Склад і призначення обладнання мобільної системи зв'язку стандарту GSМ

Структурна схема СМЗ стандарту GSМ подана на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 – Структурна схема устаткування мережі стандарту GSM

До складу мережі стандарту GSM входять MSC (Mobile Switching Centre) – центр комутації мобільного зв'язку; BSS (Base Station System) – підсистема базових станцій (BTS); контролер базових станцій (BSC); ОМС (Operations and Maintenance Centre) – центр управління і обслуговування; NMC – центр управління мережею; MS (Mobile Stations) – мобільні станції; різні додаткові системи та пристрої.

Особливістю стандарту GSМ-900 є використання підсистем базових станцій (BSS). До складу BSS входять контролер базових станцій (BSС), базові станції (BTS) і транскодер (TCE). До складу кожної BTC входять три або шість базових прийомо-передавачів, які на схемі не показані. Кожен з трьох (або шести) прийомо-передавачів, розташованих в одному осередку, які замикаються на загальний BSC, обслуговує свій 120 градусний (або 60 градусний) азимутальний сектор.

Кожна BTS містить обладнання для виконання необхідних операцій всередині одного осередка. Це переважно приймально-передавальна апаратура, яка забезпечує зв'язок з MS, кодування переданої інформації і управління у процесі естафетної передачі MS.

Функціональне спряження елементів системи здійснюється рядом інтерфейсів , тощо. Всі мережні функціональні компоненти у стандарті GSM взаємодіють відповідно до системи сигналізації SS N 7.

Центр комутації мобільного зв'язку (MSC) обслуговує групу комірок і забезпечує всі необхідні види з'єднань у процесі роботи мобільних станцій. MSC являє собою інтерфейс між фіксованими мережами (PSTN, PDN, ISDN і тощо.) і мережею мобільного зв'язку. Кожен MSC забезпечує обслуговування абонентів, розташованих у межах певної географічної зони. MSC управляє процедурами встановлення виклику і маршрутизації. Крім виконання функцій звичайної комутаційної станції, на MSC покладають функції комутації радіоканалів. До них належать "естафетна передача", під час якої досягається безперервність зв'язку при переміщенні абонентської станції з комірки до комірки, і переключення робочих каналів у комірці з появою високого рівня завад або несправностях.

MSC формує дані, необхідні для виписки рахунків за надані мережею послуги зв'язку, накопичує дані по розмовах, що відбулися, і передає їх у центр розрахунків (білінг-центр). MSC становить також статистичні дані, необхідні для контролю роботи й оптимізації мережі.

MSC підтримує також процедури безпеки, застосовувані для управління доступами до радіоканалів.

MSC не тільки бере участь в управлінні викликами, але також управляє процедурами реєстрації місця розташування і передачі управління, крім передачі управління в підсистемі базових станцій (BSS). Реєстрація місця розташування мобільних станцій необхідна для забезпечення доставки виклику рухомим абонентам, що переміщуються, від абонентів телефонної мережі загального користування або інших рухомих абонентів. Процедура передачі виклику дозволяє зберігати з'єднання і забезпечувати ведення розмови, коли мобільна станція переміщається з однієї зони обслуговування в іншу. Передача викликів в осередках, що управляються одним контролером базових станцій (BSC), здійснюється цим BSC. Коли передача викликів здійснюється між двома мережами, що управляються різними BSC, то первинне управління здійснюється в MSC. У стандарті GSM також передбачені процедури передачі виклику між мережами (контролерами), що ставляться до різних MSC.

Центр комутації здійснює постійне спостереження за мобільними станціями, використовуючи регістри положення (HLR) і переміщення (VLR), у яких зберігаються як довгострокові, так і тимчасові дані, що використовувались у процесі роботи системи. В HLR зберігаються відомості про всіх абонентів, зареєстрованих у даній системі, і про види послуг, які можуть бути їм надані. У цьому ж HLR реєструється місце розташування абонента для організації його виклику і реєстрації наданих йому послуг.

Регістр переміщення (VLR) містить приблизно такі самі відомості про абонентів – гостей, тобто про абонентів, зареєстрованих у зоні обслуговування іншої системи, але користуються на даний момент послугами мобільного зв'язку даної системи (на час роумінгу).

До складу довгострокових даних, що зберігаються в регістрах HLR і VLR, входять:

-MSI – міжнародний ідентифікаційний номер мобільного абонента;

-номер рухомої станції в міжнародній мережі ISDN;

-категорія мобільної станції;

-ключ аутентифікації;

-види забезпечення допоміжними службами;

-індекс закритої групи користувачів;

-код блокування закритої групи користувачів;

-склад основних даних, які можуть бути передані;

-оповіщення абонента, що викликає;

-ідентифікація номера абонента, що викликається;

-графік роботи;

-оповіщення викликуваного абонента;

-контроль сигналізації при з'єднанні абонентів;

-властивості (засоби) закритої групи абонентів;

-пільги закритої групи користувачів;

-заборонені вихідні виклики в закритій групі користувачів;

-максимальна кількість абонентів;

-паролі, що використовуються;

-клас пріоритетного доступу;

-заборонені вхідні виклики в закритій групі абонентів (тільки в HLR).

До складу тимчасових даних, що зберігаються в HLR, входять:

-параметри аутентифікації і шифрування;

-тимчасовий номер мобільної станції, що призначається VLR;

-адреси регістрів переміщення VLR;

-зони переміщення мобільних абонентів;

-номер осередка при естафетній передачі;

-реєстраційний статус;

-таймер відсутності відповіді (відключення з'єднання);

-склад використовуваних в цей момент паролів;

-активність зв'язку.

До складу тимчасових даних, які зберігаються в VLR, входять:

-TMSI – тимчасовий міжнародний ідентифікаційний номер користувача;

-ідентифікатори зони розташування;

-вказівки з використання основних служб;

-номер осередка при естафетній передачі;

-параметри аутентифікації і шифрування.

Практично HLR являє собою довідкову базу даних про постійно прописаних до мережі абонентів. У ній містяться розпізнавальні номери й адреси, а також параметри дійсності абонентів, склад послуг зв'язку, спеціальна інформація про маршрутизацію. Ведеться реєстрація даних про роумінг (блукання) абонента, включаючи дані про тимчасовий ідентифікаційний номер мобільного абонента (TMSI) і відповідній VLR.

До даних, що містяться в HLR, мають дистанційний доступ всі MSC і VLR мережі і, якщо в мережі є декілька HLR, у базі даних міститься тільки один запис про абонента, тому кожен HLR являє собою певну частину загальної бази даних мережі про абонентів. Доступ до бази даних про абонентів здійснюється за номером IMSI або MSISDN (номеру мобільного абонента в мережі ISDN). До бази даних можуть отримати доступ MSC або VLR, які висуваються до інших мереж, в рамках забезпечення міжмережного роумінгу абонентів.

Регістр переміщення VLR забезпечує контроль за пересуванням рухомої станції від зони до зони. За допомогою регістра VLR досягається функціонування рухомої станції за межами зони, яку контролює HLR. Коли в процесі переміщення рухома станція переходить із зони дії одного контролера базової станції BSC, що поєднує групу базових станцій, до зони дії іншого BSC, вона реєструється новим BSC, і в VLR заноситься інформація про номер області зв'язку, що забезпечить доставку викликів рухомої станції. VLR містить такі самі дані, як і HLR, однак ці дані містяться у VLR тільки доти, поки абонент перебуває в зоні, яка контролюється VLR.

Для збереження даних, що перебувають у HLR і VLR, у випадку збоїв передбачений захист пристроїв пам'яті цих регістрів.

В мережі мобільного зв'язку GSM комірки групуються в географічні зони (LA), яким привласнюється свій ідентифікаційний номер (LAC). Кожен VLR містить дані про абонентів у декількох LA. Коли рухомий абонент переміщається з однієї LA в іншу, дані про його місцерозташування автоматично оновлюється в VLR. Якщо стара і нова LA знаходяться під управлінням різних VLR, то дані на старому VLR стираються після їхнього копіювання в новий VLR. Поточна адреса VLR абонента, що міститься в HLR, також оновлюється.

VLR забезпечує також присвоєння номера "блукаючої" рухомої станції (MSRN). Коли рухома станція приймає вхідний виклик, VLR вибирає його MSRN і передає його на MSC, що здійснює маршрутизацію цього виклику до базових станцій, що знаходиться поруч з рухомим абонентом.

VLR також розподіляє номери передачі управління при передачі з'єднань від одного MSC до іншого. Крім того, VLR керує розподілом нових TMSI і передає їх у HLR. Він також управляє процедурами встановлення дійсності під час обробки виклику. За рішенням оператора TMSI може періодично змінюватися для ускладнення процедури ідентифікації абонентів. Доступ до бази даних VLR може забезпечуватися через IMSI, TMSI або MSRN. У цілому VLR являє собою локальну базу даних про мобільного абонента для тієї зони, де перебуває абонент, що дозволяє виключити постійні запити в HLR і скоротити час на обслуговування викликів.

Для виключення несанкціонованого входження в мережу застосовуються заходи щодо перевірки дійсності абонента й устаткування.

Кожен абонент отримує свій міжнародний ідентифікаційний номер (IMSI), що записаний у модуль дійсності абонента (SIМ-карту) і зберігається в регістрі положення (HLR). Цей номер використовується для впізнання в центрі аутентифікації (AUC).

З іншого боку, кожній MS привласнюється свій міжнародний ідентифікаційний номер, який записаний у регістр ідентифікації обладнання (EIR). У цьому регістрі зберігаються номери MS, власники яких мають право доступу до мережі, а також ті номери, яким з різних причин відмовлено в обслуговуванні (не оплачені послуги, виклики з викраденого радіотелефону тощо.).

EIR – регістр ідентифікації обладнання містить централізовану базу даних для підтвердження дійсності міжнародного ідентифікаційного номера устаткування рухомої станції (IМЕI). Ця база даних ставиться винятково до обладнання рухомої станції. База даних EIR складається зі списків номерів IМЕI, організованих у такий спосіб:

БІЛИЙ СПИСОК – містить номери IMEI, про які є відомості, що вони закріплені за санкціонованими рухомими станціями.

ЧОРНИЙ СПИСОК – містить номери IMEI рухомих станцій, вкрадені або ті яяким відмовлено в обслуговуванні з інших причин.

СІРИЙ СПИСОК – містить номери IMEI рухомих станцій, в яких існують проблеми, виявлені за даними програмного забезпечення, що не є підставою для внесення в "чорний список".

До бази даних EIR отримують дистанційний доступ MSC даної мережі, а також MSC інших рухомих мереж.

Як і у випадку з HLR, мережа може мати більше одного EIR, при цьому кожен EIR керує певними групами IMEI. До складу MSC входить транслятор, що при отриманні номера IMEI повертає адресу EIR, що керує відповідною частиною бази даних про обладнання.

Отже, регістри HLR, VLR, EIR і центр аутентифікації AUC утворюють базу даних, в якій перебуває вся необхідна інформація про абонентів і обладнання, а комплекс у складі MSC і бази даних становить підсистему комутації.

ОМС – центр експлуатації і технічного обслуговування, є центральним елементом мережі GSM, що забезпечує контроль і управління іншими компонентами мережі та контроль якості її роботи.

ОМС забезпечує функції обробки аварійних сигналів, призначених для сповіщення обслуговуючого персоналу, і реєструє відомості про аварійні ситуації в інших компонентах мережі. Залежно від характеру несправності ОМС дозволяє забезпечити її усунення автоматично або при активному втручанні персоналу. ОМС може забезпечити перевірку стану обладнання мережі та проходження виклику рухомої станції. ОМС дозволяє виконувати управління навантаженням у мережі. Функція ефективного управління включає збір статистичних даних про навантаження від компонентів мережі GSM, запису їх у дискові файли і виведення на дисплей для візуального аналізу. ОМС забезпечує управління змінами програмного забезпечення і базами даних про конфігурації елементів мережі. Завантаження програмного забезпечення в пам’ять можуть вибуватися з ОМС в інші елементи мережі або з них в ОМС. Кожен ОМС мережі з'єднується з ОМС інших регіонів або мереж.

NMC – центр управління мережею забезпечує раціональне ієрархічне управління мережею GSM. Він забезпечує експлуатацію і технічне обслуговування на рівні всієї мережі, що підтримується центрами ОМС, які відповідають за управління регіональними мережами. NMC забезпечує управління трафіком у всій мережі і забезпечує диспетчерське управління мережею при складних аварійних ситуаціях, як наприклад, вихід з ладу або перевантаження вузлів. Крім того, він контролює стан пристроїв автоматичного управління, задіяних в обладнанні мережі, і відображає на дисплеї стан мережі для операторів NMC. Це дозволяє операторам контролювати регіональні проблеми і, за необхідності, надавати допомогу ОМС, відповідальному за конкретний регіон. Таким чином, персонал NMC, обізнаний про стан всієї мережі, може давати вказівки персоналу ОМС на зміну стратегії вирішення регіональної проблеми.

BSS – обладнання базової станції, складається з контролера базової станції (BSC) і приймально-передавальних базових станцій (BTS). Контролер базової станції може керувати декількома приймально-передавальними блоками. BSS керує розподілом радіоканалів, контролює з'єднання, регулює їхню черговість, забезпечує режим роботи зі стрибучою частотою, модуляцію і демодуляцію сигналів, кодування і декодування повідомлень, кодування мови, адаптацію швидкості передачі для мови, даних і виклику, визначає черговість передачі повідомлень персонального виклику.

BSS разом з MSC, HLR, VLR виконує деякі функції, наприклад: вивільнення каналу, головним чином, під контролем MSC, але MSC може надати запит базовій станції на забезпечення звільнення каналу, якщо виклик не проходить через радіозавади. BSS і MSC спільно здійснюють пріоритетну передачу інформації для деяких категорій рухомих станцій.

ТСЕ – транскодер забезпечує необхідні перетворення вихідних сигналів каналів передачі мови і даних MSC (64 кбіт/с ІКМ): стиск, кодування на передачі, декодування і експондерування прийнятих сигналів. Внаслідок перетворень швидкість передачі мови, подана в цифровій формі, становить 13 кбіт/с. Цей канал передачі цифрових мовних сигналів є "повношвидкісним". Стандартом передбачається використання напівшвидкісного мовного каналу (швидкість передачі 6,5 кбіт/с).

Транскодер (ТСЕ), зазвичай розташовується разом з MSC, тоді передача цифрових повідомлень у напрямку до контролера базових станцій – BSC ведеться з додаванням до потоку зі швидкістю передачі 13 кбіт/с додаткових бітів до швидкості передачі даних 16 кбіт/с. Потім здійснюється ущільнення 4-х 16-кілобітних каналів у стандартний канал 64 кбіт/с. Так формується 30-канальна ІКМ лінія, що забезпечує передачу 120 мовних каналів. Шістнадцятий канал (64 кбіт/c) виділяється окремо для передачі інформації сигналізації і часто містить трафік SS N7. Іншим каналом (64 кбіт/с) можуть передаватися також пакети даних, що узгоджуються з інтернет протоколом.

Отже, сумарна швидкість передачі за зазначеним інтерфейсом становить 30x64 кбіт/с + 64 кбіт/с + 64 кбіт/с = 2048 кбіт/с.

У рамках стандарту GSМ прийнято 5 класів АС: від моделі 1-го класу з вихідною потужністю до 20 Вт, що встановлюється на транспортних засобах, до моделі 5-го класу з максимальною вихідною потужністю до 0.8Вт.