Структура протоколов стандарта GSM

Покажем, каким образом структурировано семейство протоколов GSM в рамках модели OSI. Необходимо заранее отметить, что детальное исследование уровневых протоколов стандарта GSM требует отдельного изложения, поэтому нашей задачей является показать базовые принципы, заложенные в архитектуру мобильных сетей и структурирование внутрисетевых протоколов, обеспечивающих информационный обмен в сети с позиций эталонной модели OSI.

Эталонная модель OSI применительно к мобильной радиосвязи делится на два укрупненных слоя. Верхний – охватывает уровни, непосредственно не связанные с предоставлением доступа. Нижний – обеспечивает обслуживание всех элементов системы, связанных с организацией радиосвязи и предоставлением доступа.

Архитектура модели стандарта GSM является открытой и имеет три уровня (рис. 6.2): физический, канальный и сетевой [19, 26, 81]. Канальный уровень также подразделяется на два подуровня: LLC (управление доступом к каналу) и MAC (управление доступом к среде). На сетевом уровне и подуровне LLC используется совокупность протоколов, охватывающая область управления и абонентскую область.

Рис. 6.2. Эталонная модель взаимодействия OSI/ISO в стандарте GSM

Равноправные объекты канального, сетевого, транспортного и других уровней устанавливают соединения через точки доступа к сервису (ТДС) или услугам, к которым относится контроль ошибок, управление информационным потоком, сегментация блоков данных, объединение, выбор маршрута и т.п. (рис. 6.3). Каждый уровень имеет четко определенный интерфейс, что позволяет реализовать на нем любой протокол вне зависимости от остальных уровней [26].

Сетевой уровень также разделен на несколько подуровней, самый нижний из которых отвечает за управление радиоресурсами и обозначается как RR (Radio Resourse Management). Подуровень RR напрямую связан с подуровнем LLC канального уровня и выполняет все сетевые процедуры, связанные с обработкой управляющей информации, которая циркулирует между мобильными абонентами и сетью.

В число основных функций сетевого протокола подуровня RR входят установление, переконфигурирование и разъединение соединений в каналах сигнализации и радиодоступа, процедуры, связанные с перемещением MS, в том числе режимы управления мобильностью MM (Mobility Management) и соединениями CM (Connection Management), а также управление мощностью с помощью внешней схемы регулирования.

Рис. 6.З. Иллюстрация взаимодействия равноуровневых объектов

На рис. 6.4 представлена иерархическая структура протоколов сети GSM, отражающая взаимодействие основных подсистем сети: подсистемы коммутации SSS (Switching System) и подсистемы базовых станций BSS (Base Station System) [1].

Рис. 6.4. Иерархическая структура протоколов сети GSM

Далее по тексту раскрывается назначение протоколов, отраженных в представленной ниже структуре. Главная задача сетевого уровня – формирование потоков данных от конечных пользователей, а также служебных сообщений и сигнализации. При этом процедуры сетевого уровня обеспечивают два режима управления: общий и выделенный.

В общем режиме выполняется обработка широковещательной информации, не связанной с предоставлением доступа к конкретной станции, и передача ведется без подтверждения приема. Повышение вероятности правильной доставки достигается многократной транспортировкой сообщений.

В выделенном режиме управления реализуются функции установления и разрушения соединения, а также обработка сообщений, передаваемых по этим соединениям.

Канальный уровень является транспортной средой между верхними и физическим уровнями. Он предоставляет механизмы управления сетевыми ресурсами и поддержку протоколов с учетом различных требований к достоверности, качеству обслуживания и времени ожидания. На подуровне LLC формируется множество логических каналов с равноправными объектами сетевого уровня. Подуровень MAC обеспечивает управление доступом к радиоканалам и координацию радиоресурсов между различными логическими каналами подуровня LLC, что позволяет свести к минимуму конфликты между обслуживаемыми мобильными станциями.

В число основных задач подуровня MAC входят все рабочие процедуры, связанные с доступом к физическому уровню – уплотнение и разуплотнение потоков данных, объединение служебных сообщений с информационными потоками и др. Кроме того, на данном подуровне обеспечивается выбор формата передачи для каждого транспортного канала в зависимости от скорости и ограничений по радиоресурсам. В процессе отображения данных на транспортный уровень и выбора транспортных форматов МАС-подуровень может присваивать сообщениям различные категории срочности. Выбор приоритета зависит от вида обслуживания, допустимого времени задержки и др.

Управление на канальном уровне осуществляют процедуры, которые работают со стеком протоколов, обеспечивая согласование качества услуг, необходимое для каждого подуровня. Управление доступом к радиоканалам включает в себя выбор транспортного канала, разрешение конфликтов в канале произвольного доступа, формирование суперкадра путем объединения нескольких кадров и другие функции.

На физическом уровне протокольного стека реализуются все функции, связанные с непосредственным доступом к радиоканалу, обработкой символов модулирующих и демоду-лирующих последовательностей, с синхронизацией, управлением мощностью передатчика и переключения режимов приема/передачи.