Концепции сотовой связи - Архитектура GSM

Сеть GSM разделена на четыре основные системы:

• Система коммутации (SS)

• Система базовых станций (BSS)

• Мобильная станция (MS)

• Центр эксплуатации и обслуживания (OMC)

Система коммутации, также называемая системой сети и коммутации (NSS), отвечает за выполнение обработки вызовов и функций, связанных с абонентами. Система коммутации включает в себя следующие функциональные блоки -

• Центр коммутации мобильной связи

• Реестр домашнего местоположения

• Регистр местоположения посетителей

• Регистр идентификации оборудования

• Центр аутентификации

Центр коммутации мобильной связи

Центр коммутации мобильной связи (MSC) выполняет все функции коммутации для всех мобильных станций, расположенных в географической зоне, контролируемой назначенными ему BSS. Кроме того, он взаимодействует с PSTN, другими MSC и другими объектами системы.

Функции MSC

• Обработка вызовов, которая соответствует мобильному характеру абонентов с учетом регистрации местоположения, аутентификации абонентов и оборудования, передачи обслуживания и предоплаты.

• Управление необходимым логическим каналом радиосвязи во время разговора.

• Управление сигнальным протоколом MSC-BSS.

• Обработка регистрации местоположения и обеспечение взаимодействия между мобильной станцией и VLR.

• Управляет передачей обслуживания между BSS и MSC.

• Действует как шлюз MSC для опроса HLR. MSC, который подключен к сети PSTN / ISDN, называется GMSC. Это единственный MSC в сети, подключенный к HLR.

• Стандартные функции переключателя вроде зарядки.

Регистр домашнего местоположения (HLR)

Реестр домашнего местоположения содержит -

• Идентификатор мобильного абонента называется International Mobile Sub Identity (IMSI).

• Абонентский номер ISDN мобильной станции.

• Информация о подписке на услуги.

• Ограничения обслуживания.

• Информация о местоположении для маршрутизации вызовов.

Рекомендуется один HLR на каждую сеть GSM, и это может быть распределенная база данных. Постоянные данные в HLR изменяются человеко-машинным интерфейсом. Временные данные, такие как информация о местоположении, динамически изменяются в HLR.

Регистр местоположения посетителей (VLR)

VLR всегда интегрирован с MSC. Когда мобильная станция перемещается в новую зону MSC, VLR, подключенный к этому MSC, будет запрашивать данные о мобильной станции из HLR. Позже, если мобильная станция выполняет вызов, VLR имеет информацию, необходимую для установления вызова, без необходимости каждый раз опрашивать HLR. VLR содержит следующую информацию:

• Идентификационные данные мобильного субмарина,

• Любая временная мобильная дополнительная идентификация,

• Абонентский номер ISDN мобильного телефона,

• Телефонный номер для маршрутизации вызова на станцию ​​роуминга,

• Часть данных HLR для мобильных телефонов, которые в настоящее время находятся в зоне обслуживания MSC.

Регистр идентификации оборудования

Регистр идентификатора оборудования состоит из идентификатора оборудования мобильной станции, называемого международным идентификатором мобильного оборудования (IMEI), который может быть действительным, подозрительным и запрещенным. Когда мобильная станция обращается к системе, перед предоставлением услуг вызывается процедура проверки оборудования.

Информация доступна в виде трех списков.

• Белый список - Терминалу разрешено подключаться к Сети.

• Серый список - Терминал находится под наблюдением сети на предмет возможных проблем.

• Черный список - клеммы, заявленные как украденные, не имеют одобрения типа. Им не разрешено подключаться к сети. EIR сообщает VLR о списке, в котором находится конкретный IMEI.

Центр аутентификации

Он связан с HLR. Он хранит ключ идентификации, называемый ключом аутентификации (Ki), для каждого абонента мобильной связи. Этот ключ используется для генерации троек аутентификации.

• RAND (случайное число),

• SRES (подписанный ответ) - для аутентификации IMSI,

• Kc (Cipher Key) - для шифрования связи по радиоканалу между MS и сетью.

Центр эксплуатации и обслуживания (OMC)

Это функциональный объект, с помощью которого сетевой оператор может контролировать и управлять системой, выполняя следующие функции:

• Установка программы

• Управление движением

• Анализ данных о производительности

• Отслеживание абонентов и оборудования

• Управление конфигурацией

• Абонентское администрирование

• Управление мобильной техникой

• Управление начислением и выставлением счетов

Система базовых станций (BSS)

BSS соединяет MS и NSS. Он состоит из следующего -

• Базовая приемопередающая станция (BTS) также называется базовой станцией.

• Контроллер базовой станции (BSC).

BTS и BSC взаимодействуют через стандартизованный интерфейс Abis. BTS контролируется BSC, и один BSC может иметь под своим контролем несколько BTS.

Базовая приемопередающая станция (BTS)

BTS размещает радиопередатчики и обрабатывает протоколы радиосвязи с мобильной станцией. Каждая BTS состоит из устройств радиопередачи и приема, включая антенну, сигнальные процессоры и т. Д. Каждая BTS может поддерживать от 1 до 16 РЧ несущих. Параметры, отличающие BTS, - это уровень мощности, высота антенны, тип антенны и количество несущих.

Функции BTS

• Он отвечает за синхронизацию времени и частоты.

• Должны быть выполнены процессы кодирования каналов, шифрования, мультиплексирования и модуляции для транс-направления и обратного приема.

• Он должен заранее организовать передачу с мобильных телефонов в зависимости от их расстояния от BTS (Timing Advance).

• Он должен обнаруживать запросы произвольного доступа от мобильных телефонов, измерять и контролировать радиоканалы для управления мощностью и передачи обслуживания.

Контроллер базовой станции

BSC управляет радиоресурсами для одной или группы BTS. Он обеспечивает настройку радиоканала, скачкообразную перестройку частоты, переключение каналов связи и управление уровнями мощности РЧ. BSC предоставляет опорные сигналы временной и частотной синхронизации, транслируемые своими BTS. Он устанавливает соединение между мобильной станцией и MSC. BSC подключается через интерфейсы к MSC, BTS и OMC.

Мобильная станция

Это относится к оконечному оборудованию, используемому абонентами беспроводной связи. Он состоит из -

• SIM-модуль идентификации абонента

• Мобильное оборудование

SIM-карта является съемной, и с соответствующей SIM-картой доступ к сети можно получить с помощью различного мобильного оборудования.

Идентификатор оборудования не привязан к абоненту. Оборудование проверяется отдельно с IMEI и EIR. SIM-карта содержит интегральную микросхему с микропроцессором, оперативную память (RAM) и постоянную память (ROM). SIM-карта должна быть действительной и должна подтверждать подлинность MS при доступе к сети.

SIM также хранит информацию, связанную с подписчиком, такую ​​как IMSI, идентификатор местоположения соты и т. Д.

Функции мобильной станции

• Радиопередача и прием

• Управление радиоканалом

• Кодирование / декодирование речи

• Защита от ошибок радиосвязи

• Управление потоком данных

• Скорость адаптации пользовательских данных к радиоканалу

• Управление мобильностью

Измеряя производительность максимум шести окружающих BTS и отправляя отчеты в BSS, MS может сохранять и отображать короткие полученные буквенно-цифровые сообщения на жидкокристаллическом дисплее (LCD), который используется для отображения информации о наборе номера и статусе.

Европейская система GSM определяет пять различных категорий мобильных телефонов: 20 Вт, 8 Вт, 5 Вт, 2 Вт и 0,8 Вт. Они соответствуют уровням мощности 43 дБм, 39 дБм, 37 дБм, 33 дБм и 29 дБм. Блоки мощностью 20 и 8 Вт (пиковая мощность) предназначены для использования на транспортных средствах или переносных станциях. Мощность MS регулируется с шагом 2 дБ от номинального значения до 20 мВт (13 дБм). Это делается автоматически при дистанционном управлении от BTS.

Транскодеры

Транскодеры - это сетевые объекты, вставленные для взаимодействия стороны MSC со стороной Mobile. Скорость кодирования голоса на стороне PSTN составляет 64 Кбит / с, а в GSM по воздуху голос кодируется как 13 Кбит / с. Чтобы снизить скорость передачи данных по радиоинтерфейсу и уменьшить нагрузку на наземный канал (4: 1), транскодеры вводятся в подходящем месте, в основном с MSC.

Транскодер - это устройство, которое использует мультиплексоры речи со скоростью 13 кбит / с или 3,6 / 6/12-кбит / с и четыре из них для преобразования в стандартные данные со скоростью 64 кбит / с. Сначала 13 Кбит / с или данные со скоростью 3,6 / 6/12 Кбит / с повышаются до уровня 16 Кбит / с путем вставки дополнительных синхронизирующих данных, чтобы компенсировать разницу между речевым сигналом 13 Кбит / с или данными с меньшей скоростью, а затем четыре из них объединены в транспондере для обеспечения канала со скоростью 64 Кбит / с внутри BSS. Затем четыре канала трафика могут быть мультиплексированы в один канал 64 Кбит / с. Таким образом, скорость передачи данных на выходе TRAU составляет 64 Кбит / с.

Затем до 30 таких каналов со скоростью 64 Кбит / с мультиплексируются на скорости 2,048 Мбит / с, если на интерфейсе A-bis предоставляется канал CEPT1. Этот канал может передавать до 120- (16x120) сигналов трафика и управления. Поскольку скорость передачи данных в PSTN обычно составляет 2 Мбит / с, что является результатом объединения каналов 30 на 64 Кбит / с или 120 Кбит / с на каналы 16 Кбит / с.

Другие сетевые элементы

Другие сетевые элементы включают такие компоненты, как сервисный центр SMS, ящик голосовой почты и поток SMS.

СМС сервисный центр

Он взаимодействует с MSC, имеющим функциональные возможности взаимодействия, для предоставления услуг коротких сообщений (SMS) мобильным абонентам. SMS может быть отправлено на факсимильный аппарат, ПК в Интернете или другое MS. Местоположение MS-получателя запрашивается MSC и доставляется.

Ящик голосовой почты

Когда мобильный абонент не может отвечать на входящие вызовы из-за занятости / отсутствия зоны обслуживания, тогда вызов переадресовывается на почтовый ящик, который уже был активирован абонентом. Для этого была установлена ​​отдельная связь от MSC. Позднее абонент получит SMS-уведомление и сможет получить сообщение.

SMS поток

• Когда пользователь отправляет SMS, запрос размещается через MSC.

• MSC пересылает SMS в SMSC, где оно сохраняется.

• SMSC запрашивает HLR, чтобы узнать, где находится мобильный телефон назначения, и пересылает сообщение на MSC назначения, если мобильный телефон назначения доступен.

• Если мобильный телефон недоступен, сообщение сохраняется в самом текущем SMSC. В большинстве случаев, если мобильный телефон недоступен для доставки SMS, SMSC не повторяет попытку. Вместо этого MSC назначения сообщает SMSC, когда мобильный телефон возвращается в зону действия. Обработка SMS - это операция промежуточного хранения, в отличие от USSD.

• SMS имеет период действия, в течение которого он будет ждать, пока мобильный телефон назначения станет доступным. По истечении этого времени SMSC удалит сообщение. Срок действия может быть установлен пользователем. Нормальный срок действия - 1 день.