Структура компонентов сети

Если используется полноскоростное кодирование, то все последовательные кадры со­держат информацию одних и тех же восьми речевых каналов. Если же используется полу- скоростное кодирование, то четные и нечетные кадры содержат информацию разных рече­вых каналов, то есть информация одного и того же речевого канала передается через кадр, так что в общей сложности передается информация шестнадцати речевых каналов.
 
Усиление GSM связи

Следует отметить, что при полноскоростном кодировании информационный кадр мо­жет быть одним из двух видов (рис. 2.20):
-  кадр канала трафика (8 слотов, длительностью 4,615 мс);
-  кадр канала управлении (8 слотов, длительностью 4,615 мс).
В обоих случаях он имеет одну и ту же длительность 4,615 мс и состоит из 8 слотов.
Но слоты в кадре канала трафика и канала управления имеют различную структуру и различное информационное содержание.
Рассмотрим последовательно структуру радиоинтерфейса сети GSM.

1.  Слот кадра канала трафика представляет собой информационный пакет (или инфор­мационную пачку (burst)), из которого:
а) 3 бита (повторяющиеся дважды ТВ(Tall Bits— хвостовые биты) — 3) — необходи­мы как защитные бланки по краям пакета;
б) закодированная информация располагается в ED (Encripted Data)— по 57 бит, то есть в сумме 114 бит выделено на передачу речевого сигнала, точнее его цифрового вида;
в) S (Stealing flag)— скрытые флажки (по 1 биту, в сумме 2 бита) определяют тип пере­даваемой информации;
г)  TS (Training Sequence)— обучающая последовательность, занимающая 26 бит;
д) G (Guard period)— защитный интервал, на которой отведено 8,25 бит.
Таким образом, информационные пакеты длиной 148 бит образуют слот канала трафика длительностью 156,25 бит, то есть длительность одного бита равна — 577/156,25 = 3,69 мкс.

2. Кадр канала трафика, как было отмечено выше, состоит из 8 слотов, при этом дли­тельность кадра равна 8x577 мкс = 4,616 мс.

3. Мультикадр канала трафика состоит из 26 кадров канала трафика, длительность мультикадра: 26x4,616 = 120 мс, при этом в 24 кадрах передается речевая информация — кадры 1...12 и 14...25, в кадре 13* (отмеченном звездочкой) передается информация мед­ленного присоединенного канала управления (канала SACCH— Slow Associated Control CHannel), кадр 26* — остается пустым, этот кадр зарезервирован для передачи второго сег­мента информации канала SACCH при полускоростном кодировании.

4. Суперкадр канала трафика состоит из 51 мультикадров канала трафика. Длительность суперкадра равна: 51x120 мс = 6,12 с.
Суперкадр включает: 1326 кадров = 51x26 канала трафика.

5. Гиперкадр (криптографический гиперкадр) состоит из 2048 суперкадров, имеет дли­тельность 12533,76 с (или 3 ч 28 мин 57,760 с), при этом число кадров трафика равно — 2715648.
Номер кадра в пределах гиперкадра используется в процессе шифрования передаваемой информации.

Таким образом, длина пакета коррекции составляет 156,25 бита.
Пакет синхронизации состоит из:
а) двух защитных бланков ТВ, длиной (3x2 = 6 бит);
б) двух элементов закодированной информации ED (Encrypted Data), длиной 2x39 = = 78 бит;
в) элемента расширенной обучающей последовательности ETS(Extended Training Se­quence), длиной 64 бит;
г)  защитного интервала G, длиной 8,25 бит.

Таким образом, длина пакета синхронизации составляет 156,25 бита.
Холостой пакет состоит из:
а) двух защитных бланков ТВ, длиной (3x2 = 6 бит);
б) битовой смеси (шум), длиной 142 бита;
в) защитного интервала G, длиной (8,25 бит), то есть длина холостого пакета, как и пер­вых двух, составляет 156,25 бита.

Пакет доступа состоит из:
а) одного расширенного защитного бланка ЕТ (Extended Tall), длиной 8 бит;
б) одной обучающей последовательности TS (Training Sequence), длиной 41 бит;
в)  одного элемента закодированной информации ED (Encrypted Data), длиной 36 бит;
г)  одного защитного бланка ТВ, длиной 3 бита;
д) защитного интервала G, длиной 68,25 бита.

При полноскоростном кодировании каждый слот кадра управления соответствует сво­ему кадру речи. При полускоростном кодировании слоты, соответствующие одному и тому же каналу речи, передаются через кадр.
1. Кадр канала управления состоит из 8 слотов, длина кадра составляет 4,615 бит.
2. Мультикадр канала управления состоит из 51 кадра, время передачи мультикадра со­ставляет 51-4,615 = 235 мс.
3. Суперкадр канала управления состоит из 26 мультикадров канала управления, то есть из 26-51 = 1326 кадров, длительностью 1236-4,615 = 6,12 с.
4. Гиперкадр состоит из 2048 суперкадров, то есть из 2715648 кадров канала управле­ния, длительность этого гиперкадра составляет 12533,76 с или 3 ч 28 мин 57,760 с.

Таким образом, радиоинтерфейс создан для организации передачи по радиоканалам ре­чевой и управляющей информации от мобильных станций к BTS и получения этих видов информации от BTS к мобильным станциям.

2. Интерфейс «Сеть GSM — сеть ISDN» (рис. 2.23): для соединения сети GSM с сетями ISDN предосмотрено четыре линии связи, передающих цифровые сигналы со скоростью 1.48 Мбит/с от MSC, поддерживаемые системой сигнализации SS № 7 и отвечающие реко­мендациям Blue Book (Голубой книги) CCITT: Q.701-Q.710, Q.711-Q714, Q.718, Q.781, Q.782, Q.791, Q.795, Q.761-Q.764, Q.766.

3. Интерфейс «Сеть GSM — сеть NMT-450» (рис. 2.23): сеть GSM соединяется с сетью NMT-450 (аналоговой сетью мобильной связи) путем соединения центра коммутации MSC с сетью NMT-450 через четыре стандартные линии связи, передающие цифровые сигналы со скоростью 2,048 Мбит/с и поддерживаемые системой сигнализации SS № 7. При этом должны обеспечиваться требования рекомендаций CCITT по подсистеме пользователей телефонной сетью TUP (Telephone User Part) и подсистеме передачи сообщений МТР (Message Transfer Part) Yellow Book (желтой книги). Электрические характеристики линии
2.48 Мбит/с соответствуют рекомендациям CCITT G.732.

4. Интерфейс «Сеть GSM — международные сети GSM»: соединения между сетями GSM на международном уровне — общеевропейские сети GSM, например, осуществляются на основе протоколов подсистемы сигнализации SCCP (Signaling Connection Control Part — подсистема управления соединением сигнализации) и межсетевой коммутации мобильной связи GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center) (рис. 2.24).

6. Интерфейсы «Сеть GSM — Интернет»: спецификация службы передачи данных с ком­мутацией пакетов для сотовых сетей стандарта GSM, названная GPRS(General Packed Radio Service— обобщенные услуги пакетной радиосвязи), была разработана в 1996-1997 гг., когда протокол IP и всемирная сеть WWW еще не были широко распространены. В то время предполагалось, что GPRS будет работать совместно с протоколом Х.25 (рис. 2.26).

Технология пакетной коммутации, предусмотренная в GPRS, хорошо подходит для об­служивания стека протоколов TCP/IP, хотя ранее она была разработана для протокола Х.25. Функции обработки пакетного трафика протокола IP возложены службой GPRS на узел SGSN(Serving GPRS Support Node— узел поддержки обслуживания GPRS). Этот узел вхо­дит в состав подсистем MSC, то есть центра коммутации. Фактически узел SGSN — это маршрутизатор с буфером промежуточного хранения. Буферизация пакетов необходима из- за частых перемещений мобильных абонентов от одной соты к другой. Узел SGSN может быть подключен к корпоративной интрасети, а также к одной из магистральных опорных сетей Интернет (рис. 2.26).

Протоколы в сотовой сети мобильной связи стандарта GSM
Для группирования функций в системах электрической связи используют модель взаи­модействия открытых систем — OSI (Open System Interconnection).
Нижний первый уровень (табл. 2.3) модели — физический. Он опирается на физические средства соединения между пользователями.

В сотовой сети стандарта GSM в качестве физического уровня выступает:
-  радиоэфир (радиотракт) — между MS и BTS;
-  волоконно-оптический тракт — между BTS и MSC.
Каждый из последующих шести уровней обеспечивает ряд услуг для уровня, располо­женного под ним.

Таким образом, перечень услуг на каждом последующем уровне расширяется. Верхний седьмой уровень модели OSI — прикладной. Он предоставляет пользователям весь пере­чень услуг, обеспечиваемых всеми семью уровнями. В цифровых сетях передачи данных, к которым относится и сеть GSM, для передачи информации создается сетевая платформа, образуемая физическими средствами соединения, атрибутами физического (1-го), канально­го (2-го) и сетевого (3-го) уровней (табл. 2.3).

1.RR-RR (Radio Resourse Management) — протоколы подуровня управления радиоре­сурсами обеспечивают процессы установления и разъединения трактов при различных ви­дах соединений в сети, а также поддерживают установление соединения в процессе движе­ния мобильной станции, то есть подуровень RR отвечает за реализацию процедуры хэндо- вера. Функции RR в основном выполняются аппаратурой MS, BSC и частично BTS. Кроме того, в процессе движения MS, находящейся в занятом состоянии, может происходить сме­на обслуживающего данную MS узла коммутации MSC, поэтому функции RR выполняются частично в MSC. Это проиллюстрировано на рис. 2.28 (RR-MSC/VLR).

1. Протоколы подуровня управления мобильностью пользователя — ММ (Mobility Man­agement) — обеспечивают взаимодействие с базами абонентских данных HLR и VLR для определения местоположения мобильного абонента, при этом данные о перемещении MS постоянно обновляются. Кроме этого, протоколы подуровня ММ обеспечивают управление процедурами обеспечения безопасности — идентификации мобильного оборудования и ау­тентификации абонента.

2. Протоколы управления установлением соединений — CM (Communication Manage­ment) можно разделить на следующие протоколы управления:
-  СС (Call Control) — протоколы управления вызовами;
-  SS (Supplementary Services Management) — протоколы управления дополнительными услугами;
-  SMS (Short Message Services) — протоколы управления услугами коротких сообще­ний.

Протоколы СС отвечают за маршрутизацию вызовов к требуемому абоненту. При их реализации требуется взаимодействие следующих компонентов сети GSM: MS, MSC/VLR, HLR и GMSC.
Протоколы SS обеспечивают мобильному абоненту доступ к дополнительным услугам. При этом в сети взаимодействуют такие компоненты, как MS и HLR.

Дополнительными услугами в сети GSM являются: переадресация вызова, его сохране­ние (удержание) в процессе наведения справки, информирование о входящем вызове. Услу­га переадресации позволяет абоненту направить вызов, поступающий на номер его телефо­на, на другой, заранее определенный самим абонентом.

Услуга сохранения вызова позволяет абоненту прервать текущий разговор, не разрывая тракт связи. Во время паузы он может принять вновь поступивший вызов или сам по­звонить другому абоненту, навести справку, а затем вернуться к прерванному разговору. Услуга ожидания вызова позволяет абоненту в ходе разговора по телефону получить то­нальный сигнал о поступления еще одного входящего вызова.

Кроме описанных выше дополнительных услуг, мобильный абонент может воспользо­ваться услугами конференцсвязи, запрета или ограничения по входящей связи для опреде­ленных категорий вызовов, автоматического определения номера вызывающего абонента и пр.

3. Протоколы SMS обеспечивают новый вид услуг передачи и приема коротких сообще­ний. Для реализации подобного сервиса необходимо взаимодействие MSC и специализиро­ванной информационной базы для услуг передачи и приема коротких сообщений SMSG (Short Message Service Gateway).Данный вид услуг состоит в том, что во время ведения разговора может быть получено короткое сообщение в режиме ожидания вызова (при вклю­ченном электропитании) или при выключенном мобильном аппарате. В последнем случае сообщение записывается в память информационной базы. Абонент извещается о получении короткого сообщения сразу же после его получения или позднее при включении электропи­тания MS. Прочитанное сообщение может быть стерто или сохранено в памяти MS. Для чтения сообщение отображается на дисплее MS.

Если необходимо передать короткое сообщение, текст его набирается при помощи кла­виш MS и отображается на дисплее. Таким образом, фактически обеспечивается совмеще­ние сотового мобильного телефона с пейджером. При этом абонент непосредственно сам отправляет свое сообщение, а доставка его адресату гарантируется оператором сети GSM.

Как следует из рис. 2.28, компоненты сети GSM взаимодействуют друг с другом при реализации различных сигнальных протоколов. Для транспортировки сигнальной информа­ции по цифровым каналам на участке MS <£> BSC используются возможности протокола LAPD (Link Access Procedure On The D-Channel— протокол доступа в D-канале), при этом на участке MS <£> BTS (Air-IF) используется мобильная версия данного протокола абонент­ской сигнализации —LAPD_m, а далее, на участке BTS <£> BSC — стандартная.