Архітектура системи стандарту UMTS

Система UMTS складається з ряду логічних елементів мережі, кожен з яких виконує певні функції.

За своїми функціями елементи мережі групуються в мережу радіодоступу (RAN, UMTS територіального рівня – UTRAN), яка оперує всіма функціями, що належать радіозв'язку, в базову мережу (CN), яка забезпечує комутацію і маршрутизацію викликів і канали передачі даних у зовнішні мережі. До складу архітектури систем UMTS входить також устаткування користувача (UE) і радіоінтерфейс (Uu). Архітектура системи UMTS високого рівня показана на рис. 6.4.

Рисунок 6.4 – Архітектура системи UMTS високого рівня

Абонентне устаткування (UE) і радіоінтерфейс (UTRAN) побудовані на технології радіозв'язку WCDMA.

Побудова базової мережі (CN) взята з GSM. Це дає системі з новою технологією радіозв'язку глобальну базу з відомої і випробуваної технології CN, що сприяє прискоренню її впровадження і дозволяє використовувати як глобальний роумінг.

Система UMTS є модульною в тому значенні, що можливо мати декілька елементів мережі одного і того самого типу. У принципі, мінімальною вимогою для того, щоб мережа працювала і забезпечувала всі свої функціональні можливості, є наявність, принаймні, одного логічного елемента мережі кожного типу (зазначимо, що деякі функції і, отже, деякі елементи мережі є необов'язковими). Можливість мати декілька об'єктів одного й того самого типу дозволяє ділити систему UMTS на підмережі, що працюють або самостійно, або разом з іншими підмережами, і які є тотожними один одному. Така мережа називається UMTS PLMN (наземна мобільна мережа загального користування). Зазвичай, одна PLMN експлуатується одним оператором і з'єднується з іншими PLMN також, як і з іншими типами мереж, наприклад, ISDN, PSTN, Інтернет тощо. На рис. 6.5 показані елементи PLMN і для того, щоб проілюструвати внутрішні з'єднання, – також і зовнішні мережі.

До складу UE входять такі елементи:

– рухоме устаткування (ME);

– радіотермінал, використовуваний для радіозв'язку через інтерфейс Uu;

– модуль ідентифікації абонента UMTS (USIM), що реалізує алгоритм аутентифікації і шифрування, і деякі дані про послуги, якими має право користуватися абонент.

Рисунок 6.5 – Елементи мережі в UMTS.

До складу UTRAN входять два елементи:

– вузол B, що перетворює потік даних між інтерфейсами Iub і Uu. Він також бере участь в управлінні радіоресурсами. (Зазначимо, що термін «Вузол B» з відповідних специфікацій 3GPP означає те саме, що термін «Базова станція»);

– контролер радіомережі (RNC) володіє і управляє радіоресурсами у своїй області (до неї підключені вузли B). RNС є точкою доступу до сервісу для всіх послуг, які UTRAN надає CN, наприклад, управління з'єднаннями з UE.

Контролер RNS забезпечує раціональне використовування радіоресурсів і здійснює хендровер. До кожного контролера RNS через інтерфейс Iub підключені один або декілька логічних вузлів B. До складу кожного з вузлів B входять одна або декілька базових станцій.

Основними елементами базової мережі GSM, що використовуються в UMTS, є такі:

– HLR (регістр домашнього місцезнаходження, за місцем реєстрації). Це – база даних, яка зберігає інформацію про послуги, що надаються абоненту, заборонених районів роумінга і додаткову сервісну інформацію, наприклад, про можливість переключення телефонного виклику і номера телефону, на який відбувається переадресація;

– MSC/VLR – комутатор (MSC) і база даних. Функція MSC використовується для комутації повідомлень з мережі CS, функція VLR забезпечує обслуговування гостьового користувача, а також інформацію про місцеположення абонентного терміналу в системі обслуговування;

– GMSC (шлюзовий MSC) – він погоджує UMTS PLMN із зовнішніми мережами CS. Всі вхідні і вихідні з'єднання CS проходять через GMSC.

– SGSN (вузол із забезпечення послуг GPRS), функції якого подібні функціям MSC/VLR, але зазвичай використовується для забезпечення послуг з комутацією пакетів;

– GGSN (вузол із забезпечення міжмережного переходу GPRS) функціонально близький до GMSC, але пов'язаний з наданням послуг.

Зовнішні мережі поділяються на дві групи:

– мережі CS. Вони забезпечують з'єднання з комутацією каналів, як це має місце в існуючому нині телефонному зв'язку;

– мережі PS. Вони забезпечують з'єднання з комутацією пакетів даних. Одним з прикладів мережі PS служить Інтернет.

У стандарті UMTS визначені такі основні відкриті інтерфейси:

– інтерфейс Cu. Це – інтерфейс між інтелектуальною платою (смарт-карткою) USIM (модуль ідентифікації абонента мережі UMTS) і радіо терміналом (ME);

– інтерфейс Uu. Це – інтерфейс, через який UE має доступ до стаціонарної частини системи, і тому є найважливішим інтерфейсом у UMTS;

– інтерфейс Iu. Він поєднує UTRAN з базовою мережею CN.

Інтерфейс Iu забезпечує за допомогою відповідного протоколу всі процедури взаємодії між базовою мережею і мережею радіодоступу UTRAN. Передача повідомлень між базовою мережею і абонентним устаткуванням здійснюється без проміжної обробки в радіомережі UTRA4;

– інтерфейс Iur. Інтерфейс Iur дозволяє здійснювати м'який хендовер між RNC від різних виробників і тому він доповнює відкритий інтерфейс Iu. Інтерфейс Iur визначає характер взаємодії між обслуговуючою і пасивною підсистемами RN. Інформаційні пакети мають кадри даних, поточні оцінки якості послуг, синхропараметри тощо. Потоки сигналізації містять повідомлення про виключення/додавання стільника в пасивну RNS, про використані радіоресурси тощо;

– інтерфейс Iub, який поєднує вузол B і RNC. Інтерфейс Iub регламентує характеристики стику між контролером RNS і вузлом B. Через інтерфейс Iub передаються потоки сигнальній інформації (додавання або вилучення комірок, контрольованих вузлом B, дані радіообміну в лініях “вниз” і “вгору”, оцінка якості каналів “вверх” і синхропараметри).