7 подписчиков

Структура сотовой сети стандарта GSM (2G)

424 прочитали

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:

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:

Архитектура 2G
Архитектура 2G

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 базовых станций - Base Station System (BSS)
  • Система коммутации – Network Switching System (NSS)

Система ВSS отвечает за все функции, относящиеся к радиоинтерфейсу. Эта система включает в себя следующие функциональные блоки:

  • Контроллер базовых станций (BSC)
  • Базовую станцию (BTS)

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:

  • Центр коммутации мобильной связи (MSC)
  • Домашний регистр местоположения (HLR)
  • Визитный регистр местоположения (VLR)
  • Центр аутентификации (AUC)
  • Регистр идентификация абонентского оборудования (EIR).

Дальнейшим в следующих уроках рассмотрим перечисленные элементы более подробно.

3 - БЛОК

Состав системы базовых станций BSS

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.-2

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.

Транскодер (TC или TRAU)
Транскодер (TC или TRAU)

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:

  • BSC (Base Station Controller) – контроллер базовых станций;
  • BTS (Base Transceiver Station) – базовая станция;
  • 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.

Система коммутации сети (англ. Network Switching System, NSS)
Система коммутации сети (англ. Network Switching System, NSS)

Основными элементами сети NSS являются MSC (Mobile Switching Centre) - центральный коммутатор и набор регистров:

  • HLR (Home Location Registry);
  • 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);
  • текущее местоположение абонента (VLR и SGSN);
  • 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;
  • подсистемой голосовой почты для оповещений абонентов о новом голосовом сообщении.

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).
Узел обслуживания абонентов GPRS (англ. Serving GPRS Support Node, SGSN)
Узел обслуживания абонентов GPRS (англ. Serving GPRS Support Node, SGSN)

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.

Элемент Шлюзовой узел поддержки GPRS (англ. Gateway GPRS Support Node, GGSN)
Элемент Шлюзовой узел поддержки GPRS (англ. Gateway GPRS Support Node, GGSN)

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.