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.


  2.6.3 Структура компонентов сети

     О&М Радиоинтерфейс
 

О&М Радиоинтерфейс

Рис. 2.20. Структура радиоинтерфейса (канала трафика и частично канала управления) сети GSM


Передача информации в канале трафика организуется следующими один за другим кад­рами или фреймами (frame), длительностью 4,615 мс.
Каждый кадр состоит из восьмивременных интервалов — слотов(длительность слота 577 мкс) и каждый слот соответствует своему каналу речи, то есть в каждом кадре переда­ется информация восьми речевых каналов.

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.


Рассмотрим структуру радиоинтерфейса для канала управления.
1. Структура слота для каналов управления отличается от структуры слота канала тра­фика и приведена на рис. 2.21.
 
Варианты структуры слота каналов управления сети GSM
Рис. 2.21. Варианты структуры слота каналов управления сети GSM

Как видно из рис. 2.21, структура слота каналов управления имеет четыре варианта. Пакет коррекции частоты состоит из:
а) двух защитных бланков ТВ (Tall Bits — хвостовые биты) по 3 бита;
б) фиксированного набора из 142 битов;
в)  защитного интервала из 8,25 бит.

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.


Интерфейсы между сетью GSM и внешним оборудованием
Рис. 2.22. Интерфейсы между сетью GSM и внешним оборудованием
 
Интерфейсы между сетью GSM и внешними сетями
Исходя из перечня основных внешних цифровых сетей: PSTN— коммутируемой теле­фонной сети общего пользования (ТфОП); ISDN— цифровой сети с интеграцией услуг; сети мобильной связи NMT-450 (NMT— Nordic Mobile Telephone— стандарт сотовой свя­зи мобильного телефона северных стран); международных сетей GSM; Интернет; цифровой сети общего пользования, целесообразно рассмотреть интерфейсы, обеспечивающие стыки между сетью GSM и указанными внешними аналоговыми и цифровыми сетями.
1.  Интерфейс «GSM — PSTN»: соединение с ТфОП сети GSM осуществляется между центром коммутации MSC по линии связи, передающей цифровые сигналы со скоростью
Мбит/с в соответствии с системой сигнализации SS № 7 (рис. 2.23). Электрические характеристики 2,048 Мбит/с интерфейса соответствуют рекомендациям CCITT G.732.


Интерфейсы между сетью GSM и внешними сетями
Рис. 2.23. Интерфейсы между сетью GSM и внешними сетями

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).

 
интерфейс между сетью GSM и международными сетями 
Рис. 2.24. Интерфейсымеждусетью(38Мимеждународнымисетями(38М

 
5. Интерфейс «Сеть GSM — цифровые сети общего пользования»: соединение сети GSM с цифровыми сетями общего пользования реализуется между центром коммутации MSC и серверами (хостами) компьютерных сетей (рис. 2.25) с помощью протокола Х.25.

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).

Интерфейс между сетью GSM и сетями общего пользования
          Рис. 2.26. Интерфейс «Сеть GSM—сеть Интернет»

В настоящее время GPRS рассматривается, в первую очередь, как средство поддержки протокола мобильной связи для сетей, подключенных к Интернет.

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).

Таблица2.3. Модель взаимодействия открытых систем
Модель взаимодействия открытых систем 
    Напомним понятие интерфейса и протокола на примере сети GSM и выясним возможна ли ситуация, когда через один интерфейс могут поддерживаться разные протоколы обмена информацией.

Внутри каждого уровня модели OSI компоненты сети GSM: MS, BTS, BSC, MSC, HLR, VLR, GMSC и другие, взаимодействуют между собой посредством обмена сигнальной ин­формацией для того, чтобы обеспечить пользователям сети качественное обслуживание. Набор правил взаимодействия, по которым происходит обмен информацией между компо­нентами сети, называется протоколом сигнализации.
Точки (определенные стандартами границы), которые пересекает поток информации, поступающей от одного компонента сети к другому, смежному с ним, называются интер­фейсами.

Один интерфейс могут пересекать разные потоки информации (сигнальной и пользова­тельской) между различными, иногда удаленными друг от друга, компонентами сети: MS <£> MSC; BTS <£> MSC и др. To есть через один интерфейс могут поддерживаться разные протоколы обмена информацией. Радиоинтерфейс Air-IF между MS и BTS является тран­зитной точкой для передачи сигнальной информации, поддерживаемой разными протокола­ми сигнализации:


Рис. 2.27. Радиоинтерфейс и различные протоколы сигнализации, реализуемые при передаче
BTS—протокол информации через данный интерфейс 


Рассмотрим функциональные возможности основных протоколов сети GSM.

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).


Функциональные возможности основных протоколов сети GSM
Рис. 2.28. Функциональные возможности основных протоколов сети GSM

Подуровень RR обеспечивает распределение ограниченного числа радиоканалов между мобильными пользователями. Средствами подуровня RR выполняются посылки пейджин­говых сообщений для вызова MS и процедура перескока частоты.

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 —LAPDm, а далее, на участке BTS <£> BSC — стандартная.


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.

 
   
Стол заказов: (067)194-45-55 | Киев