|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Принцип роботи GSM-мереж. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки /Мобільний зв'язок GSM (або Global System for Mobile Communications) був розроблений у 1990 році. Перший оператор GSM прийняв абонентів у 1991 році, до початку 1994 року мережі, засновані на аналізованому стандарті, мали вже 1.3 мільйони передплатників, а до кінця 1995 їх кількість збільшилася до 10 мільйонів! Почнемо з найскладнішого і, мабуть, нудного – блок-схеми мережі. При описі використовуватимуться прийняті у всьому світі англомовні скорочення. Найпростіша частина структурної схеми - переносний телефон, складається з двох частин: власне "трубки" - МЕ (Mobile Equipment - мобільний пристрій) та смарт-картки SIM (Subscriber Identity Module - модуль ідентифікації абонента), що отримується під час укладання контракту з оператором. Як будь-який автомобіль має унікальний номер кузова, так і стільниковий телефон має власний номер - IMEI (International Mobile Equipment Identity - міжнародний ідентифікатор мобільного пристрою), який може передаватися мережі на її запит. SIM, своєю чергою, містить так званий IMSI (International Mobile Subscriber Identity - міжнародний ідентифікаційний номер передплатника). Таким чином, IMEI відповідає конкретному телефону, а IMSI – певному абоненту. "Центральною нервовою системою" мережі є NSS (Network and Switching Subsystem - підсистема мережі та комутації), а компонент, що виконує функції "мозку" називається MSC (Mobile services Switching Center - центр комутації). Саме останній усі називають "комутатор", а також, при проблемах зі зв'язком, звинувачують у всіх смертних гріхах. MSC у мережі може бути не один. MSC займається маршрутизацією викликів, формуванням даних для білінгової системи, керує багатьма процедурами – простіше сказати, що не входить до обов'язків комутатора, ніж перераховувати всі його функції. Наступними за важливістю компонентами мережі, що також входять до NSS, я назвав би HLR (Home Location Register - реєстр власних абонентів) і VLR (Visitor Location Register - реєстр переміщень). Зверніть увагу на ці частини, надалі ми часто згадуватимемо їх. HLR, грубо кажучи, є базою даних про всіх абонентів, які уклали з мережею контракт. У ній зберігається інформація про номери користувачів (під номерами маються на увазі, по-перше, згадуваний вище IMSI, а по-друге, так званий MSISDN-Mobile Subscriber ISDN, тобто телефонний номер у його звичайному розумінні), перелік доступних послуг та багато іншого інше - далі по тексту часто описуватимуться параметри, що у HLR. На відміну від HLR, який у системі один, VLR`ів може бути і декілька – кожен з них контролює свою частину мережі. У VLR містяться дані про абонентів, які знаходяться на його (і лише його!) території (причому обслуговуються не лише свої передплатники, а й зареєстровані у мережі роумери). Як тільки користувач залишає зону дії якогось VLR, інформація про нього копіюється в новий VLR, а зі старого видаляється. Фактично, між тим, що є про абонента в VLR і HLR, дуже багато спільного - подивіться таблиці, де наведено перелік довгострокових (табл.1) і тимчасових (табл.2 і 3) даних про абонентів, що зберігаються в цих реєстрах. Ще раз про відмінність HLR від VLR: у першому розташована інформація про всіх передплатників мережі, незалежно від їхнього розташування, а в другому - дані тільки про тих, хто знаходиться на підвідомчій цьому VLR території. У HLR для кожного абонента постійно є посилання на той VLR, який з ним (абонентом) зараз працює (при цьому сам VLR може належати чужій мережі, розташованій, наприклад, на іншому кінці Землі). Довгострокові дані, що зберігаються в HLR та VLR 1. Міжнародний ідентифікаційний номер передплатника (IMSI)
Тимчасові дані, що зберігаються в HLR
Тимчасові дані, що зберігаються у VLR
NSS містить ще два компоненти – AuC (Authentication Center – центр авторизації) та EIR (Equipment Identity Register – реєстр ідентифікації обладнання). Перший блок використовується для процедур встановлення автентичності абонента, а другий, як випливає з назви, відповідає за допуск до експлуатації в мережі лише дозволених стільникових телефонів. Виконавчою, якщо можна сказати, частиною стільникової мережі, є BSS (Base Station Subsystem - підсистема базових станцій). Якщо продовжувати аналогію з організмом людини, то цю підсистему можна назвати кінцівками тіла. BSS складається з кількох "рук" та "ніг" - BSC (Base Station Controller - контролер базових станцій), а також безлічі "пальців" - BTS (Base Transceiver Station - базова станція). Базові станції можна спостерігати всюди - у містах, полях - фактично це просто приймально-передавальні пристрої, що містять від одного до шістнадцяти випромінювачів. Кожен BSC контролює цілу групу BTS та відповідає за управління та розподіл каналів, рівень потужності базових станцій тощо. Зазвичай BSC в мережі не один, а безліч (базових станцій взагалі сотні і тисячі). Керується та координується робота мережі за допомогою OSS (Operating and Support Subsystem – підсистема управління та підтримки). OSS складається з різноманітних служб і систем, що контролюють роботу і трафік. Після кожного увімкнення телефону після вибору мережі починається процедура реєстрації. Розглянемо найбільш загальний випадок - реєстрацію не в домашній, а в чужій, так званій гостьовій мережі (припускатимемо, що послуга роумінгу абоненту дозволена). Нехай мережу знайдено. На запит мережі телефон передає IMSI абонента. IMSI починається з коду країни "приписки" його власника, далі йдуть цифри, що визначають домашню мережу, а вже потім – унікальний номер конкретного передплатника. Наприклад, початок IMSI 25099 відповідає російському оператору Білайн. (250-Росія, 99 – Білайн). За номером IMSI VLR гостьова мережа визначає домашню мережу та зв'язується з її HLR. Останній передає всю необхідну інформацію про абонента у VLR, який зробив запит, а у себе розміщує посилання на цей VLR, щоб у разі потреби знати, "де шукати" абонента. Дуже цікавим є процес визначення справжності абонента. При реєстрації AuC домашньої мережі генерує 128-бітове випадкове число - RAND, що пересилається телефону. Усередині SIM за допомогою ключа Ki (ключ ідентифікації - так само як і IMSI, він міститься в SIM) та алгоритму ідентифікації А3 обчислюється 32-бітова відповідь - SRES (Signed RESult) за формулою SRES = Ki * RAND. Точно такі ж обчислення проробляються одночасно і в AuC (за обраним HLR Ki користувача). Якщо SRES, обчислений у телефоні, збігатиметься зі SRES, розрахованим AuC, то процес авторизації вважається успішним і абоненту присвоюється TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity – тимчасовий номер мобільного абонента). TMSI служить виключно для підвищення безпеки взаємодії передплатника з мережею і може періодично змінюватись (у тому числі при зміні VLR). Теоретично, при реєстрації повинен передаватися і номер IMEI, але маю великі сумніви щодо того, що мінський оператор відстежують IMEI телефонів, що використовуються абонентами. Давайте розглядатимемо якусь "ідеальну" мережу, що функціонує так, як було задумано творцями GSM. Так от, при отриманні IMEI мережею, він прямує до EIR, де порівнюється з так званими "списками" номерів. Білий список містить номери санкціонованих до використання телефонів, чорний список складається з IMEI, вкрадених або з якоїсь іншої причини не допущених до експлуатації телефонів, і, нарешті, сірий список - "трубки" з проблемами, робота яких дозволяється системою, але за якими ведеться постійне спостереження. Після процедури ідентифікації та взаємодії гостьового VLR з домашнім HLR запускається лічильник часу, що задає момент перереєстрації у разі відсутності будь-яких сеансів зв'язку. Зазвичай період обов'язкової реєстрації становить кілька годин. Перереєстрація потрібна для того, щоб мережа отримала підтвердження, що телефон, як і раніше, перебуває в зоні її дії. Справа в тому, що в режимі очікування "трубка" тільки відстежує сигнали, що передаються мережею, але сама нічого не випромінює - процес передачі починається тільки у разі встановлення з'єднання, а також при значних переміщеннях щодо мережі (нижче це буде докладно розглянуто) - в таких У випадках таймер, що відраховує час до наступної перереєстрації, запускається заново. Тому при "випадінні" телефону з мережі (наприклад, був від'єднаний акумулятор, або власник апарату зайшов у метро, не вимкнувши телефон) система про це не дізнається. Усі користувачі випадково розбиваються на 10 рівноправних класів доступу (з номерами від 0 до 9). Крім того, існує кілька спеціальних класів з номерами з 11 по 15 (різного роду аварійні та екстрені служби, службовий персонал мережі). Інформація про клас доступу зберігається у SIM-картці. Спеціальний, 10 клас доступу, дозволяє здійснювати екстрені дзвінки (за номером 112), якщо користувач не належить до будь-якого дозволеного класу, або взагалі не має IMSI (SIM). У разі надзвичайних ситуацій або перевантаження мережі деяким класам може бути на якийсь час закритий доступ до мережі. Як вже було сказано, мережа складається з безлічі BTS - базових станцій (одна BTS - одна "стільника", комірка). Для спрощення функціонування системи та зниження службового трафіку, BTS об'єднують у групи - домени, що отримали назву LA (Location Area - області розташування). Кожний LA відповідає свій код LAI (Location Area Identity). Один VLR може контролювати декілька LA. І саме LAI міститься у VLR для завдання розташування мобільного абонента. У разі потреби саме у відповідній LA (а не в окремій соті) буде здійснено пошук абонента. При переміщенні абонента з однієї стільники в іншу в межах однієї LA перереєстрація та зміна записів у VLR/HLR не провадиться, але варто йому (абоненту) потрапити на територію іншої LA, як почнеться взаємодія телефону з мережею. При зміні LA код старої області стирається з VLR і замінюється новим LAI, якщо наступний LA контролюється іншим VLR, то відбудеться зміна VLR і оновлення запису в HLR. Взагалі кажучи, розбиття мережі на LA досить непросте інженерне завдання, яке вирішується при побудові кожної мережі індивідуально. Занадто дрібні LA призведуть до частих перереєстрацій телефонів і, як наслідок, до зростання трафіку різного роду сервісних сигналів та більш швидкого розрядження батарей мобільних телефонів. Якщо ж зробити LA великими, то, у разі необхідності з'єднання з абонентом, сигнал виклику доведеться подавати всім сотам, що входять до LA, що також веде до невиправданого зростання передачі службової інформації та перевантаження внутрішніх каналів мережі. Тепер розглянемо дуже гарний алгоритм так званого handover`ра (таку назву отримала зміна каналу, що використовується в процесі з'єднання). Під час розмови по мобільному телефону через ряд причин (видалення "трубки" від базової станції, багатопроменева інтерференція, переміщення абонента в зону так званої тіні тощо) потужність (і якість) сигналу може погіршитися. В цьому випадку відбудеться перемикання на канал (може бути, інший BTS) з кращою якістю сигналу без переривання поточного з'єднання (додам - ні сам абонент, ні його співрозмовник, як правило, не помічають handover`а). Handover`и прийнято розділяти на чотири типи: 1. зміна каналів у межах однієї базової станції
У загальному випадку, проведення handover`а – завдання MSC. Але у двох перших випадках, званих внутрішніми handover`ами, щоб знизити навантаження на комутатор та службові лінії зв'язку, процес зміни каналів управляється BSC, а MSC лише інформується про те, що сталося. Під час розмови мобільний телефон постійно контролює рівень сигналу від сусідніх BTS (список каналів (до 16), за якими слід вести спостереження, задається базовою станцією). На підставі цих вимірів вибираються шість найкращих кандидатів, дані про яких постійно (не рідше одного разу на секунду) передаються BSC та MSC для організації можливого перемикання. Існують дві основні схеми handover`а: "Режим найменших перемикань" (Minimum aceptable performance). У цьому випадку, при погіршенні якості зв'язку мобільний телефон підвищує потужність свого передавача, поки це можливо. Якщо ж, незважаючи на підвищення рівня сигналу, зв'язок не покращується (або потужність досягла максимуму), то відбувається handover. "Енергозберігаючий режим" (Power budget). При цьому потужність передавача мобільного телефону залишається незмінною, а у разі погіршення якості змінюється канал зв'язку (handover).
Поговоримо тепер, як відбувається маршрутизація вхідних викликів мобільного телефону. Як і раніше, розглядатимемо найбільш загальний випадок, коли абонент знаходиться в зоні дії гостьової мережі, реєстрація пройшла успішно, а телефон перебуває в режимі очікування.
MSC пересилає у HLR номер (MSISDN) абонента. HLR, у свою чергу, звертається із запитом до VLR гостьової мережі, в якій знаходиться абонент. VLR виділяє один з наявних у її розпорядженні MSRN (Mobile Station Roaming Number - номер "блукає" мобільної станції). Ідеологія призначення MSRN дуже нагадує динамічне присвоєння IP-адрес при комутованому доступі в Інтернет через модем. HLR домашньої мережі отримує від VLR присвоєний абоненту MSRN і, супроводивши його користувача IMSI, передає комутатору домашньої мережі. Заключною стадією встановлення з'єднання є напрям виклику, що супроводжується IMSI і MSRN, комутатору гостьової мережі, який формує спеціальний сигнал, що передається PAGCH (PAGer CHannel - канал виклику) по всій LA, де знаходиться абонент. Маршрутизація вихідних викликів не представляє з ідеологічного погляду нічого нового та цікавого. Наведу лише деякі з діагностичних сигналів, що свідчать про неможливість встановити з'єднання і які може отримати у відповідь на спробу встановлення з'єднання. Основні діагностичні сигнали про помилку під час встановлення з'єднання Номер абонента зайнятий – 425±15 Гц – 500мс гудок, 500 мс пауза
Публікація: cxem.net
Штучна шкіра для емуляції дотиків
15.04.2024 Котячий унітаз Petgugu Global
15.04.2024 Привабливість дбайливих чоловіків
14.04.2024
▪ Батьки курять – діти хворіють ▪ Бездротовий фен на сонячній енергії ▪ Lightyear 0 – серійний автомобіль на сонячних батареях ▪ Мікрофони, натхненні комахами ▪ Пристрій для боротьби з порнографією
▪ Розділ сайту Нормативна документація з охорони праці. Добірка статей ▪ стаття З легкою парою. Крилатий вислів ▪ стаття Де мешкають морські цигани, і чим вони займаються? Детальна відповідь ▪ стаття Економіст з договірної та претензійної роботи. Посадова інструкція ▪ стаття Варіант потужного блоку живлення. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page