1 (1131253), страница 25

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 25)

Как и в AMPS-системе, в GSM территория разбивается на области, обслуживаемые Центром Мобильной Коммутации (MSC). Оператор PLMN-сети абсолютно свободен в разбиении области действия MSC-станции на соты. У каждой PLMN-сети есть логически единая база данных, называемая Home Location Registers (HLR), где хранится информация обо всех пользователях, для которых эта PLMN-сеть домашняя. Физически HLR-база может быть распределенной. У каждой MSC-станции есть база данных визитеров – Visitor Location Registers (VLR). Одна VLR-база обычно обслуживает одну MSC-станцию, но может обслуживать и несколько. HLR- и VLR-базы данных обеспечивают отслеживание текущего местонахождения каждого MS-терминала, находящегося в зоне действия MSC-станции, запрашиваемых услуг и т.д.

Мобильная станция GSM, в просторечии «трубка», разделяется на две части. Одна обеспечивает радиоинтерфейс, другая - интерфейс с базами HLR и VLR и содержит информацию, идентифицирующую пользователя (Subscriber Identify Module - SIM). SIM-карта идентифицирует пользователя, а не MS-терминал. Поэтому она может быть вынута из одного MS-терминала и вставлена в другой. Каждая SIM-карта уникальна в системе GSM и связана с идентификатором IMSI (International Mobil System Identify). На этой карте хранится идентификационная информация, список услуг, список выбираемых PLMN-сетей и т.п. Она защищена паролем (PIN – Personal Identification Number). Вставив свою SIM-карту в трубку, пользователь тем самым персонифицирует ее. Благодаря SIM-карте поддерживается роуминг, т.е. доступ к услугам связи в чужую PLMN-сеть.

Теперь рассмотрим, как в GSM отслеживаются перемещения пользователей. Когда MS-терминал входит в новую область регистрации, информация о нем заносится в VLR-базу, и он получает TMSI-идентификатор – Temporary Mobil Subscriber Identify. TMSI идентификатор короче IMSI-идентификатора, и именно он передается при взаимодействии MS-терминала и VLR-базы. TMSI-идентификатор действует только в зоне MSC-станции, ассоциированной с VLR-базой, выдавшей его. Идентификаторы IMSI и TMSI – это внутренние идентификаторы системы, связанные с SIM-картой. Для соединения с абонентом используется телефонный номер, который в GSM называется Mobil Subscriber Integrated Service Digital Network Number (MSISDNM).

MS-терминал всегда может определить, находится ли он в старой или новой области регистрации. Это происходит благодаря периодически рассылаемой BS-станцией информации внутри обслуживаемой ею соты. Если MS-терминал обнаруживает, что он оказался в новой области, то он инициирует запрос на обновление регистрации, в котором он сообщает идентификатор предыдущей области и TMSI-идентификатор, который терминал там получил. Этот запрос BS-станция передает в MSC-центр, который, в свою очередь, передает его в VLR-базу. Эта база, назовем ее новая, инициирует запрос к старой VLR-базе с просьбой предоставить IMSI-идентификатор терминала, соответствующий указанному TMSI-идентификатору. Получив от старой VLR-базы необходимую информацию, новая VLR-база начинает процедуру идентификации MS-терминала по информации, полученной от старой. Если процедура идентификации прошла успешно, то новая VLR-база, используя IMSI-идентификатор терминала, определяет адрес его HLR-базы.

Эта процедура весьма близка к аналогичной процедуре в AMPS-системе (стандарт IS-41). Основное ее отличие от ее AMPS-аналога состоит в усилении информационной безопасности. Так, например, идентификация пользователя и доступных ему услуг происходит на основе информации, получаемой новой VLR-базой, как от старой VLR-базы, так от HLR-базы идентифицируемого MS-терминала, а не только от HLR-базы, как в AMPS-системе. Процедура установления соединения в GSM-системе аналогична процедуре установления соединения в AMPS-системе. Стандарт GSM занимает более 5000 страниц, и здесь мы приводим лишь самое общее его описание.

В большинстве стран GSM использует частоты 900 МГц и 1800 МГц. В США из-за особенностей национального распределения частот используется другой диапазон. В каждой GSM-соте может быть максимально до 200 полнодуплексных каналов, из которых 124 в работе, остальные в резерве и для служебных целей. Каждый канал поддерживает связь как от MS-терминала к BS-станции (MS-BS), так и от BS-станции к MS-терминалу (BS-MS). Ширина полосы в каждом направлении - 200 КГц.

Каждый канал поддерживает 8 разных соединений с помощью мультиплексирования с разделением по времени (TDM-метод). Каждому MS-терминалу выделяется один временной слот на одном из каналов.

Рисунок 4-12. Устройство GSM-каналов

На рисунке 4-13 показана иерархия кадров в GSM, которая имеет достаточно сложную структуру. Каждый TDM-слот состоит из 8 кадров данных по 148 бит каждый. Один 1250-битовый TDM-кадр занимает 4,615 мсек. TDM-кадры объединяются в 26-слотовый мультикадр, который занимает 120 мсек. Кроме этого, есть 51-слотовый мультикадр, который не показан на рисунке и который используется для нескольких каналов управления на системном уровне. Например, таких, как канал управления сотой – по этому каналу передается информация для поддержки базы данных соты, канал общего управления, который отвечает за регистрацию новых мобильных терминалов, поступивших в зону соты, выделение слотов для таких терминалов и многое другое.

Рисунок 4-13. Иерархия кадров в GSM

GPRS-служба.

Вполне естественно возникновение идеи по применению GSM-сетей для организации связи между компьютерами. Одним из существенных недостатков сетей сотовой связи стандарта GSM на сегодняшний день является низкая скорость передачи данных (максимум 9,6 кбит/сек.) по одному каналу. Для передачи данных абоненту выделяется всего один голосовой канал, а оплата осуществляется, исходя из времени соединения (причем по тарифам, мало отличающимся от голосовых).

Для высокоскоростной передачи данных посредством существующих GSM-сетей была разработана GPRS (General Packet Radio Service) - служба пакетной передачи данных по радиоканалу. Необходимо отметить, что, кроме повышения скорости (максимум составляет 171,2 кбит/сек.), новая система предполагает иную схему оплаты услуги передачи данных - при использовании GPRS-службы расчеты производятся пропорционально объему переданной информации, а не времени использования канала. К тому же GPRS-служба более рационально использует выделяемую полосу частот: особо не вдаваясь в технические тонкости, можно сказать, что пакеты данных передают одновременно по многим каналам (именно в одновременном использовании нескольких каналов и заключается выигрыш в скорости) в паузах между передачей речи. И только в паузах голосовой трафик имеет безусловный приоритет перед данными, поэтому скорость передачи информации определяется не только возможностями сетевого и абонентского оборудования, но и загрузкой сети. Ни один канал GPRS-службы не занимают под передачу данных целиком - и это основное качественное отличие новой технологии от описанных выше.

Доработку GSM-сети для предоставления GPRS-услуг можно условно разделить на два аспекта - программный и аппаратный. Если говорить о программном обеспечении, то оно нуждается в замене или обновлении практически всюду - начиная с баз HLR-VLR и заканчивая базовыми станциями BS. В частности, вводится режим многопользовательского доступа к временным кадрам каналов GSM, а в HLR-базе, например, появляется новый параметр - Mobile Station Multislot Capability (количество каналов, с которыми одновременно может работать мобильный телефон абонента, подробнее об этом ниже).

Ядро системы GPRS (GPRS Core Network) состоит (рисунок 2-73) из двух основных блоков - SGSN-узел (Serving GPRS Support Node - узел поддержки GPRS-сервиса) и GGPRS-узел (Gateway GPRS Support Node - шлюзовой узел GPRS). Остановимся на их функциях более подробно.

SGSN, в некотором смысле, можно назвать аналогом MSC – центра мобильной коммутации сети GSM. SGSN контролирует доставку пакетов данных пользователям, взаимодействует с HLR-базой собственных абонентов сети, проверяя, разрешены ли запрашиваемые пользователями услуги, ведет мониторинг находящихся онлайн пользователей, организует регистрацию абонентов вновь появившихся в зоне действия сети, и т.п. Так же как и MSC-центр, SGSN-узел в системе может быть не один, в этом случае каждый узел отвечает за свой участок сети. Например, SGSN-узел производства компании Motorola имеет следующие характеристики: каждый узел поддерживает передачу до 2000 пакетов в секунду, одновременно контролирует до 10000 находящихся онлайн пользователей. Всего же в системе может быть до 18 SGSN-узлов производства Motorola.

Назначение GGSN-узла видно из его названия - это шлюз между сотовой сетью (вернее, ее частью для передачи данных через GPRS-службу) и внешними информационными магистралями (Интернетом, корпоративными интранет-сетями, другими GPRS-системами и так далее). Основной задачей GGSN-узла является маршрутизация данных, идущих к абоненту через SGSN-узел и от него. Вторичными функциями GGSN-узла является адресация данных, динамическая выдача адресов в Интернет (IP-адресов), а также отслеживание информации о внешних сетях и собственных абонентах (в том числе тарификация услуг). Эти функции относятся к сетевому уровню модели OSI ISO.

В GPRS-службу заложена хорошая масштабируемость: при появлении новых абонентов оператор может увеличивать число SGSN-узлов, а при эскалации суммарного трафика - добавлять в систему новые GGSN-узлы. Внутри ядра GPRS-службы (между SGSN- и GGSN-узлами) данные передаются с помощью специального туннельного протокола GTP (GPRS Tunneling Protocol).

Еще одной составной частью системы GPRS является PCU-блок (Packet Control Unit - устройство контроля пакетной передачи). PCU-блок стыкуется с контроллером базовых станций BSC и отвечает за направление трафика данных непосредственно от BSC к SGSN.

В перспективе (при ориентации системы на мобильный Интернет) возможно добавление специального узла - IGSN (Internet GPRS Support Node - узел поддержки Интернета).

Рисунок 2-73. Внутренняя организация GPRS-службы

Следует отметить такой важный параметр функционирования GPRS-службы, как QoS (Quality of Service - качество сервиса). Очевидно, что видеоконференция в режиме реального времени и отправка сообщения электронной почты предъявляют разные требования, например, к задержкам на пути пакетов данных. Поэтому в GPRS существует несколько классов QoS, подразделяющихся по следующим признакам:

• необходимому приоритету (существует высокий, средний и низкий приоритет данных)

• надежности (разделение на три класса по количеству возможных ошибок разного рода, потерянных пакетов и т.п.)

• задержкам (задержки информации вне GPRS-сети в расчет не принимаются)

• количественным характеристикам (пиковое и среднее значение скорости)

Класс QoS выбирается индивидуально для каждой новой сессии передачи данных.

Стандарт услуги GPRS предусматривает два режима соединений:

• PTP (Point-To-Point - точка-точка)

• PTM (Point-To-Multipoint - точка-многоточка)

Широковещательный режим РТМ, в свою очередь, подразделяется на два класса:

• PTM-M (PTM-Multicast) - передача необходимой информации всем пользователям, находящимся в определенной географической зоне;

• PTM-G (PTM-Group Call) - данные направляются определенной группе пользователей.

Развитие стандарта GPRS-службы предполагает вскоре поддержку режима «многоточечной» передачи информации PTM.

Новый стандарт для 3G-сетей.

Следующим шагом от GSM к сетям третьего поколения (3G-сети) или UMTS-системам (Universal Mobile Telephone System) является EDGE-служба (Enhanced Data Rates for GSM Evolution, в вольном переводе - «ускоренная передача данных»), позволяющая осуществлять передачу информации на скоростях до 384 кбит/сек. в восьми GSM-каналах (48 Кбит/сек. на канал).

С EDGE-службой мобильный Интернет становится реальностью. Добавление EDGE-службы к существующим сетям второго поколения делает их совместимыми со стандартами ITU для 3G-сетей. EDGE-служба – это решение для 3G-сетей, которое позволит существующей сетевой инфраструктуре предоставлять мощные современные мультимедийные услуги для мобильных терминалов. Реализация EDGE позволяет усилить и основные преимущества технологии GPRS-службы: быстрое установление соединений пакетной передачи и более высокая скорость в радиоинтерфейсе.

Для внедрения EDGE-службы «поверх GPRS» операторам необходимо заменить аппаратуру базовых станций BS, а пользователям - приобрести поддерживающие EDGE телефонные аппараты. Хотя на настоящий момент сложно представить, какие приложения должен использовать абонент сотовой сети GSM, чтобы ему не хватало скорости в 170 кбит/сек., предлагаемой GPRS. Но в наше время бурно развивающихся цифровых технологий прогнозы - дело неблагодарное…

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) - Универсальная система мобильных телекоммуникаций – это один из стандартов, разрабатываемый Европейским институтом стандартов телекоммуникаций (ETSI) для внедрения 3G-сетей в Европе. Сегодня основным фактором, определяющим развитие мобильной связи, является голосовая телефония. Появление GPRS и EDGE, а затем переход к UMTS-системе открывают дорогу ко многим дополнительным возможностям, помимо голосовой связи. UMTS - это высокоскоростная передача данных, мобильный Интернет, различные приложения на основе Интернета, интранета и мультимедиа (подробно об этих приложениях речь пойдет в главе 7).

Ключевой технологией для UMTS является широкополосный многостанционный доступ с разделением кодов (WCDMA). Эта революционная технология радиодоступа, выбранная в сентябре 1998 года Европейским институтом стандартов телекоммуникаций, поддерживает все мультимедийные услуги 3G-сетей. Системы WCDMA/UMTS включают усовершенствованную базовую сеть GSM и радиоинтерфейс по технологии WCDMA. Скорость передачи в радиоканале для мобильного абонента достигает 2 Мбит/сек. WCDMA предназначена для использования в системах, работающих в частотном диапазоне 2 ГГц, который позволит в полной мере использовать все преимущества этой технологии. Например, всего одна несущая WCDMA шириной 5 МГц должна обеспечить предоставление смешанных услуг, требующих скоростей передачи от 8 кбит/сек. до 2 Мбит/сек. А мобильные терминалы, совместимые с WCDMA, смогут в соответствии с рекомендациями ITU работать сразу с несколькими услугами.

CDMA (Code Division Multiple Access) – множественный доступ на основе разделения кодов.

GSM – пример системы, где использована довольно сложная комбинация техник FDM, TDM, ALOHA для беспроводной сотовой связи. В ней ни один из пользователей системы не может использовать всю полосу пропускания, предоставленную системе. Если при этом принять в расчет сужение полосы пропускания из-за проблем на границе сот, падение мощности сигналов от мобильных терминалов в пограничных сотовых зонах, накладных расходов на шифрование в целях безопасности, то становится ясно, что высокую скорость передачи в этой системе получить не просто.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)