2.6. Структура компонентов сети сотовой мобильной связи стандарта GSM

Привет, Вы узнаете о том , что такое структура компонентов сети сотовой мобильной связи стандарта gsm, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое структура компонентов сети сотовой мобильной связи стандарта gsm , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Основы сотовой связи стандарта GSM.

Сеть сотовой мобильной связи стандарта GSM является большой и сложной телекоммуни­кационной системой.
К ее ресурсам имеют доступ различные группы пользователей:
- мобильные абоненты сети;
- абоненты фиксированных сетей телефонной связи (PSTN);
- абоненты цифровых сетей связи;
- операторы технического обслуживания сети GSM и др.
 
      

При рассмотрении внутренней организации сети GSM, как телекоммуникационной сис­темы, следует выделить несколько составляющих ее подсистем (рис 2.11):
- MS (MobileStation) — мобильные станции (мобильные телефоны), используемые пользователями сети мобильной связи;
- BSS (Base Station Sub-System) — подсистемабазовыхстанций;
- NSS (Network and Switching Sub-System) — сетеваяикоммутационнаяподсистема;
- NMS (Network Management Subsystem) — подсистемауправлениясетью.
 

 При передаче сообщений предусматривается адаптивная регулировка мощности пере­датчика MS, обеспечивающая требуемое качество связи.

Доступ мобильных станций к ресурсам сети GSMосуществляется с помощью радиоин­терфейса (Air-interface) через подсистему BSS, а точнее через BTS (Base Transceiver Sta­tion) — базовые приемо-передающие станции, которые располагаются примерно в центрах соответствующих сот. В общем случае можно указать на четыре основных варианта конфи­гурации мобильных станций (рис. 2.13):

1)  МТО (Mobile Termination) — функционально законченная мобильная станция, включающая сетевой терминал и терминальную аппаратуру (то есть мобильный телефон), которая позволяет передавать речь (speech) и компьютерные данные (data) и связана с BSSс помощью радиоинтерфейса Air-interface.

2)  МТ1 (Mobile Terminal 1) — мобильный терминал, позволяющий передавать речь и данные из сети ISDNв сотовую сеть GSM, поддерживая терминальную аппаратуру ТЕ1 (ТЕ — TerminalEquipment) с интерфейсом сети ISDN.

3)  МТ1 (Mobile Terminal 1) — мобильный терминал, позволяющий передавать данные из компьютерных сетей по интерфейсам CCITT
серии V... или протоколам серии X... (на­пример — V.24, Х.21, Х.25), через терминальный адаптер ТА (ТА — TerminalAdapter), то есть терминальную аппаратуру ТЕ2 подключают через терминальные адаптеры ТА к мо­бильному терминалу МТ1.

4)  МТ2 (Mobile Terminal 2) — мобильный терминал, позволяющий передавать данные из компьютерных сетей в сеть GSMчерез ТЕ2 без терминального адаптера ТА.

Подсистема базовых станций BSS включает:
- BTS— базовые приемо-передающие станции, расположенные в соответствующих со­тах и позволяющие реализовать радиосвязь с мобильными станциями MS в пределах соты через радиоинтерфейс по радиоканалам, в соответствии с выбранной моделью повторного использования частот в сотах. Оборудование радиоинтерфейста (Air-Inter- faceили Um-Interface) обеспечивает передачу и прием речевых сигналов и данных по радиотракту MS BTS;
- BSC (Base Station Controller) — контроллер базовых станций, один или более, в за­висимости от количества BTS, определяемых территорией, которую обслуживает опе­ратор GSM, и от обьемов потоков вызовов (телефонной нагрузки) каждой BTS. Кон­троллер базовой станции представляет собой достаточно мощный и совершенный компьютер, обеспечивающий управление работой BTSи контроль за работоспособно­стью всех блоков BTS. В частности, BSC управляет радиоинтерфейсами между MS и BTS, а также такой процедурой, как хэндовер (handover) (радио и фиксированные ка­налы, участвующие в вызове абонента в GSM, не привязаны к данному вызову, благо­даря этому и появляется возможность для перемещения мобильного абонента из соты в соту в процессе вызова, который и называется хэндовером);
-  стандарт на интерфейсное соединение BTS с BSC, точнее BSC с каждой BTS получил наименование интерфейса A-bis.

Итак, BSC реализует следующие основные функции:
- управление радиоресурсами одного или нескольких BTS(количество BTSопределя­ется главным образом обьемами потоков вызовов (телефонной нагрузкой), например, в густонаселенной территории может располагаться большое количество BTS, под­ключаемых к нескольким BSC);
-  контроль предоставления радиоканала;
-  регулировку частоты канала;
- управление вызовами (хэндоверами) перемещающихся из ячейки в ячейку мобильны­ми станциями, при этом BSCявляется связующим звеном между MSи MSC;
- ТСЕ (Trans Coder) — транскодер, обеспечивает преобразование выходных сигналов канала передачи речи и данных MSC (64 кбит/с с ИКМ (импульсно-кодовой модуля­цией)) к виду, соответствующему рекомендациям GSM по радиоинтерфейсу (реко­мендации GSM 04.08). Об этом говорит сайт https://intellect.icu . В соответствии с этими требованиями скорость передачи рече­вых сигналов, представленных в цифровой форме, составляет 13 кбит/с. Этот канал передачи речевых сигналов в цифровом виде называется полноскоростным.

Стандартом GSM предусматривается использование полускоростного речевого канала со скоростью передачи 6,5 кбит/с.
Сетевая и коммутационная подсистема NSS

Сетевая и коммутационная подсистема NSS сети GSM обеспечивает функции коммутации и содержит базы данных, необходимые для управления мобильностью абонентов и обеспече­ния безопасности связи (то есть предотвращения несанкционированного использования се­ти GSM и обеспечения секретности переговоров абонентов). Основной функцией NSSявля­ется управление процессами соединений мобильных абонентов сети GSM между собой и с абонентами фиксированных сетей. Подсистема NSS состоит из MSC (Mobile Switching Center) — центра коммутации мобильной связи.

В любой сотовой сети мобильной связи центр коммутации является мозговым центром и одновременно диспетчерским пунктом системы сотовой связи, на который замыкаются потоки информации со всех базовых станций и через который осуществляется выход на другие сети связи: стационарную телефонную сеть (PSTN), сети междугородной связи, спутниковой связи и другие сети, в том числе и другие сотовые сети мобильной связи. Обычно в состав центра коммутации входит несколько процессоров (контроллеров), и он является типичным примером многопроцессорной системы. Блок-схема центра коммутации представлена на рис. 2.14.

Рис. 2.14. Блок-схема центра коммутации MSC

 Собственно коммутатор осуществляет переключение потоков информации между соот­ветствующими линиями связи. Он может, в частности, направить поток информации от од­ной BTS к другой, или от базовой станции к стационарной (фиксированной) сети связи, или наоборот — от стационарной сети связи к нужной базовой станции. Коммутатор подключа­ется к линиям связи (обычно к волоконно-оптическим линиям) через соответствующие кон­троллеры связи, осуществляющие промежуточную обработку (упаковку/распаковку, буфер­ное хранение) потоков информации. Общее управление работой центра коммутации и сис­темы в целом производится из центрального контроллера, который имеет мощное матема­тическое обеспечение, включающее перепрограммируемую часть.

Работа центра коммутации предполагает оперативное участие операторов, поэтому в состав центра коммутации входят соответствующие терминалы, а также средства отображе­ния и регистрации информации. В частности, оператором вводятся данные об абонентах и условиях их обслуживания, исходные данные по режиму работы системы, в необходимых случаях оператор выдает требующие по ходу работы команды.

Важными элементами центра коммутации являются базы данных:
- домашний регистр или регистр местоположения HLR (Home Location Register);
- гостевой регистр или регистр перемещений VLR (Visitor Location Register);
- центраутентификацииAUC (Authentication Center);
- регистраппаратурыEIR (Equipment Identity Register).

В общем, регистр HLR содержит сведения обо всех мобильных абонентах, зарегистри­рованных в данной системе сотовой мобильной связи, о видах услуг, которые могут быть им оказаны (при заключении договора на обслуживание для разных абонентов может быть предусмотрено, вообще говоря, оказание различного набора услуг). В HLRфиксируется ме­стоположение абонента для организации его вызова и регистрируются фактически оказан­ные 

Регистр VLR содержит примерно такие же сведения об абонентах-гостях (роумерах — roamers), то есть об абонентах, зарегистрированных в другой сотовой мобильной системе (другого оператора мобильной связи), но пользующихся в настоящее время услугами сото­вой связи в данной системе (например, абонент, зарегистрированный в сотовой сети LMT, находясь в Германии, разговаривает по мобильному телефону с абонентом LMT в Латвии, регистр VLR GSM— сети в Г ермании обеспечивает все услуги данной сети, при условии существования договоров на роуминг между соответствующими операторами мобильной связи, то есть LMT— оператор в Германии).
AUC обеспечивает процедуру аутентификации и шифрования сообщений.

Регистр аппаратуры (точнее — регистр идентификации аппаратуры), если он использу­ется в сотовой сети, содержит сведения об эксплуатируемых мобильных станциях на пред­мет их исправности и санкционированного использования. В частности, в нем могут отме­чаться украденные мобильные аппараты, а также аппараты, имеющие технические дефекты, например, являющиеся источниками помех недопустимого уровня.

Как и в базовых станциях, в центрах коммутации обычно предусматривается резервиро­вание основных элементов аппаратуры, включая источники питания, процессоры и базы данных.

Переходя конкретно к MSC стандарта GSM, отметим следующее.
1)Как правило, при организации сети стандарта GSMодин или два MSC используются на территории, где проживает до 1 миллиона пользователей (может быть даже возможных).
2)Оборудование одного MSCразмещается в 4-6 стативах, при этом основные функ­циональные блоки MSCдублируются.
3)К основным функциям, выполняемым MSCстандарта GSM, следует отнести:
- обеспечение обслуживания группы сот и всех видов соединений, в которых нуждают­ся мобильные станции в процессе своей работы;
- обеспечение маршрутизации вызовов и функции управления вызовами;
- интерфейс между сетью мобильной связи и стационарными сетями, такими как PSTN (Public Switched Telephone Network) — телефонная (стационарная) сеть общего поль­зования; ISDN (Integrated Services Digital Network) — цифровая сеть с интеграцией ус­луг; PDN (Packed Data Network) — сеть пакетной коммутации данных; PSPDN (Packet Switched Public Data Network) — сеть передачи данных с пакетной коммутацией; CSPDN (Circuit Switched Public Data Network) — сеть передачи данных с коммутацией каналов;
- реализация коммутации радиоканалов, к которым относятся эстафетная передача, обеспечивающая непрерывность связи при перемещении мобильных станций из соты в соту и переключение рабочих радиоканалов в соте при появлении помех или неис­правностей;
- осуществление постоянного слежения за мобильными станциями, используя регист­ры: HLR— регистр местоположения и VLR— регистр перемещений (блужданий) мобильных станций.

HLR— регистр местоположения мобильных абонентов. Представляет собой компь­ютерную базу данных об абонентах — пользователях мобильной связи. В HLRхранится та часть информации о местоположении какой-либо мобильной станции, которая позволяет центру коммутации MSCдоставить вызов этой станции. HLRсодержит следующие долго­временные и временные данные, которые сведены в таблицы рис. 2.15 и рис. 2.16.

Как следует из рис. 2.15 и 2.16, регистр HLR содержит:
- международный идентификационный номер мобильного абонента IMSI (International Mobile Subscriber Identity),необходимый для опознования мобильной станции в цен­тре аутентификации AUC;
-  номер мобильной станции в международной сети ISDN;
-  основные сведения обо всех абонентах мобильных станций (3, 4, 8, 9, 10, 12, 13, 17, 18,19);
-  список доступных мобильному абоненту дополнительных услуг связи;
-  специальную информацию о маршрутизации поступающих вызовов;
-  регистрацию данных о роуминге (roaming— блуждание) мобильных абонентов.

 
В этом случае в HLRзаписываются сведения о временном идентификационном номере мобильного абонента TMSI(Temporary Mobile Subscriber Identity)(рис. 2.16) и в регистре VLR. TMSI присваивается каждому мобильному абоненту сети GSM для исключения его выявления (обнаружения) путем перехвата передаваемого сообщения (то есть обеспечения безопасности связи). Конкретный TMSIдействителен только в пределах определенной ло­кальной зоны LA(рис. 2.17).

В сети мобильной связи стандарта GSM соты группируются в географические локаль­ные зоны LA (Locations Areas). Каждая LAимеет свой идентификационной номер — LAI (Location Area Identity).Каждый регистр VLRсодержит данные о мобильных абонентах, находящихся в нескольких географических зонах LA.

Если мобильный абонент перемещается из одной зоны LA1 в другую LA2, то данные о его местоположении автоматически обновляются в VLR, при этом текущий адрес VLRдля данного абонента, содержащийся в регистре HLR, также обновляется.

Если зона предыдущего местоположения абонента LA1 и зона его текущего местопре­бывания LA2 находятся под контролем разных регистров местоположения VLR, то есть LA1 — в VLR1, aLA2 — в VLR2, то данные в регистре (предыдущем регистре) VLR1 об або­ненте MS автоматически стираются, но лишь после их копирования в VLR2 зоны LA2 (при этом текущий адрес VLR(т.е. VLR2) для данного абонента, содержащийся в регистре HLR, тоже обновляется). Возвращаясь к временному индентификационному номеру абонента TMSI, как показано на рис. 2.17, TMSI1 действителен только в пределах локальной зоны LA1 текущего местоположения абонента, когда же мобильный абонент перемещается в зону LA2, ему присваивается новый TMSI2 (VLR2). Вся эта информация о TMSI переносится из VLR1 в VLR2 и т.д.

Информация, изложенная в данной статье про структура компонентов сети сотовой мобильной связи стандарта gsm , подчеркивают роль современных технологий в обеспечении масштабируемости и доступности. Надеюсь, что теперь ты понял что такое структура компонентов сети сотовой мобильной связи стандарта gsm и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Основы сотовой связи стандарта GSM