Структура компонентов сети
2.1. Общие положения.
2.2. Принципы организации сотовой сети мобильной связи.
2.3. Полосы частот сотовой мобильной связи.
2.4. Принцип повторного использования частот.
2.5. Оценка числа физических радиоканалов в произвольной соте.
2.6.1 Структура компонентов сети.
2.6.2 Структура компонентов сети.
2.6.3 Структура компонентов сети.
2.7. Структура служб.
2.8. Методы множественного доступа.
2.9. Структура кадров ТDМА и формирование сигналов.
2.10. Каналы связи.
2.11. Сигнализация в сотовых мобильных сетях.
2.6.2 Структура компонентов сети
Номер мобильного абонента в сети ISDN, т.е. MSISDN, состоит из следующих инфор- мационых данных:
- кода страны СС (Country Code);
- национального кода назначения NDC (National Destination Code);
- абонентского номера в национальной сети ISDN.
Структура MSISDN описана в рекомендациях CCITTЕ.212.
VLR— регистр перемещений мобильных станций в NSS. Как было отмечено выше, при расмотрении регистра местоположения HLR(рис. 2.15 и 2.16), с помощью регистра VLRобеспечивается слежение за мобильными абонентами в пределах какой-либо географической локальной зоны LA, (при этом от контроллера BSC1, определяющего зону действия LA1 и обьединяющего группу базовых станций в LA1, мобильный абонент регистрируется новым BSC2 и в VLR2 заносится информация о номере области связи, в которой находится мобильный абонент). Следует отметить, что для сохранения данных, находящихся в регистрах HLRи VLR, в случае сбоев предусмотрена защита устройств памяти этих регистров. Как следует из таблиц рис. 2.15 и 2.16, регистр VLR:
- обеспечивает присвоение номера блуждающей мобильной станции MSRN (Mobile Station Roaming Number).
Усиление мобильной сотовой связи GSM
Когда мобильная станция принимает входящий вызов, VLR выбирает MSRN этой MS и передает его в центр коммутации MSC, который осуществляет маршрутизацию этого вызова к базовым станциям, находящимся рядом с мобильным абонентом MS;
- распределяет номера передачи управления при организации соединений от одного MSCк другому;
- управляет распределением новых TMSI и передает их в HLR;
- управляет процедурами установления подлинности абонента во время обработки вызова, при этом по решению оператора сети временной идентификатор TMSI может периодически изменяться для усложнения процедуры идентификации мобильных абонентов.
Доступ к базе данных VLRможет обеспечиваться через IMSI, TMSI или MSRN.
В целом, регистр VLR представляет собой локальную базу данных о мобильном абоненте для той зоны, где находится абонент, что позволяет исключить постоянные запросы в HLR и сократить время на обслуживание вызовов.
AUC (Authentication Center)— центр аутентификации.Выполняет функции:
- формирует ключи и алгоритмы аутентификации;
- проверяет полномочия мобильных абонентов;
- осуществляет их доступ к сети связи;
- принимает решения о параметрах процесса аутентификации;
- определяет ключи шифрования абонентских мобильных станций на основе базы данных, сосредоточенной в регистре идентификации оборудования EIR.
Следует отметить, что аутентификация (authentication) — это процедура подтверждения подлинности абонента системы мобильной связи.Каждый абонент на время пользования системой сотовой мобильной связи получает стандартный модуль подлинности абонента (так называемую SIM (Subscriber Identity Module)-карту),который содержит:
- международный идентификационный номер IMSI;
- свой индивидуальный ключ аутентификации Kt;
- алгоритм аутентификации (АЗ).
С помощью записанной в SIM-карте информации в результате взаимного обмена данными между мобильной станцией (MS= ME+ SIM, где ME— Mobile Equipment) и сетью мобильной связи осуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента к сети связи.
EIR (Equipment Identity Register)— регистр идентификации оборудования.Содержит централизованную базу данных для подтверждения подлинности международного идентификационого номера оборудования мобильной станции IMEI(International Mobile Station Equipment Identity).Эта база данных относится исключительно к оборудованию мобильной станции. База данных EIR состоит из списков номеров IMEI, организованных следующим образом: белый список—содержит номера IMEI, о которых есть сведения, что они закреплены за санкционированными мобильными станциями; черный список— содержит номера IMEI мобильных станций, которые украдены или которым отказано в обслуживании по различным причинам; серый список — содержит намера IMEI мобильных станций, у которых существуют проблемы, выявленные по данным программного обеспечения, что не является основанием для их внесения в черный список. К базе данных EIR получают дистанционный доступ MSC данной сети, а также MSC других сетей мобильной связи. Как и в случае с HLR, подсистема NSSсети может иметь более одного EIR, при этом каждый EIR управляет определенными группами IMEI. В состав MSCвходит транслятор, который при получении номера IMEI, возвращает адрес EIR, управляющий соответствующей частью базы данных об оборудовании.
IWF (Inter Working Function)— межсетевой функциональный стык.Является одной из составных частей центра коммутации MSC. IWFобеспечивает абонентам доступ к средствам преобразования протокола и скорости передачи данных так, чтобы можно было передавать их между терминальным оборудованием DTE (Data Terminal Equipment)— оконечной аппаратуры обработки данных сотовой сети GSM и обычным терминальным оборудованием стационарной сети. Межсетевой функциональный стык также «выделяет» модем из своего банка обслуживания для сопряжения с соответствующим модемом стационарной сети. IWF также обеспечивает интерфейсы типа прямого соединения для оборудования, поставляемого клиентам, например, для пакетной передачи данных (PAD— Packet Assembler Disassembler) по протоколу Х.25.
GMSC (Gateway Mobile Switching Center)— транзитный (межсетевой) центр коммутации мобильных станций. Представляет отдельную коммутационную станцию и строится на основе того же оборудования, что и центр коммутации MSC мобильной сети. При входящем соединении от абонента стационарной (фиксированной) сети (например, как показано на рис. 2.18 ТА PSTN), его вызов по соединительной линии направляется в транзитный центр GMSC.
Рис. 2.18. Интерфейсы и система сигнализации SS№ 7 при передаче информации между MS и ТА PSTN
GMSC обеспечивает маршрутизацию входящего вызова к тому центру коммутации MSC сотовой мобильной сети, в локальной зоне LAкоторого находится требуемый мобильный абонент. Для соединения абонента стационарной сети ТА PSTN и MS транзитный центр GMSCпо полученному из стационарной сети PSTN списочному номеру мобильной станции в сети общего пользования MSISDN через MSCопределяет тот регистр HLR, в котором записана информация о местонахождении вызываемой MS. Транзитный центр коммутации GMSCс другими объектами подсистемы NSS (а именно, с MSC, HLR, VLR) через MSC взаимодействует посредством сети общеканальной сигнализации SS№ 7 (Signaling System № 7 (CCITT №7)— системы сигнализации № 7). Если оператор сети GSM контролирует всю сигнальную сеть SS№ 7, то узлы передачи сигнальной информации являются частью подсистемы NSS. Данные узлы могут представлять собой либо отдельное оборудование сети GSM, либо быть частью оборудования MSC. В последнем случае снижаются затраты на создание сети SS№ 7 и упрощается передача сигнальной информации между компонентами NSS: GMSC, MSC, HLR,VLR.
В заключение общего рассмотрения подсистемы NSSнеобходимо обратить внимание еще на одно устройство, входящее в MSC.
ЕС(Echo Crusher)— эхоподавитель, используемый в центре коммутации MSCсо стороны PSTN=> GMSC=> [ЕС] => MSC— для всех телефонных каналов (независимо от их протяженности) из-за физических задержек в трактах распространения, включая радиоканалы сети GSM.
Типовой эхоподавитель может обеспечивать подавление в интервале 68 миллисекунд на участке между выходом ЕС и ТА PSTN— телефоном стационарной телефонной сети. Общая задержка в канале GSM при распространении в прямом и обратном направлениях, вызванная обработкой речевого сигнала, кодированием/декодированием речи, канальным кодированием и т.д., составляет около 180 миллисекунд. Эта задержка была бы незаметна мобильному абоненту, если бы в телефонный канал не был включен гибридный трансформатор с преобразователем тракта с двухпроводного на четырех- проводный режим, установка которого необходима в MSC, так как стандартное соединение с PSTN является двухпроводным. При соединении двух абонентов стационарной телефонной сети эхо сигналы отсутствуют. Если не включен блок ЕС, задержка от распространения сигналов в тракте GSM будет вызывать раздражение у абонентов, прерывая речь и отвлекая внимание.
Подсистема управления сетью NMS
В сети GSM применяется централизованный метод управления и технического обслуживания сетью.
NMS (Network Management Subsystem)— подсистема управления сетью, как следует из рис. 2.19, включает следующие виды оборудования.
ОМС (Operation Maintenance Center)— центр эксплуатациии и технического обслуживания, является центральным элементом сети GSM, который обеспечивает контроль и управление другими компонентами сети GSM и контроль качества ее работы.
ОМС обеспечивает обработку аварийных сигналов, предназначенных для оповещения обслуживающего персонала сети, и регистрирует сведения об аварийных ситуациях в оборудовании подсистем BSS и NSS.
В зависимости от характера неисправностей оборудования ОМС позволяет обеспечить их устранение автоматически или при активном вмешательстве персонала.
ОМС может обеспечить проверку состояния оборудования сети и прохождения вызова мобильной станции.
ОМС позволяет производить управление нагрузкой в сети. Функция эффективного управления включает сбор статистических данных о нагрузке от компонентов сети GSM (BSS и NSS), записи их в дисковые файлы и вывод на дисплей для визуального анализа.
ОМС обеспечивает управления изменениями программного обеспечения и базами данных о конфигурации элементов сети.
NMC (Network Maintenance Center)— центр управления сетью, позволяет обеспечить рациональное иерархическое управление сетью GSM.
NMCвыполняет в сети GSM следующие основные функции:
1) обеспечивает эксплуатацию и техническое обслуживание на уровне всей сети, поддерживаемой центрами ОМС, которые отвечают за управление региональными сетями;
2) обеспечивает управление трафиком во всей сети;
3) обеспечивает диспетчерское управление сетью при сложных аварийных ситуациях, как например, выходе из строя или перегрузке узлов;
4) контролирует состояние устройств автоматического управления, задействованных в оборудовании сети, и отражает на дисплее состояние сети для операторов NMC. Это позволяет операторам контролировать региональные проблемы и, при необходимости, оказывать помощь ОМС, ответственному за конкретный регион. Таким образом, персонал NMC знает состояние всей сети GSM и может дать указание персоналу ОМС изменить стратегию решения региональной проблемы;
5) концентрирует внимание на маршрутах сигнализации и соединения между узлами с тем, чтобы не допускать условий для возникновения перегрузки в сети;
6) контролирует маршруты соединений между сетью GSMи PSTN во избежание распространений условий перегрузки между сетями. При этом персонал NMCкоординирует вопросы управления сетью с персоналом других NMC;
7) обеспечивает возможность управления трафиком для сетевого оборудования подсистемы BSS. Операторы NMC в экстремальных ситуациях могут задействовать такие процедуры управления как «приоритетный доступ», когда только абоненты с высоким приоритетом (экстренные службы) могут получить доступ к системе сотовой связи;
8) может брать на себя ответственность в каком-либо регионе, когда местный ОМС является необслуживаемым, при этом ОМС действует в качестве транзитного пункта между NMCи оборудованием сети;
9) обеспечивает операторов функциями, аналогичными функциям ОМС;
10) является важным инструментом планирования сети, так как NMC контролирует сеть и ее работу на сетевом уровне, а следовательно, обеспечивает данными планировщиков сети, определяющих ее оптимальное развитие.
Интерфейсы и протоколы в системах сотовой мобильной связи стандарта GSM
В любом стандарте сотовой мобильной связи для информационных стыков используются различные интерфейсы и протоколы. Так, например, предусмотрены интерфейсы для связи мобильных станций с базовыми, базовых станций с контроллером, подсистемы BSSс NSS, центра коммутации NSS с домашним регистром HLR, с гостевым регистром VLR, с регистром аппаратуры EIR, подсистемы NSS с подсистемой NMS и т.д.
Все интерфейсы и протоколы подлежат стандартизации для обеспечения совместимости аппаратуры различных фирм-изготовителей, что однако не исключает возможности использования различных интерфейсов, определенных разными стандартами, для одного и того же информационого стыка. В некоторых случаях используются уже существующие стандартные интерфейсы, системы сигнализации и сетевые протоколы, соответствующие интерфейсам и протоколам обмена в цифровых информационных сетях.
При проектировании цифровых систем сотовой мобильной связи стандарта GSMрассматриваются три основных вида интерфейсов:
- для соединения различного оборудования внутри сотовой сети GSM(рис. 2.19);
- между сетью GSMи внешним оборудованием;
- между сетью GSMи внешними цифровыми сетями.
Внутренние интерфейсы GSM
Как показано на рис. 2.19, а, б, в, внутренние интерфейсы GSM организуются следующим образом.
1. Интерфейс между мобильной станцией MSи базовой станцией (MSoAir-interface<*> BTS), называемый часто Air-interface— эфирным интерфейсом или радиоинтерфейсом (иногда используется знак Um— радиоинтерфейс), занимает особое место в сети GSMи определяет обмен информацией между: MS<*> BTS. Ниже этот интерфейс будет рассмотрен более детально. Следует отметить, что радиоинтерфейс определен в сериях 04 и 05 рекомендаций ETSI/GSM.
2. Интерфейс между BTSи BSC, так называемый A-bisinterface, служит для связи BTS<*> A-bis<*> BSCи определен рекомендациями ETSI/GSMдля процессов установления соединения и управления оборудованием. Передача информации осуществляется цифровыми потоками со скоростью 2,048 Мбит/с, при этом возможно использование физического интерфейса со скоростью цифрового потока 64 кбит/с.
3. Внутренний интерфейс контроллера базовой станции BSCобеспечивает связь между различным оборудованием BSCи оборудованием транскодирования ТСЕ.
Этот интерфейс использует стандарт ИКМ — передачи цифрового потока со скоростью
2,48 Мбит/с и позволяет организовывать из четырех каналов со скоростью 16 кбит/с один канал со скоростью 64 кбит/с.
4. Интерфейс, называемый A-interface, между BSSи MSC (BSSо A-interfaceо MSC), обеспечивает передачу информации для управления BSS, передачу вызова и управления передвижением. A-интерфейс объединяет каналы связи и линии сигнализации, при этом последние используют протокол SS№ 7 CCITT.
Полная спецификация A-интерфейса соответствует требованиям серии 08 рекомендаций ETSI/GSM.
5. Как следует из рис. 2.19, внутри подсистемы NSSиспользуются следующие интерфейсы:
5.1. Интерфейс между MSCи HLR (MSC<=> B-interface<=> HLR), совмещенный с VLR, называемый B-interface. Когда MSCнеобходимо определить местоположение мобильной станции MS, MSCобращается к VLR.
Если MS инициирует процедуру местоположения с MSC, MSC информирует свой VLR
об этом, при этом VLR заносит всю информацию об изменении положения MS в свой регистр. Эта процедура происходит всегда, когда MSперемещается из одной области место- определения в другую. В случае, если мобильный абонент запрашивает специальные дополнительные услуги или изменяет некоторое свои данные, MSCтакже информирует VLR, который регистрирует изменения и при необходимости сообщает о них HLR.
5.2. Интерфейс между MSCи HLR (MSC<=> C-interface<=> HLR), называемый C-inter- face, используется для обеспечения взаимодействия между MSCи HLR.
Из MSC может быть послано указание в регистр HLRв конце сеанса связи для того, чтобы абонент мог оплатить разговор.
Когда сеть стационарной телефонной связи не способна исполнить процедуру установления вызова мобильного абонента, MSCможет запросить HLRс целью определения местоположения абонента для того, чтобы послать вызов MS.
5.3. Интерфейс между регистрами HLRи VLR (HLR<=> D-interface<=> VLR), называемый D-interface, используется для расширения обмена данными о положении мобильной станции MSи управления процессом связи. Основные услуги, предоставляемые мобильному абоненту, заключаются в возможности передавать или принимать сообщения независимо от местоположения абонента. Для этого HLRдолжен пополнить свои данные. Регистр VLRинформирует HLRо положении MS, управляя MSи переприсваивая номер MSв процессе роуминга. VLR посылает все необходимие данные для обеспечения обслуживания MS.
5.4. Интерфейс между центрами коммутации MSC (MSC<=> E-interface<=> MSC) (рис. 2.19, б), называемый E-interface, обеспечивает взаимодействие между различными центрами коммутации MSCпри осуществлении процедуры хэндовера, то есть «передачи» мобильного абонента из зоны LA1 в зону LA2 при его движении в процессе сеанса связи без перерыва.
6. Интерфейс между BSCи центром управления и обслуживания ОМС (BSC<=> O-inter- face<=> ОМС), называемый O-interface, предназначен для связи контролера базовой станции с ОМС. Используется в сетях с пакетной коммутацией Х.25 CCITT.
7. Интерфейс между центром ОМС и сетью GSM, так называемый управляющий интерфейс между ОМС и элементами сети GSM, определен рекомендациями 12.01 ETSI/GSM (OperationandMaintenance) и является аналогом интерфейса Q.3, который определен в многоуровневой модели открытых сетей ISOOSI.
Соединения сети GSMс ОМС могут обеспечиваться системой сигнализации SS№ 7 CCITTили сетевым протоколом Х.25. Сеть Х.25 может соединяться с обьединенными сетями или с PSDNв открытом или замкнутом режимах.
GSM-протокол управления сетью и обслуживанием также должен удовлетворять требованиям Q.3 интерфейса, который определен в рекомендациях 12.01 ETSI/GSM.
Завершая рассмотрение внутренних интерфейсов GSM, отметим, что в сети GSM главными являются три основных интерфейса (см. рис. 2.18, 2.19):
Основы сотовой связи стандарта GSM.
1. ВВЕДЕНИЕ В СТАНДАРТ GSМ.
2. ОРГАНИЗАЦИЯ СОТОВОЙ СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSМ.
3. АНТЕННЫ И ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
4. МОБИЛЬНЫЕ СТАНЦИИ
5. БАЗОВЫЕ СТАНЦИИ.
6. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSM.
7. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
8. УСЛУГИ, ФРОД И БЕЗОПАСНОСТЬ В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
9. УПРАВЛЕНИЕ СЕТЯМИ СВЯЗИ В СТАНДАРТЕ GSM.
10. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.