diplov / file1
.pdfбуло питання про вибір методів багатодоступності: поєднання частотного
FDMA та часового розділення каналів TDMA. Опрацьовано також ключові інтерфейси системи.
У вересні 1987 року скликано форум для порозуміння майбутніх операторів систем GSM під назвою ―GSM Memorandum of Understanding‖ ( MoU). До порозуміння приступили оператори з 13 європейських країн. Метою порозуміння стала координація питань стандартизації, планування впровадження послуг, а також опрацювання умов ратифікації і взаєморозрахунків між операторами. Місцем знаходження офісу порозуміння
MoU є Дублін в Ірландії.
В 1988 році розпочато інтенсивне тестування, що стосувалося зокрема радіоінтерфейсу. Тестування виявило, що система GSM працює задовільно. З 1988 по 1992 рік, після створення інституту ETSI, питання стандартизації GSM
продовжувано в рамках ETSI. Група GSM стала одним з робочих колективів
ETSI і була поділена на чотири підрозділи, так звані SMG 1-4. Скорочення GSM
отримало також нове значення: Global System for Mobile communications, яке мало віддзеркалювати загальносвітові, або принаймні, понадєвропейські межі охоплення системою територій.
В 1990 році, перед завершенням роботи над початковою версією стандарту
GSM, який, як передбачалося мав працювати в діапазоні 900 мГц, на вимогу Великобританії було опрацьовано пропозиції щодо версії системи GSM, яка працювала б в діапазоні частот 1800 мГц і використовувалася б в густонаселених міських районах. Цей варіант було названо DCS1800.
Узгоджена раніше дата комерційного запуску системи, 1 липня 1991 року,
не була дотримана. Основною причиною були нерозроблені гомологаційні тести, які дозволяли б тестувати пристрої майбутньої системи. Більше часу, ніж початково було намічено, зайняло також конструювання кишенькових терміналів GSM, які з`явились тільки в другій половині 1992 року. Перша система GSM, була показана в жовтні 1991 року на виставці ТЕLECOM`91 в
Женеві.
201
В квітні 1992 року відважились на розробку обмеженої кількості гомологаційних тестів ІТА, для використання в перехідному періоді, на час до стандартизації повних вимог. Це дозволило відкрити перші комерційні мережі
GSM, які відповідали вимогам першої фази стандарту. На початковій стадії роботи системи не були ще доступними навіть всі послуги першої фази. В
червні 1992 року було підписано першу угоду про співпрацю і взаємодоступ послуг між оператором британським (Vodafone) та фінським(Telecom Finland).
Рік 1993 - це бурхливий розвиток системи GSM. До кінця 1993 року кількість країн, чиї оператори підписали MoU збільшилась з початкових 13 до
45 країн з кількох континентів. Запущено 30 систем GSM, загальна кількість абонентів перевищила мільйон, видано 50 наступних ліцензій, а в Великобританії запущено першу систему DCS 1800 (Mercury One-2-One). До кінця 1993 року оператори понад 20 систем були вже зв`язані угодами про взаємодоступ послуг. Рік 1994 - це дальший інтенсивний розвиток системи. В
кінці 1994 року, лише після 30 місяців від початку роботи комерційної системи
GSM, у світі вже працювало понад 60 систем GSM з понад 4-ма мільйонами споживачів, а порозуміння MoU підписали вже понад 100 керівників з понад 60
країн.
Система GSM належить до так званої другої генерації систем коміркового зв`язку. Передбачається, що в 2000-х роках буде впроваджена наступна генерація безпровідних систем, так званих систем особистого зв`язку.
6.1. Архітектура системи GSM
6.1.1. Функціональний поділ системи GSM
На рис. 6.1 показано функціональну схему типової системи GSM та описано, як з точки зору функцій, що їx виконують окремі фрагменти системи,
можна поділити її на такі частини:
комплект базових станцій (англ. Base Station Subsystem - BSS);
комутаційно-мережна частина (англ. Network and Switching Subsystem - NSS);
202
pyxoмi станції (англ. Mobile Station - MS);
комплект експлуатації та обслуговування (англ. Operation and Maintenance
Subsystem - OMS);
6.1.1.1. Ансамбль базових станцій
3 принципів побудови системи рухомого радіозв'язку випливає, що основним способом створення такої системи є коміркова структура. В кожній комірці є одна базова станція. Комплект базових станцій відкриває доступ рухомим станціям до стаціонарної частини системи GSM i далі, по потребі, до інших телекомунікаційних систем.
Ансамбль базових станцій в системі GSM має двохрівневу структуру. На рівні, ближчому до комутаційно-мережної частини, знаходяться блоки управління базовими станціями (контролери базових станцій). На нижчому рівні в кожній комірці знаходиться базова станція.
БАЗОВА СТАНЦІЯ (англ. Base Transceiver Station - BTS) має зв'язок з рухомими станціями через радіоінтерфейс. Кожна з комipoк має одну базову станцію, на яку надходять всі розмови (з'єднання) з даної комірки.
Базова станція складається з передавача i приймача радіосигналів, антени та пристроїв перетворення сигналів, що характерні для радіоінтерфейсу.
Базова станція є інтерфейсом між стаціонарними лініями (кабельні,
оптичні, або стаціонарні радіолінії) до контролера базових станцій та радіолінії до рухомих станцій.
КОНТРОЛЕР БАЗОВИХ СТАНЦІЙ (англ. Base Station Controller - BSC)
з’єднаний з одного боку з кількома або кількома десятками базових станцій, виконують відносно них функції управління. Контролер базових станцій керує такими функціями як перемикання каналів (англ. handover)
та управління потужністю рухомої станції (англ. power control). З іншого боку контролер базових станцій під’єднаний до територіальної комутаційної системи MSС (англ. Mobile Switching Centre).
203
Описана вище структура ансамблю базових станцій відповідає поділу на обладнання, яке виконує трансмісійні функції (базові станції) та обладнання,
яке виконує функції управління (контролери базових станцій). Всі вище згадані інтерфейси стандартизовані. Інтерфейс між рухомими станціями і базовими носить назву радіоінтерфейсу, стик між базовими станціями та контролерами базових станцій названо інтерфейсом А-bis, а стик контролерів базових станцій з MSC названо інтерфейсом А. Стандартизація стиків дає можливість взаємодіяти в рамках однієї системи різним модулям, що виготовлені різними виробниками.
6.1.1.2. Комутаційно-мережна частина
В комутаційно-мережній частині реалізуються основні комутаційні функції системи GSM. Разом з MSC в ній є база даних, в якій знаходиться інформація про зареєстрованих користувачів системи, і вся інформація, яка необхідна для управління ―рухливістю‖ абонентів (англ. mobility management)
та реєстр даних, які перевіряються в момент ідентифікації і контролю прав користувача. Комутаційно--мережній частині надані функції, що необхідні для взаємодії з іншими телекомунікаційними мережами
Центральним модулем комутаційно-мережевої частини є автоматична комутаційна станція (АКС) коміркової системи (рис. 6.1).
АВТОМАТИЧНА КОМУТАЦІЙНА СТАНЦІЯ РУХОМОЇ СИСТЕМИ -
MSC (англ. Mobile Switching Centre) виконує комутаційні функції між двома абонентами системи GSM, або між абонентом системи GSM та абонентами інших телекомунікаційних систем. Це може бути, наприклад,
стаціонарна телефонна мережа, така як ISDN, мережа передачі даних,
інша коміркова система і т. п. З одного боку MSC має зв’язок через інтерфейс А з контролерами базових станцій, а через них з рухомими станціями.
204
205
З іншого боку, MSC з’єднана з іншими MSC даної системи GSM, втому числі транзитною автоматичною комутаційною станцією GMSC, яка дозволяє встановити зв’язок з іншими системами. При цьому використовують модуль узгодження IWF (англ. InterWorking Funkctions).
Цей модуль може бути непотрібним у випадку, коли послуги, що надаються системою GSM, узгоджуються з послугами, які надають стаціонарні системи. На відміну від АТС, які працюють в стаціонарній телефонній мережі, комутаційна станція MSC виконує додаткові функції,
що випливають з ―рухомого‖ характеру абонентів, такі як: реєстрація місця знаходження абонента, посилка виклику абонентам, передача криптографічних параметрів з метою шифрування трансмісії і т.п.
Комутаційно-мережна частина системи GSM реалізує деякі функції, що пов’язані з рухливістю абонента. Проблема є відносно простою, якщо рухомий абонент дзвонить до абонента зі стаціонарної мережі, місце знаходження якого відоме. Якщо ж абонент, якого викликають є рухомим,
то система GSM повинна спочатку визначити актуальне місце перебування рухомої станції, яку викликають. Викликаючий абонент часто не має інформації про місце знаходження абонента, якого він викликає. Отже необхідною є система, яка б слідкувала за рухом абонента на території, яку охоплює мережа GSM. З цією метою створені дві бази даних, які називаються реєстрами HLR та VLR.
РЕЄСТР ВЛАСНИХ СТАНЦІЙ - HLR (англ. Home Location Register). В
кожному районі, що обслуговується даним оператором системи GSM є
один або кілька реєстрів HLR. В момент реєстрації абонента в оператора системи (викупу абонемента), до реєстру власних станцій HLR вносяться дані нового абонента. Вони стосуються прав абонента, в них знаходиться інформація, що дозволяє ідентифікувати користувача та інформація про актуальне місце перебування даної рухомої станції. В останньому випадку це є адреса MSC, на території якої зараз знаходиться рухома станція. Ця інформація змінюється зі зміною місця перебування рухомої станції.
206
РЕЄСТР ГОСТЬОВИХ СТАНЦІЙ - VLR (англ. Visitors Location Register) -
це другий реєстр, який бере участь в процесі слідкування за зміною положення рухомої станції. Реєстр VLR містить інформацію про абонентів, які зараз знаходяться на території, що обслуговується спорідненою MSC. Як тільки рухома станція перетинає межі нової території реєстр VLR, який має зв’язок з обслуговуючою цей район MSC,
вимагає від реєстру HLR, в якому чужа станція зареєстрована постійно,
даних про нового для себе користувача. Одночасно реєстр HLR отримує від реєстру VLR і запам’ятовує інформацію про нове місце перебування рухомої станції. В реєстрі VLR знаходяться набагато конкретніші дані про локалізацію рухомої станції ніж дані з реєстру HLR. У випадку коли описана нами рухома станція вимагатиме з’єднати її з ким-небудь, реєстр
VLR буде вже мати всю інформацію, потрібну для порівняння, без необхідності звертатися в кожному випадку до реєстру HLR.
В системі GSM функціонують два типи комутаційних станцій - звичайні
MSC, описані раніше, та транзитні GMSC.
ТРАНЗИТНА КОМУТАЦІЙНА СТАНЦІЯ - GMSC (англ. Gateway Mobile Switching Centre) є перехідною між системою GSM та іншими телекомунікаційними системами. У випадку, коли абонемент стаціонарної мережі викликає рухомого абонента, АТС стаціонарної мережі спочатку встановлює з’єднання з найближчою транзитною станцією GMSC. Часто нею є одна зі звичайних станцій, але обладнана в додатковими модулями спряження - IWF. Транзитна станція GMSC відіграє важливу роль в правильному ході виконання з’єднань до абонентів системи GSM.
Спочатку вона від материнського реєстру HLR комутаційної станції MSC
одержує дані про актуальне місце знаходження абонента, якого викликають. Далі транзитна станція GMSC керує з’єднанням
безпосередньо від абонента, якого викликають до саме його комутаційної
станції MSC. Коли сигнали з’єднання надійдуть до потрібної
207
комутаційної станції MSC, взаємодіючий з нею реєстр VLR видасть точну інформацію про знаходження рухомої станції, яку викликають і з’єднання відбудеться.
ЦЕНТР ІДЕНТИФІКАЦІЇ - АuC (англ. Authentication Centre)-це модуль,
що взаємодіє з реєстром власних станцій HLR і реалізує функції, що пов’язані з захистом системи від несанкціонованого доступу. Тут іде мова як про протидію спробам виконання з’єднань за рахунок інших абонентів,
так і про неможливість підслуховування розмов в радіоканалі. В модулі
AuC є параметри, які необхідні для ідентифікації абонентів, так звані шифрувальні ключі, а також самі алгоритми шифрування і генератор випадкових чисел.
РЕЄСТР ІДЕНТИФІКАЦІЇ ОБЛАДНАННЯ - EIR (англ. Equipment Identity Register) - це база даних, яка використовується для ідентифікації рухомих станцій. На відміну від аналогових коміркових систем, в системі GSM
права абонента не зв’язані з терміналом, що ним використовується, а
лише із спеціальним модулем, який є його власністю. Ідентифікація абонента проводиться окремо від ідентифікації терміналу. Реєстр EIR
з’єднаний з комутаційною станцією MSC за допомогою сигналізаційного каналу. Рухома станція, яка не отримала дозволу від MSC (напр.,
повідомлено в систему, що вона вкрадена) може бути заблокована.
6.1.1.3. Рухомі станції
Рухомі станції MS (англ. Mobile Station) виконують роль інтерфейсу абонента з системою GSM. Існують різні типи рухомих станцій, які відрізняються одна від одної потужністю передавача, а це впливає на розміри і ємність акумуляторів. Розрізняють найменші кишенькові рухомі станції (англ. handheld), більші, носимі станції (англ. portable), возимі та безпровідні виносні і безпровідні абонентські станції.
208
6.1.1.4. Комплект експлуатації та обслуговування
Комплект експлуатації і обслуговування в системі GSM (англ. Operation and Maintenance Subsystem OMS) дає можливість оператору бачити роботу системи та управляти нею: видача абонементів, введення і актуальність даних про абонентів, локалізація і усунення пошкоджень, вимірювання телекомунікаційного руху і ведення статистики, нарахування оплат і т. п. З
одного боку комплект експлуатації і обслуговування зв’язаний за допомогою протоколу Х.25 з комутаційно-мережною частиною системи, а за її посередництвом з базовими станціями і рухомими. З іншого боку, комплект ОМS, через інтерфейс типу людина-машина взаємодіє з особами, які беруть участь в обслуговуванні системи. Комплект експлуатації і обслуговування складається найчастіше з певної кількості з’єднаних між собою, так званих,
центрів експлуатації і обслуговування ОМС (англ. Operation and Maintenance Centre), які спільно, в розпорошеній структурі, реалізують його функції.
6.1.1.5. Стикування системи GSM із зовнішнім світом
Система GSM не функціонує відірвано від зовнішнього світу. Її можна вважати частиною широкомасштабної телекомунікаційної системи: однієї країни, континентальної чи взагалі загальносвітової телекомунікаційної мережі.
Контакт системи GSM з зовнішнім світом реалізується за допомогою трьох наступних інтерфейсів (рис. 6.2).
ІНТЕРФЕЙС МІЖ СИСТЕМОЮ GSM І КОРИСТУВАЧЕМ. Користувачі,
ними можуть бути і люди і пристрої, які бажають скористатися послугами системи, зв’язуються з нею за допомогою рухомих станцій. Рухома станція, обладнана інтерфейсом типу ―людина-машина‖, є часто тільки одним елементом системи, який бачить звичайний користувач.
ІНТЕРФЕЙС МІЖ СИСТЕМОЮ GSM І ІНШИМИ ТЕЛЕКОМУКАЦІЙНИМИ МЕРЕЖАМИ. Це може бути традиційна стаціонарна телефонна мережа, мережа з інтеграцією послуг ISDN або інша коміркова система, аналогова чи цифрова. З цієї точки зору система
209
GSM являє собою мережу доступу, яка робить можливим виконання
з’єднань між абонентами GSM і абонентами інших телекомунікаційних
систем.
ІНТЕРФЕЙС МІЖ СИСТЕМОЮ GSM І ОПЕРАТОРОМ. Цей інтерфейс злокалізований в описаному вище комплекті експлуатації і обслуговування ОМС.
6.1.2. Просторова структура мережі GSM
Кожна телекомунікаційна мережа повинна мати відповідну структуру, яка дасть можливість скерування з’єднань, що надходять, до відповідної комутаційної станції того абонента, якого викликають. В системах рухомої радіокомунікації, рухливість користувачів, яка впливає на принципи побудови системи приводить до того, що порівняно з телекомунікаційними системами загального користування їхня просторова структура має набагато важливіше значення. Ієрархічна структура мережі дає можливість швидко і якісно локалізувати рухомих абонентів. Далі будуть описані окремі рівні телекомунікаційної системи GSM, починаючи від мережі GSM як найвищого рівня аж до рівня окремої комірки (рис. 6.3).
МЕРЕЖА GSM (англ. GSM Network Area або Service Area) - це ціла територія, яка охоплена дією послуг GSM. Географічно вона відноситься до всіх країн (операторів), в яких функціонує система GSM. Зв’язок між мережею GSM і телефонною мережею загального користування відбувається через одну з транзитних станцій GMSC (рис. 6.4).
Можливою є також ситуація, в якій мережа ISDN або інші коміркові системи встановлюють зв’язок з мережею GSM за допомогою стаціонарної телефонної мережі загального користування.
СИСТЕМА GSM (англ. PLMN service area) - це радіус дії мережі GSM,
керований одним оператором (рис. 6.5). В країні, де працюють кілька операторів, існують одночасно кілька систем GSM, які взаємодіють між собою за посередництвом телефонної мережі загального користування.
210