8.2) Организация sms(short message service)

Передача коротких сообщений позволяет передавать сообщения до 160 символов (140 байт при 7-битной кодировке символов), используя ресурсы каналов управления, а более точно, SDCCH (Stand Alone Dedicated Control CHannel) на скорости 184 бита за 240мс, еслиMSне занята разговором. В процессе разговора наMSсообщение передается по каналуSACCH(950бит/с).

Для организации службы, в структуру функциональных элементов сети вводится SMS-C, т.е. центр службы коротких сообщений, как это показано на рисунке 8.1. Физически SMS-C находится либо на мобильном коммутаторе (в PLMN), либо даже может быть вынесен на ГТС.

Если получатель короткого сообщения не достижим, короткое сообщение сохраняется в SMS-C, и в HLR оставляется уведомление (HLR флаг). Когда получатель будет доступен, HLR посылает команду к GMSC-SMS-C, для новой передачи сообщения. Временные параметры сохранения/повтора передачи устанавливает оператор сети.

8.3) Варианты мобилизации ресурсов системы. Hscsd, gprs, edge.

На этапе развития GSM, соответствующем Фазе 2+, была поставлена и решена задача повышения скорости передачи данных за счет мобилизации ресурсов системы. Для этой цели используются три технологии:

• Рисунок 8.1 – Место центра SMS в структуре сети

  High Speed Circuit Switched Data – HSCSD.

• General Packet Radio Service – GPRS.

• Enhanced Data rates for the GSM Evolution – EDGE.

HSCSD

Наиболее простой является технология HSCSD, предполагающая использование не одного, а нескольких слотов в кадре TDMA, для передачи одного абонента (рисунок 8.2). Стандарт предусматривает использование до 4 слотов. В результате, максимальная скорость передачи достигает: 4х 14,4кбит/с = 57,6кбит/с.

Рисунок 8.2 – Технология HSCSD

Технология HSCSD наиболее часто применяется для видеотелефонии. Работает в режиме «точка-точка». Она не требует совершенно никаких изменений в структуре сетиGSM. Меняется лишь программная часть. Проблемами этой технологии принято считать отсутствие возможностей повышения скорости и плохую «стыковку» сInternet.

GPRS

Проблем технологии HSCSDможно избежать в системе, полностью ориентированной на пакетную передачу. Более гибкой является общая пакетная радиослужба (GPRS). Она предоставляет пакетный режим приложениям, использующим частую передачу небольших объемов информации (запросы пользователей) или менее частую передачу в больших объемах (ответыWeb-сервера).

По сравнению с существующими службами передачи данных, в системе GPRSпакетные приложения используют сетевые ресурсы более эффективно. Пользователям службы обеспечивается возможность выбора параметров качества обслуживания. Кроме того, системаGPRSпредоставляет услуги широковещания, а также многоадресной и одноадресной передачи.

Такая служба особенно необходима Internet-приложениям, которые используют именно пакетную передачу. Сетевые поставщики услуг могут поддерживать эту модель, взимая оплату не за время соединения (как это делается сейчас в службах передачи данных системыGSMи технологииHSCSD), а за объем переданной информации.

Однако, для технологии GPRSнеобходимы дополнительные сетевые элементы, т.е. программное и аппаратное обеспечение, Поэтому, в отличие от системыHSCSD, для объединения каналов в системеGPRSнедостаточно одного лишь обновления программ. Структура сети сGPRSпоказана на рисунке 8.3.

Архитектура системы GPRSсодержит так называемые узлы поддержкиGPRS (GPRS Support Nodes):

• узел поддержки служб GPRS–ServingGSN(SGSN);

• узел шлюзовой поддержки GatewayGSN(GGSN).

Для поддержания работы с интеллектуальными сетями в структуре может быть CAMEL Service Environment – CSE.

Рисунок 8.3 – Функциональные элементы сети GSM с GPRS

Узлы поддержки связаны с другими элементами интерфейсами.

Узел GGSNсвязан с внешними сетями. Этот узел содержит данные о маршрутизации, выполняет преобразования адресов и, с помощью инкапсуляции, туннелирует данные пользователям. Передача пакетов узламSGSNпроизводится через магистральную сетьGPRS, основанную на протоколеIP.

Узел SGSNвзаимодействует сBSS. УзлыSGSN, в частности, запрашивают адреса пользователей из регистраGPRS(GR) и отслеживают местонахождение отдельных мобильных станций. Они отвечают за сбор информации об оплате и выполняют несколько функций, связанных с безопасностью (например, контроль доступа). УзлыSGSNвзаимодействуют с контроллерамиBSCпосредством ретрансляции кадров. Они находятся примерно на том же иерархическом уровне, что и центрыMSC. В регистреGR, обычно являющемся частью регистраHLR, хранятся все данные, относящиеся к системеGPRS.

Система GPRSоснована на следующих идеях:

• для новых радиоканалов GPRSсистемаGSMможет выделить от одного до восьми интервалов кадраTDMA. Они распределены не фиксированным образом, а управляются запросами, т.е.динамически. Все временные интервалы делятся между активными пользователями, исходящие и нисходящие каналы рассматриваются отдельно. Распределение интервалов зависит от текущей загрузки и предпочтения оператора связи;

• в зависимости от кодирования, скорость передачи может достигать 150 Кбит/с. Если использовать кодирование каналов с пропускной способностью 14,4 Кбит/с, то при выделении всех временных интервалов получится канал со скоростью передачи 115,2 Кбит/с. GPRSне ограничивает максимальную скорость передачи – ее ограничивает, лишь транспортная системаGSM);

• все службы GPRSможно использовать параллельно с традиционными службами.

Система GPRSпервого поколения предоставляет услуги двухточечной (РТР) пакетной передачи. Одна из предлагаемых версий РТР – сетевая служба РТР, ориентированная на установление соединения (PTP-CONS). Она предоставляет виртуальное устройство, необходимое для изменения ячеек в сетиGSM. Этот тип службы соответствует пакетно-ориентированному протоколу передачи с коммутацией каналов. Сетевая служба РТР, действующая без установки соединения (PTP-CLNS), является еще одной версией технологии РТР. Она поддерживает приложения, основанные на протоколеIP. Многоадресная передача, также называемая многоточечной (РTМ) службой, обеспечивается системойGPRSвторого поколения.

Система GPRSиспользует четыре схемы канального кодирования данныхCS-1–CS-4. Особенностью является то, что система сама меняет схему кодирования в зависимости от условий в радиоканале. Скорости передачи на один тайм-слот: 9,05; 13,4; 15,6; 21,4.

Пользователи системы GPRSмогут определять профиль качества обслуживания.

Он содержит приоритет службы (высокий, средний, низкий), класс надежности, класс задержки передачи и пропускную способность канала пользовательских данных.

Система GPRSвключает несколько служб безопасности. В ней проводится аутентификация, обеспечивается конфиденциальность пользователя и передаваемой им информации. Возможны даже полностью анонимные услуги, когда оплата взимается независимо от личности пользователя мобильной станции.

Любые данные до передачи через сеть GPRSдолжны быть закреплены за какой-то мобильной станцией. Это делается с помощью механизмов управления мобильностью. Процедура закрепления включает присвоение временной идентификации логического канала (TLLI) и порядкового номера ключа шифрования (CKSN), используемого для кодирования данных. Для каждой станцииMSустанавливается окружениеGPRS. Оно сохраняется в мобильной станции и соответствующем узлеSGSN.

Кроме закрепления и отделения, управление мобильностью отвечает за аутентификацию, контроль местонахождения и шифрования (границы шифрования находятся между станцией MSи узломSGSN).

Одной мобильной станции может выделяться до восьми каналов обмена пакетными данными (PDTCH). Пропускную способность можно распределять согласно запросам. Можно также разделить ее между каналами с коммутацией каналов и системойGPRS. Такое распределение может производиться динамически (с контролем загрузки) или быть фиксированным.

EDGE

Дальнейшее повышение скорости передачи данных было осуществлено путем перехода на новую, более эффективную схему модуляции, без изменения общей ширины спектра канала в 200кГц.

Рисунок 8.3 – Функциональные элементы сети GSM с GPRS

Новая технология получила название EDGE – Enhanced Data rates for the GSM Evolution. В ней используется модуляция 8-PSK, где бит в радиоканале кодируется тремя информационными символами. В результате достигается более высокая скорость передачи 640кбит/с, против 270,833кбит/с в обычном радиоинтерфейсеGSM. На рисунке 8.4 приведены сравнительные значения скоростейEDGEиHSCSD.

Особенностью технологии является динамическое изменение схем модуляции и кодирования в зависимости от состояния радиоканала. Используется девять таких схем: MSC1–MSC9. Причем, в первых четырех схемах применяется модуляцияGMSK, а в остальных 8-PSK.

Важно заметить, что технология EDGEменяет лишь радиоинтерфейс, сохраняя без изменений структуру сети Фазы 2+.

В рамках международного проекта IMT-2000 технологияEDGEотнесена к поколению 3Gсотовой связи.