3.Контрольные вопросы
1. Какие стандарты лежат в основе поколения сетей 4-ого поколения?
2. К какому поколению относится сеть GSM?
3. Дайте понятие следующих элементов структурной схемы GSM: MSC, BTS , BSS, ОМС , MS , VLR, HLR.
4. Назовите базы данных, используемые в GSM и их содержание.
5. Оборудование базовой станции и его назначение.
6. Состав и организация базы данных регистра идентификации оборудования.
Лекция за 3 неделю на тему: «Поколения мобильной связи.Структура сети gsm.» Ответственная Голубничая а. Ю.
1.Введение
Прошло немногим более двух десятилетий с момента появления первых мобильных телефонов, но мобильная связь уже подверглась существенным изменениям. Системы первого поколения, основанные на аналоговом принципе, использовались исключительно для телефонной связи и лишь впоследствии обзавелись некоторыми базовыми сервисами. Системы второго поколения, включая стандарт GSM, предоставляют улучшенное качество передачи и защиту сигнала, дополнительные сервисы, низкоскоростную передачу данных, и для систем GSM - автоматическую службу т.н. роуминга для удобства передвижения абонента по разным странам и континентам.
Рисунок 1. Увеличение числа абонентов GSM
Вскоре после появления второго поколения мобильных систем, начались приготовления к проектированию стандартов мобильной связи следующего поколения. Разработки велись как на региональном уровне (ETSI, проект RAINBOW от ACTS, U.S. Joint Technical Committee,) так и на глобальном - ITU (International Telecommunications Union), следствием деятельности которого стало создание в 1985 инициативной группы, которая в 1996 была переименована в IMT-2000. Цифра '2000' призвана обозначить технологию нового тысячелетия и нового частотного диапазона, предназначенного для этой технологии - 2 GHz. Разные проекты предлагали различные пути перехода к системам третьего поколения. В рамкам каждого проекта в основном рассматривалось два варианта развития: постепенный переход от ныне действующих систем и "скачкообразный" прыжок. Большинство склонилось к необходимости постепенной интеграции, что и нашло своё отражение в работе IMT 2000.
Рисунок 2. Диаграмма объёма рынка мобильных систем
Технология третьего поколения (3G) обеспечивает высококачественную передачу речи, изображений (скорость предположительно будет достигать 2 Мбит/с вместо 9.6 Кбит/с, доступных сегодня), мультимедиа конвента и доступ в Internet, а также обмен данными между мобильным телефоном и компьютером. В то же самое время 3G технологии должны улучшить качество сервиса сетей вторых поколений, добавляя им множество новых услуг.
2. Поколение 1g
История начинается с появления в 1980-х годах нескольких новаторских сетевых технологий: AMPS в США и сочетание TACS и NMT в Европе. Хотя несколько поколений услуг мобильной связи существовали и раньше, тройка AMPS, TACS и NMT считается первым поколением (1G), потому что именно эти технологии позволили мобильным телефонам стать массовым продуктом. Во времена 1G никто не думал об услугах передачи данных — это были чисто аналоговые системы, задуманные и разработанные исключительно для осуществления голосовых вызовов и некоторых других скромных возможностей. Модемы существовали, однако из-за того, что беспроводная связь более подвержена шумам и искажениям, чем обычная проводная, скорость передачи данных была невероятно низкой. К тому же, стоимость минуты разговора в 80-х была такой высокой, что мобильный телефон мог считаться роскошью. Отдельно хочется упомянуть первую в мире автоматическую систему мобильной связи «Алтай», которая была запущена в Москве в 1963 году. «Алтай» должен был стать полноценным телефоном, устанавливаемым в автомобиле. По нему просто можно было говорить, как по обычному телефону (т.е. звук проходил в обе стороны одновременно, т.н. дуплексный режим). Чтобы позвонить на другой «Алтай» или на обычный телефон, достаточно было просто набрать номер — как на настольном телефонном аппарате, без всяких переключений каналов или разговоров с диспетчером. Аналогичная система в США, IMTS (Improved Mobile Telephone Service), была запущена в опытной зоне на год позже. А коммерческий ее запуск состоялся лишь в 1969 году. Между тем в СССР к 1970 году «Алтай» был установлен и успешно работал уже примерно в 30 городах. Кстати, в Воронеже и Новосибирске система действует до сих пор.
3. Поколение 2G
В начале 90-х годов наблюдается подъем первых цифровых сотовых сетей, которые имели ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми системами. Улучшенное качество звука, большая защищенность, повышенная производительность — вот основные преимущества. GSM начал свое развитие в Европе, в то время как D-AMPS и ранняя версия CDMA компании Qualcomm стартовали в США. Эти зарождающиеся 2G стандарты пока не имеют поддержки собственных, тесно интегрированных, услуг передачи данных. Многие из таких сетей поддерживают передачу коротких текстовых сообщений (SMS), а также технологию CSD, которая позволила передавать данные на станцию в цифровом виде. Это фактически означало, что вы могли передавать данные быстрее — до 14,4 кбит/с, что было сравнимо со скоростью стационарных модемов в середине 90-х. Для того, чтобы инициировать передачу данных с помощью технологии CSD, необходимо было совершить специальный «вызов». Это было похоже на телефонный модем — вы или были, подключены к сети, или нет. В условиях того, что тарифные планы в то время измерялись в десятках минут, а CSD была сродни обыкновенному звонку, практической пользы от технологии почти не было.
3.1. Поколение 2.5G
Поколение 2.5G представлено стандартами GPRS и Widen. Мобильные телефонные сети изначально были рассчитаны именно на передачу голоса. Поэтому, хотя GSM (Global System for Mobile Communications) и является цифровым стандартом, он предназначен для передачи голоса во время телефонного разговора и как результат не очень подходит для длительных высокоскоростных соединений.
Технология GPRS - то своеобразный мостик между обычными (GSM) сетями и сетями третьего поколения, позволяющий реализовать некоторые новые элементы на базе уже существующих сетей.
При связи мобильного телефона с базовой станцией мобильной сети по технологии GPRS данные транслируются в паузах между передачей голоса на частотах, которые в этот же момент могут использоваться для разговоров другими абонентами.
GPRS (англ. General Packet Radio Service - пакетная радиосвязь общего пользования) - надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю мобильного телефона производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет и предполагает тарификацию по объему переданной/полученной информации, а не времени.
Служба передачи данных GPRS надстраивается над существующей сетью GSM. При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передается через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы, такая технология предполагает более эффективное использование ресурсов сети GSM.
Абоненту, подключенному к GPRS, предоставляется виртуальный канал, который на время передачи пакета становится реальным, а в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей. Поскольку один канал могут использовать несколько абонентов, возможно возникновение очереди на передачу пакетов, и, как следствие, задержка связи.
Технология GPRS использует GMSK-модуляцию. В зависимости от качества радиосигнала, данные, пересылаемые по радио эфиру, кодируются по одной из 4-х кодовых схем (CS1-CS4). Каждая кодовая схема характеризуется избыточностью кодирования и помехоустойчивостью, и выбирается автоматически в зависимости от качества радиосигнала.
GPRS по принципу работы аналогична Интернет: данные разбиваются на пакеты и отправляются получателю (необязательно одним и тем же маршрутом), где происходит их сборка. При установлении сессии каждому устройству присваивается уникальный адрес, что, по сути, превращает его в сервер. Протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, поэтому интеграция GPRS с Интернет незаметна конечному пользователю. Пакеты могут иметь формат IP или X.25, при этом не имеет значения, какие протоколы используются поверх IP, поэтому есть возможность использования любых стандартных протоколов транспортного и прикладного уровней, применяемых в Интернет (TCP, UDP, HTTP, HTTPS, SSL, POP3, Jabber и др.). Также при использовании GPRS мобильный телефон выступает как клиент внешней сети, и ему присваивается IP-адрес (постоянный или динамический).
3.2. Поколение 2.75G
EDGE (англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution) - цифровая технология для мобильной связи, которая функционирует как надстройка над 2G и 2.5G (GPRS) сетями. Эта технология работает в TDMA и GSM сетях. Для поддержки EDGE в сети GSM требуются определённые модификации и усовершенствования. На основе EDGE могут работать: ECSD - ускоренный доступ в Интернет по каналу CSD, EHSCSD - по каналу HSCSD, и EGPRS - по каналу GPRS. EDGE был впервые представлен в 2003 году в Северной Америке.
В дополнение к GMSK (англ. Gaussian minimum-shift keying) EDGE использует модуляцию 8PSK (англ. 8 Phase Shift Keying) для пяти из девяти кодовых схем (MCS). EDGE получает 3-х битовое слово за каждое изменение фазы несущей. Это эффективно (в среднем в 3 раза в сравнении с GPRS) увеличивает общую скорость, предоставляемую GSM. EDGE, как и GPRS, использует адаптивный алгоритм изменения подстройки модуляции и кодовой схемы (MCS) в соответствии с качеством радиоканала, что влияет, соответственно, на скорость и устойчивость передачи данных. Кроме того, EDGE представляет новую технологию, которой не было в GPRS - Incremental Redundancy (нарастающая избыточность) - в соответствии с которой вместо повторной отсылки повреждённых пакетов отсылается дополнительная избыточная информация, которая накапливается в приёмнике. Это увеличивает возможность правильного декодирования повреждённого пакета.
В 2004 году наиболее активно EDGE был поддержан GSM-операторами Северной Америки, более, чем где-либо в мире. Причиной этому послужил сильный соперник: CDMA2000. Большинство других GSM-операторов рассматривали в качестве следующего шага развития технологию UMTS, поэтому предпочли либо пропустить внедрение EDGE, либо использовать его там, где будет отсутствовать покрытие UMTS-сети. Однако высокая стоимость и объём работ по внедрению UMTS (как показала практика) заставили некоторых западноевропейских операторов пересмотреть свой взгляд на EDGE как на целесообразный.