisuuden tarjota tätä palvelua GSM-verkossa. HSCSD mahdollistaa jopa 57,6 kbit/s tiedonsiirtonopeudet käytettäessä neljää aikaväliä GSM-verkon ilmarajapinnassa. [2]

Koska nykyiseen GSM-verkkoon on investoitu huomattavia summia taloudellisia resursseja, halutaan uusien kehitettävien GSM-verkon parannusten käyttävän mahdollisimman hyvin hyödykseen nyt käytössä olevaa laitteistokantaa. Nykyisten tiedonsiirtopalveluiden kehittämisen pullonkaula on ilmarajapinnassa. Tällöin useampaa aikaväliä hyödyntävien teknologioiden vaatimat muutokset voidaan toteuttaa hyödyntäen nykyisin käytössä olevia teknisiä perusratkaisuja, jolloin minimoidaan vaadittavat muutokset. [1]

4.2 Perusteet ja tiedonsiirtonopeudet

HSCSD on nykyisen enimmillään 9,6 kbit/s tiedonsiirtonopeudella toimivan piirikytkentäisen tiedonsiirtopalvelun edelleen kehitetty versio. HSCSD-palvelun arkkitehtuuri perustuu samaan verkon fyysiseen tasoon kuin nykyinenkin tiedonsiirtoratkaisu. Suuremmat tiedonsiirtonopeudet saavutetaan käyttämällä useampaa TDMA aikaväliä samalla yhteydellä. HSCSD:llä voidaan saavuttaa tiedonsiirtonopeuksia jopa 57,6 kbit/s asti (mahdollisesti jopa ylikin) käyttämällä ilmarajapintatoteutusta, jossa hyödynnetään neljää aikaväliä, kunkin aikavälin tiedonsiirtonopeuden ollessa 14,4 kbit/s. Hyödyntämällä V.42bis pakkausta saavutetaan PCM-kanavan 64 kbit/s nopeus jo vähemmällä kuin neljällä aikavälillä. Jos käytetään koko tiedonsiirtovälillä, ns. päästä päähän yhteydellä esim. kannettavan PC:n ja palvelimen välillä tehokasta pakkausta voidaan päästä yli 200 kbit/s tiedonsiirtonopeuteen. [1, 2, 3, 4]

HSCSD mahdollistaa suuremman käyttäjän tiedonsiirtonopeuden, eli 14,4 kbit/s aikavälillä, johtuen kevyemmästä koodauksesta ilmarajapinnassa. Tällöin käyttämällä HSCSD-palvelua saavutetaan jo 50% parannus tiedonsiirtonopeuteen pelkästään yhdelläkin aikavälillä. [1, 4]

4.3 Sovellukset

HSCSD-palvelusta hyötyvät muunmuassa seuraavan tyyppiset sovellukset: [3]

HSCSD-palvelun tarjoama siirtonopeuden lisäys vaikuttaa merkittävästi useimpiin käytännön tiedonsiirtotarpeisiin. Monien siirrettävien tiedostojen koko on luokkaa muutama sata kilotavua. Esimerkiksi 640*480 pikselin värikuva, jossa on käytetty 24 bittiä pikseliä kohden, on noin 920 kbytes suuruinen. Tämän tiedoston siirtoaika lyhenee 13 minuutista 1,5 minuuttiin siirtonopeuden kasvaessa 9,6 kbit/s -> 76,8 kbit/s. Myöskin normaalin sähköpostin välityksessä siirtoaikojen lyheneminen vaikuttaa käytettävyyteen olennaisesti, koska monet sähköpostiviestit sisältävät liitetiedostoja, jotka ovat kooltaan muutamasta kymmenestä muutamaan sataan kilotavuun.[1]

Myöskin videokuvan sekä muun multimediatiedon reaaliaikainen langaton siirto mahdollistuu HSCSD-palvelun myötä. Riittävän hyvän videokuvan laatu on tietysti jokaisen subjektiivinen näkemys, mutta joidenkin asiantuntijoiden mukaan riittävän hyvä laatu voidaan saavuttaa jo uudella ITU-T H.263 standardilla ja 24 kbit/s tiedonsiirtonopeudella käyttäjän päätelaitteelle. H.263 standardi perustuu muuttuvan siirtonopeuden käyttöön ja sen avulla voidaan hyödyntää myöskin pienempiä tiedonsiirtonopeuksia. HSCSD-palvelu mahdollistaa näin ollen reaaliaiakaisen videokuvan siirron, joka todennäköisesti ei tule onnistumaan GPRS-palvelun avulla liian kovien reaaliaikaisuusvaatimusten takia. [1]

HSCSD-palvelu mahdollistaa epäsymmetristen tiedonsiirtotarpeiden hyödyntämisen langattomassa tiedonsiirrossa. Esimerkiksi normaalissa TCP/IP-pohjaisessa tiedonsiirrossa suurin osa kapasiteetista käytetään vain tiedon siirtämiseen toiseen suuntaan, esimerkiksi tukiasemalta päätelaitteelle. Tällöin HSCSD-palvelussa voidaan jakaa aikavälit epäsymmetrisesti, esimerkiksi 3+1, jolloin laskevan liikenteen kapasiteetiksi saadaan 43,2 kbit/s. [4]

4.4 Hyödyt

HSCSD-palvelu tarjoaa sekä operaattoreille että loppukäyttäjille useita hyötyjä. Tällaisia ovat esimerkiksi langattoman tiedonsiirron kilpailukyky lankaverkon tiedonsiirtonopeuden kanssa. Operaattorit, jotka lähtevät ensimmäsinä tarjoamaan HSCSD-palvelua saavat muhin verrattuna kilpailuetua ja voivat paremmin tyydyttää loppuasiakkaidensa tarpeita. HSCSD-palvelun avulla voidaan tarjota kehittyneitä palveluita jo ennen GPRS-verkon tuloa. HSCSD-palvelun pystyttäminen ei vaadi suuria investointeja, koska se toteutetaan enimmäksen ohjelmistopäivityksinä. Operaattorin kannalta palvelun avulla voidaan paremmin hyödyntää ruuhka-aikojen ulkopuolella verkon kapasiteettia tarjoamalla loppukäyttäjille useampia yhtäaikaisia kanavia.

Loppukäyttäjän kannalta on mahdollista saavuttamaan jopa kuusinkertaisia tiedonsiirtonopeuksia, jotka ovat kilpailukykyisiä ISDN-yhteyksille. Loppukäyttäjä pääsee hyödyntämään uuden tyyppisiä palveluita, kuten langattomat navigointipalvelut, joissa käytetään ladattavia karttoja ja muita visuaalisia apuvälineitä. Lisäksi HSCSD ei vaadi loppukäyttäjältä uuden oppimista, koska palvelu toimii täysin nykyisen GSM-pohjaisen tiedonsiirron tapaan.

 

5 Yhteenveto

Lähivuosina toteutettavat parannukset GSM-verkon tiedonsiirtokapasiteetissa tulevat nostamaan GSM-verkon tiedonsiirtonopeuden lähelle tämänhetkistä ISDN-verkon nopeutta, mahdollistaen langattomien tiedonsiirtopalveluiden kilpailun kiinteän verkon kanssa. [3]

Toistaiseksi puheliikenteeseen verrattuna melko vähäiseksi jääneelle GSM-verkon tiedonsiirtopalveluiden käytölle on odotettavissa lähivuosina huomattaa kasvua monipuolistuvien tiedonsiirtopalveluiden myötä. Merkittävimpänä käyttäjiä houkuttelevana tekijänä on nykyisen GSM-verkon tiedonsiirron suurimman ongelman, tiedonsiirtonopeuden, roima kasvu lähivuosina.

 

6 Lähdeluettelo

[1] Hämäläinen, Jari, Architecture of wide band GSM, Huhtikuu 1996 [viitattu 11.10.1998]
< http://www.nokia.com/nf/magazine/papers/tele.html>
[2] Nokia, GSM Goes Personal Multimedia, [viitattu 11.10.1998]
< http://www.nokia.com/products/networks/cellular/gsm/person1.html>
[3] Nokia, Wireless Data Evolution - Nokia's visions for wireless data today and tomorrow, white paper, 28.4.1997 [viitattu 11.10.1998]
< http://www.forum.nokia.com/download/library/papers/files/wp_wde.doc>
[4] Sivula,Timo & Hagros,Kaj. High Speed Circuit Switched Data - Nokia's visions for a service paltform supporting circuit switched applications, white paper, 5.7.1998 [viitattu 11.10.1998]
< http://www.forum.nokia.com/download/library/papers/files/wp_hscsd.doc>

 

7 Lisätietoja

Anon., A European Manifesto,Communications International [viitattu 27.9.1998]
http://www.totaltele.com/cilive/issue/mar/artcs.htm

Kuvaus tiedonsiirtopalveluiden kehityksestä GSM-verkossa ja sen merkityksestä.

Anon., Mobile Data Communications in Europe: A Market Perspective, Dataquest, October 1996 [viitattu 27.9.1998]
http://www.gsmdata.com/1096eur.htm

Markkinakatsaus langattomaan tiedonsiirton

Anon., Mobile Internet and Intranets: The Road Ahead for Corporate Applications, Ovum, Report, February 1998 [viitattu 27.9.1998]
http://www.pcsdata.com/repovum.htm

Kuvaus yrityssovellusten käytöstä langattomassa verkossa

Berg Greger, GSM evolution towards UMTS, Telecommunications International, October 1996 [viitattu 27.9.1998]
http://www.ericsson.com/systems/gsm/umts.html

GSM-verkon kehittäminen kohti UMTS-järjestelmää.

Cadwalader Dick, Evolution with an edge, Ericsson Wireless NOW!, 1998, No.1 [viitattu 27.9.1998]
http://www.ericsson.se/WN/wn1-98/evolution.html

Emmerson Bob, The Mobile Intranet, Byte-magazine, May 1998 [viitattu 27.9.1998]
http://www.byte.com/art/9805/sec18/art4.htm

Langattomat intranet-verkot

Engdahl Tomi , Matkapuhelinten kehitys [viitattu 27.9.1998]
http://www.hut.fi/~then/matkapuhelin/kuvasiirto.html

Tietoa matkapuhelinten ja -verkkojen kehityksestä.

Ericsson, Ericsson at Telecom Interactive '97 in Geneva, Ericsson, Pressmeddelande,10.9.1997 [viitattu 27.9.1998]
http://www.sito.se/media/1264-.htm

Ericssonin uusimmista ratkaisuista langattoman tiedonsiirron markkinoille

Ericsson, Ericsson increases datacom rates fourfold for SingTel Mobile, Ericsson, Pressmeddelande,13.5.1998 [viitattu 27.9.1998]
http://www.sito.se/media/2152-.htm

Ericssonin lehdistötiedote nopean tiedonsiirtoyhteyden myymisestä Singaporen GSM-verkkoon.

Ericsson, Ericsson to showcase GSM wireless multimedia capabilities, Ericsson, Press Information at CommunicAsia 2-5.6.1998 [viitattu 27.9.1998]
http://www.ericsson.se/Eripress/communicasia98/multimedia.html

Ericssonin lehdistätiedote langattoman multimedian käytöstä GSM-verkossa.

Ericsson, A core wireless standard for the next millenium, Ericsson, 26.1.1998 [viitattu 27.9.1998]
http://www.ericsson.se/wcdma/gsm/millennium.ht

Ericssonin näkemys ensivuosisadan langattomasta tiedonsiirto standardista.

Ericsson, The Future, Ericsson, GSM Articles, 1998, [viitattu 27.9.1998]
http://www.ericsson.se/systems/gsm/future.html

Ericssonin näkemys tulevaisuuden GSM-kehityksestä.

Ericsson, It's about communication between people...ON THE MOVE, Ericsson,
Press Information at ITU Telecom Inter@ctive97,Geneva 8-14.9.1997 [viitattu 27.9.1998]
http://www.ericsson.se/Eripress/TI-97/move.html

Ericssonin kaupallinen näkemys langattomasta tiedonsiirrosta.

Helsten Sven , PCS 1900 ­ Ericsson's turnkey solution for personal communications services,
The Telecommunication Technology Journal, 1996, No. 4, [viitattu 27.9.1998]
http://www.ericsson.se/Review/er4_96/art_4/art4.html
http://www.forum.nokia.com/nf/magazine/papers

Hämäläinen Jari, Design of GSM High Speed Data Services, Dr. Tech. Thesis,
Tampere University of Technology, Tampere, October 1996 [viitattu 27.9.1998]
http://www.forum.nokia.com/nf/magazine/papers/drtech.html

Jari Hämäläisen väitöskirja nopeiden tiedonsiirtoyhteyksien kehittämisestä GSM-verkkoon.

Jameson Mark , GSM MOVING ON, Ericsson Connexion Magazine, 1997, No. 3 [viitattu 27.9.1998]
http://www.ericsson.se/Connexion/connexion3-97/main.htm

Kuvaus GSM-verkon tulevaisuuden kehityksestä.

Kari Hannu H. , Conventional GSM Data Service, [viitattu 27.9.1998]
http://www.cs.hut.fi/~hhk/GPRS/lect/gsm_data/outlinee.htm

Kuvaus GSM-tiedonsiirtopalveluiden tulevaisuuden kehityksestä.

Nieweglowski Jacek & Leskinen Tom , Video in mobile networks, Forum Nokia, Magazine, Sci-Tech papers, June 1996 [viitattu 27.9.1998]
http://www.forum.nokia.com/nf/magazine/papers/video.html

Kuvaus reaaliaikaisen videokuvan siirrosta GSM-verkossa.

Nokia., Nokia Demos Live High-Speed Data (HSCSD) , Press release, 10.9.1998 [viitattu 27.9.1998]
http://www.gsmdata.com/artnok.htm

Nokian lehdistötiedote HSCSD-verkon demosta.

Nokia., High-Speed Data means business today, Press release, 2.6.1998, [viitattu 27.9.1998]
http://www.nokia.com/news/news_htmls/ntc_980602b.html

Kaupallinen kuvaus HSCSD-palvelun käytöstä.

Nokia, Nokia delivers advanced HSCSD-solution to Sonera, Finland, for data services in GSM network
Press release, 23.7.1998 [viitattu 27.9.1998]
http://www.nokia.com/news/news_htmls/ntc_980723.html

Nokian lehdistätiedote HSCSD-palvelun myymisestä Soneralle.

Rostas Peter , Uudet Datapalvelut GSM verkossa, 1997 [viitattu 27.9.1998]
http://keskus.hut.fi/opetus/s38116/1997/esitelmat/42690u/

Kuvaus lähitulevaisuudessa käyttöönotettavista uusista tiedonsiirtopalveluista GSM-verkossa.

Tiveke 1 -työryhmä, Suomalaisen tiedon valtatien tekninen kehitys,
Liikenneministeriön julkaisu 16/97, 20.5.1997 [viitattu 27.9.1998]
http://www.telmo.fi/tiveke/raportit/tekeh3.htm

Työryhmän muistio, jossa kuvattu tiedonsiirron teknistä kehitystä ja sen merkitystä tulevaisuuden Suomessa.


Tämän sivun sisällön on toteuttanut Ari Rantanen, E-mail: Ari.Rantanen@hut.fi.
Sivun sisältöä on viimeksi päivitetty 22.11.1998.
URL: http://www.hut.fi/~arantane/HSCSD_essee.html