Архитектура сети GSM

Архитектура сети GSM похожа на архитектуру обычных телефонных сетей, но в ней есть некоторые особенности. Сеть состоит из трех основных подсистем:

– подсистема базовых станций (BSS – Base Station Subsystem),

– подсистема сети и коммутации (NSS – Network Switching Subsystem), которая является “ядром” (core network) системы

– центр технического обслуживания (OMC – Operation and Maintenance Centre).

- В отдельный класс оборудования выделены мобильные (сотовые) телефоны (MS – Mobile Station).

Также для обеспечения сервисов пакетной передачи существует расширение GPRS. Это позволяет мобильным телефонам получать доступ к Интернет. Архитектура сети GSM представлена на рис. 1. Для однозначности интерпретации будем использовать термины и обозначения, принятые в рекомендациях GSM.

(Рис. 1.) Архитектура GSM сети

- SIM (Subscriber Identification Module) – модуль идентификации абонента.

- MS (Mobile Station) – мобильная станция (мобильный (сотовый) телефон).

- PSTN (Public Switched Telephone Network) – телефонная сеть общего пользования, в которой используются обычные проводные телефонные аппа- раты, миниАТС и оборудование передачи данных.

- BSS состоит из BTS (англ. Base Transceiver Station), т.е. самих базовых станций и контроллеров базовых станций (BSC – Base Station Controller). Область, которую покрывает одна BTS называют сотой. Сигнал от станции имеет теоретический радиус 120 км, но на практике составляет от 400м до 50 км. Области покрытия соседних станция перекрываются, тем самым обеспечивается возможность передачи обслуживания MS при перемещении ее из одной соты в другую без разрыва соединения (handover). Сигнал от каждой станции распространяется, покрывая площадь в виде круга, но при пересечении с областями покрытия соседних станций получаются правильные шестиугольники. При разработке стандарта были учтены задачи оптимального размещения станций при минимальном перекрытии зон. В итоге каждая станция имеет 6 соседей и именно поэтому при перекрытии зон получаются шестиугольники, которые похожи визуально на пчелиные соты (в разрезе). Отсюда происходит альтернативное название «сотовая» связь. Основная задача контроллера базовых станций (BSC) заключается в контроле соединения между BTS и подсистемой коммутации. Также он управляет очередностью соединений, скоростью передачи данных, распределение радиоканалов, производит сбор статистики и контроль различных радиоизмерений, управляет процедурой handover. Ядро (NSS) состоит из центра коммутации (MSC), домашнего(HLR) и гостевого(VLR) регистров местоположения, регистра идентификации оборудования(EIR) и центра аутентификации(AUC). Центр коммутации (MSC – Mobile Services Switching Centre) контролирует определенную географическую зону с расположенными на ней BTS и BSC. Он осуществляет установку соединения к абоненту и от него внутри сети GSM, обеспечивает интерфейс между GSM и PSTN, другими сетями радиосвязи, сетями передачи данных(GPRS). Также выполняет функции маршрутизации вызовов, управление вызовами, эстафетной передачи обслуживания при перемещении MS из одной зоны в другую. После завершения вызова MSC обрабатывает данные по нему и передает их в центр расчетов для формирования счета за предоставленные услуги (биллинг), собирает статистические данные. MSC также постоянно следит за положением MS, используя данные из HLR и VLR, что необходимо для быстрого нахождения и установления соединения с MS в случае ее вызова. Домашний регистр местоположения (HLR – Home Location Registry) содержит базу данных абонентов, приписанных к нему. Здесь содержится информация о предоставляемых данному абоненту услугах, информация о состоянии каждого абонента, необходимая в случае его вызова, а также Меж- дународный Идентификатор Мобильного Абонента (IMSI –International Mobile Subscriber Identity), который используется для аутентификации або- нента (при помощи AUC). Каждый абонент приписан к одному HLR. К дан- ным HLR имеют доступ все MSC и VLR в местной GSM–сети, а в случае межсетевого роуминга – и MSC других сетей. Гостевой регистр местоположения (VLR – Visitor Location Registry) обеспечивает мониторинг передвижения MS из одной зоны в другую и содержит базу данных о перемещающихся абонентах, находящихся в данный момент в этой зоне, в том числе абонентах других систем GSM – так называемых роумерах. Данные об абоненте удаляются из VLR в том случае, если абонент переместился в другую зону. Такая схема позволяет сократить количество запросов на HLR данного абонента и, следовательно, время обслуживания вызова. Регистр идентификации оборудования (EIR – Equipment Identification Registry) содержит базу данных, необходимую для установления подлинности MS по IMEI (International Mobile Equipment Identity, международный идентификатор мобильного абонента (индивидуальный номер абонента)). Формирует три списка: белый (допущен к использованию), серый (некоторые проблемы с идентификацией MS) и черный (MS, запрещенные к применению). У российских операторов (и большей части операторов стран СНГ) используются только белые списки, что не позволяет раз и навсегда решить проблему кражи мобильных телефонов. Центр аутентификации (AUC – Authentification Centre). В задачи этого компонента входит обеспечение аутентификации и защиты информации в GSM сетах. Работа этого компонента ещё рассмотрена подробней ниже.