Мобильные сети

Структура сети сотовой связи GSM

GSM — это сокращенное название системы сотовой связи — Global System for Mobile communication. Сеть сотовой связи состоит из большого числа развернутых на местности приемопередатчиков, зоны обслуживания которых частично перекрываются. Принцип повторного использования частот в сети позволяет добиться высокой плотности трафика на больших территориях. Поскольку уровень мощности, излучаемой терминалами (телефонами) сотовой связи ограничен, на местности приходится размещать большое количество базовых станций, обслуживающих небольшие площади. Несколько базовых станций объединяются в ячейку, часто представляемую в виде правильного шестиугольника. Совокупность таких ячеек на местности похожа на пчелиные соты. Отсюда и это вид связи получил свое название — сотовая связь.

Сеть сотовой связи стандарта GSM подразделяется на три элемента:

•мобильные станции, которыми пользуются ее абоненты;

•базовые станции, управляющие процессом соединения с мобильными станциями;

•коммутационные центры мобильной связи,

обеспечивающие коммутацию соединений между абонентами

Вызовы

В системе GSM используется принцип временного разделения кана лов с множественным доступом (TDMA — Time Division Multiple Access). При этом сигналы с базовой станции (BS — Base Station) передаются на мобильную станцию (MS — Mobile Station) и наоборот. В состав базовой станции входят трансивер или приемопередающее устройство (BTS — Base Tranceiver Station) и контроллер (BSC — Base Station Controller). Как правило, один BSC обслуживает 20—30 BTS, а коммутационный центр мобильной связи (MSC — Mobile Switching Centre) управляет трафиком (по токами информации) между разными ячейками сотовой связи на основе сигналов, получаемых от базовых станций.

Регистрация посетителя (VLR — Visitor Location Register), относящегося к «чужой» сети, является одной из функций MSC. При появлении в сети «чужого» абонента он сверяет его данные с имеющимися в памяти и либо разрешает (если роуминг данному абоненту разрешен), либо отказывает (если роуминг запрещен) этому абоненту в доступе к сети.

Каналы и обработка сигналов

Каналы в системе сотовой связи стандарта GSM делятся на два клас са: логические и физические. Физические каналы характеризуются их частотными параметрами, в частности, диапазоном, частотами приема и передачи базовых и мобильных станций, и временными параметрами или параметрами используемых временных слотов. Логические каналы так и называются, потому что они логически распределяются в физических каналах. Физические каналы используются для передачи сигналов логических каналов управления или каналов трафика. Что и когда передается по физическому каналу, определяется конкретным промежутком времени.

Каждому физическому каналу, представляющему собой пару частот

— передачи и приема, присваивается номер. Рассчитать частоту канала п можно по формулам: Fjx = 890 + 0,2-п (МГц), где 1 < п < 124;

Frx = FTx + 45 (МГц), где Frx и Ftx обозначают соответственно частоты приема и передачи.

Как было сказано выше, эти данные представляют собой логический канал. Он состоит из канала трафика TCH (Traffic Channel), используемый главным образом для передачи речевой информации, и широковещательного канала ВСН (Broadcast Channel) для передачи сигналов управления. Основное назначение канала ВСН — передача информации от базовой станции на мобильную с целью

Структура канала ВСН включает:

•канал коррекции частоты FCCH (Frequency Correction Channel);

•канал синхронизации SCH (Synchronization Channel);

•широковещательный канал управления ВССН (Broadcast ОбщийControl каналChannel)управления. ССН (Common Control Channel) играет роль доски объявлений и состоит в свою очередь из двух каналов —

канала вызова РСН (Paging Channel) и канала предоставления доступа AGCH (Access Grant Channel). Медленный управляющий канал взаимодействия SACCH (Slow Associated Control Channel)

присутствует в сигнале каждые 12 фреймов и служит для управления мощностью передающего устройства и синхронизации работы мобильной станции, передачи служебной информации на мобильную станцию, передачи от нее на соседние базовые станции информации об уровне и качестве приема. Быстрый канал обмена сигналами управления FACCH (Fast Associated Control Channel) остается невидимым и включается в работу при необходимости обеспечения хэндовера мобильной станции, изменяя при этом канал трафика ТСН.

Выделенный канал управления SDCCH (Stand-alone Dedicated Control Channel) и канал случайного доступа RACH (Random Access Channel) работают в процессе установления соединения.

Каждой MS присваивается уникальный идентификационный номер,

и, как только телефон включают, происходит его немедленная

В процессе сеанса связи передаются функциональные блоки данных:

• VLR (Visitor Location Register) — регистрационные данные посетителя сети. Данные, хранящие информацию о абоненте, который работает в данной сети в качестве роумера (т. е. пользователя «неродной» сети, с которой она имеет соглашение о роуминге). При входящих звонках на мобильный телефон абонента происходит запрос его VLR данных;

• HLR (Home Location Register) — регистрационные данные пользователя в «домашней» сети. При этом идет обращение к базе данных оператора сотовой связи, услугами которого пользуется абонент. Например, возможности доступа, подключенные услуги, дополнительные услуги. Также в состав этих данные входят и VLR данные. При перемещениях абонента соответствующим образом модифицируются и его регистрационные данные. И еще эти данные поступают на MSC для обеспечения немедленного перенаправления вызовов на мобильную станцию абонента;

• AUC (Authentication Center) — аутентификационный центр. Хранимая в нем информация необходима для защиты связи от прослушивания и постороннего доступа. То есть, доступность абонента возможна только при использовании его аутентификационных данных, что обеспечивает необходимую конфиденциальность связи;

• EIR (Equipment Identity Register) — регистрационные данные используемого оборудования. Для повышения уровня безопасности связи оператор может ввести использование и индивидуальных данных о мобильной станции абонента. В этом случае SIM-карта абонента может быть использована только в одном конкретном аппарате сотовой связи;

• SIM (Subscriber Identity Module — идентификационный модуль абонента) или

по-другому SIM-карта, представляющая собой микросхему памяти с

Bluetooth

Bluetooth ([Blu: tu:ɵ], «англ. голубой зуб») — технология, позволяющая осуществлять беспроводную передачу сигналов на между телефонами, компьютерами и другими электронными устройствами на дистанцию от 10 до 100 метров и не требующая прямой видимости между устройствами.

Первая версия протокола — Bluetooth 1.0 была создана в 1998 г. Nokia, IBM, Intel, Toshiba и Ericsson образовали группу Special Interest Group, которая и начала активно заниматься разработкой стандарта Bluetooth. В мае 1998 г. о стандарте беспроводных коммуникаций было официально объявлено, а уже в июле 1999 г. — опубликован набор рекомендаций разработчику — Bluetooth 1.0 Свое название («Голубой Зуб») новая технология получила от английского прозвища короля Гарольда Блетанда (Harold Bluetooth), объединившего в 10-м веке Данию и Норвегию.

В 2002 году начинается рост популярности беспроводных локальных сетей стандарта Wi-Fi (IEEE 802.11). Wi-Fi работает в том же частотном диапазоне, что и Bluetooth (2/4 Ггц). Оказалось, что в некоторых случаях соединения Wi-Fi и Bluetooth могут конфликтовать друг с другом. Для решения этой проблемы была разработана спецификация Bluetooth 1.2, предусматривающая адаптивное изменение частоты. Устройства с поддержкой Bluetooth 1.2 при

обнаружении помех просто переключаются на другой частотный канал. Bluetooth 2.0 — главное улучшение данной спецификации увеличение

скорости передачи данных. Особенно это актуально для обмена музыкальными файлами и другим мультимедийным контентом. Если для Bluetooth 1.х скорость передачи данных составляет 721 Кбит/с, то для версии 2.0 она составляет уже 2.1 Мбит/с. Кроме того, возросшая скорость передачи данных позволяет экономить заряд батареи мобильных устройств, так как для передачи данных теперь требуется меньше времени. Появилась и поддержка multi-cast, то есть одновременной отправки одних и тех же данных на

WiFi (Wireless Fidelity)

Это современная беспроводная технология подключения техники к компьютерной сети. Вы приходите к себе домой, в кафе, гостиницу, торговый комплекс, в аэропорт или на вокзал, включаете ноутбук, КПК, Смартфон или iPod c возможностью доступа к WiFi и выходите в Интернет, или пользуетесь ресурсами сети.

Технология WiFi - мировой стандарт для организации беспроводной передачи данных.

Стандарты WiFi :

802.11a – частота 5 Ггц, скорость до 100 Мбит

802.11b –частота 2.4 Ггц, скорость до 12 Мбит

802.11q –частота 2.4 Ггц, скорость до 54 Мбит

802.11n – частота 2.4 Ггц, скорость до 300 Мбит

В отличие от большинства других мобильных способов подключения к Интернету, скорость передачи данных WiFi почти такая же высокая, как и в локальной сети. Её значение составляет 300 Мбит/сек.

WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access

Стандартизированная институтом IEEE технология широкополосной беспроводной связи, дополняющая линии DSL и кабельные технологии в качестве альтернативного решения проблемы "последней мили" на больших расстояниях. Технологию WiMAX можно использовать для реализации широкополосных соединений "последней мили", развертывания точек беспроводного доступа, организации высокоскоростной связи между филиалами компаний и решения других подобных задач.

Нынешний WiMAX в версии IEEE 802.16-2004 - стандарт беспроводной связи, который обеспечивает широкополосную связь на площади радиусом более 30 км с пропускной способностью, сравнимой с кабельными соединениями - до 10 Мбит/c и более.

Технология WiMAX позволяет работать в любых условиях, в том числе, в условиях плотной городской застройки, обеспечивая высокое качество связи и скорость передачи данных. Оборудование сетей WiMAX функционирует в нескольких частотных каналах шириной 10 МГц в пределах диапазона 2 ГГц - 11 ГГц. Разумеется, специфическое распределение частотных диапазонов разных стран диктует необходимость возможности работы WiMAX в разных участках. Столь широкий разброс диапазонов выбран для учета специфики большинства стран мира. Так, в Северной Америке для WiMAX используются участки в диапазонах 2,5 и 5 ГГц, в Центральной и Южной Америке - 2,5, 3,5 и 5 ГГц, на Ближнем Востоке, в Африке, Западной и Восточной Европе - 3,5 и 5 ГГц, в Азиатско-Тихоокеанском регионе - 2,3, 3,5 и 5 ГГц.

На данный момент мобильные устройства WiMAX, в отличие от Wi- Fi устройств, работают на одном из трех диапазонов частот. В идеале, для «бесшовного» роуминга по всему миру, мобильное устройство должно поддерживать все три диапазона частот.

Диапазоны WiMAX частот:

2,3 - 2,4 ГГц

2,5 - 2,7 ГГц

3,4 - 3,6 ГГц

WiMAX устройства, как правило, работают на частотах, которые не совпадают с 2.4-2.5 ГГц диапазона частот Bluetooth и WiFi связи. Так как сигнал WiMAX более мощный и все три технологии работают в близких частотных полосах, то появляется вероятность возникновения помех.

К сожалению, различные стандарты этих беспроводных технологий не решают проблем взаимного зашумления эфира. Поэтому эта задача остается актуальной для производителей при различных реализациях. Получается, что главным аспектом при выборе производителем WiMAX чипсета является стабильная совместная работа устройства с существующими беспроводными технологиями.

LTE (от англ. Long-Term Evolution) ; LTE-Advanced ; 3GPP Long Term Evolution

Технология построения сетей беспроводной связи поколения, следующего за 3G, на базе IP-технологий, отличающаяся высокими скоростями передачи данных. Соответствующий стандарт разработан и утвержден международным партнерским объединением 3GPP.

LTE - это не апгрейд 3G, это более глубокое изменение, знаменующее переход от систем CDMA (WCDMA) к системам OFDMA, а также переход от систем с коммутацией каналов к системе e2e IP (коммутации пакетов). Проблемы перехода на LTE включают необходимость в новом спектре для получения преимуществ от широкого канала. Кроме того, требуются абонентские устройства, способные одновременно работать в сетях LTE и 3G для плавного перехода абонентов от старых к новым сетям.