Идеология построения GSM

При рассмотрении идеологии построения сотовой телефонной сети стандарта GSM, остановимся в начале на ее функциональной структуре, т.е. какие функциональные единицы она содержит, и какие при этом существуют логические связи. Основу сети GSM, объединяющую совокупность сот, составляют: коммутационный центр КЦ (SS), базовая БС (BSS) и подвижная станции ПС (MS). В свою очередь все они состоят из ряда блоков, функциональная структура сети GSM представлена на рис.3.1.

Коммутационный центр обеспечивает коммутацию и реализацию функций по процессу обслуживания вызовов, как и узлы коммутации стационарных телефонных сетей. При этом, как известно, в GSM значительно изменился процесс обслуживания вызовов, что возлагает на КЦ необходимость реализации ряда функций, обусловленных использованием радиоканалов. Во-первых, так как закрепление радиоканалов осуществляется за вызовами, а не за абонентами, необходима аутентификация абонента во избежание несанкционированного использования сети GSM. Кроме того, необходимо учитывать то, что оконечные устройства являются нестационарными, и возможно их воровство. Поэтому нужно не только аутентифицировать абонента, но и идентифицировать оборудование ПС. Во-вторых, сотовая телефонная сеть общего пользования (PLМN - Pablic Mobile Network) может содержать несколько узлов коммутации подвижных станций (УКПС), а каждый УКПС - несколько БС, и абонент может свободно перемещаться между зонами обслуживания различных БС, и УКПС, что требует изменения подхода к организации абонентских данных. В узлах коммутации стационарных телефонных сетей имеются данные об абонентских линиях, включенных в каждый конкретный узел коммутации. В сотовых же телефонных сетях ПС включается не в конкретный УКПС, а непосредственно в сеть. Следовательно, необходимо, с одной стороны, иметь единую базу абонентских данных для всей сети, с другой стороны, каждый УКПС должен иметь абонентские данные о ПС, находящихся в данный момент времени в зоне его обслуживания, получая их по мере необходимости из единой базы данных. В-третьих, необходимо реализовать функции по взаимодействию с различными типами сетей электросвязи. Принцип организации взаимосвязи различных сетей электросвязи с GSM показан на рис.3.2. Для реализации вышеуказанных функций КЦ (SS-Switching System), как функциональная единица сети GSM, содержит следующие функциональные блоки (рис.3.1):

- узел коммутации подвижных станций УКПС (MSC - Mobile Services Switching Centre), который непосредственно осуществляет коммутацию, управление процессом обслуживания вызовов с модификацией данных о местонахождении ПС и переключение вызова из одной зоны обслуживания в другую, а также тарификацию;

- транзитный узел коммутации подвижных станций ТУКПС (GMSC - Gateway MSC), являющийся шлюзом для выхода на другие сети электросвязи;

- адресный регистр подвижных станций АРПС (HLR - Home Location Register), представляющий собой единую базу абонентских данных для конкретной сотовой телефонной сети, обеспечивающий хранение абонентских данных ПС, а также данных о том в каком ВРПС зарегистрирована каждая из ПС в конкретный момент времени;

- временный регистр подвижных станций ВРПС (VLR - Visitor Location Register), содержащий абонентские данные ПС, находящихся в данный момент в зоне обслуживания конкретного УКПС. Необходимые данные ВРПС получает из АРПС;

- центр аутентификации абонентов ЦА (AUC - Authentication Centre), обеспечивающий защиту сети от несанкционированного доступа;

- регистр идентификации оборудования РИО (EIR - Eqvipment Identity Register), который соединен с УКПС и позволяет идентифицировать ПС.

Базовая станция, как функциональная единица сети GSM, разделена на два функциональных блока: приемо-передающая станция ПБС (BTS - Base Transceiver Station) и контроллер базовой станции КБС (BSC - Base Station Controller). Приемо-передающая станция обеспечивает только радиообмен между БС и ПС. Контроллер БС осуществляет предварительную обработку информации для УКПС, т.е. реализует транскодирование, контролирует уровень сигналов радиоканалов (перемещение абонента), передачу вещательного вызова для поиска конкретной ПС и т.д. При этом один КБС может управлять одной или несколькими ПБС.

При рассмотрении сотовых телефонных сетей, в отличие от стационарных, следует учитывать то, что абонентская “линия” включается не в конкретный узел коммутации, а непосредственно в сеть, которая может объединять не только несколько сотовых телефонных сетей общего пользования в пределах одной страны, но и сотовые телефонные сети различных стран. Поэтому необходимо четко определить зоны обслуживания каждой из структурно-функциональных единиц глобальной сотовой телефонной сети. В общем виде можно выделить следующие зоны

обслуживания (рис.3.3):

- сота (Cell);

- зона местонахождения или поиска (Location Area);

- зона обслуживания УКПС (MSC Service Area);

- зона обслуживания сотовой телефонной сети общего пользования (PLMN Service Area);

- зона обслуживания глобальной сотовой телефонной сетью (GSM Service Area).

Под сотой понимают зону обслуживания одной ПБС.

Зона местонахождения или поиска объединяет ряд сот, контролируемых одним или несколькими КБС, но в пределах одного УКПС. При этом в пределах зоны местонахождения абонент может свободно перемещаться без обновления данных в ВРПС. Кроме того, в пределах этой зоны обслуживания осуществляется передача адреса для поиска конкретной ПС.

Зона обслуживания УКПС является частью сотовой телефонной сети, покрываемой одним УКПС, а абонент зарегистрирован в ВРПС конкретного УКПС. В этом случае он может свободно перемещаться в пределах данной зоны обслуживания без передачи его абонентских данных в другой ВРПС и обновления данных в АРПС.

Зона обслуживания сотовой телефонной сети общего пользования определяется зонами обслуживания УКПС без участия ТУКПС, через который осуществляется выход на другие сети электросвязи, в том числе и к другим зонам обслуживания сотовых телефонных сетей общего пользования.

Зона обслуживания глобальной сотовой телефонной сетью объединяет все зоны обслуживания национальных сотовых телефонных сетей. При этом следует иметь в виду, что все национальные сотовые телефонные сети должны быть построены в соответствии со стандартом GSM.

Такой подход к функциональной организации определяет и систему номерации сети GSM. Учитывая, что сотовая телефонная сеть GSM может обеспечивать связь ПС с абонентами стационарной телефонной сети общего пользования (в перспективе ЦСИО), а через нее и с абонентами других сетей электросвязи, она должна входить в общий план номерации стационарной телефонной сети общего пользования в соответствии с рекомендациями МККТТ Е.164. При этом номер ПС в общем плане номерации MSISDN - Mobile Station ISDN Number содержит: код страны; код сети, номер абонента. Для России будет представлен как 7 АВС авххххх. Однако сотовая телефонная сеть GSM является выделенной и, как известно, она может объединять сотовые телефонные сети различных стран. Поэтому в соответствии с рекомендациями GSM в пределах сети GSM принята единая номерация, и при регистрации абоненту присваивается единый международный номер IMSI - International Mobile Station Subscriber Identity, длина которого не должна превышать 15 цифр. Структура номера IMSI аналогична структуре номера MSISDN, но: под код страны в сети GSM отводятся 3 цифры; под код сети 1-2 цифры; под номер абонента максимум 11 цифр. Кроме того, возникает проблема при маршрутизации входящих вызовов в ТУКПС от стационарной телефонной сети из-за того, что ПС, свободно перемещаясь, может изменять зоны обслуживания. Вследствие чего, в отличие от стационарных телефонных сетей, в списочном номере (MSISDN, IMSI) не может быть заложен код логического направления связи, однозначно определяющий УКПС, в зоне обслуживания которого в данный момент находится вызываемая ПС. Чтобы обеспечить возможность маршрутизации, каждый УКПС(ВРПС) имеет в своем распоряжении совокупность номеров MSRN - Mobile Station Roaming Number, которые по требованию предоставляются ТУКПС только на время маршрутизации вызова до конкретного УКПС. Учитывая это, номер MSRN в отличие от номера MSISDN содержит не номер абонента, а номер, идентифицирующий УКПС. В УКПС(ВРПС) выделенный номер MSRN ставится в однозначное соответствие с номером IMSI вызываемой ПС. Для определения зоны поиска (местонахождения) в сети GSM используется номер LAI - Location Area Identity, отличающийся от номера IМSI тем, что здесь вместо номера абонента указывается код зоны местонахождения. Кроме указанных номеров в сети GSM используется номер, определяющий соту в пределах зоны местонахождения CGI - Cell Global Identity, и номер (код), определяющий базовую станцию BSIC - Base Station Identity Code.

Наряду с рассмотренными номерами, используемыми в процессе маршрутизации вызовов, стандартном GSM предусмотрен номер для идентификации оборудования IMEI - International Mobile Station Equipment Identity и временный номер абонента TMSI - Temporary Mobile Subscriber Identity, используемый для обеспечения конфиденциальности. Номер IMEI включает в себя коды типа оборудования и код завода изготовителя, серийный номер. Номер TMSI определяется администрацией сети, и его длина должна составлять не более 4 байт.

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

1. Что собой представляет функциональная структура сети GSM? Перечислите функциональные блоки и их назначение.

2. В чем особенности организации абонентской базы данных в сотовых телефонных сетях?

3. Поясните организацию взаимодействия сотовых телефонных сетей с другими сетями электросвязи.

4. Какие зоны обслуживания включает в себя сеть GSM и чем они определяются?

5. Поясните принцип и особенности системы номерации сотовой телефонной сети стандарта GSM.