Особенности сотовой системы подвижной связи стандарта GSM
Особенности
сотовой системы подвижной
Аннотация
Общевропейский
стандарт GSM (Groupe Special Mobile) - первый в
мире стандарт на цифровые
сотовые системы подвижной
В данном
материале рассмотрены
Приведены
эксплуатационные
Общие характеристики стандарта GSM
В соответствии с
В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разделением каналов (NB TDMA). В структуре TDMA кадра содержится 8 временных позиций на каждой из 124 несущих.
Для защиты
от ошибок в радиоканалах при
передаче информационных
Для борьбы
с интерференционными
Система синхронизации
рассчитана на компенсацию
В стандарте
GSM выбрана гауссовская частотная
манипуляция с минимальным
В стандарте
GSM достигается высокая степень
безопасности передачи
В целом система связи, действующая в стандарте GSM, рассчитана на ее использование в различных сферах. Она предоставляет пользователям широкий диапазон услуг и возможность применять разнообразное оборудование для передачи речевых сообщений и данных, вызывных и аварийных сигналов; подключаться к телефонным сетям общего пользования (PSTN), сетям передачи данных (PDN) и цифровым сетям с интеграцией служб (ISDN).
Таблица
1
( Основные характеристики стандарта
GSM )
|
Структурная схема и состав оборудования сетей связи
Функциональное построение
Рисунок 1.Функциональное построение и интерфейсы стандарта GSM .
Функциональное
сопряжение элементов системы
осуществляется рядом
Центр коммутации подвижной связи обслуживает
группу сот и обеспечивает все виды соединений,
в которых нуждается в процессе работы
подвижная станция. MSC аналогичен коммутационной
станции ISDN и представляет собой интерфейс
между фиксированными сетями (PSTN, PDN, ISDN
и т.д.) и сетью подвижной связи. Он обеспечивает
маршрутизацию вызовов и функции управления
вызовами. Кроме выполнения функций обычной
коммутационной станции ISDN, на MSC возлагаются
функции коммутации радиоканалов. К ним
относятся "эстафетная передача",
в процессе которой достигается непрерывность
связи при перемещении подвижной станции
из соты в соту, и переключение рабочих
каналов в соте при появлении помех или
неисправностях.
Каждый MSC обеспечивает
обслуживание подвижных
MSC формирует
данные, необходимые для выписки
счетов за предоставленные
MSC поддерживает также процедуры безопасности, применяемые для управления доступами к радиоканалам.
MSC не только участвует в управлении вызовами, но также управляет процедурами регистрации местоположения и передачи управления, кроме передачи управления в подсистеме базовых станций (BSS). Регистрация местоположения подвижных станций необходима для обеспечения доставки вызова перемещающимся подвижным абонентам от абонентов телефонной сети общего пользования или других подвижных абонентов. Процедура передачи вызова позволяет сохранять соединения и обеспечивать ведение разговора, когда подвижная станция перемещается из одной зоны обслуживания в другую. Передача вызовов в сотах, управляемых одним контроллером базовых станций (BSC), осуществляется этим BSC. Когда передача вызовов осуществляется между двумя сетями, управляемыми разными BSC, то первичное управление осуществляется в MSC. В стандарте GSM также предусмотрены процедуры передачи вызова между сетями (контроллерами), относящимися к разным MSC. Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя регистры положения (HLR) и перемещения (VLR). В HLR хранится та часть информации о местоположении какой-либо подвижной станции, которая позволяет центру коммутации доставить вызов станции. Регистр HLR содержит международный идентификационный номер подвижного абонента (IMSI). Он используется для опознавания подвижной станции в центре аутентификации (AUC).
Практически
HLR представляет собой справочную
базу данных о постоянно
К данным, содержащимся в HLR, имеют дистанционный доступ все MSC и VLR сети и, если в сети имеются несколько HLR, в базе данных содержится только одна запись об абоненте, поэтому каждый HLR представляет собой определенную часть общей базы данных сети об абонентах. Доступ к базе данных об абонентах осуществляется по номеру IMSI или MSISDN (номеру подвижного абонента в сети ISDN). К базе данных могут получить доступ MSC или VLR, относящиеся к другим сетям, в рамках обеспечения межсетевого роуминга абонентов.
Второе основное устройство, обеспечивающее контроль за передвижением подвижной станции из зоны в зону, - регистр перемещения VLR. С его помощью достигается функционирование подвижной станции за пределами зоны, контролируемой HLR. Когда в процессе перемещения подвижная станция переходит из зоны действия одного контроллера базовой станции BSC, объединяющего группу базовых станций, в зону действия другого BSC, она регистрируется новым BSC, и в VLR заносится информация о номере области связи, которая обеспечит доставку вызовов подвижной станции. Для сохранности данных, находящихся в HLR и VLR, в случае сбоев предусмотрена защита устройств памяти этих регистров.
VLR содержит
такие же данные, как и HLR, однако
эти данные содержатся в VLR
только до тех пор, пока
В сети подвижной связи GSM соты группируются
в географические зоны (LA), которым присваивается
свой идентификационный номер (LAC). Каждый
VLR содержит данные об абонентах нескольких
LA. Когда подвижный абонент перемещается
из одной LA в другую, данные о его местоположении
автоматически обновляются в VLR. Если старая
и новая LA находятся под управлением различных
VLR, то данные на старом VLR стираются после
их копирования в новый VLR. Текущий адрес
VLR абонента, содержащийся в HLR, также обновляется.
VLR обеспечивает
также присвоение номера "блуждающей"
подвижной станции (MSRN). Когда
подвижная станция принимает
входящий вызов, VLR выбирает его
MSRN и передает его на MSC, который
осуществляет маршрутизацию
VLR также распределяет
номера передачи управления
Для исключения
несанкционированного
Каждый подвижный абонент на время пользования системой связи получает стандартный модуль подлинности абонента (SIM), который содержит: международный идентификационный номер (IMSI), свой индивидуальный ключ аутентификации (Ki), алгоритм аутентификации (A3).
С помощью записанной в SIM информации в результате взаимного обмена данными между подвижной станцией и сетью осуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента к сети.
Процедура
проверки сетью подлинности
SRES = Ki * [RAND]
Подвижная станция посылает вычисленное значение SRES в сеть, которая сверяет значение принятого SRES со значением SRES, вычисленным сетью. Если оба значения совпадают, подвижная станция приступает к передаче сообщений. В противном случае связь прерывается, и индикатор подвижной станции показывает, что опознавание не состоялось. Для обеспечения секретности вычисление SRES происходит в рамках SIM. Несекретная информация (например, Ki) не подвергается обработке в модуле SIM.
EIR - регистр
идентификации оборудования, содержит
централизованную базу данных
для подтверждения подлинности
международного идентификационного номера
оборудования подвижной станции (IМЕI).
Эта база данных относится исключительно
к оборудованию подвижной станции. База
данных EIR состоит из списков номеров IМЕI,
организованных следующим образом:
БЕЛЫЙ СПИСОК - содержит номера IМЕI, о
которых есть сведения, что они закреплены
за санкционированными подвижными станциями.
ЧЕРНЫЙ СПИСОК - содержит номера IМЕI подвижных
станций, которые украдены или которым
отказано в обслуживании по другой причине.
СЕРЫЙ СПИСОК - содержит номера IМЕI подвижных
станций, у которых существуют проблемы,
выявленные по данным программного обеспечения,
что не является основанием для внесения
в "черный список".
К базе данных EIR получают дистанционный доступ MSC данной сети, а также MSC других подвижных сетей.
Как и в
случае с HLR, сеть может иметь
более одного EIR, при этом каждый
EIR управляет определенными
IWF - межсетевой
функциональный стык, является одной
из составных частей MSC. Он обеспечивает
абонентам доступ к средствам
преобразования протокола и
ЕС - эхоподавитель,
используется в MSC со стороны
PSTN для всех телефонных каналов
(независимо от их
ОМС - центр эксплуатации и технического обслуживания, является центральным элементом сети GSM, который обеспечивает контроль и управление другими компонентами сети и контроль качества ее работы. ОМС соединяется с другими компонентами сети GSM по каналам пакетной передачи протокола Х.25. ОМС обеспечивает функции обработки аварийных сигналов, предназначенных для оповещения обслуживающего персонала, и регистрирует сведения об аварийных ситуациях в других компонентах сети. В зависимости от характера неисправности ОМС позволяет обеспечить ее устранение автоматически или при активном вмешательстве персонала. ОМС может обеспечить проверку состояния оборудования сети и прохождения вызова подвижной станции. ОМС позволяет производить управление нагрузкой в сети. Функция эффективного управления включает сбор статистических данных о нагрузке от компонентов сети GSM, записи их в дисковые файлы и вывод на дисплей для визуального анализа. ОМС обеспечивает управление изменениями программного обеспечения и базами данных о конфигурации элементов сети. Загрузка программного обеспечения в память может производиться из ОМС в другие элементы сети или из них в ОМС.
NMC - центр управления
сетью, позволяет обеспечивать
рациональное иерархическое
NMC концентрирует
внимание на маршрутах
NMC может брать
на себя ответственность в
каком-либо регионе, когда
NMC является
также важным инструментом
BSS - оборудование
базовой станции, состоит из
контроллера базовой станции
(BSC) и приемопередающих базовых
станций (BTS). Контроллер базовой
станции может управлять
BSS совместно с MSC, HLR, VLR выполняет некоторые функции, например: освобождение канала, главным образом, под контролем MSC, но MSC может запросить базовую станцию обеспечить освобождение канала, если вызов не проходит из-за радиопомех. BSS и MSC совместно осуществляют приоритетную передачу информации для некоторых категорий подвижных станций.
ТСЕ - транскодер, обеспечивает преобразование выходных сигналов канала передачи речи и данных MSC (64 кбит/с ИКМ) к виду, соответствующему рекомендациям GSM по радиоинтерфейсу (Рек. GSM 04.08). В соответствии с этими требованиями скорость передачи речи, представленной в цифровой форме, составляет 13 кбит/с. Этот канал передачи цифровых речевых сигналов называется "полноскоростным". Стандартом предусматривается в перспективе использование полускоростного речевого канала (скорость передачи 6,5 кбит/с).
Снижение скорости передачи обеспечивается применением специального речепреобразующего устройства, использующего линейное предикативное кодирование (LPC), долговременное предсказание (LTP), остаточное импульсное возбуждение (RPE - иногда называется RELP).
Транскодер обычно располагается вместе с MSC, тогда передача цифровых сообщений в направлении к контроллеру базовых станций - BSC ведется с добавлением к потоку со скоростью передачи 13 кбит/с, дополнительных битов (стафинг) до скорости передачи данных 16 кбит/с. Затем осуществляется уплотнение с кратностью 4 в стандартный канал 64 кбит/с. Так формируется определенная Рекомендациями GSM 30-канальная ИКМ линия, обеспечивающая передачу 120 речевых каналов. Шестнадцатый канал (64 кбит/с), "канальный интервал", выделяется отдельно для передачи информации сигнализации и часто содержит трафик SS N7 или LAPD. В другом канале (64 кбит/с) могут передаваться также пакеты данных, согласующиеся с протоколом Х.25 МСЭ-Т.
Таким образом,
результирующая скорость
MS - подвижная
станция, состоит из
Подвижный
абонент и станция независимы
друг от друга. Как уже
Таблица 2
|
Сетевые и радиоинтерфейсы
При проектировании
цифровых сотовых систем
Интерфейсы с внешними сетями
- Соединение с PST
Соединение
с телефонной сетью общего
пользования осуществляется MSC по
линии связи 2 Мбит/с в соответствии
с системой сигнализации S3 N 7. Электрические
характеристики 2 Мбит/с интерфейса
соответствуют Рекомендациям
- Соединение с ISDN
Для соединения
с создаваемыми сетями ISDN предусматриваются
четыре линии связи 2 Мбит/с,
поддерживаемые системой
- Соединение с существующей сетью NMT-450
Центр коммутации
подвижной связи соединяется
с сетью NMT-450 через четыре стандартные
линии связи 2 Мбит/с и системы
сигнализации SS N7. При этом должны
обеспечиваться требования
- Соединения с международными сетями GSM
В настоящее
время обеспечивается
Внутренние GSM - интерфейсы
Интерфейс
между MSC и BSS (А-интерфейс) обеспечивает
передачу сообщений для
Интерфейс между MSC и HLR совмещен
с VLR (В-интерфейс). Когда MSC необходимо
опросить местоположение
Интерфейс между MSC и HLR (С-интерфейс) используется для обеспечения взаимодействия между MSC и HLR. MSC может послать указание (сообщение) HLR в конце сеанса связи для того чтобы абонент мог оплатить разговор. Когда сеть фиксированной телефонной связи не способна исполнить процедуру установления вызова подвижного абонента, MSC может запросить HLR с целью определения местоположения абонента для того, чтобы послать вызов MS.
Интерфейс
между HLR и VLR (D-интерфейс) используется
для расширения обмена данными
о положении подвижной станции,