История мобильной связи

Беспроводная связь была магией для наших предков, но Маркони мог начать ее с помощью своего беспроводного телеграфа в 1895 году. Беспроводную связь можно разделить на три эпохи.

• Эра пионеров (до 1920 года)
• Предклеточная эра (1920-1979)
• Эра сотовой связи (после 1979 года)

Первая коммерческая система мобильной телефонной связи была запущена компанией BELL в Сент-Луисе, США, в 1946 году. Услугами воспользовались немногие счастливчики. Ранние мобильные системы использовали одиночные передатчики высокой мощности с аналоговыми методами частотной модуляции, чтобы обеспечить покрытие до 50 миль, и, следовательно, только ограниченные клиенты могли получить услугу из-за этих жестких ограничений полосы пропускания.

Эра сотовой связи

Чтобы преодолеть ограничения нехватки полосы пропускания и охватить более крупные участки, лаборатория BELL представила принцип сотовой связи. С помощью метода повторного использования частот этот метод обеспечивает лучшее покрытие, лучшую полезность доступного частотного спектра и сниженную мощность передатчика. Но установленные вызовы должны передаваться между базовыми станциями, когда телефоны находятся в движении.

Несмотря на то, что американская лаборатория BELL ввела принцип сотовой связи, страны Северной Европы первыми ввели сотовые услуги для коммерческого использования с введением в 1981 году мобильного телефона Северной Европы (NMT).

Системы первого поколения

Все эти системы были аналоговыми системами, использующими технологию FDMA. Они также известны как системы первого поколения (1G). Различные системы вошли в использование на основе клеточного принципа. Они перечислены ниже.

Год	Мобильная система
1981	Северный мобильный телефон (NMT) 450
1982	Американская система мобильной связи (AMPS)
1985	Система связи с полным доступом (TACS)
1986	Скандинавская мобильная связь (NMT) 900

Недостатки систем 1G

• Они были аналоговыми и, следовательно, не были устойчивы к помехам.
• Разные страны следовали своим собственным стандартам, которые были несовместимы.

Чтобы преодолеть трудности 1G, большинство стран выбрали цифровую технологию, и началась новая эра под названием 2G.

Преимущества 2G

• Улучшенное использование спектра достигается с помощью передовых методов модуляции.
• Голосовое кодирование с более низкой скоростью передачи данных позволило большему числу пользователей получать услуги одновременно.
• Сокращение накладных расходов на сигнализацию проложило путь для увеличения пропускной способности.
• Хорошие методы кодирования источника и канала делают сигнал более устойчивым к помехам.
• Новые услуги, такие как SMS были включены.
• Была достигнута повышенная эффективность контроля доступа и передачи обслуживания.

Наименование систем	Страна
DAMPS-цифровая усовершенствованная система мобильной связи	Северная Америка
GSM-Глобальная система мобильной связи	Европейские страны и международные заявки
JDC — японская цифровая сотовая связь	Япония
CT-2 Беспроводной телефон – 2	Соединенное Королевство
DECT-цифровой европейский беспроводной телефон	европейские страны

История GSM

Стандарт GSM является европейским стандартом, который решает многие проблемы, связанные с совместимостью, особенно с развитием технологий цифрового радио.

Вехи GSM

• 1982 — Конфедерация европейской почты и телеграфа (CEPT) создает Группу Special Mobile.
• 1985 — Группа приняла решение о принятии списка рекомендаций.
• 1986 — Проведены различные полевые испытания радиотехники для общего радиоинтерфейса.
• 1987 — TDMA был выбран в качестве стандарта доступа. Меморандум о взаимопонимании был подписан между 12 операторами.
• 1988 — Проверка системы была завершена.
• 1989 — Ответственность была взята на себя Европейским институтом стандартов электросвязи (ETSI).
• 1990 — выпущена первая спецификация GSM.
• 1991 — Запущена первая коммерческая система GSM.

Диапазон частот GSM

GSM работает в четырех разных частотных диапазонах с FDMA-TDMA и FDD. Они заключаются в следующем —

система	P-GSM (основной)	E-GSM (расширенный)	GSM 1800	GSM 1900
Freq Uplink	890-915MHz	880-915MHz	1710-1785Mhz	1850-1910MHz
Freq Downlink	935-960MHz	925-960MHz	1805-1880Mhz	1930-1990MHz

Cellular Concepts — Введение

Огромный потенциал обычного телефона не может быть использован по максимуму из-за ограничений, накладываемых соединительными проводами. Но это ограничение было снято с появлением сотового радио.

Проблема дефицита частот

Если мы используем выделенную радиочастотную петлю для каждого абонента, нам нужна большая пропускная способность, чтобы обслуживать даже ограниченное количество абонентов в одном городе.

пример

Один радиочастотный контур требует 50 кГц ч / б; тогда для одного абонента lakh нам нужно 1 000 000 x 50 кГц = 5 ГГц.

Чтобы преодолеть эту ч / б проблему, абоненты должны совместно использовать РЧ-каналы по мере необходимости, а не выделенные РЧ-петли. Это может быть достигнуто путем использования методов множественного доступа FDMA, TDMA или CDMA. Даже тогда количество радиочастотных каналов, необходимое для обслуживания абонентов, оказывается неосуществимым.

пример

Рассмотрим подплотность 30кв. Км., Класс обслуживания — 1%, трафик, предлагаемый на мобильную подпрограмму, — 30 м E. Тогда требуемое количество РЧ-каналов —

Радиус (км)	Площадь в кв. Км	подписка	РЧ Каналы
1	3,14	100	8
3	28,03	900	38
10	314	10000	360

Для 10000 сабов для выделения 360 радиоканалов нам нужен B / W с частотой 360 × 50 кГц = 18 МГц. Это практически неосуществимо.

Сотовый подход

При ограниченном частотном ресурсе сотовый принцип может обслуживать тысячи абонентов по доступной цене. В сотовой сети общая площадь делится на более мелкие области, называемые «ячейками». Каждая ячейка может охватывать ограниченное количество абонентов мобильной связи в пределах своих границ. Каждая ячейка может иметь базовую станцию ​​с несколькими радиочастотными каналами.

Частоты, используемые в данной области ячейки, будут одновременно повторно использоваться в другой ячейке, которая географически разделена. Например, можно рассмотреть типичный шаблон из семи ячеек.

Общие доступные частотные ресурсы разделены на семь частей, каждая часть состоит из нескольких радиоканалов и выделена ячейке сотовой связи. В группе из 7 ячеек доступный частотный спектр расходуется полностью. Те же семь наборов частот можно использовать после определенного расстояния.

Группа ячеек, где доступный частотный спектр полностью используется, называется кластером ячеек.

Две соты, имеющие одинаковый номер в соседнем кластере, используют один и тот же набор радиочастотных каналов и, следовательно, называются «сотами совмещенного канала». Расстояние между сотами, использующими одну и ту же частоту, должно быть достаточным для поддержания помех в совмещенном канале (co-chl) до приемлемого уровня. Следовательно, сотовые системы ограничены помехами в совмещенном канале.

Следовательно, клеточный принцип позволяет следующее.

• Более эффективное использование доступного ограниченного источника RF.

• Изготовление каждого терминала абонентского терминала в пределах региона с одинаковым набором каналов, чтобы любой мобильный телефон можно было использовать в любом месте в пределах региона.

Более эффективное использование доступного ограниченного источника RF.

Изготовление каждого терминала абонентского терминала в пределах региона с одинаковым набором каналов, чтобы любой мобильный телефон можно было использовать в любом месте в пределах региона.

Форма Клеток

Для аналитических целей ячейка «Шестиугольник» предпочтительнее других форм на бумаге по следующим причинам.

• Расположение шестиугольника требует меньше ячеек, чтобы покрыть данную область. Следовательно, он предусматривает меньшее количество базовых станций и минимальные капитальные вложения.

• Другие геометрические формы не могут эффективно сделать это. Например, если есть ячейки круглой формы, то будет перекрытие ячеек.

• Также для данной области, среди квадрата, треугольника и шестиугольника, радиус шестиугольника будет максимумом, который необходим для более слабых мобильных телефонов.

Расположение шестиугольника требует меньше ячеек, чтобы покрыть данную область. Следовательно, он предусматривает меньшее количество базовых станций и минимальные капитальные вложения.

Другие геометрические формы не могут эффективно сделать это. Например, если есть ячейки круглой формы, то будет перекрытие ячеек.

Также для данной области, среди квадрата, треугольника и шестиугольника, радиус шестиугольника будет максимумом, который необходим для более слабых мобильных телефонов.

В действительности ячейки не являются гексагональными, но имеют неправильную форму, что определяется такими факторами, как распространение радиоволн на местности, препятствия и другие географические ограничения. Сложные компьютерные программы необходимы для разделения области на клетки. Одной из таких программ является «Торнадо» от Siemens.

Рабочая среда

Из-за мобильности радиосигналы между базовой станцией и мобильными терминалами претерпевают различные изменения по мере их перемещения от передатчика к приемнику даже в пределах одной соты. Эти изменения обусловлены —

• Физическое разделение передатчика и приемника.
• Физическое окружение пути, т. Е. Местность, здания и другие препятствия.

Медленное угасание

• В условиях свободного пространства (или) LOS постоянная распространения радиочастотного сигнала рассматривается как две, т. Е. R = 2. Это применимо для статических радиосистем.

• В мобильной среде эти вариации заметны, и обычно значение «r» принимается за 3-4.

В условиях свободного пространства (или) LOS постоянная распространения радиочастотного сигнала рассматривается как две, т. Е. R = 2. Это применимо для статических радиосистем.

В мобильной среде эти вариации заметны, и обычно значение «r» принимается за 3-4.

Рэйли Фэйдинг

Непосредственная линия прямой видимости в мобильной среде между базовой станцией и мобильной станцией не обеспечивается, и сигнал, принятый в приемнике, является суммой количества сигналов, проходящих через разные пути (многолучевое распространение). Многолучевое распространение радиоволн связано с отражением радиочастотной энергии от холма, здания, грузовика или аэродрома и т. Д .; отраженная энергия также претерпевает изменение фазы.

Если есть 180 несоответствующих фазе с прямыми сигналами пути, они имеют тенденцию подавлять друг друга. Таким образом, сигналы многолучевого распространения имеют тенденцию уменьшать силу сигнала. В зависимости от местоположения передатчика и приемника и различных отражающих препятствий вдоль длины пути, сигнал колеблется. Колебания происходят быстро, и это известно как «угасание Рэлея».

Кроме того, многолучевое распространение приводит к «расширению импульса» и «межсимвольным помехам».

Эффект Допплера

Из-за мобильности абонента происходит изменение частоты принимаемых РЧ-сигналов. Сотовые мобильные системы используют следующие методы для решения этих проблем.

• Канальное кодирование
• Чередование
• уравнивание
• Грабли ресиверы
• Медленная скачкообразная перестройка частоты
• Разнообразие антенн

Помехи в совмещенном канале и разделение ячеек

Предполагается, что сотовая система имеет радиус ячейки «R» и расстояние между каналами «D» и размер кластера «N». Поскольку размер ячейки фиксирован, помехи в совмещенном канале не будут зависеть от мощности.

Интерференция Co-chl является функцией «q» = D / R.

Q = коэффициент снижения помех Co-chl.

Более высокое значение «q» означает меньше помех.

Меньшее значение «q» означает сильные помехи.

«Q» также относится к размеру кластера (N), так как q = 3N

q = 3N = D / R

Интерференция Co-chl является функцией «q» = D / R.

Q = коэффициент снижения помех Co-chl.

Более высокое значение «q» означает меньше помех.

Меньшее значение «q» означает сильные помехи.

«Q» также относится к размеру кластера (N), так как q = 3N

q = 3N = D / R

Для разных значений N q —

N = 1 3 4 7 9 12
Q = 1.73 3 3.46 4.58 5.20 6.00

Более высокие значения «q»

• Уменьшает помехи в совмещенном канале,
• Приводит к более высокому значению «N» больше клеток / кластер,
• Меньшее количество каналов / ячеек,
• Меньшая пропускная способность.

Нижние значения «q»

• Увеличивает внутриканальные помехи,
• Приводит к снижению значения «n» меньше клеток / кластер,
• Больше количества каналов / ячеек,
• Большая пропускная способность.

Обычно N = 4, 7, 12.

C / I Расчеты и ‘q’

Значение «q» также зависит от C / I. «C» — это мощность принимаемой несущей от желаемого передатчика, а «I» — помехи в совмещенном канале, полученные от всех мешающих ячеек. Для схемы повторного использования из семи ячеек количество ячеек, создающих помехи в канале, должно быть шесть.

Потеря сигнала пропорциональна (расстоянию) –r

R — постоянная распространения.

c α Rr

R = радиус ячейки.

I α 6 Dr

D = расстояние между каналами

C / I = R — r / 6D –r = 1/6 × Dr / Rr = 1/6 (D / R) r

C / I = 1/6 qr, так как q = D / R и qr = 6 C / I

Q = [6 × C / I] 1 / r

На основании приемлемого качества голоса значение C / I оказалось равным 18 дБ.

Предполагая,

• Шаблон повторного использования из семи ячеек
• Всенаправленные антенны

Значение ‘q’ обычно может быть около 4.6.

Значение r принимается за 3.

Это идеальное условие, учитывая, что расстояние мобильных блоков от мешающих ячеек во всех случаях равно равно «D». Но практически подвижные ходы и расстояние «D» сокращаются до «D-R», когда он достигает границы ячейки, а C / I падает до 14,47 дБ.

Следовательно, схема повторного использования ‘freq’, равная 7, не соответствует критериям C / I для всенаправленных антенн.

Если N = 9 (или) 12,

N = 9 q = 5,2 C / I = 19,78 дБ

N = 12 q = 6,0 C / I = 22,54 дБ

Следовательно, схема с 9 или 12 ячейками должна быть со всенаправленными антеннами, но пропускная способность трафика снижается. Следовательно, они не являются предпочтительными.

Чтобы использовать N = 7 (или ниже), направленные антенны используются в каждой ячейке ячейки. Ячейка с 3 секторами очень популярна и будет выглядеть так, как показано на рисунке ниже.

Феномен антенной шрифта и обратной связи уменьшает количество потенциальных источников помех.

Например, если N = 7.

В случае всенаправленных антенн число мешающих ячеек должно быть шесть. С направленными антеннами и 3 секторами то же самое уменьшается до двух. Для N = 7 и трех секторов C / I улучшается с 14,47 дБ до 24,5 дБ даже в худших условиях. Тогда C / I соответствует требованию 18 дБ. Для N = 7 и шести секторов C / I улучшается до 29 дБ.

Для городских приложений N = 4 и используется трехсекторная сота, так что получается большее количество несущих на соту, чем N = 7. Кроме того, C / I становится 20 дБ в худших случаях.

DAMPS использует 7/21 шаблон ячейки

GSM использует шаблон ячеек 4/21

Преимущества разметки

• Уменьшить помехи в канале
• Увеличить емкость системы

Недостатки разбивки

• Большое количество антенн на базовой станции.
• Увеличение количества секторов на соту снижает эффективность транкинга
• Секторизация уменьшает зону покрытия для конкретной группы каналов.
• Увеличивается количество раздач.

Раздача

Когда мобильное устройство движется по пути, оно пересекает разные ячейки. Каждый раз, когда он входит в другую соту, связанную с f = разной частотой, управление мобильной станцией переходит к другой базовой станции. Это известно как «Hand off».

Передача решается на основе —

• Полученная информация об уровне сигнала, если она ниже порогового значения.
• Отношение несущей к помехе составляет менее 18 дБ.

Помехи от соседнего канала

Данная ячейка / сектор использует несколько радиочастотных каналов. Из-за несовершенных фильтров приемника, которые позволяют соседним частотам проникать в полосу пропускания, возникают помехи в соседних каналах.

Он может быть уменьшен путем поддержания максимально возможного разделения частот между каждым радиочастотным каналом в данной соте. Когда коэффициент повторного использования невелик, это разделение может быть недостаточным.

Разделение каналов путем выбора радиочастот, которые находятся на расстоянии более 6 каналов, достаточно для того, чтобы помехи от соседних каналов находились в определенных пределах.

Например, в GSM, который следует шаблону 4/12, N = 4

Секторы = 3 / ячейка

Я буду использовать RF Carr. 1, 13, 25, ……… ..

IB будет использовать RF Carr 5, 17, 29, …………

IC будет использовать RF Carr. 9, 21, 33, ……… .. и так далее.

Магистральные

Сотовые радиостанции используют транкинг для размещения большого количества пользователей в ограниченном радиочастотном спектре. Каждому пользователю назначается канал по требованию / на основе вызова и после завершения соты канал возвращается в общий пул радиочастотных каналов.

Оценка обслуживания (GOS)

Из-за транкинга существует вероятность того, что вызов заблокирован, если задействованы все радиочастотные каналы. Это называется «класс обслуживания» «GOS».

Разработчик сотовой связи оценивает максимальную требуемую пропускную способность и выделяет надлежащее количество радиочастотных каналов, чтобы соответствовать требованиям GOS. Для этих расчетов используется таблица «ERLANG B».

Расщепление клеток

Когда число пользователей достигает насыщения в начальной ячейке (первоначальный дизайн) и больше не имеется запасной частоты, тогда начальная ячейка разделяется, обычно на четыре меньшие ячейки, и трафик увеличивается на четыре и более числа подписчиков. может быть подан

После разделения ‘n’ трафик будет —

Т2 = Т0 × 42

Мощность будет уменьшена —

P2 = P0 — n × 12 дБ

Следовательно, разделение ячеек повышает пропускную способность и снижает мощность передачи.

Концепции сотовой связи — архитектура GSM

Сеть GSM делится на четыре основные системы:

• Система коммутации (SS)
• Система базовой станции (BSS)
• Мобильная станция (MS)
• Центр эксплуатации и технического обслуживания (ОМС)

Система коммутации, также называемая Сетью и системой коммутации (NSS), отвечает за выполнение обработки вызовов и функций, связанных с абонентами. Система коммутации включает в себя следующие функциональные блоки —

• Центр коммутации мобильной связи
• Главная Местоположение Регистрация
• Регистрация посетителей
• Регистр идентификации оборудования
• Центр аутентификации

Центр коммутации мобильной связи

Центр коммутации мобильной связи (MSC) выполняет все функции коммутации для всех мобильных станций, расположенных в географической области, контролируемой назначенными им BSS. Кроме того, он взаимодействует с КТСОП, с другими MSC и другими объектами системы.

Функции MSC

• Обработка вызовов, которая соответствует мобильному характеру абонентов с учетом регистрации местоположения, аутентификации абонентов и оборудования, услуги хэндовера и предоплаты.

• Управление требуемым логическим каналом радиосвязи во время разговоров.

• Управление протоколом сигнализации MSC-BSS.

• Обработка регистрации местоположения и обеспечение взаимодействия между мобильной станцией и VLR.

• Контролирует передачу обслуживания между BSS и между MSC.

• Действуя как шлюз MSC для опроса HLR. MSC, который подключен к сети PSTN / ISDN, называется GMSC. Это единственный MSC в сети, подключенный к HLR.

• Стандартные функции выключателя, такие как зарядка.

Обработка вызовов, которая соответствует мобильному характеру абонентов с учетом регистрации местоположения, аутентификации абонентов и оборудования, услуги хэндовера и предоплаты.

Управление требуемым логическим каналом радиосвязи во время разговоров.

Управление протоколом сигнализации MSC-BSS.

Обработка регистрации местоположения и обеспечение взаимодействия между мобильной станцией и VLR.

Контролирует передачу обслуживания между BSS и между MSC.

Действуя как шлюз MSC для опроса HLR. MSC, который подключен к сети PSTN / ISDN, называется GMSC. Это единственный MSC в сети, подключенный к HLR.

Стандартные функции выключателя, такие как зарядка.

Home Location Register (HLR)

Домашний регистр местоположения содержит —

• Идентификатор мобильного абонента называется International Mobile Sub Identity (IMSI).
• Телефонный номер ISDN мобильной станции.
• Подписная информация об услугах.
• Сервисные ограничения.
• Информация о местоположении для маршрутизации вызовов.

Рекомендуется один HLR на сеть GSM, и это может быть распределенная база данных. Постоянные данные в HLR изменяются интерфейсом человек-машина. Временные данные, такие как информация о местоположении, динамически изменяются в HLR.

Регистр местонахождения посетителей (VLR)

VLR всегда интегрируется с MSC. Когда мобильная станция перемещается в новую область MSC, VLR, подключенный к этому MSC, будет запрашивать данные о мобильной станции из HLR. Позже, если мобильная станция выполняет вызов, VLR имеет информацию, необходимую для установления вызова, без необходимости каждый раз запрашивать HLR. VLR содержит следующую информацию:

• Идентичность мобильного саба,
• Любая временная мобильная субидентификация,
• ISDN номер каталога мобильного телефона,
• Номер каталога для направления звонка на роуминговую станцию,
• Часть данных HLR для мобильных телефонов, которые в настоящее время находятся в зоне обслуживания MSC.

Регистр идентификации оборудования

Регистр идентификации оборудования состоит из идентификатора оборудования мобильной станции, называемого International Mobile Equipment Identity (IMEI), который может быть действительным, подозрительным и запрещенным. Когда мобильная станция получает доступ к системе, процедура предоставления оборудования вызывается перед предоставлением услуг.

Информация доступна в виде трех списков.

• Белый список — терминалу разрешено подключаться к сети.

• Серый список — терминал находится под наблюдением со стороны сети на предмет возможных проблем.

• Черный список — Терминалы, указанные как украденные, не сертифицированы по типу. Им не разрешено подключаться к сети. EIR информирует VLR о списке, в котором находится конкретный IMEI.

Белый список — терминалу разрешено подключаться к сети.

Серый список — терминал находится под наблюдением со стороны сети на предмет возможных проблем.

Черный список — Терминалы, указанные как украденные, не сертифицированы по типу. Им не разрешено подключаться к сети. EIR информирует VLR о списке, в котором находится конкретный IMEI.

Центр аутентификации

Это связано с HLR. Он хранит ключ идентификации, называемый ключом аутентификации (Ki) для каждого абонента мобильной связи. Этот ключ используется для генерации триплетов аутентификации.

• RAND (Случайное число),
• SRES (подписанный ответ) — для аутентификации IMSI,
• Kc (ключ шифрования) — для шифрования связи по радиоканалу между MS и сетью.

Центр эксплуатации и технического обслуживания (ОМС)

Это функциональный объект, с помощью которого оператор сети может отслеживать и контролировать систему, выполняя следующие функции:

• Установка программы
• Управление движением
• Анализ данных о производительности
• Отслеживание абонентов и оборудования
• Управление конфигурацией
• Абонентское управление
• Управление мобильным оборудованием
• Управление начислением и выставлением счетов

Система базовой станции (BSS)

BSS соединяет MS и NSS. Он состоит из следующего —

• Базовая приемопередающая станция (BTS) также называется Базовая станция.
• Контроллер базовой станции (BSC).

BTS и BSC обмениваются данными через стандартизированный интерфейс Abis. BTS контролируется BSC, и один BSC может иметь много BTS под своим контролем.

Базовая приемопередающая станция (BTS)

BTS содержит радиопередатчики и обрабатывает протоколы радиосвязи с мобильной станцией. Каждая BTS состоит из устройств радиопередачи и приема, включая антенну, процессоры сигналов и т. Д. Каждая BTS может поддерживать от 1 до 16 несущих RF. Параметрами, различающими BTS, являются уровень мощности, высота антенны, тип антенны и количество несущих.

Функции БТС

• Он отвечает за синхронизацию времени и частоты.

• Процесс канального кодирования, шифрования, мультиплексирования и модуляции для транс-направления и обратного для приема должен быть выполнен.

• Он должен заранее организовать передачу с мобильных телефонов в зависимости от их расстояния от BTS (Timing Advance).

• Он должен обнаруживать запросы произвольного доступа с мобильных телефонов, измерять и контролировать радиоканалы для управления мощностью и передачи обслуживания.

Он отвечает за синхронизацию времени и частоты.

Процесс канального кодирования, шифрования, мультиплексирования и модуляции для транс-направления и обратного для приема должен быть выполнен.

Он должен заранее организовать передачу с мобильных телефонов в зависимости от их расстояния от BTS (Timing Advance).

Он должен обнаруживать запросы произвольного доступа с мобильных телефонов, измерять и контролировать радиоканалы для управления мощностью и передачи обслуживания.

Контроллер базовой станции

BSC управляет радиоресурсами для одной или группы BTS. Он выполняет настройку радиоканала, скачкообразную перестройку частоты, передачу обслуживания и контроль уровней радиочастотной мощности. BSC предоставляет опорные сигналы синхронизации времени и частоты, передаваемые его BTS. Он устанавливает связь между мобильной станцией и MSC. BSC подключен через интерфейсы к MSC, BTS и OMC.

Мобильная станция

Это относится к терминальному оборудованию, используемому беспроводными абонентами. Состоит из —

• SIM-модуль идентификации абонента
• Мобильное оборудование

SIM-карта является съемной, и с соответствующей SIM-картой доступ к сети можно получить с помощью различного мобильного оборудования.

Идентификация оборудования не связана с абонентом. Оборудование проверяется отдельно с IMEI и EIR. SIM-карта содержит интегральную микросхему с микропроцессором, оперативной памятью (RAM) и постоянной памятью (ROM). SIM-карта должна быть действительной и проверять подлинность MS при доступе к сети.

SIM также хранит информацию, относящуюся к абоненту, такую ​​как IMSI, идентификатор местоположения соты и т. Д.

Функции мобильной станции

• Радиопередача и прием
• Управление радиоканалом
• Кодирование / декодирование речи
• Защита от ошибок радиосвязи
• Управление потоком данных
• Оценить адаптацию пользовательских данных к радиолинии
• Управление мобильностью

Измерения производительности максимум до шести окружающих BTS и передачи отчетов в BSS, MS могут хранить и отображать короткие принятые буквенно-цифровые сообщения на жидкокристаллическом дисплее (LCD), который используется для отображения набора номера и информации о состоянии.

Европейская система GSM определяет пять различных категорий мобильных телефонов: 20 Вт, 8 Вт, 5 Вт, 2 Вт и 0,8 Вт. Они соответствуют уровням мощности 43 дБм, 39 дБм, 37 дБм, 33 дБм и 29 дБм. Блоки мощностью 20 Вт и 8 Вт (пиковая мощность) предназначены либо для установки на транспортном средстве, либо на переносной станции. Мощность МС регулируется с шагом 2 дБ от номинального значения до 20 мВт (13 дБм). Это делается автоматически под дистанционным управлением от BTS.

Транскодеры

Транскодеры — это сетевые объекты, вставленные для взаимодействия стороны MSC со стороной Mobile. Скорость кодирования голоса на стороне КТСОП составляет 64 Кбит / с, а в GSM по радиоканалу голос кодируется как 13 Кбит / с. Чтобы уменьшить скорость передачи данных по радиоинтерфейсу и снизить нагрузку на наземную линию (4: 1), транскодеры вводятся в соответствующем месте, в основном с помощью MSC.

Транскодер — это устройство, которое использует мультиплексные передачи данных со скоростью 13 кбит / с или 3,6 / 6/12 кбит / с и четыре из них для преобразования в стандартные данные со скоростью 64 кбит / с. Сначала 13 Кбит / с или данные со скоростью 3,6 / 6/12 Кбит / с доводятся до уровня 16 Кбит / с путем добавления дополнительных данных синхронизации, чтобы составить разницу между речью 13 Кбит / с или данными с более низкой скоростью, а затем четыре из них объединены в приемоответчике для обеспечения канала 64 Кбит / с в пределах BSS. Четыре канала трафика затем могут быть мультиплексированы в одну схему на 64 кбит / с. Таким образом, выходная скорость передачи данных TRAU составляет 64 Кбит / с.

Затем до 30 таких каналов 64 Кбит / с мультиплексируются на 2,048 Мбит / с, если на интерфейсе A-bis предусмотрен канал CEPT1. Этот канал может нести до 120- (16×120) сигналов трафика и управления. Поскольку скорость передачи данных в КТСОП обычно составляет 2 Мбит / с, это является результатом объединения каналов 30 на 64 Кбит / с или 120 Кбит / с на каналы 16 Кбит / с.

Другие сетевые элементы

Другие сетевые элементы включают такие компоненты, как сервисный центр SMS, ящик голосовой почты и поток SMS.

СМС Сервис Центр

Он взаимодействует с MSC, имеющим функциональные возможности взаимодействия, для предоставления службы коротких сообщений (SMS) абонентам мобильной связи. SMS могут быть направлены на факсимильный аппарат, компьютер в Интернете или другой MS. Местоположение MS получателя запрашивается MSC и доставляется.

Ящик голосовой почты

Когда мобильный абонент не в состоянии отвечать на входящие вызовы из-за занятости / за пределами зоны обслуживания, то вызов перенаправляется на почтовый ящик, который уже был активирован абонентом. Для этого было установлено отдельное подключение от MSC. Позже абонент будет уведомлен через SMS и сможет получить сообщение.

Поток SMS

• Когда пользователь отправляет SMS, запрос размещается через MSC.

• MSC пересылает SMS в SMSC, где он хранится.

• SMSC запрашивает HLR, чтобы узнать, где находится мобильный телефон назначения, и пересылает сообщение в MSC назначения, если мобильный телефон назначения доступен.

• Если мобильный телефон недоступен, сообщение сохраняется в текущем SMSC. В большинстве случаев, если мобильный телефон не доступен для доставки SMS, SMSC не повторяется. Вместо этого MSC назначения сообщает SMSC, когда мобильный телефон возвращается в зону действия. В отличие от USSD, обработка SMS — это операция хранения и пересылки.

• SMS имеет срок действия, в течение которого он будет ожидать, пока мобильный телефон назначения не станет доступным. По истечении этого времени SMSC удалит сообщение. Срок действия может быть установлен пользователем. Обычный срок действия — 1 день.

Когда пользователь отправляет SMS, запрос размещается через MSC.

MSC пересылает SMS в SMSC, где он хранится.

SMSC запрашивает HLR, чтобы узнать, где находится мобильный телефон назначения, и пересылает сообщение в MSC назначения, если мобильный телефон назначения доступен.

Если мобильный телефон недоступен, сообщение сохраняется в текущем SMSC. В большинстве случаев, если мобильный телефон не доступен для доставки SMS, SMSC не повторяется. Вместо этого MSC назначения сообщает SMSC, когда мобильный телефон возвращается в зону действия. В отличие от USSD, обработка SMS — это операция хранения и пересылки.

SMS имеет срок действия, в течение которого он будет ожидать, пока мобильный телефон назначения не станет доступным. По истечении этого времени SMSC удалит сообщение. Срок действия может быть установлен пользователем. Обычный срок действия — 1 день.

Концепция сотовой связи — GSM Radio Link

BTS и MS связаны через радиолинии, и этот радиоинтерфейс называется Um. Радиоволна подвержена затуханию, отражению, доплеровскому смещению и помехам от другого передатчика. Эти эффекты вызывают потерю уровня сигнала и искажения, которые влияют на качество голоса или данных. Чтобы справиться с суровыми условиями, GSM использует эффективную и защитную обработку сигналов. Надлежащая сотовая конструкция должна обеспечивать достаточное радиопокрытие в этой области.

Изменение уровня сигнала для мобильных устройств обусловлено различными типами затухания уровня сигнала. Существует два типа вариаций уровня сигнала.

• Макроскопические изменения — из-за контура местности между BTS и MS. Эффект затухания вызван затенением и дифракцией (изгибанием) радиоволн.

• Микроскопические изменения — из-за многолучевого, кратковременного или рэлеевского замирания. Когда MS движется, будут приниматься радиоволны с разных путей.

Макроскопические изменения — из-за контура местности между BTS и MS. Эффект затухания вызван затенением и дифракцией (изгибанием) радиоволн.

Микроскопические изменения — из-за многолучевого, кратковременного или рэлеевского замирания. Когда MS движется, будут приниматься радиоволны с разных путей.

Рэйли Фэйдинг

Рэлеевское затухание или макроскопические вариации могут быть смоделированы как добавление двух компонентов, которые составляют потерю пути между мобильной станцией и базовой станцией. Первый компонент — это детерминированный компонент (L), который добавляет потери к уровню сигнала при увеличении расстояния (R) между базой и мобильным устройством. Этот компонент может быть записан как —

L = 1 / R ⁿ

Где n обычно равно 4. Другим макроскопическим компонентом является нормальная случайная переменная Log, которая учитывает эффекты затенения теней, вызванные изменениями ландшафта и другими препятствиями на пути радиосвязи. Локальное среднее значение потерь на трассе = детерминированный компонент + логарифмическая нормальная случайная величина.

Микроскопические вариации или замирание Рэлея происходит, когда мобильное устройство перемещается на короткие расстояния по сравнению с расстоянием между мобильным устройством и базой. Эти кратковременные изменения вызваны рассеянием сигнала вблизи мобильной станции, скажем, на холме, в здании или на дороге. Это приводит ко многим различным путям, которые следуют между передатчиком и приемником (многолучевое распространение). Отраженная волна изменяется как по фазе, так и по амплитуде. Сигнал может эффективно исчезнуть, если отраженная волна не совпадает по фазе с сигналом прямого пути. Частичные несинфазные зависимости между несколькими принятыми сигналами приводят к меньшему снижению уровня принимаемого сигнала.

Эффекты Рэлея Fading

Отражение и многолучевое распространение могут вызывать положительные и отрицательные эффекты.

Передача / получение процессов

Существует два основных процесса, связанных с передачей и приемом информации по цифровому радиоканалу, кодированием и модуляцией.

Расширение покрытия

Многолучевое распространение позволяет радиосигналам проникать за холмы и здания в туннели. Конструктивные и деструктивные сигналы помех, принимаемые по многолучевым каналам, могут складываться или разрушать друг друга.

кодирование

Кодирование — это обработка информации, которая включает в себя подготовку основных сигналов данных, чтобы они были защищены и помещены в форму, которую может обрабатывать радиолиния. Обычно процесс кодирования включает в себя логическое исключающее ИЛИ (EXOR). Кодирование включено в —

• Кодирование речи или транскодирование
• Канальное кодирование или прямое кодирование с исправлением ошибок
• Чередование
• шифрование

Пакетное форматирование

Человеческая речь ограничена полосой от 300 Гц до 3400 Гц и подвергается частотной модуляции в аналоговых системах. В цифровых фиксированных системах PSTN речь с ограничением полосы частот дискретизируется с частотой 8 кГц, и каждая выборка кодируется в 8 битов, что приводит к 64 кбит / с (PCM A-Law of кодирование). Цифровое сотовое радио не может справиться с высокой скоростью передачи данных, используемой в системах PSTN. Умные методы для анализа и обработки сигналов были разработаны для снижения скорости передачи данных.

Свойства речи

Человеческую речь можно различить по элементарным звукам (фонемам). В зависимости от языка, существует от 30 до 50 различных фонем. Человеческий голос способен воспроизводить до 10 фонем в секунду, поэтому для передачи речи требуется около 60 бит / с. Однако все индивидуальные черты и интонации исчезнут. Чтобы сохранить отдельные функции, реальный объем передаваемой информации во много раз выше, но все еще составляет часть от 64 Кбит / с, используемых для PCM.

Основываясь на механизме производства фонем человеческих органов речи, можно создать простую модель производства речи. Похоже, что в течение короткого интервала времени 10–30 мс параметры модели, такие как период основного тона, вокализованный / невокализованный, коэффициент усиления и параметры фильтра, остаются примерно постоянными (квазистационарными). Преимущество такой модели заключается в простом определении параметров с помощью линейного прогнозирования.

Методы кодирования речи

Есть 3 класса методов кодирования речи

• Кодирование формы волны — Речь передается как можно лучше при кодировании формы волны. PCM является примером кодирования формы сигнала. Скорость передачи данных варьируется от 24 до 64 кбит / с, качество речи хорошее, и динамик можно легко распознать.

• Кодирование параметров — отправляется только очень ограниченное количество информации. Декодер, созданный в соответствии с моделью производства речи, регенерирует речь в приемнике. Для передачи речи требуется только от 1 до 3 кбит / с. Восстановленная речь понятна, но она страдает от шума, и часто говорящий не может быть распознан.

• Гибридное кодирование — гибридное кодирование представляет собой сочетание кодирования формы сигнала и кодирования параметров. Он объединяет сильные стороны обеих технологий, а GSM использует гибридную технику кодирования, называемую RPE-LTP (регулярное импульсное долгосрочное прогнозирование), что дает 13 Кбит / с на голосовой канал.

Кодирование формы волны — Речь передается как можно лучше при кодировании формы волны. PCM является примером кодирования формы сигнала. Скорость передачи данных варьируется от 24 до 64 кбит / с, качество речи хорошее, и динамик можно легко распознать.

Кодирование параметров — отправляется только очень ограниченное количество информации. Декодер, созданный в соответствии с моделью производства речи, регенерирует речь в приемнике. Для передачи речи требуется только от 1 до 3 кбит / с. Восстановленная речь понятна, но она страдает от шума, и часто говорящий не может быть распознан.

Гибридное кодирование — гибридное кодирование представляет собой сочетание кодирования формы сигнала и кодирования параметров. Он объединяет сильные стороны обеих технологий, а GSM использует гибридную технику кодирования, называемую RPE-LTP (регулярное импульсное долгосрочное прогнозирование), что дает 13 Кбит / с на голосовой канал.

Кодирование речи в GSM (Транскодирование)

PCM 64 кбит / с, перекодированный из стандартного A-закона, квантованного 8 битов на выборку, в линейно квантованный поток битов 13 битов на выборку, который соответствует скорости передачи 104 кбит / с. Поток 104 кбит / с подается в речевой кодер RPE-LTP, который берет 13-битные выборки в блоке из 160 выборок (каждые 20 мс). Кодер RPE-LTP выдает 260 битов за каждые 20 мс, в результате чего скорость передачи составляет 13 кбит / с. Это обеспечивает качество речи, приемлемое для мобильной телефонии и сопоставимое с проводными телефонами PSTN. В GSM 13Kbps речевое кодирование называется полноскоростными кодерами. В качестве альтернативы, для повышения пропускной способности также доступны кодеры с половинной скоростью (6,5 кбит / с).

Канальное кодирование / сверточное кодирование

Канальное кодирование в GSM использует 260 битов из речевого кодирования в качестве входных данных для канального кодирования и выводит 456 кодированных битов. Из 260 битов, создаваемых речевым кодером RPE-LTP, 182 классифицируются как важные биты, а 78 — как неважные биты. Опять же, 182 бита делятся на 50 наиболее важных битов и блочно кодируются в 53 бита, и к ним добавляются 132 бита и 4 хвостовых бита, что в сумме составляет 189 битов перед выполнением сверточного кодирования 1: 2, преобразуя 189 битов в 378 битов. Эти 378 бит добавляются с 78 неважными битами, в результате чего получается 456 бит.

Чередование — Первый уровень

Канальный кодер предоставляет 456 битов на каждые 20 мс речи. Они чередуются, образуя восемь блоков по 57 бит в каждом, как показано на рисунке ниже.

В нормальном пакете могут быть размещены блоки из 57 битов, и если 1 такой пакет потерян, то будет 25% BER на все 20 мс.

Чередование — Второй уровень

Второй уровень чередования был введен для дальнейшего снижения возможного КОБ до 12,5%. Вместо отправки двух блоков по 57 бит из одной и той же 20 мс речи в одном пакете, блок из одной 20 мс и блок из следующей выборки из 20 мс отправляются вместе. Задержка вводится в систему, когда MS должна ждать следующие 20 мс речи. Однако теперь система может позволить себе потерять весь пакет из восьми, поскольку потери составляют только 12,5% от общего количества битов в каждом речевом кадре длительностью 20 мс. 12,5% — это максимальный уровень потерь, который может исправить канальный декодер.

Шифрование / Шифрование

Целью шифрования является кодирование пакета, чтобы он не мог быть интерпретирован никакими другими устройствами, кроме приемника. Алгоритм шифрования в GSM называется алгоритмом A5. Он не добавляет биты в пакет, что означает, что вход и выход в процессе шифрования совпадают с входом: 456 бит на 20 мс. Подробная информация о шифровании доступна в рамках специальных функций GSM.

Мультиплексирование (пакетное форматирование)

Каждая передача с мобильного / BTS должна включать некоторую дополнительную информацию наряду с основными данными. В GSM добавляется 136 бит на блок по 20 мс, в результате чего общее количество составляет 592 бита. Также добавлен защитный период в 33 бита, что дает 625 бит на 20 мс.

модуляция

Модуляция — это обработка, которая включает в себя физическую подготовку сигнала, так что информация может передаваться на радиочастотном носителе. В GSM используется метод гауссовой минимизации сдвига (GMSK). Несущая частота сдвигается на +/- B / 4, где B = битрейт. Однако, используя фильтр Гаусса, уменьшает ширину полосы до 0,3 вместо 0,5.

Особенности GSM

Ниже перечислены особенности GSM, которые мы собираемся обсудить в следующих разделах.

• Аутентификация
• шифрование
• Слот времени шатается
• Сроки Прогресс
• Прерывистая передача
• Управление питанием
• Усыновление
• Медленная скачкообразная перестройка частоты

Аутентификация

Поскольку радиоинтерфейс уязвим для мошеннического доступа, необходимо использовать аутентификацию перед распространением услуг на абонента. Аутентификация строится вокруг следующих понятий.

• Ключ аутентификации (Ki) находится только в двух местах: на SIM-карте и в Центре аутентификации.

• Ключ аутентификации (Ki) никогда не передается по воздуху. Для неуполномоченных лиц практически невозможно получить этот ключ для выдачи себя за данного мобильного абонента.

Ключ аутентификации (Ki) находится только в двух местах: на SIM-карте и в Центре аутентификации.

Ключ аутентификации (Ki) никогда не передается по воздуху. Для неуполномоченных лиц практически невозможно получить этот ключ для выдачи себя за данного мобильного абонента.

Параметры аутентификации

MS аутентифицируется VLR с процессом, который использует три параметра —

• RAND, который является совершенно случайным числом.

• SRES, который является подписанным ответом аутентификации. Он генерируется путем применения алгоритма аутентификации (A3) к RAND и Ki.

• Kc, который является ключом шифра. Параметр Kc генерируется путем применения алгоритма генерации ключа шифрования (A8) к RAND и Ki.

RAND, который является совершенно случайным числом.

SRES, который является подписанным ответом аутентификации. Он генерируется путем применения алгоритма аутентификации (A3) к RAND и Ki.

Kc, который является ключом шифра. Параметр Kc генерируется путем применения алгоритма генерации ключа шифрования (A8) к RAND и Ki.

Эти параметры (называемые триплетом аутентификации) генерируются AUC по запросу HLR, к которому принадлежит абонент. Алгоритмы A3 и A8 определяются оператором PLMN и выполняются SIM-картой.

Шаги на этапе аутентификации

• Новый VLR отправляет запрос в HLR / AUC (Центр аутентификации), запрашивая «триплеты аутентификации» (RAND, SRES и Kc), доступные для указанного IMSI.

• AUC, используя IMSI, извлекает ключ аутентификации подписчиков (Ki). Затем AUC генерирует случайное число (RAND), применяет Ki и RAND как к алгоритму аутентификации (A3), так и к ключу шифрования, алгоритм генерации (A8) для создать подписанный ответ аутентификации (SRES) и ключ шифрования (Kc). AUC затем возвращает триплет аутентификации: RAND, SRES и Kc в новый VLR.

• MSC / VLR сохраняет два параметра Kc и SRES для последующего использования, а затем отправляет сообщение в MS. MS считывает свой ключ аутентификации (Ki) с SIM-карты, применяет принятое случайное число (RAND) и Ki как к своему алгоритму аутентификации (A3), так и к алгоритму генерации ключа шифрования (A8), чтобы создать ответ с подписью аутентификации (SRES) и шифр ключ (Kc). MS сохраняет Kc на потом и будет использовать Kc, когда получит команду для шифрования канала.

• MS возвращает сгенерированный SRES в MSC / VLR. VLR сравнивает SRES, возвращенный от MS, с ожидаемым SRES, полученным ранее от AUC. Если равен, мобильный телефон проходит аутентификацию. Если неравенство, все действия сигнализации будут прерваны. В этом случае мы будем предполагать, что аутентификация пройдена.

Новый VLR отправляет запрос в HLR / AUC (Центр аутентификации), запрашивая «триплеты аутентификации» (RAND, SRES и Kc), доступные для указанного IMSI.

AUC, используя IMSI, извлекает ключ аутентификации подписчиков (Ki). Затем AUC генерирует случайное число (RAND), применяет Ki и RAND как к алгоритму аутентификации (A3), так и к ключу шифрования, алгоритм генерации (A8) для создать подписанный ответ аутентификации (SRES) и ключ шифрования (Kc). AUC затем возвращает триплет аутентификации: RAND, SRES и Kc в новый VLR.

MSC / VLR сохраняет два параметра Kc и SRES для последующего использования, а затем отправляет сообщение в MS. MS считывает свой ключ аутентификации (Ki) с SIM-карты, применяет принятое случайное число (RAND) и Ki как к своему алгоритму аутентификации (A3), так и к алгоритму генерации ключа шифрования (A8), чтобы создать ответ с подписью аутентификации (SRES) и шифр ключ (Kc). MS сохраняет Kc на потом и будет использовать Kc, когда получит команду для шифрования канала.

MS возвращает сгенерированный SRES в MSC / VLR. VLR сравнивает SRES, возвращенный от MS, с ожидаемым SRES, полученным ранее от AUC. Если равен, мобильный телефон проходит аутентификацию. Если неравенство, все действия сигнализации будут прерваны. В этом случае мы будем предполагать, что аутентификация пройдена.

Шифрование / Шифрование

Данные зашифровываются на стороне передатчика в блоках по 114 бит путем взятия 114-битных пакетов данных простого текста и выполнения операции логической функции EXOR (исключающее ИЛИ) с 114-битным блоком шифра.

Функция дешифрования на стороне приемника выполняется путем взятия зашифрованного блока данных в 114 битов и выполнения той же операции «исключающее ИЛИ» с использованием того же 114-битного блока шифра, который использовался в передатчике.

Блок шифрования, используемый обоими концами пути передачи для данного направления передачи, создается на BSS и MS алгоритмом шифрования, называемым A5. Алгоритм A5 использует 64-битный ключ шифрования (Kc), созданный в процессе аутентификации во время установки вызова, и 22-битный номер кадра TDMA (COUNT), который принимает десятичные значения от 0 до 2715647 и имеет время повторения 3,48 часа. (гиперкадровый интервал). Алгоритм A5 фактически создает два блока шифрования в течение каждого периода TDMA. Один путь для пути восходящей линии связи и другой для пути нисходящей линии связи.

Слот времени шатается

Сдвиг временных интервалов является принципом получения организации временных интервалов восходящей линии связи из организации временных интервалов нисходящей линии связи. Конкретный временной интервал восходящей линии связи получается из нисходящей линии путем сдвига номера временного интервала нисходящей линии связи на три.

причина

Сдвигая три временных интервала, мобильная станция избегает процессов «передачи и приема» одновременно. Это позволяет упростить реализацию мобильной станции; приемник в мобильной станции не нуждается в защите от передатчика той же мобильной станции. Обычно мобильная станция принимает в течение одного временного интервала, а затем сдвигает частоту на 45 МГц для GSM-900 или 95 МГц для GSM-1800 для передачи через некоторое время. Это подразумевает, что существует одна временная база для нисходящей линии связи и одна для восходящей линии связи.

Сроки Прогресс

Timing Advance — это процесс ранней передачи пакета в BTS (опережение синхронизации), чтобы компенсировать задержку распространения.

Зачем это нужно?

Это требуется из-за схемы мультиплексирования с временным разделением, используемой в радиоканале. BTS принимает сигналы от разных мобильных станций, расположенных очень близко друг к другу. Однако, когда мобильная станция находится далеко от BTS, BTS должна иметь дело с задержкой распространения. Важно, чтобы пакет, полученный на BTS, правильно помещался во временной интервал. В противном случае пакеты от мобильных станций, использующих соседние временные интервалы, могут перекрываться, что приведет к плохой передаче или даже к потере связи.

Как только соединение установлено, BTS непрерывно измеряет временной сдвиг между своим собственным расписанием пакета и графиком приема пакета мобильной станции. Основываясь на этих измерениях, BTS может предоставить мобильной станции требуемое опережение по времени через SACCH. Обратите внимание, что опережение синхронизации получается из измерения расстояния, которое также используется в процессе передачи обслуживания. BTS отправляет параметр опережения синхронизации в соответствии с воспринятым опережением синхронизации каждой мобильной станции. Каждая из мобильных станций затем увеличивает свое время, в результате чего сигналы от разных мобильных станций поступают на BTS и компенсируются задержкой распространения.

Процесс продвижения вперед

• 6-битное число указывает, сколько бит MS должна продвигать свою передачу. На этот раз заранее ТА.

• GP (защитный период) пакета доступа длиной 68,25 бита обеспечивает необходимую гибкость для увеличения времени передачи.

• TA с опережением времени может иметь значение длиной от 0 до 63 бит, что соответствует задержке от 0 до 233 микросекунд. Например, MS на расстоянии 10 км от BTS должна начать передачу на 66 микросекунд раньше, чтобы компенсировать задержку приема-передачи.

• Максимальный диапазон мобильной связи в 35 км скорее определяется значением опережения синхронизации, чем силой сигнала.

6-битное число указывает, сколько бит MS должна продвигать свою передачу. На этот раз заранее ТА.

GP (защитный период) пакета доступа длиной 68,25 бита обеспечивает необходимую гибкость для увеличения времени передачи.

TA с опережением времени может иметь значение длиной от 0 до 63 бит, что соответствует задержке от 0 до 233 микросекунд. Например, MS на расстоянии 10 км от BTS должна начать передачу на 66 микросекунд раньше, чтобы компенсировать задержку приема-передачи.

Максимальный диапазон мобильной связи в 35 км скорее определяется значением опережения синхронизации, чем силой сигнала.

Cellular Concepts — Управление мобильностью

Мобильная станция пытается найти подходящую соту, проходя через список в порядке убывания уровня принятого сигнала, первого канала BCCH, который удовлетворяет выбранному набору требований.

Критерии выбора ячеек

Требования, которые должна выполнить сота, прежде чем мобильная станция сможет получить от нее услугу, —

• Это должна быть ячейка выбранного PLMN. Мобильная станция проверяет, является ли сота частью выбранной PLMN.

• Это не должно быть «запрещено». Оператор PLMN может принять решение не разрешать мобильным станциям осуществлять доступ к определенным сотам. Эти соты могут, например, использоваться только для трафика передачи обслуживания. Информация о запрещенных ячейках передается по BCCH, чтобы дать указание мобильным станциям не обращаться к этим ячейкам.

• Потери на пути радиосвязи между мобильной станцией и выбранной BTS должны превышать пороговое значение, установленное оператором PLMN.

• Если подходящей ячейки не найдено, то MS переходит в состояние «ограниченного обслуживания», в котором она может выполнять только экстренные вызовы.

Это должна быть ячейка выбранного PLMN. Мобильная станция проверяет, является ли сота частью выбранной PLMN.

Это не должно быть «запрещено». Оператор PLMN может принять решение не разрешать мобильным станциям осуществлять доступ к определенным сотам. Эти соты могут, например, использоваться только для трафика передачи обслуживания. Информация о запрещенных ячейках передается по BCCH, чтобы дать указание мобильным станциям не обращаться к этим ячейкам.

Потери на пути радиосвязи между мобильной станцией и выбранной BTS должны превышать пороговое значение, установленное оператором PLMN.

Если подходящей ячейки не найдено, то MS переходит в состояние «ограниченного обслуживания», в котором она может выполнять только экстренные вызовы.

Звонок на активную мобильную станцию

Когда активная мобильная станция (MS) перемещается в зоне покрытия общественной наземной мобильной сети (PLMN), она сообщает о своих перемещениях, чтобы ее можно было найти по мере необходимости, используя местоположения процедуры обновления. Когда центр коммутации мобильных услуг (MSC) в сети должен установить вызов на мобильную станцию, работающую в ее области потока, происходят следующие вещи:

• Страничное сообщение о его трансляции, которое содержит идентификационный код MS. Не каждый контроллер базовой станции (BSC) в сети запрашивает передачу сообщения страницы. Трансляция ограничена кластером радиоячеек, которые вместе образуют область местоположения. Последняя сообщаемая позиция MS идентифицирует область местоположения, которая будет использоваться для широковещательной передачи.

• MS контролирует сообщение страницы, передаваемое радиоячейкой, в которой она находится, и, обнаружив свой собственный идентификационный код, отвечает, передавая ответное сообщение страницы на Базовую приемопередающую станцию ​​(BTS).

• Затем устанавливается связь между MSC и MS через BTS, которая получила ответное сообщение страницы.

Страничное сообщение о его трансляции, которое содержит идентификационный код MS. Не каждый контроллер базовой станции (BSC) в сети запрашивает передачу сообщения страницы. Трансляция ограничена кластером радиоячеек, которые вместе образуют область местоположения. Последняя сообщаемая позиция MS идентифицирует область местоположения, которая будет использоваться для широковещательной передачи.

MS контролирует сообщение страницы, передаваемое радиоячейкой, в которой она находится, и, обнаружив свой собственный идентификационный код, отвечает, передавая ответное сообщение страницы на Базовую приемопередающую станцию ​​(BTS).

Затем устанавливается связь между MSC и MS через BTS, которая получила ответное сообщение страницы.

Обновление местоположения

Случай 1 — Местоположение никогда не обновляется.

Если местоположение никогда не обновляет реализацию для обновления местоположения, стоимость становится нулевой. Но мы должны просмотреть каждую ячейку для определения местоположения MS, и эта процедура не будет экономически эффективной.

Случай 2 — Обновление местоположения осуществлено.

Обновления местоположения происходят согласно требованиям сети, могут быть основаны на времени или перемещении или расстоянии. Эта процедура связана с большими затратами, но мы должны выполнить пейджинг одной или нескольких ячеек только для определения местоположения MS, и эта процедура будет экономически эффективной.

конфигурация сети

Конфигурация общественной наземной мобильной сети (PLMN) разработана таким образом, чтобы активная мобильная станция, перемещающаяся в области сети, все еще могла сообщать о своем местоположении. Сеть состоит из разных областей —

• Площадь PLMN
• Расположение области
• Область MSC
• Площадь PLMN

Зона PLMN — это географическая зона, в которой наземные услуги мобильной связи предоставляются населению конкретным оператором PLMN. Из любой позиции в области PLMN мобильный пользователь может устанавливать вызовы другому пользователю той же сети или пользователю другой сети. Другая сеть может быть фиксированной сетью, другой сетью PLMN GSM или сетью PLMN другого типа. Пользователи одной и той же PLMN или пользователи других сетей также могут звонить мобильному пользователю, который активен в области PLMN. При наличии нескольких операторов PLMN географические зоны, охватываемые их сетями, могут перекрываться. Протяженность зоны PLMN обычно ограничена национальными границами.

Место расположения

Чтобы устранить необходимость в пейджинговых широковещательных рассылках в масштабе всей сети, PLMN должна знать приблизительные позиции MS, которые активны в своей зоне покрытия. Чтобы позволить приблизительным позициям любой MS быть представленным одним параметром, общая площадь, охватываемая сетью, делится на области местоположения. Область местоположения (LA) — это группа из одной или нескольких радиоячеек. Эта группа отвечает следующим требованиям —

• BTS в одной области местоположения могут управляться одним или несколькими BSC.

• BSC, которые обслуживают одну и ту же область местоположения, всегда подключены к одному и тому же MSC.

• Радиоячейки с BTS, управляемыми общим BSC, могут находиться в разных зонах расположения.

BTS в одной области местоположения могут управляться одним или несколькими BSC.

BSC, которые обслуживают одну и ту же область местоположения, всегда подключены к одному и тому же MSC.

Радиоячейки с BTS, управляемыми общим BSC, могут находиться в разных зонах расположения.

Местоположение Площадь Идентичность

Каждый радиопередатчик в PLMN транслирует через канал управления BCCH идентификатор области местоположения (LAI), код для идентификации области расположения, которую он обслуживает. Когда MS не участвует в вызове, она автоматически сканирует BCCH, переданный базовыми станциями в данной местности, и выбирает канал, который доставляет самый сильный сигнал. Код LAI, транслируемый по выбранному каналу, идентифицирует область местоположения, в которой в настоящее время находится MS. Этот код LAI хранится в модуле идентификации абонента (SIM) мобильного оборудования.

По мере того, как MS перемещается через область сети, сигнал, полученный от выбранного канала управления, постепенно уменьшается по силе, пока не перестанет быть самым сильным. В этот момент MS перенастраивается на канал, который стал доминирующим, и проверяет код LAI, который он передает. Если полученный код LAI отличается от того, который хранится на SIM-карте, то MS вошла в другую область местоположения и инициирует процедуру обновления местоположения, чтобы сообщить об изменении в MSC. В конце процедуры также обновляется код LAI на SIM-карте.

Формат идентификатора области расположения

Это код идентификации области расположения (LAI) для определения области расположения в PLMN. Код LAI состоит из трех компонентов:

Мобильный код страны (MCC)

MCC — это трехзначный код, который однозначно идентифицирует страну проживания мобильного абонента (например, Индия 404). Он присваивается МСЭ-Т.

Код мобильной сети (MNC)

MNC представляет собой 2-значный код (3-значный код для GSM-1900), который идентифицирует домашнюю GSM PLMN мобильного абонента. Если в стране существует более одной сети GSM PLMN, каждому из них присваивается уникальный MNC. Он назначается правительством каждой страны. (Например, Cell One, Chennai 64).

Код города местоположения (LAC)

Компонент LAC идентифицирует область местоположения в PLMN; он имеет фиксированную длину 2 октета и может быть закодирован с использованием шестнадцатеричного представления. Он назначается оператором.

MSC области

Область MSC является областью сети, в которой операции GSM управляются одним MSC. Область MSC состоит из еще одной области местоположения. Граница области MSC следует за внешними границами областей местоположения на его периферии. Следовательно, область местоположения никогда не выходит за границы области MSC.

Зона VLR

Область VLR — это область сети, которая контролируется одним регистром местоположения посетителей (VLR). Теоретически, область VLR может состоять из еще одной области MSC. Однако на практике функции VLR всегда интегрированы с функциями MSC, так что термины «зона VLR» и «зона MSC» стали синонимами.

Базы данных, связанные с местоположением

Управление базами данных использует две базы данных для хранения данных, связанных с местоположением MS.

• Регистр местонахождения посетителей (VLR)
• Home Location Register (HLR)

Регистрация посетителей

VLR содержит запись данных для каждой из MS, которые в настоящее время работают в своей области. Каждая запись содержит набор кодов идентификации абонента, соответствующую информацию о подписке и код идентификации области расположения (LAI). Эта информация используется MSC при обработке вызовов к или от MS в области. Когда MS перемещается из одной области в другую, ответственность за ее контроль переходит от одного VLR к другому. Новая запись данных создается VLR, которая приняла MS, а старая запись удаляется. При условии, что между заинтересованными сетевыми операторами существует межведомственное соглашение, передача данных может пересекать как сетевые, так и национальные границы.

Главная Местоположение Регистрация

HLR содержит информацию, относящуюся к абонентам мобильной связи, которые являются платными клиентами организации, эксплуатирующей PLMN.

HLR хранит два типа информации —

Информация о подписке

Информация о подписке включает в себя IMSI и номер каталога, выделенные абоненту, тип предоставляемых услуг и любые связанные ограничения.

Информация о местонахождении

Информация о местоположении включает в себя адрес VLR в области, где абоненты MS в настоящее время находятся, и адрес ассоциированного MSC.

Информация о местоположении позволяет направлять входящие вызовы на МС. Отсутствие этой информации указывает на то, что MS неактивна и недоступна.

Когда MS перемещается из одной области VLR в другую, информация о местоположении в HLR обновляется новой записью для MS с использованием данных подписки, скопированных из HLR. При условии, что между операторами сетей существует соглашение о взаимодействии, соответствующие транзакции данных могут перемещаться как через сеть, так и через национальные границы.

Типы идентификационных номеров

При выполнении процедуры обновления местоположения и обработки мобильного вызова используются разные типы номеров —

• Номер ISDN мобильной станции (MSISDN)
• Номер роуминга мобильного абонента (MSRN)
• Международный идентификатор мобильного абонента (IMSI)
• Временная идентификация мобильного абонента (TMSI)
• Идентификация локальной мобильной станции (LMSI)

Каждый номер хранится в HLR и / или VLR.

Номер ISDN мобильной станции

MSISDN — это номер каталога, выделенный для мобильного абонента. Он набирается для совершения телефонного звонка абоненту мобильной связи. Номер состоит из кода страны (CC) страны, в которой зарегистрирована мобильная станция (например, Индия 91), за которой следует национальный номер мобильного телефона, который состоит из кода пункта назначения сети (NDC) и номера абонента (SN). NDC выделяется для каждой сети PLMN GSM.

Состав MSISDN таков, что его можно использовать в качестве адреса глобального заголовка в части управления соединением сигнализации (SCCP) для маршрутизации сообщения на HLR мобильного абонента.

Номер роуминга мобильной станции

MSRN — это номер, требуемый шлюзом MSC для маршрутизации входящего вызова на MS, которая в настоящее время не находится под управлением шлюза MSISDN. С помощью мобильного телефона завершенный вызов направляется на шлюз MSC. Исходя из этого, MSC шлюза MSISDN запрашивает MSRN для маршрутизации вызова на текущую международную идентификацию абонента подвижной сети MSC (IMSI).

MS идентифицируется по IMSI. IMSI встроен в SIM мобильного оборудования. Он предоставляется MS в любое время, когда он получает доступ к сети.

Мобильный код страны (MCC)

Компонент MCC IMSI представляет собой трехзначный код, который однозначно идентифицирует страну постоянного проживания абонента. Он присваивается МСЭ-Т.

Код мобильной сети (MNC)

Компонент MNC представляет собой двузначный код, который идентифицирует домашнюю GSM PLMN мобильного абонента. Он назначается правительством каждой страны. Для GSM-1900 используется 3-значный MNC.

Идентификационный номер мобильного абонента (MSIN)

MSIN — это код, который идентифицирует абонента в сети PLMN GSM. Назначается оператором.

Временная идентификация мобильного абонента (TMSI)

TMSI — это псевдоним идентификации, который используется вместо IMSI, когда это возможно. Использование TMSI гарантирует, что подлинная личность мобильного абонента остается конфиденциальной, устраняя необходимость передавать незашифрованный код IMSI по радиоканалу.

VLR выделяет уникальный код TMSI для каждого мобильного абонента, который работает в своей области. Этот код, который действителен только в пределах зоны, контролируемой VLR, используется для идентификации абонента в сообщениях на и от MS. Когда изменение области местоположения также включает в себя изменение области VLR, новый код TMSI выделяется и передается в MS. MS хранит TMSI на своей SIM-карте. TMSI состоит из четырех октетов.

Сценарий обновления местоположения

В следующем сценарии обновления местоположения предполагается, что MS входит в новую область местоположения, которая находится под контролем другого VLR (называемого «новым VLR»), чем та, где MS в настоящее время зарегистрирована (упоминается как «старый VLR»). На следующей диаграмме показаны шаги сценария обновления мобильного местоположения.

MS входит в новую область ячейки, прослушивает идентификатор области местоположения (LAI), передаваемый по широковещательному каналу (BCCH), и сравнивает этот LAI с последним LAI (сохраненным в SIM), представляющим последнюю область, где было зарегистрировано мобильное устройство. ,

• MS обнаруживает, что она вошла в новую область местоположения, и передает сообщение запроса канала по каналу произвольного доступа (RACH).

• Как только BSS принимает сообщение запроса канала, она выделяет автономный выделенный канал управления (SDCCH) и направляет эту информацию о назначении канала в MS по каналу предоставления доступа (AGCH). Именно через SDCCH MS будет связываться с BSS и MSC.

• MS передает сообщение запроса обновления местоположения в BSS по SDCCH. В это сообщение включены идентификатор временного мобильного абонента MS (TMSI) и старый абонент области расположения (старый LAI). MS может идентифицировать себя либо со своим IMSI, либо с TMSI. В этом примере мы будем предполагать, что мобильный телефон предоставил TMSI. BSS пересылает сообщение запроса на обновление местоположения в MSC.

• VLR анализирует LAI, предоставленный в сообщении, и определяет, что полученный TMSI связан с другим VLR (старым VLR). Чтобы приступить к регистрации, необходимо определить IMSI MS. Новый VLR получает идентификатор старого VLR, используя полученный LAI, предоставленный в сообщении запроса на обновление местоположения. Он также просит старый VLR предоставить IMSI для конкретного TMSI.

• Сценарий обновления-обновления HLR / VLR — это точка, в которой мы готовы сообщить HLR о том, что MS находится под контролем нового VLR и что MS может быть отменена из старого VLR. Этапы обновления фазы HLR / VLR:

  • Новый VLR отправляет сообщение в HLR, информируя его о том, что данный IMSI изменил местоположения и может быть достигнуто путем маршрутизации всех входящих вызовов на адрес VLR, включенный в сообщение.

  • HLR запрашивает старый VLR удалить запись подписчика, связанную с данным IMSI. Запрос подтвержден.

  • HLR обновляет новый VLR с данными абонента (профиль клиента абонентов мобильной связи).

MS обнаруживает, что она вошла в новую область местоположения, и передает сообщение запроса канала по каналу произвольного доступа (RACH).

Как только BSS принимает сообщение запроса канала, она выделяет автономный выделенный канал управления (SDCCH) и направляет эту информацию о назначении канала в MS по каналу предоставления доступа (AGCH). Именно через SDCCH MS будет связываться с BSS и MSC.

MS передает сообщение запроса обновления местоположения в BSS по SDCCH. В это сообщение включены идентификатор временного мобильного абонента MS (TMSI) и старый абонент области расположения (старый LAI). MS может идентифицировать себя либо со своим IMSI, либо с TMSI. В этом примере мы будем предполагать, что мобильный телефон предоставил TMSI. BSS пересылает сообщение запроса на обновление местоположения в MSC.

VLR анализирует LAI, предоставленный в сообщении, и определяет, что полученный TMSI связан с другим VLR (старым VLR). Чтобы приступить к регистрации, необходимо определить IMSI MS. Новый VLR получает идентификатор старого VLR, используя полученный LAI, предоставленный в сообщении запроса на обновление местоположения. Он также просит старый VLR предоставить IMSI для конкретного TMSI.

Сценарий обновления-обновления HLR / VLR — это точка, в которой мы готовы сообщить HLR о том, что MS находится под контролем нового VLR и что MS может быть отменена из старого VLR. Этапы обновления фазы HLR / VLR:

Новый VLR отправляет сообщение в HLR, информируя его о том, что данный IMSI изменил местоположения и может быть достигнуто путем маршрутизации всех входящих вызовов на адрес VLR, включенный в сообщение.

HLR запрашивает старый VLR удалить запись подписчика, связанную с данным IMSI. Запрос подтвержден.

HLR обновляет новый VLR с данными абонента (профиль клиента абонентов мобильной связи).

Шаги в фазе перераспределения TMSI

• MSC пересылает сообщение о принятии обновления местоположения в MS. Это сообщение включает в себя новый TMSI.

• MS извлекает новое значение TMSI из сообщения и обновляет свою SIM-карту этим новым значением. Затем мобильное устройство отправляет сообщение о завершении обновления обратно в MSC.

• MSC запрашивает у BSS, чтобы соединение сигнализации было разорвано между MSC и MS.

• MSC освобождает свою часть соединения сигнализации, когда получает сообщение об окончании очистки от BSS.

• BSS отправляет сообщение об освобождении канала «радиоресурса» в MS и затем освобождает выделенный ранее выделенный канал управления (SDCCH). BSS затем информирует MSC о том, что соединение сигнализации было очищено.

MSC пересылает сообщение о принятии обновления местоположения в MS. Это сообщение включает в себя новый TMSI.

MS извлекает новое значение TMSI из сообщения и обновляет свою SIM-карту этим новым значением. Затем мобильное устройство отправляет сообщение о завершении обновления обратно в MSC.

MSC запрашивает у BSS, чтобы соединение сигнализации было разорвано между MSC и MS.

MSC освобождает свою часть соединения сигнализации, когда получает сообщение об окончании очистки от BSS.

BSS отправляет сообщение об освобождении канала «радиоресурса» в MS и затем освобождает выделенный ранее выделенный канал управления (SDCCH). BSS затем информирует MSC о том, что соединение сигнализации было очищено.

Периодичность обновления местоположения

Обновление местоположения происходит автоматически, когда MS меняет свой LA. Множество обновлений местоположения может генерироваться, если пользователь часто пересекает границу LA. Если MS остается в том же LA, обновление местоположения может происходить на основе времени / перемещения / расстояния, как определено поставщиком сети.

Сдавать

Это процесс автоматического переключения выполняемого вызова с одного канала трафика на другой, чтобы нейтрализовать негативные последствия перемещения пользователя. Процесс передачи будет запущен, только если управление питанием больше не помогает.

Процесс передачи — MAHO (Mobile Assisted Handover). Он начинается с измерений нисходящей линии связи MS (сила сигнала от BTS, качество сигнала от BTS). MS может измерить уровень сигнала 6 лучших соседних нисходящих линий BTS (список кандидатов).

Типы передачи

Есть два типа передачи —

• Внутренняя или внутренняя передача обслуживания BSS

  Внутриклеточная передача

  Межсотовая передача

• Внешняя или Интер BSS Передача

  Intra-MSC сдача

  Интер MSC сдать

  Внутренняя передача обслуживания управляется BSC, а внешняя передача обслуживания — MSC.

Внутренняя или внутренняя передача обслуживания BSS

Внутриклеточная передача

Межсотовая передача

Внешняя или Интер BSS Передача

Intra-MSC сдача

Интер MSC сдать

Внутренняя передача обслуживания управляется BSC, а внешняя передача обслуживания — MSC.

Цели передачи:

• Поддерживать хорошее качество речи.
• Минимизировать количество пропущенных звонков.
• Увеличьте количество времени, в течение которого мобильная станция находится в лучшей ячейке.
• Минимизируйте количество передач.

Когда произойдет передача?

• Расстояние (задержка распространения) между MS и BTS становится слишком большим.
• Если уровень принимаемого сигнала очень низкий.
• Если качество принимаемого сигнала очень низкое.
• Ситуация с потерей пути для мобильной станции к другой соте лучше.

Концепции сотовой связи — архитектура GPRS

Следующая новая сеть GPRS добавляет следующие элементы к существующей сети GSM.

• Блок управления пакетами (PCU).

• Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN) — MSC сети GPRS.

• Шлюз Узел поддержки GPRS (GGSN) — шлюз для внешних сетей.

• Border Gateway (BG) — шлюз к другой PLMN.

• Магистральная сеть PLMN — сеть на основе IP, соединяющая все элементы GPRS.

Блок управления пакетами (PCU).

Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN) — MSC сети GPRS.

Шлюз Узел поддержки GPRS (GGSN) — шлюз для внешних сетей.

Border Gateway (BG) — шлюз к другой PLMN.

Магистральная сеть PLMN — сеть на основе IP, соединяющая все элементы GPRS.

Генеральная служба пакетной радиосвязи (GPRS)

• GPRS вводит передачу пакетных данных мобильному абоненту.

• GPRS предназначен для работы в существующей инфраструктуре GSM с дополнительными узлами коммутации пакетов.

• Этот метод пакетного режима использует технологию нескольких слотов вместе с поддержкой всех схем кодирования (от CS-1 до CS-4) для увеличения скорости передачи данных до 160 кбит / с.

• Система GPRS использует физические радиоканалы, определенные для GSM. Физический канал, используемый GPRS, называется каналом пакетных данных (PDCH).

• PDCH могут быть выделены для GPRS (выделенный PDCH) или использоваться GPRS, только если их не требует соединение с коммутацией каналов (по требованию). Оператор может определить 0-8 выделенных PDCH на соту. Оператор может указать, где он хочет, чтобы его PDCH были расположены.

• Первый выделенный PDCH в ячейке всегда является главным PDCH (MPDCH). PDCH по требованию могут быть прерваны входящими вызовами с коммутацией каналов в ситуациях перегрузки в соте.

GPRS вводит передачу пакетных данных мобильному абоненту.

GPRS предназначен для работы в существующей инфраструктуре GSM с дополнительными узлами коммутации пакетов.

Этот метод пакетного режима использует технологию нескольких слотов вместе с поддержкой всех схем кодирования (от CS-1 до CS-4) для увеличения скорости передачи данных до 160 кбит / с.

Система GPRS использует физические радиоканалы, определенные для GSM. Физический канал, используемый GPRS, называется каналом пакетных данных (PDCH).

PDCH могут быть выделены для GPRS (выделенный PDCH) или использоваться GPRS, только если их не требует соединение с коммутацией каналов (по требованию). Оператор может определить 0-8 выделенных PDCH на соту. Оператор может указать, где он хочет, чтобы его PDCH были расположены.

Первый выделенный PDCH в ячейке всегда является главным PDCH (MPDCH). PDCH по требованию могут быть прерваны входящими вызовами с коммутацией каналов в ситуациях перегрузки в соте.

Схема кодирования	Скорость (кбит / с)
CS-1	8,0
CS-2	12,0
CS-3	14,4
CS-4	20,0

Функции обслуживающего узла поддержки GPRS (SGSN)

Элемент SGSN или обслуживающий узел поддержки GPRS сети GPRS предоставляет ряд возможностей, сфокусированных на элементах IP всей системы. Он предоставляет различные услуги для мобильных телефонов —

• Пакетная маршрутизация и передача
• Управление мобильностью
• Аутентификация
• Присоединить / отсоединить
• Управление логическими ссылками
• Зарядка данных

В SGSN есть регистр местоположения, в котором хранится информация о местоположении (например, текущая ячейка, текущий VLR). Он также хранит профили пользователей (например, IMSI, используемые адреса пакетов) для всех пользователей GPRS, зарегистрированных в конкретном SGSN.

Функции узла поддержки GPRS шлюза (GGSN)

• GGSN, узел поддержки шлюза GPRS, является одним из наиболее важных объектов в архитектуре сети GSM EDGE.

• GGSN организует взаимодействие между сетью GPRS / EDGE и внешними сетями с коммутацией пакетов, к которым могут быть подключены мобильные телефоны. Они могут включать в себя как Интернет, так и сети Х.25.

• GGSN можно рассматривать как комбинацию шлюза, маршрутизатора и брандмауэра, поскольку он скрывает внутреннюю сеть от внешней. В процессе работы, когда GGSN принимает данные, адресованные конкретному пользователю, он проверяет, активен ли пользователь, а затем передает данные. В обратном направлении пакетные данные с мобильного телефона направляются в нужную сеть назначения посредством GGSN.

GGSN, узел поддержки шлюза GPRS, является одним из наиболее важных объектов в архитектуре сети GSM EDGE.

GGSN организует взаимодействие между сетью GPRS / EDGE и внешними сетями с коммутацией пакетов, к которым могут быть подключены мобильные телефоны. Они могут включать в себя как Интернет, так и сети Х.25.

GGSN можно рассматривать как комбинацию шлюза, маршрутизатора и брандмауэра, поскольку он скрывает внутреннюю сеть от внешней. В процессе работы, когда GGSN принимает данные, адресованные конкретному пользователю, он проверяет, активен ли пользователь, а затем передает данные. В обратном направлении пакетные данные с мобильного телефона направляются в нужную сеть назначения посредством GGSN.

Модернизация оборудования с GSM на GPRS

• Мобильная станция (MS) — для доступа к услугам GPRS требуется новая мобильная станция. Эти новые терминалы будут обратно совместимы с GSM для голосовых вызовов. Доступны три типа телефонов. Тип A: GPRS & Речь (одновременно), Тип B: GPRS & Речь (автоматическое переключение), Тип C: GPRS или Речь (ручное переключение).

• BTS — требуется обновление программного обеспечения на существующем базовом сайте приемопередатчика.

• BSC — требует обновления программного обеспечения и установки нового оборудования, называемого блоком управления пакетами (PCU). PCU отвечает за обработку уровней управления доступом к среде (MAC) и управления линией радиосвязи (RLC) радиоинтерфейса и уровней BSSGP и сетевых служб интерфейса Gb. На BSC есть один PCU. Интерфейс Gb передает трафик GPRS / EGPRS от SGSN (обслуживающего узла поддержки GPRS) к PCU.

• Узлы поддержки GPRS (GSN) — развертывание GPRS требует установки новых элементов базовой сети, называемых обслуживающим узлом поддержки GPRS (SGSN) и шлюзом узла поддержки GPRS (GGSN).

• Базы данных (HLR, VLR и т. Д.). Все базы данных, задействованные в сети, потребуют обновления программного обеспечения для обработки новых моделей вызовов и функций, введенных GPRS.

Мобильная станция (MS) — для доступа к услугам GPRS требуется новая мобильная станция. Эти новые терминалы будут обратно совместимы с GSM для голосовых вызовов. Доступны три типа телефонов. Тип A: GPRS & Речь (одновременно), Тип B: GPRS & Речь (автоматическое переключение), Тип C: GPRS или Речь (ручное переключение).

BTS — требуется обновление программного обеспечения на существующем базовом сайте приемопередатчика.

BSC — требует обновления программного обеспечения и установки нового оборудования, называемого блоком управления пакетами (PCU). PCU отвечает за обработку уровней управления доступом к среде (MAC) и управления линией радиосвязи (RLC) радиоинтерфейса и уровней BSSGP и сетевых служб интерфейса Gb. На BSC есть один PCU. Интерфейс Gb передает трафик GPRS / EGPRS от SGSN (обслуживающего узла поддержки GPRS) к PCU.

Узлы поддержки GPRS (GSN) — развертывание GPRS требует установки новых элементов базовой сети, называемых обслуживающим узлом поддержки GPRS (SGSN) и шлюзом узла поддержки GPRS (GGSN).

Базы данных (HLR, VLR и т. Д.). Все базы данных, задействованные в сети, потребуют обновления программного обеспечения для обработки новых моделей вызовов и функций, введенных GPRS.

Информация о местоположении — иерархия зоны обслуживания GSM

• Ячейка — ячейка является основной зоной обслуживания, и одна BTS покрывает одну ячейку. Каждой ячейке присваивается глобальный идентификатор ячейки (CGI), номер, который однозначно идентифицирует ячейку.

• LA — группа ячеек образует область локации. Это область, на которую направляется абонент, когда абонент получает входящий звонок. Каждой Области Местоположения присваивается Идентификатор Области Местоположения (LAI). Каждая зона расположения обслуживается одним или несколькими BSC.

• Зона обслуживания MSC / VLR. Зона, охватываемая одним MSC, называется зоной обслуживания MSC / VLR.

• PLMN — область, охватываемая одним оператором сети, называется PLMN. PLMN может содержать один или несколько MSC.

• Зона обслуживания GSM — зона, в которой абонент может получить доступ к сети.

Ячейка — ячейка является основной зоной обслуживания, и одна BTS покрывает одну ячейку. Каждой ячейке присваивается глобальный идентификатор ячейки (CGI), номер, который однозначно идентифицирует ячейку.

LA — группа ячеек образует область локации. Это область, на которую направляется абонент, когда абонент получает входящий звонок. Каждой Области Местоположения присваивается Идентификатор Области Местоположения (LAI). Каждая зона расположения обслуживается одним или несколькими BSC.

Зона обслуживания MSC / VLR. Зона, охватываемая одним MSC, называется зоной обслуживания MSC / VLR.

PLMN — область, охватываемая одним оператором сети, называется PLMN. PLMN может содержать один или несколько MSC.

Зона обслуживания GSM — зона, в которой абонент может получить доступ к сети.

Cellular Concepts — Edge

Усовершенствованные скорости передачи данных для Global Evolution (EDGE) вводят новый метод модуляции, а также усовершенствования протокола для передачи пакетов по радио.

Использование новой модуляции и усовершенствований протокола приводит к значительному увеличению пропускной способности и увеличению пропускной способности, что позволяет использовать услуги 3G в существующих сетях GSM / GPRS. Для поддержки EDGE не требуется никаких изменений в существующей базовой сетевой инфраструктуре. Это подчеркивает тот факт, что EDGE является лишь «дополнением» для BSS.

Для EDGE введены девять схем модуляции и кодирования (MCS) (от MCS1 до MCS9) и оптимизированы для различных условий радиосвязи. Четыре схемы кодирования EDGE используют GMSK, а пять используют модуляцию 8 PSK.

Обновление до EDGE

• Мобильная станция (MS) — MS должна быть включена EDGE.

• BTS — HW поставляется с включенным Edge.

• BSC — Определения для временных интервалов EDGE должны быть сделаны в BSC.

• Узлы поддержки GPRS (GSN) — определения для Edge должны быть определены в GSN.

• Базы данных (HLR, VLR и т. Д.) — определение не требуется.

Мобильная станция (MS) — MS должна быть включена EDGE.

BTS — HW поставляется с включенным Edge.

BSC — Определения для временных интервалов EDGE должны быть сделаны в BSC.

Узлы поддержки GPRS (GSN) — определения для Edge должны быть определены в GSN.

Базы данных (HLR, VLR и т. Д.) — определение не требуется.

Преимущества EDGE

• Краткосрочные выгоды — емкость и производительность,
• Простое внедрение в сети GSM / GPRS,
• Экономически эффективным,
• Увеличивает емкость и в три раза увеличивает скорость передачи данных GPRS,
• Включает новые мультимедийные услуги,
• Долгосрочная выгода — Гармонизация с WCDMA.

Что EDGE будет значить для подписчиков

• Потоковые приложения
• Очень высокая скорость загрузки
• Корпоративные интранет-связи
• Более быстрое MMS
• Видео-телефон
• Вертикальные корпоративные приложения — Видеоконференция, Удаленные презентации.

UMTS — новая сеть

Универсальная система мобильной связи (UMTS) — это мобильная сотовая система третьего поколения для сетей на основе стандарта GSM. Разработанная и поддерживаемая 3GPP (Партнерский проект 3-го поколения), UMTS является компонентом Международного союза стандартизации всех телекоммуникаций IMT-2000 и сравнивает его со стандартным набором для сетей CDMA2000, основанным на конкурентной технологии cdmaOne. UMTS использует технологию радиодоступа с широкополосным множественным доступом с кодовым разделением (W-CDMA), чтобы обеспечить более высокую спектральную эффективность и пропускную способность операторов мобильной сети.

Сеть Эволюция

Эволюция, которая имеет смысл

HSUPA — высокоскоростной пакетный доступ по восходящей линии связи

HSDPA — высокоскоростной пакетный доступ по нисходящей линии связи

Основная идея 3G заключается в том, чтобы подготовить универсальную инфраструктуру, способную осуществлять как существующие, так и будущие услуги. Инфраструктура должна быть спроектирована таким образом, чтобы технологические изменения и развитие могли быть адаптированы к сети, не вызывая неопределенности для существующих служб, использующих существующую структуру сети.

UMTS — технология WCDMA

Первый проект Партнерства третьего поколения с множественным доступом (3GPP) широкополосных сетей с кодовым разделением (WCDMA) был запущен в 2002 году. В конце 2005 года было открыто 100 сетей WCDMA и в общей сложности более 150 операторов с лицензиями на работу частот WCDMA. В настоящее время сети WCDMA развернуты в диапазоне UMTS около 2 ГГц в Европе и Азии, включая Японию и Америку, Корею. WCDMA развернут в 850 и 1900 существующих частотных распределений, и новая полоса 3G 1700/2100 должна появиться в ближайшем будущем. 3GPP определила работу WCDMA для нескольких дополнительных полос, которые, как ожидается, будут введены в эксплуатацию в ближайшие годы.

По мере увеличения проникновения мобильной связи WCDMA сети WCDMA несут большую долю голосового трафика и трафика данных. Технология WCDMA предоставляет оператору некоторые преимущества в том смысле, что она позволяет получать данные, но также улучшает голосовую базу. Предлагаемая пропускная способность очень высока из-за механизмов контроля помех, включая повторное использование частоты 1, быстрое управление мощностью и мягкую передачу обслуживания.

WCDMA может предложить намного больше голосовых минут клиентам. Между тем, WCDMA может также улучшить широкополосную голосовую связь с помощью кодека AMR, который явно обеспечивает лучшее качество голоса, чем фиксированная телефонная связь. Короче говоря, WCDMA может предложить больше голосовых минут с лучшим качеством.

В дополнение к высокой спектральной эффективности WCDMA третьего поколения (3G) обеспечивает еще более существенное изменение пропускной способности базовой станции и эффективности оборудования. Высокий уровень интеграции в WCDMA достигается благодаря широкополосной несущей: для обеспечения одинаковой пропускной способности требуется большое количество пользователей, поддерживаемых этой несущей, и меньшее количество радиочастотных (РЧ) несущих.

С меньшим количеством радиочастотных частей и большим количеством цифровой обработки основной полосы частот WCDMA может воспользоваться преимуществами быстрого развития возможностей цифровой обработки сигналов. Уровень интеграции высокой базовой станции позволяет эффективно создавать сайты с высокой пропускной способностью, поскольку можно избежать сложности РЧ-сумматоров, дополнительных антенн или силовых кабелей. Операторы WCDMA могут предоставлять полезные услуги передачи данных, в том числе навигацию, видеовызовы от человека к человеку, спортивные состязания и видео, а также новые видеоролики мобильного телевидения.

WCDMA обеспечивает одновременную передачу голоса и данных, что позволяет, например, просматривать веб-страницы или электронную почту при проведении голосовых конференций или обмена видео в реальном времени во время голосовых вызовов.

Операторы также предлагают мобильное подключение к Интернету и корпоративной интрасети с максимальной скоростью передачи данных 384 кбит / с по нисходящей линии связи и по обеим каналам связи. Первые терминалы и сети были ограничены восходящей линией связи от 64 до 128 кбит / с, в то время как последние продукты обеспечивают восходящую линию связи 384 кбит / с.

WCDMA 3G-

Беспроводная услуга 3G была разработана для обеспечения высокой скорости передачи данных, постоянного доступа к данным и большей пропускной способности голоса. Ниже перечислены несколько заметных моментов —

• Высокая скорость передачи данных, измеряемая в Мбит / с, обеспечивает полноценное видео, высокоскоростной доступ в Интернет и видеоконференции.

• Стандарты технологии 3G включают UMTS, основанную на технологии WCDMA (довольно часто эти два термина используются взаимозаменяемо) и CDMA2000, которая является результатом более ранней технологии CDMA 2G.

• Стандарт UMTS обычно предпочитают страны, которые используют сеть GSM. CDMA2000 имеет различные типы, включая 1xRTT, 1xEV-DO и 1xEV-DV. Скорость передачи данных, которую они предлагают, варьируется от 144 кбит / с до более чем 2 Мбит / с.

Высокая скорость передачи данных, измеряемая в Мбит / с, обеспечивает полноценное видео, высокоскоростной доступ в Интернет и видеоконференции.

Стандарты технологии 3G включают UMTS, основанную на технологии WCDMA (довольно часто эти два термина используются взаимозаменяемо) и CDMA2000, которая является результатом более ранней технологии CDMA 2G.

Стандарт UMTS обычно предпочитают страны, которые используют сеть GSM. CDMA2000 имеет различные типы, включая 1xRTT, 1xEV-DO и 1xEV-DV. Скорость передачи данных, которую они предлагают, варьируется от 144 кбит / с до более чем 2 Мбит / с.

Подсистемы сети 3G

Система GSM в основном разработана как комбинация трех основных подсистем —

• Сетевая подсистема (NSS) — MSC / VLR, HLR, AuC, SMSC, EIR, MGW. Общее для сетей 2G и 3G.

• UTRAN — RNC & RBS.

• Подсистема поддержки эксплуатации и обслуживания (OSS).

Сетевая подсистема (NSS) — MSC / VLR, HLR, AuC, SMSC, EIR, MGW. Общее для сетей 2G и 3G.

UTRAN — RNC & RBS.

Подсистема поддержки эксплуатации и обслуживания (OSS).

Есть три доминирующих интерфейса, а именно,

• IuCS — между RNC и MSC для речевых и схемных данных;

• IuPS — между RNC и SGSN для пакетных данных;

• Интерфейс Uu — Между RNC и MS.

IuCS — между RNC и MSC для речевых и схемных данных;

IuPS — между RNC и SGSN для пакетных данных;

Интерфейс Uu — Между RNC и MS.

UMTS — HSPA Стандартизация

Давайте кратко рассмотрим график стандартизации и развертывания HSPA —

• Высокоскоростной пакетный доступ по нисходящей линии связи (HSDPA) был стандартизирован как часть 3GPP Release 5 с первой версией спецификации в марте 2002 года.

• Высокоскоростной пакетный доступ по восходящей линии связи (HSUPA) был частью 3GPP Release 6 с первой версией спецификации в декабре 2004 года.

• HSDPA и HSUPA вместе называются высокоскоростным пакетным доступом (HSPA).

• Первые коммерческие сети HSDPA были доступны в конце 2005 года, а коммерческие сети HSUPA были доступны в 2007 году.

• Пиковая скорость передачи данных HSDPA, доступная в терминалах, первоначально составляет 1,8 Мбит / с и увеличится до 3,6 и 7,2 Мбит / с в течение 2006 и 2007 гг., А затем — до 10 Мбит / с и более 10 Мбит / с.

• Пиковая скорость передачи данных HSUPA в начальной фазе составляла 1–2 Мбит / с, а во второй фазе — 3–4 Мбит / с.

Высокоскоростной пакетный доступ по нисходящей линии связи (HSDPA) был стандартизирован как часть 3GPP Release 5 с первой версией спецификации в марте 2002 года.

Высокоскоростной пакетный доступ по восходящей линии связи (HSUPA) был частью 3GPP Release 6 с первой версией спецификации в декабре 2004 года.

HSDPA и HSUPA вместе называются высокоскоростным пакетным доступом (HSPA).

Первые коммерческие сети HSDPA были доступны в конце 2005 года, а коммерческие сети HSUPA были доступны в 2007 году.

Пиковая скорость передачи данных HSDPA, доступная в терминалах, первоначально составляет 1,8 Мбит / с и увеличится до 3,6 и 7,2 Мбит / с в течение 2006 и 2007 гг., А затем — до 10 Мбит / с и более 10 Мбит / с.

Пиковая скорость передачи данных HSUPA в начальной фазе составляла 1–2 Мбит / с, а во второй фазе — 3–4 Мбит / с.

HSPA развернут в сети WCDMA на той же несущей или — для решения с высокой пропускной способностью и высокой скоростью — с использованием другой несущей, см. Рисунок выше. В обоих случаях WCDMA и HSPA могут совместно использовать все элементы сети в базовой сети и радиосети, содержащей базовые станции, контроллер радиосети (RNC), обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN) и узел поддержки шлюза GPRS (GGSN). WCDMA и HSPA также совместно используют антенны базовой станции и антенные кабели.

Обновление WCDMA HSPA требует нового программного обеспечения и, возможно, нового оборудования в базовой станции и RNC для поддержки скорости и большей емкости данных. Из-за общей инфраструктуры между WCDMA и HSPA стоимость обновления WCDMA HSPA очень низкая по сравнению со строительством новой автономной сети передачи данных.

UMTS — Цели

Из многих перечисленных ниже несколько целей UMTS —

UMTS — аспекты радиоинтерфейса и радиосети

После внедрения UMTS количество пользователей мобильной связи увеличилось. Но для локальных беспроводных передач, таких как WLAN и DSL, технология увеличилась с гораздо большей скоростью. Следовательно, было важно учитывать скорости передачи данных, равные категории широкополосной фиксированной связи, когда WIMAX уже установил высокие цели для скоростей передачи. Было ясно, что новая технология радиосвязи 3GPP Evolved UTRA (E-UTRA, синонимичная с радиоинтерфейсом LTE) должна стать очень конкурентоспособной во всех отношениях, и для этого были определены следующие целевые скорости передачи —

• Нисходящая линия связи: 100 Мбит / с
• Uplink: 50 Мбит / с

Вышеуказанные числа действительны только для эталонной конфигурации двух антенн для приема и одной передающей антенны в терминале и в пределах распределения спектра 20 МГц.

UMTS — All IP Vision

Для системы Evolved 3GPP был сформулирован очень общий принцип. Он должен «все IP», что означает, что IP-подключение является основной услугой, которая предоставляется пользователям. Все остальные сервисы слоя, такие как голос, видео, обмен сообщениями и т. Д., Построены на этом.

Глядя на стеки протоколов для интерфейсов между узлами сети, становится ясно, что простая модель IP не применима к мобильной сети. Между ними существуют виртуальные уровни, которые неприменимы к мобильной сети. Между ними существует виртуальный уровень в виде «туннелей», обеспечивающий три аспекта — мобильность, безопасность и качество обслуживания. В результате протоколы на основе IP появляются как на транспортном уровне (между узлами сети), так и на более высоких уровнях.

UMTS — требования новой архитектуры

Существует новая архитектура, которая обеспечивает хорошую масштабируемость отдельно для плоскости пользователя и плоскости управления. Существует потребность в различных типах поддержки мобильности терминала: стационарных, кочевых и мобильных терминалов.

Минимальные накладные расходы на передачу и передачу сигналов, особенно в воздухе, в режиме ожидания сигнализации UE, работающей в двух режимах, должны быть сведены к минимуму в возможности многоадресной передачи по радиоканалу. Требуется повторное использование или расширение, поскольку ограничения на роуминг и совместное использование сети, совместимые с традиционными принципами, установленными в концепции роуминга, вполне естественно, что максимальная требуемая задержка передачи эквивалентна фиксированной сети, в частности, менее 5 миллисекунд, установленной для плоскости управления. Задержка менее 200 миллисекунд.

Если рассматривать эволюцию системы 3GPP в полном объеме, она может показаться не менее сложной, чем традиционная система 3GPP, но это связано с огромным увеличением функциональности. Другое сильное желание состоит в том, чтобы прийти к плоской структуре, сокращающей CAPEX / OPEX для операторов в операторах архитектуры 3GPP.

Мощные функции управления также должны поддерживаться в новых системах 3GPP, как в режиме реального времени (например, VoIP), так и в приложениях и услугах не в реальном времени. Система должна работать хорошо для услуг VoIP в обоих сценариях. Особое внимание также уделяется бесперебойной преемственности с унаследованными системами (3GPP и 3GPP2), поддерживающими посещенный сетевой трафик локального пробоя голосовой связи.

UMTS — безопасность и конфиденциальность

Регистр местонахождения посетителей (VLR) и SNB используются для отслеживания всех мобильных станций, которые в настоящее время подключены к сети. Каждый абонент может быть идентифицирован по его Международному идентификатору мобильного абонента (IMSI). Для защиты от атак профилирования постоянный идентификатор отправляется по радиоинтерфейсу как можно реже. Вместо этого для идентификации абонента по возможности используется локальная идентификация «Временный мобильный абонент» (TMSI). Каждый абонент UMTS имеет выделенную домашнюю сеть, с которой он совместно использует секретный ключ K _{i на} длительный срок.

Домашний регистр местоположения (HLR) отслеживает текущее местоположение всех абонентов домашней сети. Взаимная аутентификация между мобильной станцией и посещаемой сетью выполняется с поддержкой текущего GSN (SGSN) и MSC / VLR соответственно. UMTS поддерживает шифрование радиоинтерфейса и защиту целостности сигнальных сообщений.

UMTS — Аутентификация

UMTS предназначен для взаимодействия с сетями GSM. Для защиты сетей GSM от атак «человек посередине» 3GPP рассматривает возможность добавления проблемы аутентификации структуры RAND.

Абонент UMTS к сети UMTS

И сеть, и мобильная станция поддерживают все механизмы безопасности UMTS. Соглашение об аутентификации и ключах выглядит следующим образом:

• Мобильная станция и базовая станция устанавливают соединение управления радиоресурсами (соединение RRC). Во время установления соединения мобильная станция отправляет свои возможности безопасности на базовую станцию. Функции безопасности включают в себя поддерживаемые алгоритмы целостности и шифрования UMTS и, возможно, возможности шифрования GSM.

• Мобильная станция отправляет свой временный идентификатор TMSI в сеть.

• Если сеть не может решить TMSI, он просит мобильную станцию ​​отправить свой постоянный идентификатор, а мобильные станции отвечают на запрос IMSI.

• Посещенная сеть запрашивает аутентификацию домашней сети данных мобильной станции.

• Домашняя сеть возвращает случайный вызов RAND, соответствующий токен аутентификации AUTN, аутентификация

• Ответ XRES, ключ целостности IK и ключ шифрования CK.

• Посещенная сеть отправляет запрос аутентификации RAND и токен аутентификации AUTN на мобильную станцию.

• Мобильная станция проверяет AUTN и вычисляет ответ аутентификации. Если AUTN исправлено.

• Мобильная станция игнорирует сообщение.

• Мобильная станция отправляет свой ответ аутентификации RES в гостевую сеть.

• Посещение сети проверяет, является ли RES = XRES, и решает, какие алгоритмы безопасности разрешено использовать радиоподсистеме.

• Посещенная сеть отправляет алгоритмы, принятые в радиоподсистему.

• Сеть радиодоступа решает разрешить использовать алгоритмы.

• Сеть радиодоступа информирует мобильную станцию ​​об их выборе в командном сообщении режима безопасности.

• Сообщение также включает в себя функции безопасности сети, полученные от мобильной станции на шаге 1.

• Это сообщение защищено целостностью с помощью ключа целостности IK.

• Мобильная станция подтверждает защиту целостности и проверяет точность функций безопасности.

Мобильная станция и базовая станция устанавливают соединение управления радиоресурсами (соединение RRC). Во время установления соединения мобильная станция отправляет свои возможности безопасности на базовую станцию. Функции безопасности включают в себя поддерживаемые алгоритмы целостности и шифрования UMTS и, возможно, возможности шифрования GSM.

Мобильная станция отправляет свой временный идентификатор TMSI в сеть.

Если сеть не может решить TMSI, он просит мобильную станцию ​​отправить свой постоянный идентификатор, а мобильные станции отвечают на запрос IMSI.

Посещенная сеть запрашивает аутентификацию домашней сети данных мобильной станции.

Домашняя сеть возвращает случайный вызов RAND, соответствующий токен аутентификации AUTN, аутентификация

Ответ XRES, ключ целостности IK и ключ шифрования CK.

Посещенная сеть отправляет запрос аутентификации RAND и токен аутентификации AUTN на мобильную станцию.

Мобильная станция проверяет AUTN и вычисляет ответ аутентификации. Если AUTN исправлено.

Мобильная станция игнорирует сообщение.

Мобильная станция отправляет свой ответ аутентификации RES в гостевую сеть.

Посещение сети проверяет, является ли RES = XRES, и решает, какие алгоритмы безопасности разрешено использовать радиоподсистеме.

Посещенная сеть отправляет алгоритмы, принятые в радиоподсистему.

Сеть радиодоступа решает разрешить использовать алгоритмы.

Сеть радиодоступа информирует мобильную станцию ​​об их выборе в командном сообщении режима безопасности.

Сообщение также включает в себя функции безопасности сети, полученные от мобильной станции на шаге 1.

Это сообщение защищено целостностью с помощью ключа целостности IK.

Мобильная станция подтверждает защиту целостности и проверяет точность функций безопасности.

Абонент UMTS к базовой станции GSM

Мобильное устройство (абонент UMTS) поддерживает приложение USIM и SIM. Система базовой станции использует GSM, в то время как компоненты технологии VLR / MSC являются соответственно SGSN UMTS. Мобильная станция и базовая сеть поддерживают все механизмы безопасности UMTS. Однако система базовой станции GSM (BSS) не поддерживает защиту целостности и использует алгоритмы шифрования GSM. Первые восемь шагов протокола аутентификации выполняются как в классическом случае. GSM BSS просто пересылает трафик аутентификации UMTS.

• MSC / SGSN решает, какие алгоритмы шифрования GSM разрешены, и вычисляет ключ GSM Kc UMTS-ключи IK, CK.

• MSC / SGSN сообщает авторизованные алгоритмы GSM BSS и передает ключ шифрования GSM Kc.

• GSM BSS решает, какие алгоритмы шифрования позволяют использовать возможности шифрования мобильной станции.

• GSM BSS отправляет команду режима шифрования GSM на станцию.

MSC / SGSN решает, какие алгоритмы шифрования GSM разрешены, и вычисляет ключ GSM Kc UMTS-ключи IK, CK.

MSC / SGSN сообщает авторизованные алгоритмы GSM BSS и передает ключ шифрования GSM Kc.

GSM BSS решает, какие алгоритмы шифрования позволяют использовать возможности шифрования мобильной станции.

GSM BSS отправляет команду режима шифрования GSM на станцию.

UMTS — успех и ограничения

История успеха GSM (2G) является исключительной. Чтобы облегчить передачу данных, некоторые расширения были сделаны в существующем GSM, но успех был ограничен. GPRS был введен для мобильных пользователей для пакетных данных, базовая скорость передачи данных выросла до 172 Кбит / с в теории, но вряд ли выделил максимум 8 логических каналов для пользователя. GPRS имеет концепцию двухступенчатого доступа к IP-соединению.

Первый шаг — подключиться и зарегистрироваться в сети. Для этого передача пользовательских данных требует создания среды PDP (Packet Data Protocol). На данный момент назначается только IP-адрес. GPRS также известен как сеть 2.5G.

Как для GSM / CS (коммутация каналов), так и для GPRS / PS (коммутация пакетов) были предприняты постоянные усилия по оптимизации на основе более высокой эффективности модуляции в рамках EDGE (расширенные скорости передачи данных для эволюции GSM), но ничего принципиально не изменилось.

Следующее поколение мобильных сетей 3G (UMTS) построено на новой технологии радиосвязи, известной как WCDMS (широкополосный CDMA), и это обеспечило две вещи —

• Большая пропускная способность благодаря новому радиоспектру;
• Более высокие пиковые скорости передачи данных для конечного пользователя.

Архитектура сети UMTS была разработана для параллельной работы как CS, так и PS. Позже был создан совершенно другой уровень обслуживания в виде подсистемы Интернета и мультимедиа (IMS). UMTS был последним улучшенным для более высоких скоростей передачи данных HSPA и HSPA +. Это было разделено на нисходящую линию / HSDPA и восходящую линию / HSUPA. 3GPP Rel 5 стандартизирован для HSDPA, а Rel 6 стандартизирован для HSUPA. HSPA + относится к Rel. 7 стандарт 3GPP.

Непрерывное улучшение было достигнуто уже в рамках устаревшей технологии PS благодаря подходу Direct Tunnel. Однако было ясно, что для достижения этой цели требуется больше изменений в архитектуре. Другой аспект усовершенствования унаследованной технологии может быть идентифицирован с помощью сверхъестественной эффективности, эффективного количества битов, доставляемых на единицу радиочастоты и единицу времени. Несмотря на то, что для радиосвязи был предоставлен новый спектр радиочастот, давление для снижения затрат и повышения конкурентоспособности требовало дальнейшего усиления.

UMTS — 3GPP

3GPP является группой стандартизации для мобильных сетей и существует с 1998 года. Спецификация 3GPP поставляется в виде пакетов, называемых «Release».

Партнерский проект третьего поколения (3GPP)

3GPP выпускается с выпуска 99 до выпуска 7.

Релиз	опубликованный	Ключевые архитектурные особенности
Выпуск 99	Март 2000	UTRAN, USIM
Выпуск 4	Март 2001	MSC Разделение на сервер MSC и медиашлюз
Выпуск 5	Март 2002	IMS, HSPDA, IP на основе UTRAN
Выпуск 6	Март 2005	I-WLAN, HSUPA, MBMS, IMS
Выпуск 7	Дек 2007	Унифицированный PCC, прямой туннель, MIMO, HSPA +, IMS, VCC

Кратко, сетевые объекты:

UE	Абонентское оборудование: мобильный терминал
БТС	Базовая приемопередающая станция: базовая радиостанция 2G / 2,5G
BSC	Контроллер базовой станции: управляющий узел в радиосети 2G
NodeB	Базовая станция 3G-радио
Сеть RNC	Контроллер NW радио: управляющий и концентрирующий узел в радио 3G
(G) Узлы MSC	(Шлюз) Центр коммутации мобильной связи: базовая сеть с коммутацией каналов
Узлы S / GGSN	Узел обслуживания / шлюза GPRS: базовая сеть с коммутацией пакетов
База HLR / HSS	Home Location Register / Home Subscription Server: центральные данные
ФСПВП	Назначение правил политики и тарификации: управляющий узел для управления политикой и тарификации

Партнерский проект третьего поколения 2 (3GPP2)

3GPP2 является соответствующей частью рынка 3GPP. Орган по стандартизации 3GPP2 также разработал большой набор спецификаций, описывающих технологию собственной мобильной сети, текущее поколение которого обозначено как CDMA2000 ©. 3GPP2 — это концепции и решения 3GPP, но они выбираются по-разному. Что касается LTE, в последние годы растет интерес операторов 3GPP2 к гибкости и эффективности. Технология наследования 3GPP2 включает в себя компонент, называемый 1xRTT CS и компонентом PS (EVDO против eHRPD). 3GPP2 считает свою высокоскоростную сеть пакетной передачи данных (eHRPD) эквивалентной старой системе 3GPP, право на передачу которой оптимизировано специально разработанными процедурами.

Архитектура системы 3GPP

Общая архитектура 3GPP, развитая система, а также базовая сеть и сети доступа, уже определенные 3GPP, определены как «устаревшая система 3GPP».

Сети доступа, которые не определены 3GPP, но могут использоваться вместе с развитой системой 3GPP, называются «сетями доступа не-3GPP».

Под зоной обслуживания следует понимать множество услуг IP, поэтому в целом они представлены и реализованы сетями пакетной передачи данных (PDN). Служба IP может просто предлагать необработанное подключение по IP (т.е. разрешать подключение к Интернету), обеспечивать подключение к корпоративной сети или расширенные функции управления на основе IP, такие как телефония и обмен мгновенными сообщениями через IMS.

Это называется «Эволюция УТРАНА» (EUTRAN). GERAN и UTRAN являются существующими сетями радиодоступа и подключены к устаревшему домену PS.

Evolved Packet Core (EPC) в дополнение к базовым функциям управления маршрутизацией и пересылкой пакетов (для передачи пользовательских данных) содержит все функции, необходимые для управления, особенно для мобильности, обработки сеансов, безопасности и загрузки.

Для взаимодействия с унаследованным доменом CS следует также учитывать базовую сеть CS и сопрягать ее с внутренней подсистемой IMS. Пунктирная стрелка указывает на необязательное соединение между унаследованными базовыми сетями CS и новой сетью Evolved Packet Core, снижение прибыли в домен CS для голосовых услуг, если это необходимо.

UMTS — сеть радиодоступа

Более общий термин «развитая сеть радиодоступа» (eRAN) также может использоваться как часть протоколов сигнализации, так как может использоваться термин «уровень доступа» (AS). Сравнение показывает, что E-UTRAN состоит из одного типа узлов, а именно развитого узла B (eNodeB), и разнообразие соединений сведено к минимуму. eNodeB является базовой радиостанцией и передает / принимает через свою антенну в области (соте), ограниченной физическими факторами (уровень сигнала, условия помех и условия распространения радиоволн). Он имеет логические интерфейсы X2 с соседним eNodeB и EPC через S1. Оба имеют часть управления (то есть, скажем, для сигнализации) и часть плоскости пользователя (для данных полезной нагрузки).

Указатель на ссылку ЕС (которая включает в себя интерфейс линии радиосвязи и границы стека протоколов мобильной сети) называется «LTE-U u», чтобы указывать, что он отличается от унаследованного дублирующего соединения EU X2 соседних eNodeB. Они могут рассматриваться для большей части E-UTRAN и используются в большинстве случаев хэндоверов между радиоячейками.

Когда UE перемещается, подготовка к длительной передаче обслуживания выполняется посредством сигнализации, через X2 между двумя eNodeB данных, и затронутые пользователи могут передаваться между ними в течение короткого периода времени. Только в особых случаях может случиться, что X2 не настроен для eNodeB между двумя соседями. В этом случае переносы всегда поддерживаются, но подготовка переноса и передача данных затем осуществляется через EPC. Соответственно, поэтому необходимо обеспечить более высокую задержку и меньшую «однородность».

Более подробно, функции, выполняемые eNodeB:

• Управление радиоресурсами: управление радиоканалом, управление радиоприемом, мобильность управления соединением, динамическое распределение ресурсов (т. Е. Планирование) для UES в качестве восходящей линии связи и нисходящей линии связи.

• Сжатие заголовка IP и шифрование потока пользовательских данных.

• Пересылка пакетов данных пользовательской плоскости в EPC (особенно, к услуге узла GW).

• Маркировка пакетов транспортного уровня в восходящей линии связи, например, установка кодовой точки DiffServ на основе индекса класса QoS (QCI) связанного канала-носителя EPS.

• Планирование и доставка пейджинговых сообщений (по запросу MS).

• Планирование и передача широковещательной информации (происхождение MME или O & M).

• Конфигурация измерений обеспечивает доставку и отчетность о степени мобильности и программирования.

Управление радиоресурсами: управление радиоканалом, управление радиоприемом, мобильность управления соединением, динамическое распределение ресурсов (т. Е. Планирование) для UES в качестве восходящей линии связи и нисходящей линии связи.

Сжатие заголовка IP и шифрование потока пользовательских данных.

Пересылка пакетов данных пользовательской плоскости в EPC (особенно, к услуге узла GW).

Планирование и доставка пейджинговых сообщений (по запросу MS).

Планирование и передача широковещательной информации (происхождение MME или O & M).

Конфигурация измерений обеспечивает доставку и отчетность о степени мобильности и программирования.

UMTS — сеть развитого пакетного ядра (EPC)

На ранних этапах архитектурной разработки системы 3GPP были представлены два взгляда на реализацию мобильности с использованием протоколов плоскости пользователя и плоскости управления.

Первый был продвинут как хорошая производительность GPRS Tunneling Protocol (GTP), в то время как другой требовал новых (и так называемых «базовых» IETF) протоколов.

У обоих были хорошие аргументы на их стороне —

• Эволюция GTP — Этот протокол доказал свою полезность и возможности для операторов и был очень успешным в крупномасштабных операциях. Он был разработан именно для нужд мобильных сетей PS.

• Протоколы на основе IETF — IETF является органом по стандартизации Интернета. Их мобильные протоколы эволюционировали от ориентации на клиента сети на основе мобильного IP до «Proxy Mobile IP (MIP)». PMIP был стандартизирован в параллельной системе Evolution 3GPP. (Но клиентская база Mobile IP используется в EPS в сочетании с поддержкой доступа не 3GPP.)

Эволюция GTP — Этот протокол доказал свою полезность и возможности для операторов и был очень успешным в крупномасштабных операциях. Он был разработан именно для нужд мобильных сетей PS.

Протоколы на основе IETF — IETF является органом по стандартизации Интернета. Их мобильные протоколы эволюционировали от ориентации на клиента сети на основе мобильного IP до «Proxy Mobile IP (MIP)». PMIP был стандартизирован в параллельной системе Evolution 3GPP. (Но клиентская база Mobile IP используется в EPS в сочетании с поддержкой доступа не 3GPP.)

EPC для доступа 3GPP в не роуминге

Функции, предоставляемые контрольными точками и используемыми протоколами:

LTE-Uu

LTE-Uu является точкой отсчета для радиоинтерфейса между EU и eNodeB, охватывает плоскость управления и плоскость пользователя. Верхний уровень плана управления называется «Контроль радиоресурсов» (RRC). Он укладывается на «протокол конвергенции пакетных данных» (PDCP), управление радиоканалом и уровни MAC.

S1-U,

SI-U является точкой для трафика пользовательской плоскости между eNodeB и опорным значением GW. Основным видом деятельности с помощью этого теста является передача инкапсулированных IP-пакетов пользователями, возникающими из-за трафика или туннеля. Инкапсуляция необходима для реализации виртуальной IP-связи между eNodeB и GW-сервисом даже во время движения в ЕС и, таким образом, для обеспечения мобильности. Используемый протокол основан на GTP-U.

S1-MME

S1-MME — это точка для плоскости управления между eNodeB и опорным значением MME. Все контрольные действия выполняются на нем, например, сигнализация для присоединения, отсоединения и установления поддержки изменений, процедур безопасности и т. Д. Обратите внимание, что часть этого трафика прозрачна для E-UTRAN и обменивается напрямую между ЕС и MS это часть, называемая сигнализацией «без доступа» (NAS).

S5

S5 является эталоном, который включает плоскость управления и пользователя между GW и PDN GW Service и применяется только в том случае, если оба узла находятся в HPLMN; соответствующая опорная точка при подаче GW является VPLMN, называется S8. Как объяснено выше, здесь возможны два варианта протокола: расширенный протокол туннелирования GPRS (GTP) и Proxy Mobile IP (PMIP).

S6a

S6a является контрольной точкой для обмена информацией, касающейся подписного оборудования (загрузка и очистка). Он соответствует контрольной точке Gr и D в существующей системе и основан на протоколе DIAMETER.

SGi

Это точка выхода для DPR, и соответствует эталонной точке Gi GPRS и Wi в I-WLAN. Протоколы IETF основаны здесь для протоколов плоскости пользователя (т. Е. Пересылки пакетов IPv4 и IPv6) и плоскости управления, так как используются DHCP и радиус / диаметр для настройки IP-адреса / протокола внешней сети.

S10

S10 является контрольной точкой для целей перемещения MME. Это чисто интерфейс плоскости управления, и для этой цели используется усовершенствованный протокол GTP-C.

S11

S11 является точкой отсчета для существующей плоскости управления между MME и обслуживания GW. Он использует усовершенствованный протокол GTP-C (GTP-C v2). Держатель (и) данных между eNodeB и обслуживающим GW управляются объединением S1-S11 и MME.

S13

S13 — это контрольная точка для регистра идентификации оборудования (EIR) и MME, и она используется для контроля идентичности (например, на основе IMEI, если он находится в черном списке). Он использует протокол диаметра SCTP.

Gx

Gx, является точкой отсчета политики фильтрации политики QoS и контроля нагрузки между PCRF и PDN GW. Он используется для предоставления фильтров и правил ценообразования. Используемый протокол — ДИАМЕТР.

GXC

Gxc — это контрольная точка, существующая в Gxc, но расположенная между GW и PCRF и действующая, только если PMIP используется на S5 или S8.

Rx

Rx определяется как прикладная функция (AF), расположенная в NDS и PCRF для обмена информацией о политике и выставлении счетов; он использует протокол DIAMETER.

EPC для доступа 3GPP в роуминге

В роуминге в этом случае пользовательский самолет либо —

Распространяется обратно в HPLMN (через сеть присоединения), что означает, что весь пользовательский трафик ЕС направляется через PDN GW в HPLMN, где подключены DPR; или же

Ради более оптимального способа трафика он оставляет PDN GW в VPLMN локальному PDN.

Первый называется «домашний маршрутизируемый трафик», а второй — «локальный прорыв». (Обратите внимание, что второй термин также используется при обсуждении оптимизации трафика для домашних NB / eNodeB, но с другим значением, поскольку в концепции роуминга 3GPP план управления всегда включает HPLMN).

Взаимодействие между EPC и Legacy

С самого начала было ясно, что система 3GPP Evolved будет беспрепятственно взаимодействовать с существующими системами 2G и 3G, широко используются 3GPP PS или, точнее, с базой GERAN и UTRAN GPRS (Для аспектов взаимодействия со старой системой CS для лечения оптимизированного голоса).

Вопрос базового архитектурного дизайна 2G / 3G в EPS заключается в расположении карты GGSN. Доступны две версии, и обе поддерживаются —

• Используемый GW — это нормальный случай, когда обслуживание GW завершает плоскость пользователя (как видно в существующей сети GPRS).

  План управления завершен в MME, согласно распределению пользователей и плоскости управления в EPC. Введены опорные точки S3 и S4, и они основаны на GTP-U и GTP-C соответственно. S5 / S8 связан с GW PDN. Преимущество заключается в том, что совместимость является гладкой и оптимизированной. Недостатком является то, что для такого типа взаимодействия SGSN должен быть обновлен до Rel. 8 (из-за необходимой поддержки новых функций на S3 и S4).

• PDN GW — в этом случае неизменное наследуемое контрольное значение Gn (при роуминге будет Gp) повторно используется между SGSN и PDN GW как для плоскости управления, так и для плоскости пользователя. Преимущество этого использования заключается в том, что SGSN может быть предварительно Rel. 8. Кроме того, он имеет определенные ограничения на версии IP, передачу и протокол S5 / S8.

Используемый GW — это нормальный случай, когда обслуживание GW завершает плоскость пользователя (как видно в существующей сети GPRS).

План управления завершен в MME, согласно распределению пользователей и плоскости управления в EPC. Введены опорные точки S3 и S4, и они основаны на GTP-U и GTP-C соответственно. S5 / S8 связан с GW PDN. Преимущество заключается в том, что совместимость является гладкой и оптимизированной. Недостатком является то, что для такого типа взаимодействия SGSN должен быть обновлен до Rel. 8 (из-за необходимой поддержки новых функций на S3 и S4).

PDN GW — в этом случае неизменное наследуемое контрольное значение Gn (при роуминге будет Gp) повторно используется между SGSN и PDN GW как для плоскости управления, так и для плоскости пользователя. Преимущество этого использования заключается в том, что SGSN может быть предварительно Rel. 8. Кроме того, он имеет определенные ограничения на версии IP, передачу и протокол S5 / S8.

Взаимодействие с устаревшей системой 3GPP CS

На этапе разработки 3GPP Evolved стало ясно, что новая система не может игнорировать устаревшую систему CS с ее наиболее важной услугой «голосовой» связи. Операторы были просто слишком связаны инвестициями в области, и поэтому было запрошено очень эффективное взаимодействие.

Два решения были разработаны —

• Single Radio Voice Continuity (SRVCC) для передачи голосовых вызовов из LTE (с передачей голоса по IMS) в унаследованную систему.

• Резервный режим CS — Включение временного перемещения в устаревший CS до выполнения входящего или исходящего действия CS.

Single Radio Voice Continuity (SRVCC) для передачи голосовых вызовов из LTE (с передачей голоса по IMS) в унаследованную систему.

Резервный режим CS — Включение временного перемещения в устаревший CS до выполнения входящего или исходящего действия CS.

Непрерывность голосового вызова по одному радио (SRVCC)

В этом решении, выбранном 3GPP для SRVCC с GERAN / UTRAN, специально усиленный MSC подключается через новую плоскость управления интерфейсом для MME.

Обратите внимание, что MSC, обслуживающий ЕС, может отличаться от поддержки интерфейса Sv. В IMS необходим сервер приложений (AS) для SRVCC. Sv основан на GTPv2 и помогает подготовить ресурсы в целевой системе (доступ и базовая сеть, а также соединение между доменом CS и IMS), в то же время будучи подключенным для доступа к источнику.

Аналогично, с SRVCC CDMA 1xRTT требует взаимодействия сервера 1xRTT (IWS), который поддерживает интерфейс и ретрансляцию сигналов от / до MSC 1xRTT, обслуживающего UE S102 с той же целью. S102 является туннельным интерфейсом и передает сообщения сигнализации 1xRTT; между MME и UE они инкапсулированы.

CS Fallback

Обслуживающий GW и PDN GW не разделены (S5 / S8 не выставлен), а VLR интегрирован с сервером MSC. Между MSC Server / VLR и MME введен новый интерфейс SG, позволяющий объединять и координировать процедуры. Концепция состоит из —

• Ретрансляция сигнала для завершения запроса CS (входящие вызовы, обработка дополнительной службы, запускаемой по сети, или SMS Legacy) с сервера MSC для MS на SG и наоборот;

• Комбинированные рабочие процедуры между доменом PS и доменом CS.

Ретрансляция сигнала для завершения запроса CS (входящие вызовы, обработка дополнительной службы, запускаемой по сети, или SMS Legacy) с сервера MSC для MS на SG и наоборот;

Комбинированные рабочие процедуры между доменом PS и доменом CS.

Взаимодействие с доступом без 3GPP

Взаимодействие с различными системами сетей доступа 3GPP (так называемый не-3GPP / доступ) было важной целью для SAE; это должно быть сделано под эгидой EPC. Эта совместимость может быть достигнута на разных уровнях (и фактически это было сделано на уровне 4 с VCC / SRVCC). Но для общего типа взаимодействия казалось необходимым полагаться на общие механизмы, поэтому уровень ИС казался наиболее подходящим.

В целом, завершенные системы для мобильных и фиксированных сетей имеют архитектуру, аналогичную описанной выше. Для развитой системы 3GPP обычно существует сеть доступа и базовая сеть. В архитектуре взаимодействия запланированной развитой системы 3GPP другие системы технологий доступа подключаются к EPC.

В целом, полная система мобильной сети и системы фиксированной сети имеют архитектуру, аналогичную описанной в системе Evolved 3GPP, и обычно состоят из сети доступа и базовой сети.

Было также решено разрешить два разных типа взаимодействия, в зависимости от свойств систем доступа. Для сетей с доверительным доступом не-3GPP предполагается, что реализована защищенная связь между ними и EPC, а также достаточно гарантирована надежная защита данных.

UMTS — протокол туннелирования GPRS

Создание протокола туннелирования GPRS (GTP) было практически невозможно, но также нежелательно давать его для новой системы, но, с другой стороны, вполне понятно, что необходимы улучшения, чтобы иметь возможность взаимодействовать с миром устаревших PS гладко и функции поддержки, необходимые для новейшей системы.

Туннельный протокол GPRS (GTP)

Протокол GTP предназначен для туннелирования и инкапсуляции блоков данных и управляющих сообщений в GPRS. Со времени его разработки в конце 1990-х годов он был развернут в широком масштабе, и накоплен солидный опыт.

GTP для системы Evolved 3GPP доступен в двух вариантах: для управления и для пользователя. GTP-C управляет сигнализацией плоскости управления, и это необходимо в дополнение к протоколу передачи данных о чистоте пользователя, GTP-U; это называется плоскостью пользователя. Текущими версиями, подходящими для EPS, являются GTPv1 US и GTPv2-C.

Особенность GTP заключается в том, что он поддерживает разделение трафика внутри своего основного держателя туннеля GTP или, другими словами, возможность группировать их вместе и обрабатывать несущих. Концы туннелей GTP идентифицируются с помощью TEID (идентификаторов конечных точек туннелей); они назначаются на локальный уровень для восходящей линии связи и нисходящей линии связи одноранговыми объектами и передаются попеременно между ними. TEID используются с разной степенью детализации на конкретном примере соединения PDN на S5 и S8 и EU на интерфейсах S3 / S4 / S10 / S11.

Плоскость управления протоколом туннелирования GPRS

GTPv2-C используется на интерфейсах сигнализации EPC (включая SGSN, по крайней мере, отн. 8). Например —

• S3 (между SGSN и MME),
• S4 (между SGSN и обслуживающим GW),
• S5 и S8 (между обслуживающим GW и PDN GW),
• S10 (между двумя MME) и
• S11 (между MME и обслуживающим GW).

В соответствии с этим, типичному блоку данных протокола GTPv2-C, как показано на рисунке выше, конкретной части GTP предшествуют заголовки IP и UDP, она состоит из заголовка GTPv2-C и части, содержащей информацию переменной GTPv2-C в количестве, длина и формат, в зависимости от типа сообщения. Поскольку эхо и уведомление о версии протокола не поддерживаются, информация TEID отсутствует. Версия явно установлена ​​на 2 в этой версии протокола.

GTP имел сложный устаревший механизм расширений заголовков; он не используется в большинстве GTPv2-C. Тип сообщения определяется вторым байтом (поэтому для будущих расширений можно определить максимум 256 сообщений). Ниже в таблице представлен обзор сообщений, определенных в настоящий момент GTPv2-C. Длина сообщения кодируется в байтах 3 и 4 (измеряется в байтах и ​​не содержит самих первых четырех байтов).

TEID — это идентификатор конечной точки туннеля, одно значение на противоположной / принимающей стороне; это позволяет мультиплексировать и демультиплексировать туннели на одном конце в очень частых случаях через GTP-туннель.

Тип сообщения	Сообщение	Дополнительное объяснение
0	Зарезервированный	Никогда не должен использоваться (преднамеренно исключен из протокола, чтобы обеспечить явную настройку)
1/2	Эхо-запрос / ответ	Используется для проверки, поддерживается ли версия GTP отправляющим узлом.
3	Версия не поддерживается	Содержит последнюю версию GTP, поддерживаемую отправляющим узлом.
4/5	Прямой запрос на передачу / ответ	Используется для туннелирования сигнального сообщения на интерфейсе S101 для оптимизированной передачи обслуживания, между доступом HRPD нет и MME
6/7	Запрос / ответ на уведомление	Используется для туннельного уведомления на S101 между узлом доступа HRPD и MME
25/26	Запрос SRVCC PS на CS	Используется для запуска и подтверждения инициации SRVCC между SGSN / MME и сервером MSC
27/28	SRVCC PS в CS завершить уведомление	Используется для указания и подтверждения завершения SRVCC между сервером MSC и SGSN / MME
32/33	Создать запрос сеанса	Используется для установления соединения между двумя узлами
34/35	Изменить запрос на предъявителя	Используется для изменения свойств одного или нескольких каналов-носителей, включая контекстную информацию канала-носителя
36/37	Удалить запрос сеанса	Срывает контрольную сессию GTP
38/39	Запрос на изменение уведомления	Используется для сообщения информации о местоположении
66/67	Удалить команду передачи / индикация отказа	Поручить узлам удалить канал и подтвердить обратно
68/69	Команда ресурса носителя / индикация сбоя	Используется для распределения или изменения ресурсов
73	Индикация остановки пейджинга	Отправляется из SGW в MME или SGSN
95/96	Создать запрос / ответ на предъявителя	Поручить узлам установить носители и подтвердить обратно
97/98	Обновить запрос на предъявителя	Используется для информирования узлов плоскости управления от плоскости пользователя об изменениях канала-носителя

Улучшенная GTPv1-U

Только небольшое, но эффективное улучшение было применено к GTP-U, и для этого не было сочтено необходимым усиливать количество версий протокола. Таким образом, мы все еще ожидаем GTPv1-U, но, по крайней мере, это последняя версия Rel. 8.

Стек протоколов, по сути, такой же, как и для GTPv2-C, только с соответствующими названиями уровней и протоколов. Механизм расширения заголовка остается на месте; это позволяет вставить два элемента при необходимости.

• UDP-порт источника инициирующего сообщения (два октета);

• PDU PDU номер — относится к передаче характеристики без потерь; в этом случае пакеты данных должны быть пронумерованы в EPC (два октета).

UDP-порт источника инициирующего сообщения (два октета);

PDU PDU номер — относится к передаче характеристики без потерь; в этом случае пакеты данных должны быть пронумерованы в EPC (два октета).

Улучшение заключается в способности передавать «конечный рынок» в плоскости пользователя. Он используется в процедуре передачи обслуживания между eNodeB и дает указание на то, что путь активируется сразу после пакета данных, например, функция не является необходимой для предварительной версии 8, поскольку GTP-U не заканчивался в радиодоступе узел (то есть не в BS или NodeB) существует только несколько сообщений. GTPv1-U, и они перечислены в таблице выше.

Ясно, что на самом деле очень ограниченный тип передачи сигналов возможен через GTPv1-U (механизмы эха и маркировка конца). Единственное сообщение о том, что передача реальных пользовательских данных имеет тип 255, так называемое сообщение G-PDU; единственная часть информации, которую он несет, после заголовка — это исходный пакет данных от пользователя или внешнего оборудования PDN.

Не все экземпляры туннелей GTP-U перечислены в эталонной архитектуре (которая предназначена для захвата ассоциаций, которые больше не существуют между узлами сети); возможны временные тоннели —

• Между двумя обслуживающими GW, применимыми для передачи на основе S1, в случае, если услуга перемещена GW;

• Между двумя SGSN, соответствует предыдущему случаю, но в традиционной сети PS;

• Между двумя RNC, применимыми для перемещения RNC в сети 3G PS (никакого отношения к EPC, здесь упоминается только для полноты).

Между двумя обслуживающими GW, применимыми для передачи на основе S1, в случае, если услуга перемещена GW;

Между двумя SGSN, соответствует предыдущему случаю, но в традиционной сети PS;

Между двумя RNC, применимыми для перемещения RNC в сети 3G PS (никакого отношения к EPC, здесь упоминается только для полноты).

UMTS — протокол Proxy Mobile IPv6

Это протокол управления мобильностью, стандартизированный Internet Engineering Task Force (IETF), который работает над разработкой стандартов интернет-протокола.

Возможность двойного стека

Возможность двойного стека для PMIPv6 имеет две цели —

• Для поддержки домашних адресов IPv4

• Разрешить IPv4 только транспорт через сеть доступа; в этом случае MAG может также использовать частный адрес IPv4, и NAT может быть развернут вдоль пути к LMA.

Для поддержки домашних адресов IPv4

Разрешить IPv4 только транспорт через сеть доступа; в этом случае MAG может также использовать частный адрес IPv4, и NAT может быть развернут вдоль пути к LMA.

Эти две функции могут использоваться независимо. Для решения этих требований были сделаны следующие расширения:

В связующем кеше LMA —

• IPv4-адрес, назначенный мобильному узлу и зарегистрированный в шлюзе мобильного доступа (включая соответствующую маску подсети). Он поступает либо из статической конфигурации / профиля, либо динамически распределяется LMA.

• IPv4 адрес по умолчанию для маршрутизатора, назначенный мобильному узлу.

IPv4-адрес, назначенный мобильному узлу и зарегистрированный в шлюзе мобильного доступа (включая соответствующую маску подсети). Он поступает либо из статической конфигурации / профиля, либо динамически распределяется LMA.

IPv4 адрес по умолчанию для маршрутизатора, назначенный мобильному узлу.

В списке обязательных обновлений MAG —

• Домашний адрес IPv4, назначенный мобильному подключенному интерфейсу.

• Маршрутизатор IPv4 по умолчанию для мобильного узла. LMA и MAG должны реализовывать IPv6, а также им нужен адрес IPv4. MAG — Маршрутизатор IPv4 по умолчанию для UE на его линии доступа.

Домашний адрес IPv4, назначенный мобильному подключенному интерфейсу.

Маршрутизатор IPv4 по умолчанию для мобильного узла. LMA и MAG должны реализовывать IPv6, а также им нужен адрес IPv4. MAG — Маршрутизатор IPv4 по умолчанию для UE на его линии доступа.

PMIPv6 Сигнализация

В приведенной ниже таблице представлен обзор сигнальных сообщений PMIPv6 (базовый PMIPv6 и определенные улучшения в IETF для подключения к увольнению и способу управления). Сигнализация базы PMIPv6 выполняется с помощью MAG «Обновление привязки» (BU) к LMA, а соответствующие сообщения «Обновление привязки подтверждения» (BUA) обратно в MAG используются для регистрации, обновления и удаления привязки. Информация об IP-адресе (префикс IPv4 или IPv6-адрес) обычно запрашивается LMA и MAG, назначенными при начальной регистрации.

Сигнальное сообщение PMIPv6		направление	Описание
Обязательное обновление	ПБУ	MAG → LMA	Запрашивает создание, расширение и удаление привязки мобильности. Он также используется для запроса нового адреса IPv4.
Подтверждение обновления привязки	PBA	LMA → MAG	Подтверждает запросы на создание, расширение и удаление привязки мобильности. Он также используется для выделения и адреса IPv4.
Обязательная индикация отзыва	BRI	ЛАМ → МАГ	Уведомление о том, что привязка аннулирована и, таким образом, будет удалена LAM, также допускает массовые аннулирования.
Подтверждение отзыва отзыва	БЮСТГАЛЬТЕР	MAG → LMA	Подтверждает обязательный отзыв.
Стук сердца	HB	MAG → LMA LMA → MAG	Периодическое сигнальное сообщение, используемое для обнаружения отказа.

MAG → LMA

LMA → MAG

Специфичные информационные элементы 3GPP добавлены в PMIPv6

PMIPv6 разработан для очень общего использования; 3GPP предъявляет некоторые особые требования, связанные с необходимостью сделать его максимально совместимым с возможностями GTP.

Информация о конкретном поставщике	направление	объяснение
Параметры конфигурации протокола	MAG → LMA LMA → MAG	Зеркальное отражение от GTP, используется для передачи часто необходимых данных, связанных с протоколом, между UE и сетью.
Конкретный код ошибки, связанный с 3GPP	LMA → MAG	Это может указывать на то, что доступ к APN не предоставляется.
Идентификатор набора соединений (CSI)	LMA → MAG MAG → LMA	Содержит один или несколько CSI. Он генерируется для каждого нового соединения PDN и используется в случае частичного сбоя узла для идентификации PDN.
Индикация типа PDN	LMA → MAG	Используется для обозначения решения PDN GW.
PDN GW IP-адрес	MAG → LMA	Используется в случае формирования цепочки на S2a / S2b для перехода к промежуточному LMA.
Индикация выделения адреса DHCPv4	LMA → MAG	Указывает, что IP при выделении через DHCPv4 должен использоваться UE.

MAG → LMA

LMA → MAG

LMA → MAG

MAG → LMA

UMTS — расширяемый протокол аутентификации

Это общая структура, разработанная IETF (RFC 3748). Базовый механизм сигнализации поддерживает различные методы аутентификации сверху.

Специфичное использование EAP для взаимодействия с системой 3GPP определяется методом EAP-AKA. EAP-AKA уже используется в I-WLAN.

Основные шаги для аутентификации EAP приведены ниже —

• Аутентификатор EAP отправляет запрос аутентификации на целевое устройство / EU (L2); он получает ответ от целевого устройства / EU и передает его в инфраструктуру AAA.

• AAA-сервер выполняет метод EAP, что приводит к вызову на целевое устройство, которое отправляется аутентификатором.

• Целевое устройство должно соответствовать задаче; ответ передается на сервер ААА через аутентификатор.

• AAA-сервер сравнивает ответ на запрос с ожидаемым и принимает решение об успешной аутентификации. Индикация успеха или неудачи возвращается целевому устройству.

Аутентификатор EAP отправляет запрос аутентификации на целевое устройство / EU (L2); он получает ответ от целевого устройства / EU и передает его в инфраструктуру AAA.

AAA-сервер выполняет метод EAP, что приводит к вызову на целевое устройство, которое отправляется аутентификатором.

Целевое устройство должно соответствовать задаче; ответ передается на сервер ААА через аутентификатор.

AAA-сервер сравнивает ответ на запрос с ожидаемым и принимает решение об успешной аутентификации. Индикация успеха или неудачи возвращается целевому устройству.

При желании уведомления могут использоваться для передачи дополнительной информации; это используется для индикации выбора режима мобильности IP. Во время проектирования было принято важное решение для разделения областей безопасности сетей доступа не-3GPP в области безопасности 3GPP, а также для другого домена.

Практическим следствием является то, что идентификатор сети доступа не 3GPP входит в алгоритм безопасности, который требует спецификации варианта EAP-AKA, EAP-AKA (premium).

UMTS — IKEv2 & MOBIKE

Internet Key Exchange — это сложная версия 2, определенная IETF в RFC 4306. Она позволяет создавать и поддерживать ассоциации безопасности и туннели IPSec между двумя узлами и обмениваться некоторыми данными конфигурации; они передаются в так называемые диалоги конфигурации полезной нагрузки в сообщении.

Комплексный сеанс IKEv2 состоит из нескольких диалогов, структурированных этапов. Поток сообщений и типичная база даны на рисунке ниже, и описание того, как оно применяется в контексте сигнализации между ЕС и ePDG —

IKEv2Phase	Комментарии
Первоначальный обмен	Уведомляет полезную нагрузку как указание поддержки MOBIKE. IP-адрес, который запрашивается / доставляется в конфигурации полезной нагрузки. Адрес домашнего агента, запрашиваемый / предоставленный в конфигурации данных.
Auth Exchange
Создать дочерний SA	Для создания защищенного туннеля для сигнализации DSM IPv6
Икс. Обмен информацией	В любой момент после AUTH.

Уведомляет полезную нагрузку как указание поддержки MOBIKE. IP-адрес, который запрашивается / доставляется в конфигурации полезной нагрузки.

Адрес домашнего агента, запрашиваемый / предоставленный в конфигурации данных.

В системе Evolved 3GPP IKEv2 используется для —

• Информация об IP-адресе: IPv4-адрес или префикс IPv6.
• Информация о выборе режима мобильности IP.
• Информация об IP-адресе: префикс IPv6.
• Адрес DNS-сервера.

Диаметр

Диаметр — это общий протокол AAA с дополнительными функциями для доступа к сети, мобильности и обработки QoS. Хотя это в принципе одноранговая сеть общего характера, она используется в архитектуре 3GPP в режиме клиент-сервер. Он имеет встроенную расширяемость и поэтому прекрасно поддерживает структуры сообщений на интерфейсах, что требует некоторой гибкости. Кроме того, он поддерживает несколько конфигураций серверов с обработкой отказов и отказов. Функционально он имеет сходство с радиусом предшественника, но сильно отличается по уровню сообщений и параметров. ДИАМЕТР предлагает возможность обнаружить мертвого пира с помощью пар сообщений сердцебиения. Он может быть запущен через SCTP или TCP и использует порт 3868.

Протокол DIAMETER широко используется в EPC —

• S6a для загрузки подписки и обновления между MME и HSS.

• S6d (между обновленным SGSN и HSS), который является аналогом S6a для унаследованного мира с возможностью взаимодействия с новой системой.

• S13 для проверки оборудования между MME и EIR.

• SWa для аутентификации между ненадежным доступом не-3GPP и сервером AAA.

• STa для аутентификации между доверенным доступом не-3GPP и сервером AAA и авторизацией.

• SWd для пересылки между прокси-сервером AAA и сервером AAA (пересылка между VPLMN и HPLMN).

• S6b для авторизации APN и мобильности между PDN GW и AAA-сервером.

• SWm для аутентификации и авторизации между ePDG и AAA-сервером.

• SWx для обмена вектором аутентификации и регистрационной информацией между сервером AAA и HSS.

• Gx для обработки сеанса IP-CAN и обработки сеанса GW-Control между PDN GW и PCRF.

S6a для загрузки подписки и обновления между MME и HSS.

S6d (между обновленным SGSN и HSS), который является аналогом S6a для унаследованного мира с возможностью взаимодействия с новой системой.

S13 для проверки оборудования между MME и EIR.

SWa для аутентификации между ненадежным доступом не-3GPP и сервером AAA.

STa для аутентификации между доверенным доступом не-3GPP и сервером AAA и авторизацией.

SWd для пересылки между прокси-сервером AAA и сервером AAA (пересылка между VPLMN и HPLMN).

S6b для авторизации APN и мобильности между PDN GW и AAA-сервером.

SWm для аутентификации и авторизации между ePDG и AAA-сервером.

SWx для обмена вектором аутентификации и регистрационной информацией между сервером AAA и HSS.

Gx для обработки сеанса IP-CAN и обработки сеанса GW-Control между PDN GW и PCRF.

UMTS — SCTP

Протокол управления передачей потока (SCTP) — это надежный транспортный протокол, который работает поверх пакетной службы без потенциально ненадежного соединения, такого как IP. Он был разработан специально для приложений и сигнальных предложений, распознаваемых без дублирующихся датаграмм ошибок передачи (сообщений). Обнаружение повреждения данных, потери данных и дублирования данных выполняется с использованием контрольных сумм и порядковых номеров.

Механизм выборочной повторной передачи применяется для исправления потери или повреждения данных. Решающим отличием является многоадресность TCP и концепция нескольких потоков в соединении. Где в потоке TCP называется последовательность байтов, поток SCTP представляет последовательность сообщений. SCTP пытается объединить преимущества UDP и TCP, но избегает их недостатков; это определено в IETF RFC 4960.

SCTP используется в нескольких интерфейсах плоскости внутреннего контроля сети, с этими приложениями SCTP —

• S1-MME: между eNodeB и MME
• SBc: между MME и SBc.
• S6a: между MME и HSS
• S6d: между SGSN и HSS
• SG: между MSC / VLR и MME
• S13: между MME и EIR

Протокол применения S1

Существуют две категории процедур по S1-MME: UE-ассоциированное и не-ассоциированное UE. Кроме того, определены два класса сообщений: Class1 является ответом на класс 2. Сообщения инициатора / ответа класса 1 и связанные процедуры перечислены в таблице ниже; процедуры для имен сообщений класса 2 в значительной степени идентичны именам процедур, и в таблице ниже (вторая таблица) перечислены только эти.

Элементарная процедура	Исходное сообщение	Ответ (в случае успеха)
Передача подготовки	Требуется передача	Команда передачи
Распределение ресурсов вручную	Требуется передача	Требуется переключатель пути извед.
Запрос переключателя патча	Path Switch Req.	Переключатель пути подтвержден.
Отмена передачи	Передача отмены	Передача отмены подтверждения.
Настройка E-RAB	Настройка E-RAB Треб.	Настройка E-RAB Респ.
E-RAB изменить	E-RAB изменить требование	E-RAB изменить Resp.
E-RAB релиз	Выпуск команды E-RAB	Команда E-RAB Респ.
Начальная настройка контекста	Требуется начальная настройка контекста.	Начальная настройка контекста Респ.
Сброс	Сброс	Сбросить кв.
Настройка S1	Требуется настройка S1	Настройка S1 Респ.
UE контекстное освобождение	Команда освобождения контекста UE	Выпуск контекста UE завершен
Изменение контекста UE	Требуется модификация контекста UE.	Изменение контекста UE соответственно
Конфигурация eNodeB	ENB обновление конфигурации	Обновление конфигурации ENB.
Конфигурация MME	Обновление конфигурации MME	Обновление конфигурации MME.
Написать- Заменить предупреждение	Напишите-Замените предупреждение Треб.	Напишите-Замените предупреждение соответственно

Элементарная процедура

• Уведомление о передаче
• Индикация выпуска E-RAB
• Paging
• Начальное сообщение UE
• Нисходящий транспорт NAS
• Uplink NAS транспорт
• NAS недоставка индикации
• Отключить трассировку
• Начать трассировку
• Индикация ошибки трассировки
• Индикация ошибки сообщения о местоположении
• Контроль местоположения
• Отчет о местонахождении
• Трассировка сотового трафика
• Индикация ошибки
• Запрос освобождения контекста UE
• Туннелирование нисходящей линии связи S1 CDMA2000
• восходящая линия S1 CDMA2000 туннелирование
• Индикация информации о возможностях UE
• передача статуса eNodeB
• Передача статуса MME
• Начало перегрузки
• Остановка перегрузки
• eNodeB прямая передача информации
• MME прямая передача информации
• передача конфигурации eNodeB
• Конфигурация MME

Протокол приложения X2

Протокол приложения X2 имеет много общего с S1-AP; такая же категоризация в сообщениях класса 1 и класса 2. Сообщение настройки намного меньше, что соответствует специализированной функции X2.

Процедура	Исходное сообщение	Учебный класс	Ответ (в случае успеха)
Передача подготовки	Требуется передача	1	Требуется передача извед.
Сброс	Сбросить требование	1	Сбросить соотв.
Настройка X2	Настройка X2	1	X2 настройка соотв.
Обновление конфигурации eNodeB	ENB Обновление конфигурации	1	ENB Обновление конфигурации.
Начало отчета о состоянии ресурса	Resource Status req.	1	Ресурс Статус соотв.
Индикация нагрузки	Загрузить информацию	2
Передача Отмена	Передача Отмена	2
Передача статуса SN	Передача статуса SN	2
UE контекстное освобождение	UE контекстное освобождение	2
Состояние ресурса	Состояние ресурса	2
Составление отчетов	Обновить
Индикация ошибки	Индикация ошибки	2

UMTS — протокол сигнализации NAS

Протокол сигнализации NAS действительно является протоколом 3GPP и разработан только для 3GPP, следовательно, нигде, кроме систем 3GPP, этот протокол не может быть найден.

• УП для мобильности и управления сессиями.
• MME для EPC и старых сетевых узлов (SGSN для GPRS и MSC для домена CS).
• Обмен сообщениями

Протокол сигнализации NAS для управления мобильностью EPS

Процедуры управления мобильностью EPS для сигнализации NAS перечислены в таблице ниже. «X» в столбце «C» указывает, совпадает ли вариант в комбинации со стеком протокола сигнализации CS NAS (случай для конфигурации с разрешенной CSFB, под предполагаемой комбинированной).

Были представлены только случаи успеха (если произошла ошибка при использовании соответствующих сообщений об отказе, в основном через сеть); объяснение не включает все возможные случаи. Сообщения диалогов обычно хранятся таймерами от потери сообщений; Например, таймер T3410 используется для контроля процедуры и истечения срока действия присоединения через 15 секунд. Таким образом, если нет ответа (принятие или отклонение) от сети, процедура повторной попытки запускается. Счетчики используются для ограничения повторных попыток. Сеть управления мобильностью EPS работает семь таймеров и таймеров UE 14.

Процедура	Сообщения	объяснение
GUTI перераспределение	GUTI команда перераспределения ←	Используется для выделения временного идентификатора для UE.
	Перераспределение GUTI завершено →
Аутентификация	Требование аутентификации ←	Используется для аутентификации UE.
	Аутентификация соотв. →
Контроль режима безопасности	Команда режима безопасности ←	Используется для согласования между UE и MME.
	Команда режима безопасности →
Удостоверение личности	Идентификационные требования ←	Используется для определения личности UE.
	Личность соответственно →
Информация EMM	EMM информация ←	Используется для передачи информации поддержки в UE.
EMM Status	Статус EMM ← или →	Используется для сообщения об ошибках.
Прикреплять	Прикрепить требование ←	Используется для регистрации UE в сети и распределения ресурсов.
	Прикрепить принять ←
	Присоединить завершено →
отрывать	Отсоединить требование →	Используется для удаления регистрации UE в сети.
	Отделить принять ← или →
Обновление области отслеживания	Требуется обновление области отслеживания. →	Используется для мобильности в режиме ожидания.
	Обновление области отслеживания принять ←
Запрос на обслуживание	Сервисное требование →	Используется, когда UE находится в режиме ожидания.
Paging	Запрос нижнего уровня для пейджинга	Используется, когда UE находится в режиме ожидания и трафик нисходящей линии связи поступает.
	Сервисное требование
Транспортное сообщение NAS	UL / DL NAS транспорт ← / →	Используется для передачи SMS в инкапсулированном виде.

Протокол сигнализации NAS для управления сессиями EPS

Второй блок функциональных возможностей сигнализации NAS связан с обработкой сеанса. Четыре внутренних сети и четыре UE инициировали процедуры, которые существуют в ESM. В следующей таблице перечислены сообщения с соответствующими потоками для успеха (опять же, отрицательные случаи создаются с использованием соответствующих сообщений отклонения). Некоторые из них привиты в сообщениях EMM NAS, где предоставляется контейнер (например, соединение REQUEST PDN упаковано в сообщение запроса на присоединение). Также два простых сообщения были определены для общего обмена информацией.