Схема построения и состав оборудования сетей

Оборудование сетей GSM включает в себя подвижные (радиотелефоны) и базо­вые станции, цифровые коммутаторы, центр управления и обслуживания, раз­личные дополнительные системы и устройства. Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется с помощью ряда интерфейсов.

Функциональное построение и интерфейсы, принятые в стандарте GSM, ил­люстрируются структурной схемой, представленной на рис. 3.17.

Подвижные станции MS состоят из оборудования, которое предназначено для организации доступа абонентов сетей GSM к существующим сетям связи. В рамках стандарта GSM приняты пять классов подвижных станций: от моде­ли 1-го класса с выходной мощностью до 20 Вт, устанавливаемой на транс­портных средствах, до модели 5-го класса с максимальной выходной мощнос­тью до 0,8 Вт (табл. 3.6). При передаче сообщений предусматривается адаптивная регулировка мощности передатчика, обеспечивающая требуемое качество связи. Подвижная и базовые станции независимы друг от друга.

Каждая подвижная станция имеет свой международный идентификацион­ный номер (IMSI), записанный в ее памяти. Такой подход позволяет уста­навливать радиотелефоны, например, в автомобилях, сдаваемых напрокат.

Рис. 3.17. Структурная схема построения сети GSM

Таблица 3.6. Классификация подвижных станций

Каждой подвижной станции присваивается еще один международный иден­тификационный номер IMEI, который используется для исключения доступа к сетям GSM с помощью похищенной станции или станции, не обладающей такими полномочиями.

Оборудование подсистемы базовых станций состоит из контроллера базовых станций BSC и собственно базовых станций BTS. Один контроллер может уп­равлять несколькими станциями. Он выполняет следующие функции: управ­ляет распределением радиоканалов; контролирует соединения и регулирует их очередность; обеспечивает режим работы с «прыгающей» частотой, модуля­цию и демодуляцию сигналов, кодирование и декодирование сообщений, ко­дирование речи, адаптацию скорости передачи речи, данных и сигналов вызо­ва; определяет очередность передачи сообщений персонального вызова.

Оборудование подсистемы коммутации состоит из центра коммутации подвиж­ной связи MSC, регистра положения HLR, регистра перемещения VLR, центра аутентификации AUC и регистра идентификации оборудования EIR.

Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечи­вает все виды соединений, в которых нуждается подвижная станция в про­цессе своей работы. Он представляет собой интерфейс между сетью подвиж­ной связи и фиксированными сетями, такими как телефонная сеть общего пользования PSTN, сети пакетной передачи PDN, цифровые сети с интегра­цией служб ISDN, и обеспечивает маршрутизацию вызовов и функцию уп­равления вызовами. Кроме этого, на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов, к которым относятся эстафетная передача, обеспечивающая непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисп­равностей.

Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя регистры положения (HLR) и перемещения (VLR). В регистре положения хранится та часть информации о местоположении ка­кой-либо подвижной станции, которая позволяет центру коммутации до­ставить вызов. Этот регистр содержит международный идентификацион­ный номер подвижного абонента (IMSI), который используется для опознавания подвижной станции в центре аутентификации (AUC), а также еще некоторые данные, необходимые для нормальной работы сети GSM. Перечень этих данных представлен на рис. 3.18.

Регистр перемещения (VLR) — это второе основное устройство, обеспечи­вающее контроль за передвижением подвижной станции из соты в соту. С его помощью достигается функционирование подвижной станции за пре­делами контролируемой регистром положения зоны. Когда в процессе пе­ремещения подвижная станция переходит из зоны действия одного контрол­лера базовых станций в зону действия другого, то она регистрируется последним, т. е. в регистр перемещения заносится новая информация. Для сохранности данных, находящихся в регистрах положения и перемещения, в случае сбоев предусмотрена защита запоминающих устройств этих регистров. Состав временных данных, хранящихся в этих регистрах, приведен на рис. 3.19.

Рис. 3.18. Состав долговременных данных, хранящихся в регистре положения

Для исключения несанкционированного использования ресурсов системы сотовой связи в нее введены механизмы аутентификации — удостоверения подлинности абонента. Центр аутентификации (AUC) состоит из нескольких блоков и формирует ключи и алгоритмы аутентификации. С его помощью проверяются полномочия абонента и осуществляется его доступ к сети связи. AUC принимает решения о параметрах процесса аутентификации и опреде­ляет ключи шифрования на основе базы данных, сосредоточенной в регистре идентификации оборудования (EIR).

Рис. 3.19. Состав временных данных, хранящихся в HLR и VLR

Каждый подвижный абонент на время пользования системой сотовой связи получает стандартный модуль подлинности абонента (SIM-карту), который содержит: международный идентификационный номер (IMSI), свой индиви­дуальный ключ аутентификации (К,), алгоритм аутентификации (A3). С по­мощью этой информации, в результате взаимного обмена данными между подвижной станцией и сетью, осуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента к сети.

Процедура проверки подлинности абонента реализуется следующим образом (рис. 3.20). Сеть передает на подвижную станцию некоторое случайное число (RAND). В аппаратуре сотового радиотелефона с помощью индивидуального ключа и алгоритма аутентификации A3 производится преобразование полученного числа (путем математических вычислений) и вычисляется результат (SRES), т. е. новое число. Это число подвижная станция посылает обратно в сеть, которая сравнивает значение этого отклика со значением, вычисленным непосредственно сетью. Если оба значения совпадают, то подвижная станция получает доступ к сети. В противном случае связь прерывается, и индикатор подвижной станции показывает, что опознавание не состоялось. Для обеспечения секретности вычисление отклика происходи! скрытно (SIM-картой).

Центр управления и обслуживания (ОМС) обеспечивает распределение фун­кций и организацию взаимодействия между MSC и подсистемой базовых станций (BSS). Его функции совпадают с функциями центра управления и обслуживания в обычных сетях связи. Различие заключается лишь в том, что в сетях стандарта GSM центр ОМС обеспечивает управление работой радио-подсистемы.

Рис. 3.20. Процедура проверки абонента