Структура систем цифровой мобильной радиосвязи стандарта gsm
На рис. показана функциональная схема типичной системы GSM и описано, как с точки зрения функций, которые их выполняют отдельные фрагменты системы, можно поделить ее на такие части:
• комплект базовых станций (англ. Base Station Subsystem - BSS);
• коммутационно-сетевая часть (англ. Network and Switching Subsystem - NSS);
• подвижные станции (англ. Mobile Station - MS);
• комплект эксплуатации и обслуживание (англ. Operation and Maintenance Subsystem - OMS).
Из принципов построения системы подвижной радиосвязи вытекает, что основным образом создания такой системы есть ячейковая структура. В каждой соте есть одна базовая станция. Комплект базовых станций открывает доступ подвижным станциям к стационарной части системы GSM и дальше, по потребности, к другим телекоммуникационных систем.
Ансамбль базовых станций в системе GSM имеет двухуровневую структуру. На уровне, более близкому к коммутационно-сетевой части, находятся блоки управления базовыми станциями (контролеры базовых станций). На низшем уровне в каждой соте находится базовая станция.
• БАЗОВАЯ СТАНЦИЯ (англ. Base Transceiver Station - BTS) имеет связь с подвижными станциями через радиоинтерфейс. Каждая из сот имеет одну базовую станцию, на которую поступают все разговоры (соединение) из данной соты. Базовая станция состоит из передатчика и приемника радиосигналов, антенны и устройств преобразования сигналов, которые характерны для радиоинтерфейсов. Базовая станция является интерфейсом между стационарными линиями (кабельные, оптические, или стационарные радиолинии) к контролеру базовых станций и радиолинии к подвижным станциям.
• КОНТРОЛЕР БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ (англ. Base Station Controller - BSC) соединяется с одной стороны с одной или несколькими десятками базовых станций, и выполняют относительно их функции управления. Контроллер базовых станций руководит такими функциями как переключения каналов (англ. handover) и управление мощностью подвижной станции (англ. power control). С другой стороны контролер базовых станций подсоединен к территориальной коммутационной системе MSC (англ. Mobile Switching Centre).
Описанная выше структура ансамбля базовых станций отвечает делению на оборудование, которое выполняет трансмиссионные функции (базовые станции) и оборудование, которое выполняет функции управления (контролеры базовых станций). Все выше упомянутые интерфейсы стандартизированы. Интерфейс между подвижными станциями и базовыми носит название радиоинтерфейс, стык между базовыми станциями и контролерами базовые станции названы интерфейсом A-bis, а стык контролеров базовых станций с MSC названо интерфейсом А. Стандартизация стыков дает возможность взаимодействовать в рамках одной системы разным модулям, которые изготовлены разными производителями.
В коммутационно-сетевой части реализуются основные коммутационные функции системы GSM. Вместе с MSC в ней есть база данных, в которой находится информация о зарегистрированных пользователях системы, и вся информация, которая необходимая для управления "подвижностью" абонентов (англ. mobility management) и реестр данных, которые проверяются в момент идентификации и контроля прав пользователя. Коммутационно-сетевой части предоставленные функции, которые необходимые для взаимодействия с другими телекоммуникационными сетями.
Центральным модулем коммутационно-сетевой части есть автоматическая коммутационная станция (АКС) сотовой системы. АВТОМАТИЧЕСКАЯ КОММУТАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ ПОДВИЖНОЙ СИСТЕМЫ - MSC (англ. Mobile Switching Centre) выполняет коммутационные функции между двумя абонентами системы GSM, или между абонентом системы GSM и абонентами других телекоммуникационных систем. Это может быть, например, стационарная телефонная сеть, такая как ISDN, сеть передачи данных, другая сотовая система и т.п. С одной стороны MSC имеет связь через интерфейс А с контролерами базовых станций, а через них с подвижными станциями. С другой стороны, MSC соединена с другими MSC данной системы GSM, в том числе транзитной автоматической коммутационной станцией GMSC, которая позволяет установить связь с другими системами. При этом используют модуль согласования IWF (англ. Inter Working Functions). Этот модуль может быть ненужным в случае, когда услуги, которые предоставляются системой GSM, согласовываются с услугами, которые предоставляют стационарные системы. В отличие от АТС, которые работают в стационарной телефонной сети, коммутационная станция MSC выполняет дополнительные функции, которые вытекают из "подвижного" характера абонентов, такие как: регистрация места нахождения абонента, посылка вызова абонентам, передача криптографических параметров с целью шифрования трансмиссии и т.п
Коммутационно-сетевая часть системы GSM реализует некоторые функции, которые связаны с подвижностью абонента. Проблема есть относительно простой, если подвижной абонент звонит к абоненту со стационарной сети, место нахождения которого известно. Если же абонент, которого вызывают есть подвижным, то система GSM должная сначала определить актуальное место пребывания подвижной станции, которую вызывают. Вызывающий абонент часто не имеет информации о месте нахождения абонента, которойго он вызывает. Поэтому необходимой есть система, которая бы следила за движением абонента на территории, которую охватывает сеть GSM. С этой целью созданы две базы данных, которые называются реестрами HLR и VLR.
• РЕЕСТР СОБСТВЕННЫХ СТАНЦИЙ - HLR (англ. Home Location Register). В каждом районе, который обслуживается данным оператором системы GSM есть один или несколько реестров HLR. В момент регистрации абонента у оператора системы (выкупа абонемента), в реестр собственных станций HLR вносятся данные нового абонента. Они касаются прав абонента, в них находится информация, которая позволяет идентифицировать пользователя и информация об актуальном месте пребывания данной подвижной станции. В последнем случае это есть адрес MSC, на территории которой сейчас находится подвижная станция. Эта информация меняется с изменением места пребывания подвижной станции.
• РЕЕСТР ГОСТЕВЫХ СТАНЦИЙ - VLR (англ. Visitors Location Register) - это второй реестр, который принимает участие в процессе слежки за изменением положения подвижной станции. Реестр VLR содержит информацию об абонентах, которые сейчас находятся на территории, которые обслуживается родственной MSC. Как только подвижная станция пересекает границу новой территории реестр VLR, который имеет связь с обслуживающей этот район MSC, требует от реестра HLR, в котором чужая станция зарегистрирована постоянно, данных о новом для себя пользователе. Одновременно реестр HLR получает от реестра VLR и запоминает информацию о новом месте пребывания подвижной станции. В реестре VLR находится намного больше конкретных данных о локализации подвижной станции чем данных в реестре HLR. В случае когда описанная нами подвижная станция будет требовать соединить ее с кем-нибудь, реестр VLR будет уже располагать всей информацией, нужную для сравнения, без необходимости обращаться в каждом случае в реестр HLR.
В системе GSM функционируют два типа коммутационных станций - обычные MSC, описанные раньше, и транзитные GMSC.
• ТРАНЗИТНАЯ КОММУТАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ - GMSC (англ. Gateway Mobile Switching Centre) есть переходной между системой GSM и другими телекоммуникационными системами. В случае, когда абонент стационарной сети вызывает подвижного абонента, АТС стационарной сети сначала устанавливает соединение с ближайшей транзитной станцией GMSC. Часто ею есть одна с обычных станций, но оборудованная с дополнительными модулями сопряжения -IWF. Транзитная станция GMSC играет важную роль в выполнении соединений к абонентам системы GSM. Сначала она от материнского реестра HLR коммутационной станции MSC получает данные об актуальном месте нахождения абонента, которого вызывают. Дальше транзитная станция GMSC руководит соединением непосредственно от абонента, которого вызывают к именно его коммутационной станции MSC. Когда сигналы соединения поступят к нужной коммутационной станции MSC, взаимодействующий с ней реестр VLR выдаст точную информацию о нахождении подвижной станции, которую вызывают и соединение состоится.
• ЦЕНТР ИДЕНТИФИКАЦИИ - AuС (англ. Authentication Centre)-это модуль, который взаимодействует с реестром собственных станций HLR и реализует функции, которые связаны с защитой системы от несанкционированного доступа. Здесь идет речь как о противодействии попыткам выполнения соединений за счет других абонентов, так и о невозможности подслушивания разговоров в радиоканале. В модуле AuС есть параметры, которые необходимые для идентификации абонентов, так называемые шифровальные ключи, а также самые алгоритмы шифрования и генератор случайных чисел.
• РЕЕСТР ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ - EIR (англ. Equipment Identity Register) - это база данных, которая используется для идентификации подвижных станций. В отличие от аналоговых сотовых систем, в системе GSM права абонента не связаны с терминалом, который им используется, а лишь со специальным модулем, который есть его собственностью. Идентификация абонента проводится отдельно от идентификации терминала. Реестр EIR соединен с коммутационной станцией MSC с помощью сигнализационного канала. Подвижная станция, которая не получила разрешения от MSC (напр., сообщено в систему, что она украдена) может быть заблокированная.
Подвижные станции MS (англ. Mobile Station) выполняют роль интерфейса абонента с системой GSM. Существуют разные типы подвижных станций, которые отличаются одна от одной мощностью передатчика, а это влияет на размеры и емкость аккумуляторов. Различают самые маленькие карманные подвижные станции (англ. handheld), и по больше, носимые станции (англ. portable), возимые и беспроводные выносные абонентские станции.
Комплект эксплуатации и обслуживание в системе GSM (англ. Operation and Maintenance Subsystem OMС) дает возможность оператору видеть роботу системы и управлять ею: выдача абонементов, введение и актуальность данных об абонентах, локализация и устранения повреждений, измерение телекоммуникационного движения и ведения статистики, начисление оплат и т.п. С одной стороны комплект эксплуатации и обслуживание связан с помощью протокола Х.25 с коммутационно-сетевой частью системы, а при ее посредничестве с базовыми станциями и подвижными. С другой стороны, комплект OMS, через интерфейс типа человек-машина взаимодействует с лицами, которые принимают участие в обслуживании системы. Комплект эксплуатации и обслуживания составляется чаще всего из определенного количества соединенных между собой, так называемых, центров эксплуатации и обслуживание ОМС (англ. Operation and Maintenance Centre), которые совместно, в розпорошеній структуре, реализуют его функции.
Система GSM не функционирует оторвано от внешнего мира, ее можно считать частью широкомасштабной телекоммуникационной системы: одной страны, континентальной или вообще общемировой телекоммуникационной сети. Контакт системы GSM с внешним миром реализуется с помощью трех следующих интерфейсов:
• ИНТЕРФЕЙС МЕЖДУ СИСТЕМОЙ GSM И ПОЛЬЗОВАТЕЛЕМ. Пользователи, ими могут быть и люди и устройства, которые желают воспользоваться услугами системы, связываются с ней с помощью подвижных станций. Подвижная станция, оборудованная интерфейсом типа " человек-машина", есть часто только одним элементом системы, который видит обычный пользователь.
•ІНТЕРФЕЙС МЕЖДУ СИСТЕМОЙ GSM И ДРУГИМИ ТЕЛЕКОМУКАЦІЙНИМИ СЕТЯМИ. Это может быть традиционная стационарная телефонная сеть, сеть с интеграцией услуг ISDN или другая ячейковая система, аналоговая или цифровая. С этой точки зрения система GSM представляет собой сеть доступа, которая делает возможным выполнение соединений между абонентами GSM и абонентами других телекоммуникационных систем.
•ІНТЕРФЕЙС МЕЖДУ СИСТЕМОЙ GSM И ОПЕРАТОРОМ. Этот интерфейс локализован в описанном выше комплекте эксплуатации и обслуживание
ОМС.