билеты ССИК. Принцип предоставления телекоммуникационных услуг
 Скачать 0.94 Mb.
|
|
Таким образом, основной проблемой обеспечения персональной мобильности является организация абонентской базы данных. Учитывая то, что сотовые сети являются логическим развитием фиксированных сетей, рассмотрим, как же можно модернизировать их системы коммутации с позиции организации абонентской базы данных. Как известно, цифровая система коммутации каналов в общем виде состоит из коммутационного оборудования (КО) и подсистемы управления (ПУ). Для реализации задач по процессу обслуживания вызовов ПУ содержит базу данных (рис. 1.7). При этом абонентские данные содержат информацию только об абонентских линиях, включенных в данный узел коммутации. Если не изменять архитектуру системы коммутации, то в сотовых сетях каждый узел коммутации должен содержать абонентские данные обо всех ПС глобальной сети. Создание таких баз данных не самая сложная задача. Сложность в том, что в этом случае необходимо оперативно осуществлять синхронизацию абонентских данных всех узлов коммутации глобальной сотовой сети при изменении состояния любой ПС. Поэтому в сотовых системах связи абонентская база данных и программное обеспечение работы с нею отделены от узлов коммутации и вынесены в самостоятельную компоненту сети. Возможны два варианта организации абонентской базы данных. При первом варианте для каждой конкретной сети операторов связи создается единая абонентская база данных ПС, с абонентами которых оператор данной сети заключил договор на предоставление услуг связи. Эта абонентская база данных содержит всю необходимую информацию для реализации услуг и обеспечения персональной мобильности всеми узлами коммутации глобальной сотовой сети (рис. 1.8). Такой подход накладывает довольно жесткие требования к сети сигнализации, так как любое изменение состояния ПС требует обращения узла коммутации к абонентской базе данных, где зарегистрирована данная ПС.  Второй вариант организации абонентской базы данных позволяет уменьшить требования, предъявляемые к сети сигнализации. Учитывая то, что узлы коммутации отвечают как за реализацию услуг, так и за обеспечение персональной мобильности и вероятность того, что ПС переместится в зону обслуживания другого узла коммутации, не столь велика; для каждого из узлов коммутации возможно создание еще одной абонентской базы данных – оперативной. В этой базе данных будут данные ПС, которые в этот момент времени находятся в зоне обслуживания конкретного узла коммутации независимо от сети и оператора связи (рис. 1.9) Эти данные оперативные базы данных получают от абонентских баз сети оператора связи, с которым абонент заключил договор на предоставление услуг. Таким образом, мы пришли к тому, что архитектура сотовых сетей связи будет отличаться от архитектуры сетей фиксированной связи, особенно в сети абонентского доступа. Дополнительные процедуры при внедрении персональной мобильности Абонент с подвижной стацией (ПС) может свободно перемещаться и ПС может находиться как в свободном активном состоянии, так и в состоянии реализации услуги, т. е. обмена пользовательской информацией. При этом между ПС и БС нет постоянно выделенного индивидуального ресурса. В чем основная проблема обеспечения персональной мобильности? В организации абонентской базы данных  Следует отметить, что при решении вышерассмотренных проблем изменилась не только архитектура сети, но и алгоритм взаимодействия ПС с сетью, т. е. появились новые процедуры, не присущие фиксированным сетям. Остановимся на назначении основных процедур. Аутентификация – эта процедура обеспечивает проверку прав абонента на предоставление услуг. Закрытие информации – процедура обеспечивает конфиденциальность при передаче информации. Обновление данных местонахождения – процедура обеспечивает изменение данных о местонахождении ПС (адрес сети оператора, адрес узла коммутации, адрес соты) в абонентской базе данных при перемещении ПС в свободном активном состоянии. Для этого ПС должна иметь возможность постоянно контролировать свое местонахождение и при его смене информировать об этом сеть. Поиск ПС – процедура обеспечивает информирование ПС о маршрутизации к ней входящего вызова. Подключение/отключение – эти две процедуры осуществляют отметку в абонентской базе данных состояния ПС – активна или нет, так как, учитывая автономность ПС, абонент имеет возможность включить/выключить электропитание. Данные процедуры позволяют экономить ресурс сети при маршрутизации входящего вызова. Переключение вызова – процедура обеспечивает требуемое качество передачи пользовательской информации по радиоканалам в процессе реализации услуги при перемещении ПС. Для этого необходимо постоянно контролировать качество передачи пользовательской информации по радиоканалу как в прямом, так и в обратном направлении (в восходящем и нисходящем радиоканале). Если качество передачи информации в прямом и обратном направлении ниже порогового, но есть доступный радиоканал, где качество передачи выше порогового, необходимо осуществить переключение вызова на этот радиоканал. Перечень процедур, их наименование, алгоритм запуска и реализации четко определен в каждом конкретном стандарте. Архитектура сети стандарта GSM Архитектура сети и интерфейсы GSM. Сеть GSM включает три основные части: мобильные станции (MS), которые перемещаются с абонентом; подсистему базовых станций (BSS), которая управляет радиолинией связи с мобильной станцией; подсистему сети (NSS), главная часть которой — центр коммутации мобильной связи (MSC) — выполняет коммутацию между мобильными станциями и между мобильными или стационарными сетевыми пользователями. Архитектура системы мобильной связи стандарта GSM, предложенная ETSI, представлена на рис. 2.1. Рассмотрим ее компоненты и их назначение.  MS – Mobile Station. Подвижная станция (ПС), которая состоит непосредственно из оборудования MS и SIM (Subscriber Identity Mobile) карты. Оборудование MS приобретается абонентом, и оно имеет уникальный номер IMEI (International Mobile Equipment Identity), структура которого представлена на рис. 2.2. SIM карта выдается абоненту при заключении договора с сетью оператора связи на предоставление услуг. SIM карта содержит информацию, позволяющую однозначно осуществлять процедуру аутентификации, например такую, как персональный номер и абонентский ключ Кi . То есть, когда мы говорим, что аутентифицируем абонента, мы понимаем, что аутентифицируем SIM карту. MSC – Mobile Switching Centre. Узел коммутации стандартных цифровых каналов 64 кбит/с. Как и в фиксированных сетях ISDN, он реализует все функции по процессу обслуживания вызовов. Кроме того, на него возложены функции по обеспечению персональной мобильности. Его взаимодействие с внешним окружением осуществляется по цифровым соединительным линиям формата первичной ИКМ (рекомендации ITU G.703, G.704). Следует отметить, что часто эти линии определяют более общим термином ITU – «поток Е1». GMSC – Gateway MSC. Транзитный узел коммутации, являющийся шлюзом для выхода на другие сети электросвязи с коммутацией каналов как фиксированной связи – PSTN/ISDN, так и мобильной связи – PLMN (Public Land Mobile Network). HLR – Home Location Register. Регистр абонентских данных конкретной сети оператора связи. HLR содержит абонентские данные о MS только тех абонентов, которые заключили договор на предоставление услуг с данной сетью. Как известно, ни одна сеть в общем случае не реализует услугу в целом, ее реализуют все сети всех операторов связи. Но ответственность за качество предоставления услуг несет та сеть, с которой абонент заключил договор. Абонентские данные HLR содержат необходимую информацию об услугах, на которые подписался абонент, как это делалось и в фиксированных сетях. Кроме того, HLR хранит информацию, необходимую для обеспечения персональной мобильности, например такую, как персональный номер и абонентский ключ Кi , какому оперативному регистру абонентских данных MSC переданы данные о конкретной MS, подключена/отключена MS и т. д. VLR – Visitor Location Register. Оперативный регистр абонентских данных MSC. VLR содержит данные о тех MS, которые находятся в данный момент времени в зоне обслуживания MSC, независимо от того, с какой сетью абонент заключил договор на предоставление услуг. Эти данные VLR, получаемых от HLR, VLR содержит информацию о местонахождении MS в пределах обслуживания MSC. AUC – Autentication Centre. Центр аутентификации и закрытия информации. Задачей центра аутентификации является генерация триплет. Информация триплет используется MSC для аутентификации SIM-карты абонента и закрытия пользовательской информации, передаваемой по радиоканалу. Процесс генерации триплет показан на рис. 2.3: где Кi – абонентский ключ, хранящийся в HLR, RAND – случайное число, SRES (Signed Response) – маркированный отклик, Кс – ключ закрытия информации.  EIR – Equipment Identity Register. Регистр идентификации оборудования. EIR содержит три списка номеров IMEI – белый, серый и черный. В белом списке содержатся номера IMEI, которые обслуживает сеть. Серый список включает в себя номера IMEI неисправных MS, и сеть их не обслуживает, так как не может гарантировать требуемое качество реализации услуг. Черный список содержит номера IMEI, которые сеть не обслуживает, так как данные MS, например, не сертифицированы или похищены злоумышленниками. Следует отметить, что EIR является не обязательной структурной компонентой, и многие операторы ее не используют. BTS – Base Transceiver Station. Приемо-передающая базовая станция, основной задачей которой является переход с проводных средств передачи информации на радиоканал и обратно. При этом как в BTS, так и в MS должны быть решены проблемы, рассмотренные в разд. 1.1, для того чтобы обеспечить требуемое качество передачи информации по радиоканалу. BSC – Base Station Controller. Контроллер базовых станций. Основной задачей контроллера является разгрузка MSC от функций процедуры переключения вызова (Handover). То есть BSC постоянно контролирует качество передачи информации в процессе реализации услуг, принимает решение о запуске процедуры переключения вызова и отвечает за ее реализацию. Для этого он имеет коммутационное оборудование, позволяющее осуществлять переключение пользовательских каналов от одной BTS к другой. Только при невозможности реализовать процедуру полностью (BTS находится в ведении другого BSC) он обращается к MSC. TRAU – Transcoding and Rate Adaptation Unit. Транскодер обеспечивает преобразование речевой информации в полосе 0,3–3,4 кГц, передаваемой на радиоучастке со скоростью 13 кбит/с в стандартный цифровой канал 64 кбит/с и обратно. Это обусловлено тем, что в целях экономии радиоресурса ETSI использовал более совершенный кодек. Этот кодек (RPE/LTR-LPC) использует принципы вокодера, дифференциальной ИКМ, долговременного и кратковременного предсказаний. В результате кодирования отрезка речевого сигнала длительностью 20 мс получаем 260 бит, что и определяет требуемую скорость передачи в 13 кбит/с. Следует отметить, что BTS, BSC, TRAU вместе образуют базовую станцию BSS (Base Station System). Таким образом, в отличие от фиксированных сетей в сотовых сетях общего пользования (PLMN), значительно изменилась архитектура и появилось множество компонент, которые обмениваются информацией в процессе реализации услуги. Для обмена информацией каждая из компонент должна быть однозначно идентифицирована, что требует четкого определения их зон обслуживания. Рекомендациями ETSI определены следующие зоны обслуживания: – Cell. Сота. Под сотой понимается зона обслуживания одной BTS; – Location Area. Зона местонахождения или поиска. Данная зона обслуживания введена для оптимизации сигнальной нагрузки, возникающей в процессе реализации двух процедур – обновления данных местонахождения и поиска. Она представляет собой совокупность смежных сот в пределах одного MSC. Минимальный размер Location Area – это сота, а максимальный – зона обслуживания MSC. В пределах Location Area MS может перемещаться в свободном активном состоянии без обновления данных в VLR и HLR. Однако при поиске MS все BTS этой зоны должны передавать адрес данной MS; – MSC Service Area. Зона обслуживания MSC, которая является частью сети и MS, зарегистрированная в VLR данного MSC, может перемещаться в свободном активном состоянии в пределах этой зоны без передачи ее абонентских данных в другой VLR и изменения данных в HLR; – PLMN Service Area. Зона обслуживания сотовой сети оператора связи, с которой абонент заключает договор на предоставление услуг, а абонентские данные заносятся в HLR; – GSM Service Area. Зона обслуживания глобальной сети стандарта GSM, которая охватывает зоны обслуживания всех национальных сетей. При этом все национальные сети должны четко соответствовать стандарту GSM. Работа 3GPP по стандартизации сети мобильной связи Проект партнерства 3-го поколения (3GPP) является общим термином для ряда организаций по стандартизации, которые разрабатывают протоколы для мобильных телекоммуникаций. Его наиболее известной работой является разработка и обслуживание. Что дает технология GPRS ? Доступ MS к пакетным сетям Для работ по стандартизации 3G было создано партнерство 3GPP (3rd Generation Partnership Project). Его задачей является разработка компромиссных стандартов с учетом политических, промышленных и коммерческих пожеланий от вышеперечисленных органов стандартизации. 3GPP определило следующие требования к системе мобильной связи 3G (UMTS): все технические характеристики системы должны быть четко определены, а интерфейсы должны быть открытыми и стандартизированными; система должна поддерживать мультимедийную среду со всеми ее компонентами; должна обеспечивать широкополосный доступ; быть совместимой с GSM и ISDN; услуги, предоставляемые конечному пользователю, не должны зависеть от технологий радиодоступа, а сетевая инфраструктура не должна ограничивать появление новых услуг. Для реализации выработанных требований необходимы изменения не только в сети радиодоступа, но и в базовой сети. Так, в релизе R5 предложена архитектура базовой сети, получившая название IMS (IP Multimedia Subsystem). Развитие фиксированной связи за счет внедрения широкополосного доступа, а соответственно, и расширения спектра услуг, вызывает необходимость совершенствования и систем мобильной связи. Работа в этом направлении 3GPP (подготовка релизов) показана на рис. В.2.  Современному человеку, а особенно подрастающему интернет-поколению, желательно иметь возможность широкополосного доступа везде, а не только дома или в офисе. Началом работ 3GPP над четвертым поколением (4G) можно считать семинар по развитию сети радиодоступа, состоявшийся в ноябре 2004 г. в Торонто (Канада), где были сформулированы основные направления работ: снижение стоимости передачи бита информации; расширение спектра предоставляемых услуг с одновременным понижением их стоимости; динамическое использование предоставляемых спектров частот; упрощенная архитектура и открытые интерфейсы; оптимизированное энергопотребление пользовательских терминалов. Таким образом, согласно определенной концепции развития, уже к весне 2005 г. 3GPP подготовило документ TR 25.913, содержащий требования к LTE (Long Term Evolution), т. е. к мобильным сетям 4G. Стандарты по построению сети 4G на базе технологии LTE были определены 3GPP в релизе 8. Эволюция пропускной способности и спектральной эффективности различных поколений сотовой связи показана на рис. В.3  |