1- БЛОК
2G. GSM - Global System for Mobile Communications
Стандарты сотовой связи второго поколения нашли широкое распространение не только на территории Казахстана, России, но и в других странах. Самым известным стандартом 2G является GSM (Global System for Mobile Communications - Глобальная система мобильной связи). Около 80% сетей сотовой связи по всему миру построены по этому стандарту. Сети GSM используются 3 миллиардами людей более чем в 212 странах мира. Такое широкое распространение позволяет использовать международный роуминг между операторами сотовой связи, что дает возможность использовать абоненту свой телефон практически в любом уголке Земли. Причем именно возможность роуминга (в том числе и международного) является главной отличительной чертой стандарта GSM от стандартов первого поколения.
Разработка стандарта GSM началась еще в 1982 году организацией по стандартизации CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) . В 1991 году в Финляндии была введена в эксплуатацию первая в мире сеть GSM. Уже к концу 1993 года число абонентов, использующих этот стандарт, перевалило за миллион. К этому времени сети GSM были развернуты в 73 странах мира.
Сети стандарта GSM позволяют предоставлять широкий перечень услуг:
- Голосовые соединения
- Передача факсов
- Конференцсвязь и мн. др.
Благодаря этому GSM завоевал прочные позиции на рынке сотовой связи. Причем, можно с уверенность сказать, что на ближайшие несколько лет этот стандарт будет лидирующим.
2 - БЛОК
Итак, рассмотрим основные элементы, входящие в состав системы GSM:
Структура системы сотовой связи стандарта GSM
Сеть GSM делится на 2 системы. Каждая из этих систем включает в себя ряд функциональных устройств, которые, в свою очередь являются компонентами сети мобильной радиосвязи.
Данными системами являются:
Система ВSS отвечает за все функции, относящиеся к радиоинтерфейсу. Эта система включает в себя следующие функциональные блоки:
MS (т.е. телефон абонента) не принадлежит ни к одной из этих систем, но рассматривается как элемент сети.
Система NSS выполняет функции обслуживания вызовов и установления соединений, а также отвечает за реализацию всех назначенных абоненту услуг. NSS включает в себя следующие функциональные устройства:
Дальнейшим в следующих уроках рассмотрим перечисленные элементы более подробно.
3 - БЛОК
Состав системы базовых станций BSS
Мобильная станция (англ. Mobile station, MS) - это мобильный телефон, модем, роутер или может быть любое устройство которое поддерживает мобильную сеть. MS рассматривается как элемент сети в архитектурs 2G, и он работает только в связке (телефон + сим карта).
Базовая станция (англ. base transceiver station, BTS) - базовая станция сетей 1G и 2G, главная задача базовых станции - это создание радио соединении между МС.
Контроллер базовых станций (англ. Base Station Controller, BSC ) – Это главный элемент системы базовых станций (BSS). Он выполняет следующие функции:
- Управляет группой базовых станции;
- Распределение радиоканалов между БС и МС;
- Контролирует соединение с МС;
- Уведомление МС о поступившем вызове;
- Контроль уровня выходной излучаемой мощности между МС и БС в течение разговоров абонентов;
Таким образом, BSC отвечает за установление, поддержание и разъединение пакетных и голосовых соединений через BSS. Кроме того, BSC разделяет пакетный и голосовой трафик. Пакетный отправляется к SGSN, а голосовой к TC и далее к MSC. С другой стороны BSC отвечает за установление, поддержание и разъединение соединений между BTS и MS, за выбор скорости передачи (типа кодека), принимает решение на хэндовер на основе измерений, полученных от MS и выполняет ряд других функций.
Транскодер (англ. Transcoder или Transcoding Rate and Adaptation Unit TC или TRAU) – транскодер или блок транскодирования и адаптации скоростей. Промежуточное звено между БС и системой коммутации является транскодер (TC) — это оборудование, которое преобразует входные сигналы канала передачи голоса и данных из коммутационного центра в форму, соответствующую рекомендации GSM по радиоинтерфейсу.
Проще говоря, по проводным линиям, голос в цифровом виде отправляется со V=64 Кбит/с. Сигнал с одинаковой скоростью передаётся с выхода коммутационного центра. А уже между мобильной станции и БС речь передается со V=13 Кбит/с. Транскодер превращает 64 Кбит/с в 13 Кбит/с.
Подсистема базовых станций (англ. base station subsystem, BSS) – BSS (Base Station System) – система базовых станций сотовой связи стандарта GSM. Главной задачей BSS является установление, поддержание и разрушение соединение между MS (Mobile station) и NSS (Network Switching System), а также между MS и пакетной сетью передачи данных. Включает в свой состав:
- TRAU/TC (Transcoding Rate and Adaptation Unit) - транскодер.
4 - БЛОК
Система коммутации сети (англ. Network Switching System, NSS) – система коммутации сети сотовой связи стандарта GSM. Предназначена коммутации каналов между абонентами сети и другими внешними сетями, такими как телефонную сетью общего пользования, сети сотовой связи других операторов и т.п.
Основными элементами сети NSS являются MSC (Mobile Switching Centre) - центральный коммутатор и набор регистров:
- VLR (Visitor Location Registry);
- AUC (Authentication Centre);
- EIR (Equipment Identification Registry).
Центр коммутации мобильной связи (англ. Mobile Switching Center, MSC) - коммутатор мобильных сетей связи 1G и 2G, MSC является элементом системы коммутации (NSS) также он обеспечивает все функциональные возможности абонента такие как:
- Подключение между МС и определенными сетями электросвязи (со своего сотового телефона и коммутатора можно дозвониться до любого абонента городской сети);
- Управляет вызовами, осуществляет их маршрутизацию;
- Отвечает за «эстафетную передачу» (хэндовер). В процессе этой функции при переходе МС из одной соты в другую осуществляется непрерывность связи;
- Создаёт исходные данные обязательные для выписывания счетов за оказанные услуги связи в биллинг-центр;
- Регистрация местоположения МС. Например, при вашем перемещении из московской области в ленинградскую, все эти передвижения регистрируются в базе данных;
Домашний регистр местоположения (англ. Home Location Register, HLR) – Это устройство содержит информацию о местонахождении любой из мобильных станций, что позволяет коммутационному центру отправлять вызов на эту станцию.
HLR это справочная база данных (БД) о регулярно регистрируемых абонентов в сети, в БД бывают след. данные:
- Параметры достоверности пользователей;
- Определенные номера;
- Перечень оказываемых клиенту услуг связи;
- Спец. информация о маршрутизации;
- Оформление данных о роуминге.
- данные о сервисах, которые абонент запросил или которые были предоставлены, например переадресации;
- установки GPRS , позволяющие абоненту иметь доступ к сервисам пакетной передачи данных (простым языком - доступ к Интернету);
- данные о запретах обслуживания в сетях;
В частности, HLR соединяется со следующими элементами:
- MSC для обработки входящих звонков;
- VLR для обработки запросов мобильных устройств на подсоединение к сети;
- SMSC для обработки входящих SMS, нотификации о появлении абонента в сети;
- USSDC, для возможности приема и передачи USSD-сообщений;
Регистр местоположения посетителя (англ. Visitor Location Register, VLR) – Это временная база данных абонентов, которые находятся в зоне действия конкретного MSC. Основная роль VLR заключается в минимизации количества запросов, которые MSC должны выполнять к регистру домашнего местоположения (HLR), который содержит постоянные данные, относящиеся к абонентам сотовой сети.
В идеале, должен быть только один регистр местоположения посетителя на MSC, но также возможно, чтобы один VLR обслуживал несколько MSC.
Преимущество системы — она уменьшает нагрузку на основную базу данных в «домашнем» регистре местоположений. В ней хранятся такая же информация, что и в домашнем регистре, пока абонент находится в зоне покрытия конкретного коммутационного центра.
Центр аутентификации (англ. Authentication Center, AUC) – центр аутентификации. Это функция в сети GSM, используемая для аутентификации мобильного абонента, который хочет подключиться к сети. Аутентификация осуществляется путем идентификации и проверки действительности SIM-карты.
Как только подписчик аутентифицирован, AUC отвечает за генерацию параметров, используемых для конфиденциальности, и шифрование радиолинии. Чтобы обеспечить конфиденциальность мобильного абонента, временная идентификация мобильного абонента (TMSI) назначается на время, в течение которого абонент контролируется конкретным центром коммутации мобильной связи (MSC), связанным с AUC.
Регистр идентификации оборудования (англ. Equipment Identity Register, EIR) – В регистре имеются специальные номера IMEI (международный идентификационный номер оборудования мобильной станции) практически на всех мобильных станциях, которые имеют доступ к конкретной сети связи.
База данных в EIR разделяется:
- Белый список – для авторизованной МС;
- Чёрный список попадают номера, которые были украдены, или лишенные доступа по любой другой причине;
- Серый для МС с проблемами данных программного обеспечения.
5 - БЛОК
Элементы сети относящиеся к пакетной передаче данных (Интернет)
1. Элемент Узел обслуживания абонентов GPRS (англ. Serving GPRS Support Node, SGSN) - узел обслуживания абонентов пакетной сети передачи данных сетей GSM и UMTS для технологий GPRS, EDGE, HDPA. Это аналог MSC для пакетной сети передачи данных. Функции, которые выполняет SGSN:
- Активация услуги передачи данных.
- Обновляет информацию о местоположении абонентов.
- Инициация пейджинга абонентов при входящем запросе из внешних сетей передачи данных.
- Начисление стоимости за оказанный объем услуг по пакетной передаче данных (биллинг).
2. Элемент Шлюзовой узел поддержки GPRS (англ. Gateway GPRS Support Node, GGSN) – GGSN представляет собой шлюз (обычный маршрутизатор) между сотовой сетью (её частью для передачи данных GPRS) и внешними информационными магистралями пакетной передачи данных PDNs (Packet Data Networks): Internet, корпоративными сетями Intranet, другими GPRS-системами. GGSN содержит всю необходимую информацию о сетях, куда абоненты GPRS могут получать доступ, а также параметры соединения.
Основной функцией GGSN является роутинг (маршрутизация) данных, идущих к абоненту и от него через SGSN.
Другими функциями GGSN являются:
- адресация данных;
- динамическая выдача IP-адресов;
- отслеживание информации о внешних сетях и собственных абонентах (в том числе тарификация услуг);
- хранение маршрутизирующей базы данных, базы данных с адресами и фильтрующей базы данных.