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.
7.3.2. ОТКЛЮЧЕНИЕ МС
При переходе в пассивное состояние МС посылает сообщение об отключении, чтобы сеть не искала ее при входящем вызове возможно, что изза помех в радиоканале это сообщение не дойдет до КБС, и сеть ошибочно будет считать эту МС активной. Подтверждение о получении сигнала об отключении БС не может послать МС, так как последняя может быть уже обесточена.
Для разрешения этой ситуации используется процедура периодической регистрации. В активном состоянии МС через установленное время (например, 10...15 мин.) обязана проводить регистрацию, подобную первой при подключении. Если МС не подтверждает свою работоспособность в течение определенного промежутка времени, она считается отключенной, что и отмечается опусканием флагов в ВРМ и ДРМ против идентификаторов соответственно TMSI и IMSI.
7.3.3. ВХОДЯЩИЙ ВЫЗОВ
Входящий вызов (рис. 7.8) поступает на коммутатор через межсетевой коммутационный центр подвижной связи МКЦМС (GMSC - gateway mobile services switching center), в котором определяется идентификационный номер (IMSI) вызываемого мобильного абонента и проверяется соответствие записи в ДРМ (2) и ВРМ (3). Данные возвращаются в МКЦМС (4), после чего ответственность за соединение передается тому ЦКМС, в чьей зоне обслуживания предполагается текущее нахождение вызываемой МС (5). Статус этой МС запрашивается в ВРМ (6). Если ВРМ подтверждает (7) досягаемость вызываемой МС, то вызов направляется (8) соответствующим подсистемам БС (ПБС). Вещательный адрес передается всеми БС, для чего используется логический канал поиска С. Мобильная станция в свободном состоянии непрерывно контролирует этот канал. Если МС отвечает на вызов какой-либо БС (9), то проводится процедура идентификации и аутентификации (10). В случае их успешного завершения ВРМ передает ЦКМС (11), что соединение может быть установлено (12).
Рассмотрим более подробно описанную процедуру прохождения входящего вызова на мобильную станцию. Последовательные этапы установления соединения изображены на рис. 7.9. 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).
104
Рис. 7.8. Структура прохождения входящего вызова
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.
MS BSC MSC VLR HLR (G)MSC PSTH/ISDH
Входящий вызов Запрос информации о маршруте соединения
Информация маршрутизации Запрос на соединение
Запрос области местоположения (LA) Информация о текущей LA
Вызов подвижной станции
Ответ на вызов Установление соединения
Рис. 7.9. Упрошенная процедура установления соединения с подвижной станцией со стороны фиксированной сети связи.
105
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, MSCI 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 MSC 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.
Одна из наиболее интересных особенностей систем GSM – это возможность устанавливать соединение с подвижной станцией, которая находится в другой стране в области обслуживания другого GSM-оператора. Если между местным и зарубежным оператором заключено формальное соглашение, то становится возможным установление соединения и прием звонка в GSM-сети другого государства. Эта услуга называется роуминг.
106
Реализована она и в других общеевропейских сетях подвижной связи,
например, в TETRA и ERMES.
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.
7.3.4. ИСХОДЯЩИЙ ВЫЗОВ
Пусть МС активна и свободна. Абонент, желающий связаться с другим пользователем, должен набрать весь номер вызываемого абонента и только после этого начать процесс установления соединения. Это позволяет устранить ошибки в наборе номера (20% отказов в предоставлении нужного соединения) и сократить время на передачу цифр в КБС.
По команде "Вызов" МС, используя логический канал доступа, передает сообщение КБС на установление соединения. КБС проверяет категорию абонента (класс обслуживания), отмечает его как занятый и посылает МС по каналу D подтверждение, что запрос доступа принят. Теперь МС может передавать цифры номера вызываемого абонента в КБС, который запускает ранее рассмотренную процедуру поиска. Подтверждение установления соединения и указание о переходе на двухсторонний пользовательский канал передаются МС после ответа вызываемой МС.
7.3.5. ЭСТАФЕТНАЯ ПЕРЕДАЧА
Передача соединения между сотами (хэндовер) одна из наиболее важнейших процедур управления сетью сотовой связи. Она позволяет продолжать разговор, когда подвижная станция пересекает границы соты и перемещается в соседнюю. Именно эта особенность позволяет считать абонента действительно мобильным, хотя сигналы управления хэндовера сильно загружают сеть. Основная задача при передаче соединения между сотами - выполнение процедуры настолько быстро, чтобы абонент не потерял соединения и мог продолжать разговор, даже не заметив этой передачи. Существует несколько конкретных видов хэндовера, описываемых ниже. На рис. 7.10 - 7.13 изображены типичные ситуации, в которых осуществляется передача соединения. Передача соединения внутри соты (англ. intra-cell handover - внутрисотовый хэндовер) предназначена для оптимизации нагрузки на соту или повышения качества соединения за счет смены несущей частоты (рис. 7.10).
107
При межсотовом хэндовере пользователь перемещается из одной соты в другую. В самом простом случае (рис. 7.11) - межсотовом хэндовере в зоне обслуживания одного BSC (англ. intra-BCS handover) задействован только один BSC, а меняются только базовые станции.
Рис. 7.10. Внутрисотовый хэндовер
Рис. 7.11. Межсотовый хэндовер в зоне обслуживания одного BSC
Рис. 7.12. Межсотовый хэндовер в зоне обслуживания одного MSC
108
Рис. 7.13. Хэндовер между MSC
Во втором случае (рис. 7.11) соединение передается из одного BSC в другой (англ. inter-BCS handover - межсотовый хэндовер в зоне обслуживания одного MSC), а в третьем - изменяется весь маршрут соединения, включая MSC. Последний тип передачи соединения называется хэндовер между MSC (англ. inter-MCS handover). В этом случае предъявляются особенно высокие требования к сети сотовой связи, а также к фиксированной сети передачи данных, часто не принадлежащей оператору СПС. Обратим внимание на то, что разные MSC могут быть удалены друг от друга более чем на 100 км. Передача соединения в сетях GSM отличается от аналогичных процедур, выполняемых в аналоговых сетях первого поколения. В аналоговых сетях процедура хэндовера инициируется по результатам оценки качества соединения или измерений напряженности поля в восходящей линии связи. Это ощутимо увеличивает нагрузку на сети. Помимо этого, в случае применения аналогового тестирования, при возникновении искажений управляющих сигналов резко снижается надежность данной процедуры. В системе GSM измерения производятся как в восходящей, так и в нисходящей линиях связи. Это подразумевает активное участие подвижной станции в процедуре передачи соединения. Качество и уровень принимаемых сигналов измеряются в обоих направлениях передачи данных. Результаты измерений обозначаются символами RXLEV-U, RXQUAL-U, RXLEV-D, RXQUAL-D и DISTANCE.
Последняя величина описывает расстояние между подвижной и базовой станциями. Напомним, что мерой расстояния служит временной сдвиг передачи пакета, который позволяет приемнику поместить пакет в выделенный временной слот.
Подвижная станция регулярно измеряет уровни 16 сильнейших несущих, по которым передается канал ВССН. Результаты измерения шести сильнейших несущих передаются на взаимодействующую с ней в данный момент базовую станцию каждые 0,48 с. Базовая станция, в свою очередь, измеряет помехи во временных слотах, свободных в текущий момент. Центр эксплуатации и технического обслуживания (ОМС) осуществляет мониторинг уровня текущей загрузки сот. Эти значения также могут использоваться при передаче соединения.
Как уже упоминалось, процедура хэндовера выполняется совместно подвижной и базовой станциями. Инициатором этой процедуры может быть подвижная станция. Хэндовер не подлежит нормированию. В общем случае он
109
должен завершиться в течение одной секунды. Если длительность хэндовера менее 100 мс, то для пользователя он практически незаметен. При возникновении ошибки хэндовера, соединение возвращается к предыдущей базовой станции. В случае разрыва соединения по радиоканалу, в течение 4...8 с происходит восстановление соединения с базовой станцией, от которой подвижная станция принимает самый мощный сигнал.
110