Процесс установления соединения

Описание процедуры установления соединения

Чтобы активизировать подвижную станцию (MS), необходимо включить ее питание, после чего подвижная станция выполняет последовательные действия, необходимые для того, чтобы "найти себя" в сети GSM. Вначале MS ищет несущую, на которой передается канал вещания в данной соте. Для этого подвижная станция измеряет принимаемую мощность всех 124 несущих, используемых в системе GSM. Несущая, содержащая канал вещания, имеет самый высокий уровень мощности в данной соте. MS составляет список измеренных несущих в порядке уменьшения их мощности. На следующем этапе MS последовательно сканирует несущие частоты из списка в поисках канала коррекции частоты (FCCH). Обнаружение этого канала равнозначно нахождению нулевого временного слота вещательной несущей. Генератор несущей частоты MS настраивается на эту частоту. В нулевых словах следующего кадра MS находит остальные важные каналы управления в соответствии со структурой. В нулевом слоте последующего кадра MS находит канал синхронизации (SCH) и декодирует содержащуюся в нём информацию, а именно код идентификации базовой станции (англ. Base Station Identity Code - BSIC) и приведенный номер кадра (англ. Reduced Frame Number - RFN).

На этом пассивная часть активизации MS в сети заканчивается. Для того чтобы подвижную станцию можно было вызвать, или для того, чтобы она могла инициировать установление соединения, она должна быть зарегистрирована в сети. Регистрация - это одна из причин обновления в системе информации о местоположении MS. Регистрация производится, если идентификатор области местоположения (англ. Location Area Identiti - LAI), переданный на MS с базовой станции, отличается от хранимого в памяти MS. Обновление информации о местоположении производится периодически, что позволяет отслеживать перемещение MS и ее текущее состояние.

Начиная процедуру обновления своего местоположения, например, при регистрации после включения питания, подвижная станция посылает на базовую станцию с помощью канала RACH запрос на канал для проведения регистрации. Базовая станция передает этот запрос на контроллер базовых станций (BSC). Последний отвечает базовой станции командой на предоставление свободного в данный момент канала SDCCH. Базовая станция подтверждает BSC прием команды и информирует MS по каналу AGCH о выделении канала SDCCH. Затем подвижная станция посылает по только что выделенному каналу SDCCH запрос на обновление местоположения. Запрос содержит тип подлежащей выполнению процедуры обновления местоположения, временный идентификатор мобильного абонента (TMSI - номер, временно выделяемый пользователю в сети) и идентификатор области местоположения (LAI). Последние два параметра сохраняются в памяти подвижной станции. Запрос подвижной станции попадает в MSC и в VLR через базовую станцию и контроллер базовых станций. Если VLR уже содержит TMSI пользователя в своей базе данных, то обновляется информация только об активизации подвижной станции. Если в записях VLR нет TMSI данного абонента, то декодируется LAI, переданный подвижной станцией.

LAI косвенно определяет VLR, который раньше обслуживал данную МС. После установления соединения текущего VLR с предыдущим, последний передает параметры пользователя текущему VLR, в том числе международный идентификационные номер подвижного абонента (англ. International Mobile Subsen be Identify - IMSI) и данные, необходимые для его идентификации. Если предыдущий VLR не содержит параметров, которые нужны при первом соединении с системой, то MSC направляет подвижной станции запрос на отправку ей своего IMSI-номера с использованием канала SDCCH. Отправка IMSI-номера производится подвижной станцией по радиоканалу только один раз. Сообщение попадает в MSC и VLR. Номер IMSI определяет адрес записи с информацией о пользователе в HLR, что обеспечивает возможность получения данных, необходимых для идентификации пользователя. Эта информация загружается в текущий VLR. За исключением случаев первой регистрации в сети, необходимая информация о пользователе уже содержится в текущем или в предыдущем VLR.

Теперь можно начинать процедуру идентификации. После подтверждения принятия подвижной станции и проверки аутентичности пользователя устанавливаются новые параметры подвижной станции: временный идентификатор мобильного абонента (TMSI, не всегда) и идентификатор области местоположения (L41). Информация о пользователе обновляется в HLR и в VLR. Строго говоря, HLR инициирует удаление информации о пользователе из предыдущего VLR и ее перенос в новый VLR. MS подтверждает получение новых параметров. Новый TMS I-номер должен передаваться подвижной станции по радиоканалу в зашифрованном виде, поэтому инициируется переход в режим шифрования данных. В результате базовая станция (BS) и MS должны обмениваться информацией по выделенному им заново каналу SDCCH. Текущий TMSI-номер действителен только на время пребывания подвижной станции в области обслуживания текущего VLR. Это одна из мер, принимаемых для обеспечения конфиденциальности разговора. Используемый для регистрации и обновления местоположения канал SDCCH освобождается по завершении этих процедур.

После проведения полной синхронизации MS с сетью и завершения процедуры регистрации становится возможной инициация установления соединения. Подвижная станция сканирует общий канал управления (CCCH) для того, чтобы найти предназначенный ей канал вызова (РСН).

В случае вызова с подвижной станции выполняются следующие действия:

- подвижная станция посылает на базовую станцию пакет случайного доступа, тем самым реализуя логический канал RACH;

- в ответ подвижная станция должна получить три пакета, образующих канал разрешенного доступа (AGCH), реализованного в рамках канала CCCH.

Канал AGCH содержит номер канала SDCCH, выделенного подвижной станции на время установления соединения. По вещательному каналу управления (ВССН) принимаются два параметра: периода рандомизации TX-INTEGER и максимального количества повторных передач MAX-RETRANS. Это позволяет при возникновении коллизии с другими подвижными станциями во время передачи канала RACH произвести повторную передачу RACH не более фиксированного количества, раз через псевдослучайный промежуток времени. После получения AGCH подвижной станции на время установления соединения выделяется канал SDCCH. По этому каналу MS отправляет сообщение, содержащее TMSI-номер пользователя, через базовую станцию на контроллер базовых станций (BSC), информируя его о запросе на установление соединения. BSC передает это сообщение в центр коммутации MSC, добавляя к нему идентификационный код, соты, в которой подвижная станция расположена в текущий момент. После этого MSC информирует связанный с ней VLR о запросе подвижной станции на установление соединения. VLR инициирует процедуру идентификации подвижной станции, для осуществления которой снова используется канал SDCCH между подвижной и базовой станциями. После положительной идентификации следует переключение в режим шифрованной передачи данных. Затем подвижной станции передается ее новый TMSI-номер. Подвижная станция подтверждает его получение. Следующее сообщение, посылаемое подвижной станцией, содержит номер вызываемого пользователя и тип запрашиваемой услуги. Это сообщение попадает в MSC и VLR. Если запрашиваемая услуга присутствует в хранимом VLR списке услуг, на которые подписан вызывающий абонент, сеть посылает вызывающей подвижной станции сообщение о начале установления соединения. Коммутатор MSC выделяет этому соединению фиксированную (проводную) линию, а подвижной станции - канал трафика. В результате такой процедуры подвижная станция получает среди прочей следующую информацию:

номер выделенного временного слота;

- код одной из восьми возможных обучающих последовательностей, используемых в нормальном пакете для идентификации канала; абсолютный номер радиочастотного канала (англ. Absolute Radio Frequency Channel Number - ARFN) - номер, определяющий конкретную несущую, которая будет использована для передачи данных;

- значение временного сдвига (англ. Timing Advance - ТА) - число, определяющее необходимый временной сдвиг начала передаваемого пакета относительно системных часов, обеспечивающий правильное временное расположение пакета во временном слоте при его приеме базовой станцией;

- параметры процедуры скачкообразной перестройки частоты (англ. Frequency Hopping - FB), если она применяется.

Затем подвижная станция подтверждает получение канала. Эта информация попадает в MSC. Если вызываемый пользователь принадлежит к той же самой сети GSM, выполняются некоторые дополнительные этапы установления соединения, однако эти детали выходят за рамки данного раздела.

После установления соединения через MSC, транзитный MSC GSM-системы (GMSC) и коммутатор телефонной сети общего пользования, производится вызов требуемого абонента ТфОП. При его ответе подвижная станция получает сообщение с подтверждением успешного соединения с вызываемым пользователем. Начиная с этого момента, становится возможным передача голоса или данных обоими пользователями при помощи выделенного временного слота на закрепленной несущей частоте в соответствии со структурой мультикадра. Напомним, что помимо канала передачи данных, данному соединению выделяется низкоскоростной совмещенный канал управления (SACCH). По этому каналу подвижная станция передает на базовую станцию следующую информацию:

- мощность принимаемого сигнала и оценка качества передачи обслуживающей соты;

- мощность шести сильнейших несущих, передающих канал ВССН в соседних сотах;

- мощность принимаемого сигнала в пустом слоте в течение периода измерения;

- временной сдвиг, применяемый подвижной станцией в течение периода измерения.

В свою очередь, базовая станция передает по каналу SACCH на подвижную станцию следующую информацию: описание соседних сот, идентификатор соты, идентификатор местоположения и сигналы управления уровнем мощности подвижной станции.

Рассмотрим упрощенную процедуру осуществления звонка на подвижную станцию. Последовательные этапы установления соединения.

На первом этапе абонент фиксированной сети набирает номер GSM-абонента. Коммутатор сети телефонной сети общего пользования, ISDN или другой сети передачи данных посылает запрос на установление соединения на транзитный MSC GSM (GMSC). Чтобы установить соединение, необходимо определить текущее местоположение вызываемой подвижной станции. Для этого GMSC посылает запрос в регистр HLR, который в ответ информирует GMSC о местонахождении подвижной станции и VLR, в котором подвижная станция зарегистрирована в текущий момент. На свой запрос HLR регистр получает от VLR роуминговый номер мобильного абонента (англ. Mobile Subscriber Roaming Number MSRN) - временный номер подвижной станции, который передается в GMSC. GMSC начинает установление соединения с соответствующим MSC. Этот MSC проверяет в регистре VLR, доступна ли запрашиваемая услуга данному абоненту, а также запрашивает в VLR текущее местоположение подвижной станции. В действительности MSC получает из VLR такие параметры вызываемой MS, как код области местоположения (англ. Location Area Code - LAC) и TMSI.

Обратим внимание, что область местоположения обслуживается целой группой базовых станций. После определения этой области и выяснения в VLR, что подвижная станция находится, по крайней мере, в режиме ожидания, MSC посылает запрос на все контроллеры базовых станций (BSC), работающих в данной области. Это реализуется отправкой логического канала вызова на вещательных несущих всех сот, обслуживаемых этими BSC. Фактически, подвижная станция ищется одновременно в нескольких сотах. Когда подвижная станция получает предназначенный ей канал вызова, она отвечает на него отправкой канала RACH на ближайшую базовую станцию. Это позволяет локализовать подвижную станцию в конкретной соте области местоположения. BSC выделяет вызываемой подвижной станции канал SDCCH и информирует об этом MSC. С этого момента подвижная станция будет отвечать центру MSC по выделенному каналу SDCCH. Затем контроллер базовых станций посылает в MS C запрос на обслуживание. Этот запрос содержит идентификатор соты и временный идентификационный номер подвижного абонента. MSC информирует свой VRL об ответе подвижной станции на направленный ей вызов. VRL инициирует процедуру идентификации подвижной станции, в которую вовлечены MSC, BSC и MS. По завершении этой процедуры VRL выдает MSC команду начать шифрование данных. Последний передает эту команду базовой и подвижной станциям. После инициации шифрования данных в подвижной станции ей назначается новый TMSI-номер на время соединения. MS подтверждает получение нового номера, эта информация попадает в VRL и MSC начинает устанавливать соединение с данной подвижной станцией, посылая ей соответствующее сообщение (Set-Up-message). MS подтверждает получение этого сообщения. Затем MSC выделяет фиксированную линию связи между собой и контроллером базовой станции и требует, чтобы BSC выделил свободный канал трафика. Таким образом, соединению выделяется номер несущей частоты, номер временного слота и обучающая последовательность. Подвижная станция посылает подтверждение приема указанных параметров, которые затем передаются в MSC. Одновременно MS начинает подавать звонковый сигнал и информирует об этом MSC. Последний начинает передавать вызывающему абоненту сигнал звонка. После того как мобильный пользователь примет вызов (поднимет трубку), начинается сам разговор.

Когда запрос на установление соединения приходит от абонента фиксированной телефонной сети, GMSC выясняет в регистре HLR местоположение подвижной станции в текущий момент. Рассмотрим случай, при котором вызываемая подвижная станция находится в области обслуживания другой сети и временно зарегистрирована в ней. Адрес этой подвижной станции извлекается из HLR и отправляется в соответствующий центр коммутации вызывающего абонента фиксированной сети. Этот центр коммутации посредством фиксированной сети связи устанавливает международное соединение с вызываемым абонентом, находящимся в другой GSM-сети.