Изменения в регистре vlr, при которых все службы остаются доступными мобильной станции - ms, называется роумингом (roaming).

Роуминг может осуществляться в сети одного Оператора связи (поставщика услуг), а также между двумя сетями (поставщиками услуг) внутри одной страны и между сетями (поставщиками услуг) разных стран.

Общегосударственный роуминг обычно не поддерживается.

Чтобы определить местонахождение мобильной станции MS и установить связь с ней, нужно присвоить этой MS несколько номеров:

• Международный номер MS цифровой сети с интеграцией обслуживания (ISDN) - MS ISDN (Mobile Station International ISDN Number). Структура номера определяется стандартом Е.164 МСЭ-Т. Или другая аббревиатура: Mobile Subscriber ISDN Number - номер ISDN мобильного телефона. Этот стандарт используется в стационарных сетях ISDN.

Международный номер ISDN мобильной станции MS: MS ISDN состоит из:

• кода страны (СС);

• национального кода адресата (NDC), т.е. адреса (кода) сети и регистра HLR;

• номера телефона (SN).

Специальные префиксы: "8", "00" и другие в нумерацию не входят.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Функциональная схема установления соединения между абонентскими устройствами ТфОП и GSM

AuC

HLR

VLR

ТА

GMSC

MSC

BSS:

BSC, BTS

BSS:

BSC, BTS

BSS:

BSC, BTS

MS

где:

ТА - стационарный телефонный аппарат.

MS -мобильная станция (мобильный телефон)

сети GSM.

GMSC - Gatewey Mobile (Service) Switching Center (MSC) – шлюз мобильного центра коммутации.

AuC - центр аутентификации.

.

- Этап 1: Пользователь набирает номер мобильного телефона GSM с любого телефона (мобильного или стационарного)

• Этап 2: Телефонная сеть общего пользования (ТфОП) определяет с помощью кода, что номер принадлежит сети GSM и переадресовывает соединение к шлюзу GMSC.

• Этап 3: Шлюз GMSC определяет регистр абонента HLR, который закодирован в телефонном номере, и посылает в этот регистр сигнал установления соединения.

• Этап 4: Регистр HLR проверяет наличие нужного номера и доступ пользователя к требуемой услуге, затем запрашивает из текущего регистра VLR номер MSRN - номер роуминга мобильной станции - MS, который является временным адресом, скрывающим личность пользователя и местонахождение MS - этот адрес генерируется регистром VLR и сохраняется в регистре HLR.

• Номер MSRN включает гостевой код страны (VCC), гостевой код адресата (VNDC), идентификацию текущего центра коммутации мобильной связи - MSC и номер мобильного телефона пользователя.

• Этап 5: Регистр HLR определяет, какой из мобильных центров коммутации MSC отвечает за связь с конкретной мобильной станцией MS и направляет эту информацию в шлюз GMSC.

.

• Этап 6: Шлюз GMSC переадресовывает запрос в нужный мобильный центр коммутации - MSC - для установления соединения.

• Этап 7: MSC отвечает за само установление соединения.

• Этап 8: MSC запрашивает из регистра VLR информацию о текущем состоянии мобильной станции MS (свободна, занята другим соединением, отключена и т.д.).

• Этапы 9 и 10: Если мобильная станция MS доступна, мобильный центр коммутации MSC инициирует ее поиск во всех своих ячейках.

• Этап 11: BTS всех подсистем BSS (всех ячеек) посылают поисковый сигнал в MS.

• Этапы 12 и 13: После ответа вызываемого абонента регистр VLR производит проверку безопасности (производит шифрование и т. д.)

• Этапы 14 -17: Регистр VLR направляет сигнал в MSC об установлении соединения с MS.

Установление соединения от MS к MS (или телефон, включенный в ТфОП) значительно проще, чем в вышеприведенном примере.

Пример установления соединения от MS к ТА ТфОП

HLR

ТА

GMSC

MSC

BTS

MS

где:

ТфОП – телефонная сеть общего пользования

ТА - стационарный телефонный аппарат

MS - мобильный телефон (мобильная станция)

Мобильная станция MS посылает запрос на установление соединения, подсистема BSS переадресовывает этот запрос в текущий центр MSC, который проверяет права пользователя на доступ к данной услуге, проверяет наличие свободных ресурсов сетей GSM и ТфОП и устанавливает соединение между мобильной станцией MS и ТА (телефонным аппаратом) ТфОП.

Кроме установления соединения происходит информационный обмен между MS и BTS в обоих направлениях. Дальнейшим шагом является выбор свободного канала случайного доступа (RACH). Следующие шаги (этапы) нужны для обеспечения безопасности (аналогично предыдущему примеру):

• включение аутентификации мобильной станции MS;

• переключение на шифрованную связь;

• подключение канала информационного обмена TCH для передачи пользовательских данных (например, речи, факсимильных сообщений).

Каналы TCH подразделяются на два основных класса: полноскоростные (TCH/F) каналы с пропускной способностью 22,8кбит/с и полускоростные (TCH/H) каналы с пропускной способностью 11,4кбит/с;

• после подтверждения установления соединения обе стороны могут обмениваться сообщениями;

• после окончание соединения включается сообщение о разъединении, канал освобождается.

Аутентификация (authentikos - "подлинный", "исходящий от первоисточника" - греч.) - в ее основу положены данные, содержащиеся в SIM-карте (модуле) мобильной станции - MS:

• индивидуальный ключ аутентификации - К_i (хранится в AuC и SIM-карте)

• идентификатор абонента - IMSI

• кроме этого, для аутентификации применяется схема "вызов-отклик", когда регистр VLR посылает 128-битовое число - случайное значение - RAND (случайные значения RAND, отмеченные откликом SRES, генерируются центром AuC) в модуль - SIM, который после расчетов по формуле:

RAND х К_i отвечает 32-битовым откликом - SRES.

Идентификация ("identificare" - отождествлять - лат.): регистр VLR посылает случайное значение RAND (случайные значения RAND, отмеченные откликом SRES, генерируются центром аутентификации AuC) в модуль SIM, который отвечает откликом SRES.

Кодирование (шифрование): все сообщения в системе GSM кодируются (шифруются) базовой трансиверной станцией BTS с использованием ключа шифра К_с, который генерируется из индивидуального ключа К_i и случайного номера с помощью специального алгоритма (А8). Сам ключ К_с через радиоинтерфейс не передается.

Переключение каналов внутри ячейки (максимальный радиус ~ 35,0км) в GSM

возможно из-за узкополосных помех.

В этом случае BSC подсистемы BSS может изменить несущую частоту и переключить соединение на другой канал.

Переключение ячеек в зоне действия одного контроллера BSC в GSM –

самое распространенное переключение: MS переходит из одной ячейки в другую, но находится в зоне управления одного и того же BSC, который осуществляет переключение, выделяет радиоканал в новой ячейке и освобождает прежний радиоканал.

Переключение контроллеров BSC в зоне действия одного мобильного центра коммутации MSC связано с тем, что BSC управляет ограниченным числом ячеек. Это переключение осуществляет MSC.

Переключение мобильных центров коммутации MSC осуществляется в том случае, когда требуется переключение двух ячеек, относящихся к разным центрам коммутации - MSC.

В этом случае переключение осуществляется обоими MSC.

BTS и MS периодически измеряют качество (уровень сигналов и количество ошибок за единицу времени) исходящего и нисходящего каналов соответственно, усредняет эти величины, сравнивает их с пороговыми значениями с некоторой задержкой во избежание эффекта "пинг-понга" - исключения процессов переключения каналов при очень кратковременных помехах.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Сети сотовой связи поколения 2,5G - краткий обзор

Сети сотовой связи поколения 2,5 G - 3G - разрабатываются с целью получения высокоскоростных беспроводных средств не только для передачи речи, но также и для пакетов данных.

По инициативе МСЭ-Т (ITU-T) определена следующая концепция возможностей систем сотовой связи третьего поколения:

• Высокое качество речи, сравнимое с качеством речи в ТфОП (телефонной сети общего пользования) и прежде всего обеспечение нормативов на задержку при передаче-приеме речи (25,0мс - фиксированная связь, 260,0мс - спутниковая связь).

• Высокая скорость (свыше 120,0км/час) передвижения MS, которым доступна скорость передачи данных 14,4÷115,0кбит/с (системы CDMA-One), в пределах больших зон доступа. Для стоящих или медленно передвигающихся - 384,0÷1500,0кбит/с;

• Скорость передачи данных для MS в офисах - 2,048мбит/с (CDMA 2000).

• Передача данных может быть симметричной и асимметричной (универсальность).

• Поддержка связи с коммутацией пакетов и с коммутацией каналов (универсальность).

• Наличие адаптивного интерфейса с Интернет, который позволяет эффективно отразить асимметрию трафика: исходящего (от BTS к MS) и нисходящего

(от MS к BTS).

• Эффективное использование всего допустимого спектра частот.

• Поддержка многообразия мобильного оборудования (универсальность).

• Гибкость системы при внедрении новых услуг и технологий (универсальность).

Универсальность - главная черта современных телекоммуникационных технологий:

• один счет на оплату любых телекоммуникационных услуг по всему миру;

• один абонентский терминал с удобным доступом к любой телекоммуникационной системе, службе, услуге;

• единый код доступа в любую открытую систему связи т.д.

Эти концепции глобальной мобильной связи - GSM называются персональными службами связи - PCS и персональными сетями связи - PCN, а их реализация - является задачей сотовых систем поколений 2,5 - 3G.

Мобильные станции системы PCS должны иметь мéньшую мощность и быть относительно маленькими и легкими.

Одной из ключевых особенностей системы GSM является автоматическая всемирная идентификация (навигация) пользователей: системе всегда известно, где находится MS пользователя, поэтому телефонные номера действительны в любой точке земного шара. Для обеспечения такой услуги в системе GSM информация о местонахождении пользователя периодически обновляется, даже тогда, когда MS, находящаяся всегда в активном состоянии, не используется. MS (при наличии в ней SIM-модуля, или SIM-карты) остается зарегистрированной в сети GSM. Данные о текущем местонахождении MS постоянно содержатся в регистре HLR, а с помощью регистра VLR, отвечающего за местоположение MS, учитывается изменение ее местоположения. Когда MS попадает в зону действия другого регистра VLR, последнему передаются необходимые данные из регистра HLR.

GPRS-General Packet Radio Service - сервис пакетной радиосвязи

(общая пакетная радиослужба) в сетях сотовой связи поколения 2,5G

Стандарт GPRS - определенный институтом ETSI (спецификации 1998а, 1998в и требования к ним) сервис, который используется для передачи пакетов данных в GSM - сетях небольшими объемами информации (например, запросы пользователей MS в Web-сервер) или редкой передачи больших объемов пакетной информации (например, ответы пользователю MS из Web-сервера).

По сравнению с существующими службами передачи данных 2G, в системе GPRS пакетные приложения используют сетевые ресурсы более эффективно. Пользователям службы GPRS обеспечивается возможность выбора параметров качества обслуживания. Кроме того, в отличие от GSM, GPRS предоставляет широковещательные услуги, а также услуги многоадресной и одноадресной передачи данных.

Цель создания GPRS - обеспечение более эффективной и, следовательно, менее затратной, службы с пакетным режимом передачи данных. Эта служба особенно необходима приложениям Интернет, использующим пакетный режим передачи данных. Поставщики сетевых услуг GPRS взимают оплату не за время соединения, как это делается в службах передачи данных GSM, а за объем переданной информации.

Разработка и внедрение системы GPRS в первую очередь была обусловлена стремительным развитием пакетно-ориентированной Интернет, а также новыми приложениями и моделями информационного обмена.

Однако системы GPRS требуют дополнительных сетевых элементов: программного обеспечения и технических устройств.

Так, например, для объединения каналов в системе GPRS не достаточно только обновления программного обеспечения.

Система GPRS основана на следующих идеях (ETSI, 1998в):

• Для новых радиоканалов GSM может выделить от одного до восьми временных интервалов в одном кадре с временным разделением каналов TDMA;

• Временные интервалы распределены не фиксированным образом, а управляются запросами;

• Все временные интервалы распределяются между мобильными станциями MS пользователей в зависимости от текущей нагрузки (трафика) и предпочтений Оператора связи, а исходящие (от BTS к MS) и нисходящие (от MS к BTS) каналы рассматриваются отдельно;

• В зависимости от принципов кодирования (шифрования) данных, скорость передачи может достигать 171,2кбит/с. Скорость не зависит от характеристик и типа канала: информационного или управления (сигнального) и ограничивается только транспортными возможностями системы GSM.

Например, при использовании кодирования каналов с пропускной способностью 14,4кбит/с и использовании всех восьми временных интервалов получится канал с пропускной способностью:

14,4кбит/с · 8 = 115,2кбит/с;

Все службы GPRS можно использовать одновременно с традиционными службами.

.

Система GPRS первого поколения предоставляет услуги двухточечной передачи пакетов данных -PTP (ETSI,1998в).

Первая из предлагаемых версий двухточечной передачи пакетов данных: сетевая служба PTP ориентирована на установление соединения (PTP - CONS) и представляет собой виртуальное устройство, необходимое для изменения ячеек в сети GSM, соответствует всемирно известному протоколу для пакетной передачи данных с коммутацией каналов Х.25.

Вторая из предлагаемых версий двухточечной передачи пакетов данных: сетевая служба PTP действует без установления соединения (PTP-CLNS), поддерживает приложения, основанные на протоколе IP.

Многоточечная многоадресная передача - PTM - многоточечная служба - обеспечивается системой GPRS поколения 2,5G.

Пользователи системы GPRS могут самостоятельно выбирать качество обслуживания, которое включает следующие характеристики:

• приоритет службы (высокий, средний, низкий);

• класс задержки передачи;

• пропускную способность канала пользовательских данных.

Радио ресурсы распределяются таким образом, чтобы удовлетворить требования пользователей услугами связи в полном объеме. Пакеты (модули) данных службы (SDU - Service Data Unit) могут дублироваться или следовать в неправильном порядке, потеряться или исказиться. Для разных классов надежности (их всего три) - разные вероятности допустимости ошибок:

• для первого класса 10^-9 - для приложений, чувствительных к ошибкам;

• для второго класса 10^-4 - 10^-6 - для приложений более устойчивых к ошибкам;

• для третьего класса 10^-2 - 10^-5 - для приложений практически не чувствительных к ошибкам.

Кроме задержки доступа к каналу в стационарной и беспроводной сети GPRS, существуют задержки передачи.

Технология накопления (буферизации) пакетов в сетях GPRS отличается от технологии буферизации в сетях с промежуточным накоплением данных и не приводит к дополнительным задержкам в прохождении сигнала, т.к. при использовании технологии GPRS пакеты переадресовываются чрезвычайно быстро.