Mobwar.ru

Мобильные операторы
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Структура сотовой сети

2G. GSM — Global System for Mobile Communications

Стандарты сотовой связи второго поколения нашли широкое распространение не только на территории 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:

  • Голосовые соединения
  • Услуги передачи данных (до 384 кбит/сек благодаря технологии EDGE)
  • Передача коротких текстовых сообщений (SMS)
  • Передача факсов
  • Голосовая почта
  • Конференцсвязь и мн. др.

    Благодаря этому GSM завоевал прочные позиции на рынке сотовой связи. Причем, можно с уверенность сказать, что на ближайшие несколько лет этот стандарт будет лидирующим.

    Итак, рассмотрим основные элементы, входящие в состав системы GSM:

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

    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).

    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.

    Теперь рассмотрим перечисленные элементы более подробно:

    Состав системы коммутации NSS

    Центр коммутации мобильной связи (MSC)

    MSC является главным элементом системы GSM, он осуществляет контроль за BTS и BSC, расположенные в его зоне обслуживания. Основная функция MSC заключается в установлении соединения между абонентами сети. Через него также осуществляется выход на другие сети связи: стационарную телефонную сеть, сети междугородной связи, другие сотовые сети.

    Домашний регистр местоположения (HLR)

    HLR содержит информацию об абонентах, которые приписаны к данному MSC. В нем хранится информация о подключенных услугах, о его состоянии (включен, выключен, активное соединение), местоположении абонента и некоторая другая информация. Информация о каждом абоненте храниться лишь в одном HLR.

    Визитный регистр местоположения (VLR)

    В VLR хранится информация об активных абонентах, которые находятся в зоне обслуживания данного MSC. В него занесены данные и о домашних абонентах, приписанных к данному MSC и о так называемых роумерах – абонентах, для которых данный MSC гостевой. Это могут быть абоненты других операторов связи, либо абоненты того же оператора, но из других регионов. В VLR информация поступает из HLR.

    Центр аутентификации (AUC)

    AUC предназначен для аутентификации абонентов. Эта процедура предназначена для предотвращения несанкционированного доступа в сеть. Каждый раз, когда абонент включает свой телефон, совершает голосовой вызов, отправляет SMS и т.п. сеть предлагает пройти процедуру аутентификации. Ее осуществляет MSC на основании данных полученных из AUC и от MS.

    Регистр идентификации абонентского оборудования (EIR)

    EIR – это база данных, содержащая информацию о идентификационных номерах мобильных телефонов GSM. Данная информация необходима для осуществления блокировки краденых трубок. EIR не является обязательным элементом сети. В мире существует лишь несколько операторов, которые внедрили его в своей сети.

    Читать еще:  Принцип организации сотовой связи

    Состав системы базовых станций BSS

    Контроллер базовых станций (BSC)

    BSC управляет всеми функциями, относящимися к работе радиоканалов в сети GSМ. Это коммутатор большой емкости, который обеспечивает такие функции, как хэндовер MS, назначение радиоканалов и сбор данных о конфигурации сот. Каждый MSC может управлять несколькими BSC.

    Базовая станция (BTS)

    BTS управляет радиоинтерфейсом с MS. BTS включает в себя такое радиооборудование, как трансиверы (приемо-передатчики) и антенны, которые необходимы для обслуживание каждой соты в сети.

    Элементы сети относящиеся к пакетной передаче данных

    Узел обслуживания абонентов GPRS (SGSN)

    Пакетные данные в отличии от голосового трафика передаются от подсистемы базовых станций не в сторону MSC, а в сторону SGSN. Этот элемент представляет собой маршрутизатор с раширенными функциями. На него возложены функции установления сессии пакетной передачи данных, маршрутизации пакетов, начисления платы за предоставленные услуги.

    Шлюзовой узел GPRS (GGSN)

    GGSN представляет собой шлюз сети. Если пакеты маршрутизируются за пределы сети оператора, то они попадают именно в GGSN. Этот элемент часто конструктивно объединяется вместе с SGSN в одном устройстве.

    При использовании материалов ссылка на сайт обязательна

    Портал о современных технологиях мобильной и беспроводной связи

    Структура сети GSM и описание компонентов

    Классическая структура сети GSM

    Классическая структура сети GSM состоит из 2 систем, каждая из которых содержит функциональные устройства, являющиеся компонентами сети мобильной радиосвязи:

    • Коммутационная система — Switching System (SS);
    • Система базовых станций — Base Station System (BSS).

    Из центра управления осуществляется контроль за обеими системами. Функциональная схема данных систем приведена на рис. 1.

    Ниже даны расшифровки сокращений, используемых на рис. 1.

    AUC

    Центр аутентификации (проверки подлинности абонента)

    BSC

    Base Station Controller

    Контроллер базовых станций

    BTS

    Base Transceiver Station

    Приёмопередающая Базовая Станция (БС)

    EIR

    Equipment Identity Register

    База данных абонентского оборудования

    HLR

    Home Location Register

    База данных «домашних» абонентов

    MS

    MSC

    Mobile Switching Center

    Узел коммутации в сети GSM

    NMC

    Network Management Center

    Центр управления сетью

    OMC

    Operation and Maintenance Center

    Центр технического обслуживания

    VLR

    Visitor Location Register

    База данных абонентов, находящихся в зоне данного MSC/VLR

    Состав и назначение коммутационной системы (Switching System, SS)

    Коммутационная система осуществляет обслуживание вызовов и включает в свой состав:

    • Authentication Center (AUC)
    • Equipment Identity Register (EIR)
    • Mobile Switching Center (MSC)
    • Home Location Register (HLR)
    • Visitor Location Register (VLR)

    Состав и назначение системы базовых станций ( Base Station System, BSS )

    Все функции, относящиеся к радиоинтерфейсу, выполняет система BSS, в состав которой входят следующие функциональные блоки:

    • Base Station Controller (BSC)
    • Base Transceiver Station (BTS)

    Функции центра технического обслуживания (Operation and Maintenance Center, OMC)

    Центр технического обслуживания (OMC) осуществляет эксплуатационно-техническое обслуживание сети, например, проводит отслеживание сетевого трафика и аварийных сигналов от всех сетевых элементов.

    OMC имеет доступ как к системе SS, так и к системе BSS.

    Мобильная станция (Mobile Station, MS)

    MS не относится ни к одной из вышеперечисленных систем, но является элементом сети.

    Структура, принципы построения, текущее состояние, эволюция сетей мобильной связи и многое другое в новой книге «Мобильная связь на пути к 6G»

    Принцип работы сетей GSM

    20.03.2012 | «Мобильные сети»

    Часть 1: структура мобильных сетей

    Все мы пользуемся мобильными телефонами, но при этом редко кто задумывается — как же они работают? В данной статье мы постараемся разобраться, как, собственно, реализуется связь относительно вашего мобильного оператора.

    Когда вы осуществляете звонок своему собеседнику, или кто-то звонит вам, ваш телефон соединяется по радиоканалу с одной из антенн соседней базовой станции (БС, BS, Base Station).Каждая базовая станция сотовой связи (в простонародье — вышки сотовой связи) включает в себя от одной до двенадцати приемо-передающих антенн, имеющих направления в разные стороны с целью обеспечения качественной связью абонентов в радиусе своего действия. Такие антенны специалисты на своем жаргоне называют «секторами», представляющими собой серые прямоугольные конструкции, которые вы можете практически каждый день видеть на крышах зданий или специальных мачтах.


    Сигнал от такой антенны поступает по кабелю прямо в управляющий блок базовой станции. Базовая станция является совокупностью секторов и управляющего блока. При этом определенную часть населенного пункта или территории обслуживают сразу несколько базовых станций, подключенных к специальному блоку – контроллеру локальной зоны (сокращенно LAC, Local Area Controller или просто «контроллер»). Как правило, один контроллер объединяет до 15 базовых станций определенного района.

    Читать еще:  Топ 10 лучших сотовых телефонов 2020

    Со своей стороны, контроллеры (их также может быть несколько) соединены с самым главным блоком — Центром управления мобильными услугами (MSC, Mobile services Switching Center), который для упрощения восприятия принято называть просто «коммутатором». Коммутатор, в свою очередь, осуществляет вход и выход на любые линии связи – как сотовой, так и проводной.

    Если отобразить написанное в виде схемы, то получится следующее:GSM-сети небольшого масштаба (как правило, региональные) могут использовать всего один коммутатор. Крупные же, такие как наши операторы «большой тройки» МТС, Билайн или МегаФон, обслущивающие одновременно миллионы абонентов, используют сразу несколько объединенный между собой устройств MSC.

    Давайте разберемся, зачем нужна столь сложная система и почему нельзя подключить антенны базовых станций к коммутатору напрямую? Для этого нужно рассказать про еще один термин, называемый на техническом языке handover (хэндовер). Он характеризует собой передачу обслуживания в мобильных сетях по эстафетному принципу. Иными словами, когда вы перемещаетесь по улице пешком или в транспортном средстве и говорите при этом по телефону, то, чтобы ваш разговор при этом не прерывался, следует своевременно переключать ваш аппарат из одного сектора БС в другой, из зоны действия одной базовой станции или контроллера локальной зоны в другую и т.д. Следовательно, если бы сектора базовых станций подключались к коммутатору напрямую, ему бы пришлось самому осуществлять данную процедуру хендовера всех своих абонентов, а у коммутатора и без того хватает задач. Поэтому для уменьшения вероятности отказов оборудования, связанных с его перегрузками, схема построения сотовых сетей GSM реализуется по многоуровнему принципу.

    В итоге, если вы со своим телефоном перемещаетесь из зоны обслуживания одного сектора БС в зону действия другого, то данное перемещение осуществляет блок управления данной базовой станции, не касаясь при это более «высокостоящих» устройств – LAC и MSC. Если же хэндовер происходит между разными БС, то за него берется уже LAC и т. д.

    Коммутатор – ни что иное, как основной «мозг» сетей GSM, поэтому его работу следует рассмотреть более детально. Коммутатор сотовой сети берет на себя примерно те же задачи, что и АТС в сетях проводных операторов. Именно он понимает, куда вы осуществляете звонок или кто звонит вам, регулирует работу дополнительных услуг и, собственно, решает – можете ли вы в настоящее время осуществить свой звонок или нет.

    Теперь давайте разберемся, что же происходит, когда вы включаете свой телефон или смартфон?

    Итак, вы нажали «волшебную кнопку» и ваш телефон включился. На SIM-карте вашего сотового оператора находится специальный номер, который носит название IMSI – International Subscriber Identification Number (Международный опознавательный номер абонента). Он является уникальным номером для кажой SIM-карты не только у вашего оператора МТС, Билайн, МегаФон и т.п., а уникальным номером для всех мобильных сетей в мире! Именно по нему операторы отличают абонентов между собой.

    В момент включения телефона ваш аппарат посылает данный код IMSI на базовую станцию, которая передает его далее на LAC, он же, в свою очередь, отсылает его на коммутатор. При этом в нашу игру вступают два дополнительных устройства, свзанных непосредственно с коммутатором – HLR (Home Location Register) и VLR (Visitor Location Register). В переводе на русский это, соответственно, Регистр домашних абонентов и Регистр гостевых абонентов. HLR хранит в себе IMSI всех абонентов своей сети. В VLR же содержится информация о тех абонентах, которые пользуются сетью данного оператора в настоящее время.

    Номер IMSI передается в HLR с помощью системы шифрования (за этот процесс отвечает еще одно устройство AuC — Центр аутентификации). HLR при этом проверяет, существует ли в его базе абонент с данным номером, и если факт его наличия подтверждается, система смотрит, может ли он в настоящее время пользоваться услугами связи или, скажем, имеет финансовую блокировку. Если все нормально, то данный абонент отправляется в VLR и после этого получает возможность звонить и пользоваться другими услугами связи.

    Читать еще:  Сотовый телефон с большими кнопками

    Для наглядности отобразим данную процедуру с помощью схемы:

    Таким образом, мы коротко описали принцип работы сотовых сетей GSM. На самом деле, это описание достаточно поверхностно, т.к. если углубиться в технические детали подробнее, то материал бы получился во много раз объемнее и гораздо менее понятным для большинства читателей.

    Во второй части мы продолжим знакомство с работой сетей GSM и рассмотрим, как и за что оператор списывает средства с нашего с вами счета.

    Структура сотовой сети

    Сотовая (мобильная) связь

    Сотовая связь является одним из видов мобильной радиосвязи. В ее основе лежит сотовая сеть, покрывающая обслуживаемую территорию. Ячейки сети схематически изображаются в виде равновеликих правильных шестиугольников, что по сходству с пчелиными сотами и послужило поводом назвать систему сотовой. Диаметр каждой ше­стиугольной ячейки может быть от 400 м до 50 км. Реальные границы ячеек обычно имеют вид неправильных кривых, зависящих от релье­фа местности, характера и плотности растительности, застройки и других факторов.

    Одними из основных составляющих сотовой сети являются ба­зовые станции и сотовые телефоны. Базовая станция представля­ет собой комплекс радиопередающей аппаратуры (ретрансляторы, приемопередатчики), осуществляющий связь с сотовым телефо­ном. Одна базовая станция стандарта GSM (Global System for Mobile Communications) способна поддерживать до двенадцати передат­чиков, а каждый передатчик способен одновременно поддерживать связь с восемью общающимися абонентами. Зона покрытия от ан­тенн базовой станции — образует соту или группу сот.

    к сетям
    Центр коммутации

    Обычно базовая станция находится в центре ячейки и обслу­живает все абонентские телефоны в ее пределах. При перемеще­нии абонента из одной ячейки в другую происходит передача его обслуживания другой базовой станции. Через центр коммутации базовые станции объединяются в единую сотовую сеть, что позво­ляет определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приемопередатчика в зону действия другого (рис. 7). Базовые станции обычно располагают на крышах зданий или на вышках.

    Сотовые сети разных операторов посредством коммутирующего оборудования соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора совершать исходящие звонки абонентам другого оператора, звонить с мобильных телефонов на стационарные телефоны и наоборот. Операторы сотовой телефонии могут заключать между собой договоры о предоставлении услуг связи, когда абонент покидает пределы домашнего региона и для обеспечения связи используются базовые вышки другого оператора, как правило, по повышенным тарифам. Таким образом, организуется так называемый роуминг сотовой связи.

    Характерной особенностью сотовой связи является жесткая ограниченность выделенных полос, вмещающих ограниченное количество частотных каналов. В стандарте GSM используются 124 канала в диапазоне 900 МГц, 373 канала — в диапазоне 1800 МГц и 50 каналов «расширенного» диапазона GSM. Для эффективного использования выделенного частотного диапазона и обеспечения высокой емкости системы в сотовой связи используется принцип повторного использования частот, который радикально отличает ее от других систем подвижной связи.

    Идея повторного использования частот заключается в том, что в близко расположенных ячейках системы используются разные полосы частот, а при определенном удалении от этих ячеек те же самые полосы частот используются снова. Такое повторное использование частот позволяет при ограниченной общей полосе частот охватить системой сколь угодно большую зону обслуживания. Это оказывается выгод­но вдвойне, если учесть возможность повышения емкости системы за счет того или иного варианта дробления ячеек.

    Рис. 9 а – трехэлементный кластер; б – семиэлементный кластер

    Пример повторного использования частот показан на рис. 9а, где одинаковыми цифрами обозначены ячейки, в которых исполь­зуются одни и те же полосы частот. В данной системе, состоящей из трехъячеечных (трехэлементных) кластеров, ячейки с одинаковы­ми полосами частот повторяются очень часто, что плохо в смысле уровня помех от станций, работающих на тех же частотных каналах в других ячейках. Для уменьшения взаимовлияния базовых станций друг на друга применяются кластеры с бóльшим числом элементов (рис. 9б).

  • Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector