Подвижная станция

Сетевая подсиаема

Подсистема базовых станций

Рис. 13.7. Архитектура GSM-900

AUC); подсистемы эксплуатации и техобслуживания (Operations and Maintenance Center - ОМС).

Стандартные интерфейсы, обозначенные на рис. 13.7, позволяют стыковать как оборудование, так и сети различных поставщиков. Так, стандартный радиоинтерфейс позволяет использовать подвижные станции, производимые в разных странах, различающиеся по своим возможностям, дизайну, цене.

Особое место в системе GSM-900 занимают интерфейсы на основе системы сигнализации SS N7 (ОКС-7), которая используется как для связи с внешними стационарными сетями PSTN, ISDN, PSPDN (Public Switched Packet Data Network), CSPDN (Circuit Switched Public Data Network), так и для соединения с сетью подвижной связи на основе оборудования NMT-450.

Остановимся более подробно на характеристике отдельных

подсистем.

Центр коммутации подвижной связи (MSC) обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений. MSC обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами; эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность передачи при перемещении подвижной станции (MS) из соты всоту. MSC осуществляет постоянное слежение за мобильными станциями, используя регистры положения (Ноте Link Register - HLR), визитный (Visit Link Register - VLR). В регистре положения хранится та часть информации о местоположении какой-либо мобильной станции, котсрач позволяет MSC доставить вызов MS. Регистр положения HLR садержк:

международный идентификационный номер подвижного абонента (International Mobile Subscriber Identify - IMSI). Он используется для опознавания мобильной станции в центре аутентификации. HLR представляет собой справочную базу данных о постоянно прописанных в сети абонентах, так называемых домашних (Ноте) абонентах. В ней содержатся опознавательные номера и адреса, а также параметры подлинности абонентов, состав услуг связи, специальная информация о маршрутизации. Ведется регистрация данных о роуминге (блуждании) абонента, включая данные о временном идентификационном номере подвижного абонента (Temporary Mobile Subscriber Identity - TMSI) и соответствующем визитном регистре, где отметился прибывший из другой сети абонент. К данным, содержащимся в HLR, имеют дистанционный доступ все MSC и VLR сети. Доступ к базе данных об абонентах осуществляется по номеру IMS! или MSISDN (номеру подвижного абонента в сети ISDN). К базе данных HLR в рамках обеспечения межсетевого роуминга абонентов могут получить доступ MSC или VLR, относящиеся к другим сетям.

Второе основное устройство, обеспечивающее контроль за передвижением MS из зоны в зону, - визитный регистр VLR. С его помощью достигается функционирование MS за пределами зоны, контролируемой HLR. Когда в процессе перемещения MS переходит из зоны действия одного контроллера базовой станции (Base Station Controller -BSC), объединяющего группу BS, в зону действия другого BSC, она регистрируется новым BSC, и в VLR заносится информация о номере области связи, которая обеспечит доставку вызовов MS.

VLR содержит такие же данные, как и HLR, однако эти данные содержатся в VLR только до тех пор, пока абонент находится в зоне, контролируемой VLR.

В сети подвижной связи GSM соты группируются в географические зоны (Location Area), которым присваивается свой идентификационный номер. Каждый VLR содержит данные об абонентах нескольких географических зон. Когда абонент перемещается из одной географической зоны в другую, данные о его местоположении автоматически обновляются в VLR.

VLR обеспечивает также присвоение номера блуждающей подвижной станции (Mobile Station Roaming Number - MSRN). Когда подвижная станция принимает входящий вызов, VLR выбирает его MSRN и передает на MSC, который осуществляет маршрутизацию этого вызова к базовым станциям, находящимся рядом с подвижным абоней-том. VLR также распределяет номера передачи управления при передаче соединений от одного MSC к другому. Кроме того, VLR управляет распределением временных номеров подвижного абонента TMSI и передает его в HLR. Он также управляет процедурами установления подлинности абонента во время отработки вызова. Доступ к базе данных

Мобильная станция

Генератор случайной последовательности

Результаты аутентификации

Рис. 13.8. Алгоритм аутентификации

VLR может обеспечиваться через IMSI, TMSI или MSRN. В целом VLR представляет собой локальную базу данных о подвижном абоненте для той зоны, где находится абонент, что позволяет исключить постоянные запросы в HLR и сократить время обслуживания вызовов.

Для исключения несанкционированного использования ресурсов системы связи вводятся механизмы удостоверения подлинности абонента (аутентификации). Центр аутентификации формирует ключи и алгоритмы аутентификации. С его помощью проверяются полномочия абонента и разрешается доступ к сети связи.

Каждый подвижный абонент на время пользования системой связи получает стандартный модуль подлинности абонента SIM (Subscriber Identity Module), который содержит международный идентификационный номер (International Mobile Subscribe Identity - IMSI), свой ключ аутентификации (Ki), алгоритм аутентификации (A3). Алгоритм аутентификации представлен на рис. 13.8.

Если отклик = отклик*, то MS приступает к передаче сообщений. В противном случае связь прерывается, и идентификатор MS показывает, что опознание не состояпось.

AUC принимает решение о параметрах процесса аутентификации и опредепяет ключи шифрования (Ki) на основе базы данных, сосредоточенной в регистре идентификации оборудования (Equipment Identification Register - EIR). База данных EIR состоит из списков международных номеров подвижных станций (International Mobile Station Equipment Identity - IMEI). Списки номеров IMEI организованы следующим образом.

Белый список - содержит номера IMEI, в которых есть сведения, что они закреплены за санкционированными подвижными станциями.

Черный список - содержит номера IMEI подвижных станций, которые украдены ипи которым отказано в обспуживании по другой причине.

Серый список - содержит IMEI подвижных станций, у которых существуют проблемы, выявленные по данным программного обеспечения, что не является основанием для внесения в черный список.

Во время установления соединения MSC запрашивает у MS IMEI и направляет его на проверку в EIR. EIR находит IMEI в одном из своих списков и сообщает о результатах MSC. В зависимости от результата MSC принимает или отклоняет вызов.

Подсистема базовой станции, как упоминалось выше, состоит из контроллера базовой станции (Base Station Controller - BSC) и прием-но-передающих базовых станций (Base Transceiver Station - BTS). Контроллер базовой станции управляет несколькими BTS. Подсистема обеспечивает распределение радиоканалов, контролирует соединения, регулирует очередность предоставления радиоканалов, осуществляет модуляцию, демодуляцию сигналов, кодирование и декодирование сообщений, кодирование речи и другие функции.

Центральным звеном сети GSM является центр эксппуатации и технического обслуживания (Operations and Maintenance Center -ОМС). Он обеспечивает контроль и управление компонентами сети и контроль качества ее работы.

В заключение в качестве примера рассмотрим алгоритм работы GSM-900 для случая, когда абонент фиксированной сети PSTN (Public Switched Telephone Network) вызывает MS в зоне обслуживания чужой (визитной) MSC (V-MSC). Алгоритм поясняет рис. 13.9:

Подвижная сеть Фиксированная

Рис. 13.9. Вызов фиксированным абонентом мобильного, находящегося в зоне обслуживания визитной MSC

1. PSTN направляет вызов расположенной рядом MSC.

2. MSC запрашивает HLR, который содержит параметры мобильной станции и данные от MSC, в зоне действия которой он в настоящее время находится (V-MSC).

3. MSC получает ответ от HLR.

4. MSG направляет вызов V-MSG.

5. V-MSG запрашивает свой VLR, который содержит сведения о BSG, в зоне обслуживания которой находится требуемая MS.

6. V-MSG получает ответ от VLR.

7. V-MSC дает команду на отправление вызова всем BTS в зоне обслуживания BSG.

8. На вызов откликается только нужный абонент.

9. Соответствие абонента требуемому определяется в центре аутентификации (AUG).

10. Устанавливается связь между абонентами фиксированной сети и сети подвижной связи.

Развитие каналов передачи данных. Существующий стандарт GSM обеспечивает услуги по прозрачной (transparent) и непрозрачной (nontransparent) передаче данных со скоростью до 9,6 кбит/с и с вероятностью ошибки (Bit Error Rate - BER) меньше 10 и 10® соответственно. Любое дальнейшее развитие каналов данных может, в принципе, идти по тому же пути, что и развитие речевых каналов, т.е. по пути улучшения качества передаваемой информации (уменьшения вероятности ошибки), увеличения емкости систем и размера сот. Однако в случае передачи данных увеличение емкости в первую очередь подразумевает повышение эффективности использования малоемких радиоканалов.

Наиболее важное и, наверное, самое заметное направление развития каналов данных в сетях GSM заключается в увеличении скорости передачи, которая позволит сделать доступной целую область новых приложений, включая работу с мультимедиа. Передача текстовой информации может быть осуществлена с помощью современного сервиса пересылки данных сетей GSM, но ориентация значительной части услуг смещается в сторону обмена мультимедиа информацией, что требует намного большей скорости передачи данных. Примерами приложений, требующих высокой скорости передачи, служат пересылка файлов и видео по требованию.

Существует два различных подхода к повышению скорости передачи данных: передача данных по коммутируемым каналам (HSGSD) и пакетная передача данных (GPRS). Оба подхода направлены на достижение высокой скорости, что подразумевает возможность выделения до 8 полноскоростных временных слотов (все слоты кадра ТОМА) для передачи данных. Это означает, что максимальная ско-

рость передачи данных одним пользователем для HSGSD будет 8 X 9,6 кбит/с, а для GPRS - 8 х 22,8 кбит/с.

С точки зрения операторов сетей GSM, для реализации вьюоких скоростей передачи данных с небольшими затратами, т.е. без снижения емкости беспроводного интерфейса и без серьезных затрат на модификацию инфраструктуры, следует обеспечить высокую степень гибкости. Для HSGSD это означает, что оператор не должен резервировать одну или несколько несущих частот каждой базовой станции исключительно для пользователей, работающих с данными. Необходимо, чтобы сеть динамически выделяла таким пользователям максимально доступную полосу пропускания. Во время установления соединения пользователь (или приложение) может задать желаемую и наименьшую допустимую скорость передачи данных, а уж дело сети обеспечить доступную в любой момент полосу пропускания. Если приложение допускает изменение скорости передачи во время соединения, то эта скорость может быть динамически увеличена или уменьшена, например при переходе пользователя в новую соту, вследствие уменьшения или увеличения пропускной способности, затребованной для телефонных разговоров.

Для GPRS гибкость обеспечивается автоматически протоколом управления доступа к среде (Media Access Control), поскольку пропускная способность радиоканала выделяется для каждого пакета данных, К тому же разделение ресурсов между абонентами, использующими коммутацию каналов и коммутацию пакетов, может осуществляться намного динамичнее, чем разделение ресурсов между абонентами, использующими только коммутацию каналов. Если коммутируемый канал занят, то абоненту, рассчитывающему на его использование, может быть выделен канал GPRS. После освобождения коммутируемого канала канал GPRS опять станет доступен для пользователей, ориентирующихся на GPRS. Снижая скорость передачи данных до стандартизированных величин 4,8 и 2,4 кбит/с, можно увеличить размер сот. Уменьшение скоростей передачи данных следует той же концепции, которая была предложена для речевых каналов GSM: снижение качества обслуживания происходит в обмен на уменьшение стоимости развертывания сети и расширение обслуживаемой территории. Так, с уменьшением скорости передачи данных с 9,6 до 4,8 кбит/с при сохранении величины вероятности ошибки (BER) можно увеличить размер соты за счет увеличения отношения полезного сигнала к шуму примерно на 3,5 дБ, а с уменьшением скорости до 2,4 кбит/с - на 5,3 дБ,

Самая важная и, возможно, самая сложная задача, стоящая перед создателями систем следующего поколения, - разработка эффективной технологии для предоставления мобильным пользователям услуг по передаче данных с очень вьюокой скоростью, значительно более