Применение цифровых систем коммутации в сетях связи с подвижными объектами презентация

Ромашова Татьяна Ивановна

Public Land Mobile Network Сети связи общего пользования наземных подвижных объектов

ВИДЫ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ 1 – Транковая связь (Trunking) 2 – Персональный радиовызов (поисковая связь, или paging) 3 – Мобильная спутниковая связь 4 – WLL Беспроводный (бесшнуровой) телефон (в основном – DECT) 5 – Система PHS – сочетание технологий WLL и сотовой связи, использование микро– и пикосот. 6 – Сотовая связь

Все виды подвижной связи используют радиоканалы в сети абонентского доступа. Величина зоны радио-покрытия зависит от рельефа местности, застройки населенного пункта, высоты поднятия антенны, мощности приемопередающей радиостанции.

Общая структура ССПО

Особенности PLMN 1 Абонент мобильной связи подключен к сети PLMN. Абонент фиксированной связи подключен к станции.

Особенности PLMN 2 Абонентская двухпроводная физическая линия заменена на радиоканал.

3 Фиксированная абонентская линия закрепляется за абонентом на длительное время (постоянно). Использование фиксированных АЛ низкое: 0,15 − 0,20 Эрл  это максимальная нагрузка, означающая, что линия занята в среднем в течение часа не более 15−20% времени.

Особенности PLMN 4 Радиоканал предоставляется абоненту только на время сеанса связи и является линией высокого исполь-зования, т.к. может предоставляться в пользование разным абонентам. Удельная нагрузка радиоканала в среднем составляет 0,7 – 0,8 Эрл

Особенности PLMN 5 Число фиксированных абонентских линий на стационарной сети определяется числом абонентов. Число радиоканалов на ССПО определяется нагрузкой, создаваемой мобильными абонентами.

МЕТОДЫ МНОЖЕСТВЕННОГО (МНОГОСТАНЦИОННОГО) ДОСТУПА FDMA – частотное разделение каналов. Каждому абоненту на время пользования связью выделяется один частотный радиоканал. В зависимости от стандарта ширина частотного радиоканала составляет от 3,8 до 25 кГц.

МЕТОДЫ МНОЖЕСТВЕННОГО (МНОГОСТАНЦИОННОГО) ДОСТУПА TDMA – временное разделение каналов. Частотный радиоканал делится по времени на несколько частей (Timeslot) и по очереди предоставляется в пользование нескольким абонентам. Количество Timeslot в радио-канале определяется стандартом.

МЕТОДЫ МНОЖЕСТВЕННОГО (МНОГОСТАНЦИОННОГО) ДОСТУПА CDMA – кодовое разделение каналов с использованием технологии коммутацией пакетов. Применяются так называемые шумоподобные и хаосоподобные спектры частот, предоставляемые одновременно для множества абонентов.

МЕТОДЫ МНОЖЕСТВЕННОГО (МНОГОСТАНЦИОННОГО) ДОСТУПА В одной полосе частот одновременно присутствуют до 50 абонентов. У каждого абонента используется индивидуальный код в заголовке сообщения. Это позволяет в широкополосном спектре передавать множество сигналов, которые не мешают друг другу.

МЕТОДЫ МНОЖЕСТВЕННОГО (МНОГОСТАНЦИОННОГО) ДОСТУПА На приемной стороне по заранее известному алгоритму устраняются шумы и выделяются пользовательские сигналы.

Особенности усложнения радиодоступа на ССПО Сложность оконечных абонентских устройств. MS представляет собой миникомпьютер, выполняющий логические функции. Интерфейс "пользователь – сеть" также более сложен, чем АМ в стационарном УК. Нагрузка, исходящая от абонента: Речевая нагрузка незначительно изменяется по сравнению со стационарным абонентом. Сильно увеличивается нагрузка по передаче сигнальной информации. Необходимость хранения данных об абонентах в выделенных специализированных базах данных. Усложнен процесс установления соединений за счет усложнения протоколов сигнализации.

Этапы развития ССПО Этапы развития ССПО

1G – аналоговые системы мобильной связи Поколение 1G систем сотовой связи основано на технологии коммутации каналов с использованием частотного разделения каналов FDMA. 2. По радиоинтерфейсу речь абонента передаётся в аналоговой форме. 3. Сигнализация по радиоинтерфейсу – низкоскоростная.

Недостатки 1G: Отсутствие защиты от прослушивания. 2. Низкое использование радиочастотных ресурсов. 3. Отсутствие в стандарте 1G системы сигнализации SS7. 4. Несовместимость национальных стандартов.

2G – цифровые системы мобильной связи Поколение 2G систем сотовой связи основано на технологии коммутации каналов с использованием технологий разделения каналов TDMA/FDMA, CDMA. Расширен спектр приложений сотовой связи дополнительными услугами при передаче речи и услугами низкоскоростной передачи данных.

2G – цифровые системы мобильной связи 3. Интерфейсы систем 2G основаны на системе сигнализации SS7 (ОКС7). 4. Стандарты 2G дополнены элементами GPRS и MMS, обеспечивающими переход к универсальному стандарту UMTS.

3G – универсальные системы мобильной связи 1. Совместное использование технологий коммутации каналов и коммутации пакетов. 2. Поддержка услуг мультимедиа. 3. Применение технологий разделения каналов TDMA/FDMA, CDMA. 4. Использование медиа- и сигнальных шлюзов. 5. Совместимость с технологией NGN-IMS.

3G – универсальные системы мобильной связи 6. Расширенный спектр услуг: - высококачественная передача речи - скоростной доступ в Интернет - обмен мультимедийными сообщениями MMS - передача видео, музыки, фильмов, ТВ-программ - видеоконференции - оплата покупок с использованием MS - телепрезентации - групповые электронные игры и др.

Иллюстрация плавного перехода к сетям 3G

Структура аналоговой ССПО

МТХ  это цифровая АТС со специальным ПО и изме-нённым составом оборудова-ния абонентского доступа. BS связана с МТХ провод-ными линиями по внутри-системному интерфейсу.

Недостатки аналоговой ССПО 1. Наличие встроенного в МТХ контроллера базовых станций, выполняющего функции радио-интерфейса, не свойственные телефонным станциям. 2. Не поддерживает функции ОКС7.

Недостатки аналоговой ССПО 3. Стык с ТФОП должен учитывать тип встречной станции с т.з. сигнализации, что означает наличие на МТХ разнотипного сетевого оборудования. 4. База данных индивидуальна для каждого МТХ. Если у оператора сотовой связи имеется несколько МТХ, то сильно усложняется поиск абонентских данных.

Структура цифровой ССПО

Сравнительные характеристики некоторых стандартов ССПО

ОСОБЕННОСТИ ССПО  handover HANDOVER (эстафетная передача обслуживания, переключение) – процедура, обеспечивающая переключение вызова на более качественный радиоканал. Базовая станция, находящаяся примерно в центре соты, обслуживает всех подвижных абонентов в пределах своей соты.

ОСОБЕННОСТИ ССПО  handover Во время движения абонента может быть: а) нарушено качество обслуживания вызовов из–за понижения уровня пользовательского сигнала (как внутри соты, так и за её пределами) б) нарушен баланс нагрузки в MSC из–за чрезмерного скопления абонентов в одном месте.

ОСОБЕННОСТИ ССПО  handover Обязательным условием передачи обслуживания из одной соты в другую является более высокое качество канала связи во второй соте по сравнению с первой. Качество канала связи постоянно измеряется подвижной станцией. Результаты измерений по каналам управления передаются через базовую станцию в BSC и далее в MSC, где принимается решение о запуске процедуры HANDOVER.

4 варианта handover 1 вариант Переключение внутри соты при снижении уровня пользовательского сигнала. Эта операция выполняется контроллером базовых станций BSC без участия коммутационного оборудования MSC, который только уведомляется о произведённой операции.

4 варианта handover 2 вариант Переключение в разных сотах, но в зоне обслуживания одного BSC одного MSC. В этом случае в коммутационном оборудовании MSC может быть установлено новое соединение через ЦКП.

4 варианта handover 3 вариант Переключение в разных сотах, в зонах обслуживания разных BSC одного MSC. В этом случае в коммутационном оборудовании обязательно выполняется переключение на новое соединение через ЦКП.

4 варианта handover 4 вариант Переключение в разных MSC. Полностью меняется схема маршрутизации вызова. Самым сложным алгоритмом handover с технической точки зрения является 4ый вариант.

ОСОБЕННОСТИ ССПО  roaming Roaming − это процедура предоставления услуг сотовой связи абоненту одного оператора сотовой связи в системе другого оператора. Иначе говоря, это предоставление абонентам сотовой сети возможности пользования связью за пределами зоны действия собственного MSC. Roaming  это административная функция. Если операторы договариваются о разделении доходов, то Roaming або-нентам предоставляется автоматически.

GSM Global System for Mobile Communication ГЛОБАЛЬНАЯ СИСТЕМА МОБИЛЬНЫХ СТАНЦИЙ GSM – пример коммерческого успеха

Общие характеристики стандарта GSM: использование интеллектуальных SIM-карт для обеспечения доступа к радиоканалу и услугам связи; шифрование передаваемых сообщений; закрытый от прослушивания радиоинтерфейс;

Общие характеристики стандарта GSM: Аутентификация абонента и идентификация абонентского оборудования по крипто-графическим алгоритмам; Использование служб коротких сообщений, передаваемых по каналам сигнализации;

Общие характеристики стандарта GSM: Автоматический роуминг абонентов различных сетей GSM в национальном и международном масштабах. Система сигнализации №7 для связи в направлениях ТФОП и BSC

Особенности MSC по сравнению со стационарными ЦСК Оборудование абонентского доступа представ-ляет собой систему базовых станций BSS. В состав BSS входят контроллер базовых станций BSC и базовые приёмопередающие радиостанции BS (BTS). Система BSS подключается к ЦКП MSC через сетевые модули или комплекты. Пользовательские каналы на участке BSSMSC организуются только в потоках Е1 или кратных им (Е2, STM1).

Особенности MSC по сравнению со стационарными ЦСК Сигнализация на участке BSC – MSC – только ОКС7. Один BSC обслуживает до нескольких десятков базовых приемопередающих радиостанций. Это зависит от мощности (производительности) контроллера BSC.

Особенности MSC по сравнению со стационарными ЦСК Одна BTS может максимум обслуживать до 20 частотных радиоканалов. Это соответствует 160 пользовательским радиоканалам, т.к. в одном частотном радиоканале организуется 8 time-slot для пользователей.

Особенности MSC по сравнению со стационарными ЦСК База данных для мобильной сети выделена в отдельное оборудование – HLR, VLR, AUC, EIR. Обязательное оборудование: – центр технической эксплуатации ОМС, расчетно–сервисный центр Billing Center, Manager.

Общая структура MSC

Назначение оборудования MSC Цифровое коммутационное поле ЦКП – используется для коммутации временных каналов. Все устройства MSC включаются в ЦКП с помощью ИКМ трактов в том формате, который принят на конкретном MSC (2 МБит/с, 4 МБит/с, 8 МБит/с, STM1 и др.)

Назначение оборудования MSC Оборудование подключения соединительных линий ОП СЛ (сетевое оборудование) – служит для подключения ЦСЛ с ЦКП. ОП СЛ включает в себя интерфейсы СЛ. Через ОП СЛ к ЦКП подключаются BSC и СЛ или шлюз.

Назначение оборудования MSC Оборудование сигнализации ОСИ – оборудование сигнализации используется для организации сигнали-зации в пределах сотовой сети.

Назначение оборудования MSC Оборудование сигнализации Самое массовое по количеству ОСИ на PLMN – модули ОКС7, с помощью которых реализуется: сигнализация между BSS и MSC; обмен информацией между базой данных и управляющими устройствами; информационный обмен с расчетно–сервисным центром.

Назначение оборудования MSC Оборудование сигнализации При связи со стационарной сетью применяются те виды сигнализации, которые приняты на встречных УК. На межстанционных связях сигнальная нагрузка составляет примерно 0,001 долю от пользовательской нагрузки. На участке MS – MSC сигнальный обмен соизмерим с пользовательским.

Назначение оборудования MSC Управляющая система УС осуществляет все функции по обслуживанию вызовов и ТО и ТЭ станции. УС обеспечивает взаимодействие с DB, Billing-Center и BSS.

Назначение оборудования MSC Управляющая система ПО УС изменено по сравнению с УК, но все функции АТС сохранены. В ПО программы обслуживания стационарных абонентов заменены на программы обслуживания мобильных абонентов и добавлено ПО взаимодействия с BSC.

Назначение оборудования MSC Устройства ввода-вывода УВВ – это видеотерминалы и принтеры для выполнения всех операций по технической эксплуатации.

Назначение оборудования MSC Центр коммутации подвижной связи MSC Функции MSC: все виды коммутации, маршрутизация вызовов управление процессами обслуживания вызовов периодическая модификация данных о местонахождении MS переключение вызова на более качественный канал (handover)

Назначение оборудования MSC Центр коммутации подвижной связи MSC MSC является интерфейсом между сетью подвижной связи и стационарными сетями (PSTN, PDN, ISDN).

Назначение оборудования MSC Центр коммутации подвижной связи MSC MSC строится на базе стационарного УК, в котором изменен состав оборудова-ния. В MSC вместо стационарных АМ применены BSS и добавлена база DB абонентских данных, специфичная для систем подвижной связи (HLR, VLR, EIR, AUC).

Назначение оборудования MSC Центр коммутации подвижной связи MSC ПО дополнено функциями, специфичными для подвижной связи. В последние годы в связи с бурным развитием сотовых сетей производители средств связи разрабатывают и выпускают оборудование MSC на собственной платформе, не используя или мало используя коммутационное оборудование ТФОП.

Назначение оборудования MSC Центр коммутации подвижной связи MSC Это связано с резко увеличившимся объемом передаваемой информации, внедрением мультисервисных услуг и, как следствие, высокими скоростями передачи информации. Этим скоростям не удовлетворяет существующее оборудование 2G.

Назначение оборудования MSC GMSC – транзитный узел подвижной связи. Обеспечивает связь между локальными сетями подвижной связи своего региона и стационарными сетями (местными, междугородной и международной). Шлюз GMSC – это оборудование, поддерживающее разнородные протоколы. GMSC не является обязательной принадлежностью MSC.

Назначение оборудования MSC BSS – система базовых станций. Оборудование системы BSS состоит из двух типов функциональных блоков: Контроллер базовых станций BSC Базовые приемопередающие радио-станции BTS

Назначение оборудования MSC BSS – система базовых станций. BTS обеспечивает радиообмен между базовой и мобильной станциями.

Назначение оборудования MSC BSS – система базовых станций. Функции контроллера BSC: 1) управляет распределением радиоканалов между MS 2) контролирует соединения и регулирует их очередность

Назначение оборудования MSC BSS – система базовых станций. 3) обеспечивает режим работы со скачком частоты. Скачок частоты – это изменение радионесущей в каждом соседнем цикле с сохранением того же ВИ. Скачкообразная перестройка частоты осуществляется для того, чтобы свести к минимуму нежелательные физические эффекты в радиоканале (интерференция радиоволн, замирания и др.), связанные с топографией местности (строения, неровная поверхность и др.)

Назначение оборудования MSC BSS – система базовых станций. 4) обеспечивает модуляцию и демодуляцию сигналов 5) обеспечивает кодирование и декодирование сообщений и речи 6) обеспечивает адаптацию скорости передачи речи и данных в радио- и телефонном канале 7) Определяет очередность сообщений персонального вызова

Назначение оборудования MSC BSS – система базовых станций. 8) обеспечивает контроль работо-способности всех узлов и блоков, входящих в систему базовых станций

Назначение оборудования MSC ОМС – центр управления и обслуживания. O&M – Operation & Maintain ( ТЭ и ТО). ОМС позволяет вести централизован-ное ТЭ и ТО из единого эксплуатационно–технического центра и обеспечивает контроль качества работы ССПО. ОМС обеспечивает дистанционный доступ к различным элементам сети. Операторы центрального пульта контроли-руют работу всего оборудования в своей сети.

Назначение оборудования MSC Тарифный модуль и центр тарификации MANAGER – тарифный модуль. BLLNG – Billing Center центр тарификации. Эти устройства обеспечивают: сбор и обработку данных от тарифных счетчиков выработку и посылку абонентам счетов на оплату услуг сотовой связи контроль прохождения счетов

Назначение оборудования MSC DB – Data Base база абонентских данных ССПО В составе DB применяется оборудо-вание следующих типов: HLR, VLR, AUC, EIR

Назначение оборудования MSC HLR HLR – домашний (опорный) регистр местоположения. Он является банком абонентских данных для одной или нескольких сотовых систем.

Назначение оборудования MSC HLR HLR содержит сведения обо всех абонентах, зарегистрированных в системе и о видах услуг, на которые абонентами заключены договоры. Здесь же фиксируется местоположение абонента для организации его вызова и регистрируются фактически оказанные услуги.

Назначение оборудования MSC HLR Данные HLR делятся на долговременные и временные.  Состав долговременных данных (пример): IMSI – международный идентификационный номер подвижного абонента (для организации международного роуминга) Номер подвижной станции Категория подвижной станции

Назначение оборудования MSC HLR График работы подвижной станции Оповещение вызываемого абонента Контроль сигнализации при соединении абонентов Максимальное количество абонентов в группе Используемые пароли Классы приоритетного доступа

Назначение оборудования MSC HLR Пример временных данных, хранящихся в HLR: Параметры аутентификации и шифрования Временный номер MS, который назначается на время сеанса связи Адреса регистров перемещения VLR Зоны перемещения MS Номер соты при handover Активность связи     Состав долговременных данных в VLR идентичен их составу в HLR.   VLR – гостевой регистр (регистр перемещения) для активных абонентов, зарегистрированных в другой системе, но пользующихся в текущем времени услугами сотовой сети в данной системе. Регистр перемещения обеспечивает контроль за перемещением чужого абонента из соты в соту. VLR постоянно обменивается сигнальной информацией с HLR, в котороМ зарегистрирован абонент. С его помощью обеспечивается функционирование MS за пределами зоны, контролируемой HLR.   Состав временных данных в VLR: TMSI – временный международный идентификационный номер пользователя Идентификаторы зоны расположения Указания по использованию основных служб Номер соты при handover Параметры аутентификации и шифрования   VLR реализуется на оборудовании MSC и занимает в зависимости от типа коммутационного оборудования одну или несколько секций (кассет) на стативе или полностью статив. EIR – регистр идентификации оборудования обеспечивает проверку полномочий абонента и осуществляет его доступ к сети связи. Идентификация – процедура отождествления подвижной станции (абонентского радиотелефонного аппарата), т.е. принадлежности к одной из групп, обладающих определенными свойствами пили признаками. Эта процедура используется для выявления утерянных, украденных или неисправных аппаратов. Регистр содержит сведения белого, серого и черного списков. EIR реализован на базе персонального компьютера. AUC – центр аутентификации удостоверяет подлинность абонента (законность, действительность, наличие прав на пользование услугами сотовой связи) и обеспечивает шифровку сообщений. Реализован на базе ПК. Необходимость введения этой процедуры вызвана неизбежным соблазном получения несанкционированного доступа к услугам сотовой связи. Шифрование паролей–идентификаторов осуществляется с использованием специальных кодов, периодически передаваемых из MSC на MS. Алгоритм шифрования индивидуален для каждой мобильной станции и записан на SIM–карте. Шифрование производится и на MS, и на MSC. Затем по каналу управления оба результата сравниваются. Аутентификация считается успешной, если оба результата совпадают.

Назначение оборудования MSC VLR VLR – гостевой (визитный) регистр (регистр перемещения) содержит сведения об активных абонентах своей сети, а также об абонентах, зарегистрированных в другой системе, но пользующихся в текущем времени услугами сотовой сети в данной системе.

Назначение оборудования MSC VLR Регистр перемещения обеспечивает контроль за перемещением абонента из соты в соту. VLR постоянно обменивается сигнальной информацией с HLR, в котором зарегистрирован абонент. Состав долговременных данных в VLR идентичен их составу в HLR.

Назначение оборудования MSC VLR Состав временных данных в VLR (пример): TMSI – временный международный идентификационный номер пользователя Идентификаторы зоны расположения Указания по использованию основных служб Номер соты при handover Параметры аутентификации и шифрования  

Назначение оборудования MSC VLR VLR реализуется на оборудовании MSC, который в этом случае обозначается как MSC/VLR. VLR занимает в зависимости от типа коммутационного оборудования одну или несколько секций на стативе или полностью статив.

Назначение оборудования MSC VLR Если абонент активен, то его данные содержатся и в HLR, и в VLR. Если абонент не пользуется связью, например, 2 дня, то в VLR он отмечается как "возможно выключенный". Если абонент не пользуется связью неделю, то его данные стираются из VLR и остаются только в HLR. Если абонент не пользуется связью полгода, то информация о нём полностью стирается из HLR.

Назначение оборудования MSC EIR EIR – регистр идентификации оборудования обеспечивает проверку полномочий абонента и осуществляет его доступ к сети связи. Идентификация – процедура отождествления подвижной станции по принадлежности к одной из групп, обладающих определенными свойствами (признаками).

Назначение оборудования MSC EIR Процедура идентификации использу-ется для выявления утерянных, украденных или неисправных MS. Регистр EIR содержит сведения белого, серого и черного списков.

Назначение оборудования MSC AUC AUC – центр аутентификации удостоверяет подлинность абонента (законность, действительность, наличие прав на пользование услугами сотовой связи) и обеспечивает шифровку сообщений.

Назначение оборудования MSC AUC Необходимость введения этой процедуры вызвана неизбежным соблазном получения несанкционированного доступа к услугам сотовой связи. Шифрование паролей–идентификаторов осуществляется с использованием специальных кодов, периодически передаваемых из MSC на MS.

Назначение оборудования MSC AUC Алгоритм шифрования индивидуален для каждой MS и записан на SIM–карте. Шифрование производится и на MS, и в AUC. Затем по каналу управления оба результата сравниваются. Аутентификация считается успешной, если оба результата совпадают.

ПРИМЕР ОРГАНИЗАЦИИ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ

Комментарии к рисунку: На рисунке показана PLMN модификации 2G++. На MSC организованы следующие направления: Через BSC к абонентам собственной ССПО На ТФОП организованы 3 направления: на ГТС; АМТС; МТТ (Межрегиональный ТранзитТелеком) Имеются направления на другие PLMN, например прямые пучки на Билайн и Мегафон

Комментарии к рисунку: SMS  служба коротких сообщений. Направление организовано по каналам управления. Служба позволяет передавать до 160 символов латинским шрифтом и до 80 символов  кириллицей Vmail  служба голосовой почты GPRS  General Packet Radio Service  система пакетной передачи данных. Появление системы GPRS в поколении 2G вызвано чрезвычайной популярностью сети Internet. Следствием этого является возросший спрос к WEBприложениям с помощью мобильных терминалов.

Комментарии к рисунку: Internet  это сеть с коммутацией пакетов. GSM  с коммутацией каналов. Использование ресурсов сети с КК для передачи данных нецелесообразно, поскольку соединение в такой сети существует, даже когда данные не передаются. Это приводит к неэффективности использования оборудования в сети GSM, а для потребителя это очень дорого.

Комментарии к рисунку: Кроме того, GSM накладывает технические ограничения на использование доступа к сети Internet: Малая скорость передачи 9,6 Кбит/с Ограничение количества символов одного сообщения (160) Длительное время установления соединения При ухудшении качества передачи данных через радиоинтерфейс ниже порогового значения абонент получает непригодные фрагменты вместо полных файлов.  

Комментарии к рисунку: На решение перечисленных проблем и направлена система GPRS. В основу положен принцип отделения голосового трафика от трафика данных. Трафик данных маршрутируется по внутренней сети ПД. При использовании технологии GPRS в оборудовании 2G информация собирается в пакеты и передается в эфир либо по специально выделенным речевым каналам, либо в о время "пустот" в разговорных каналах.

Комментарии к рисунку: GPRS  это протокол доступа, позволяющий передавать пользовательские данные, не занимая речевые каналы, поэтому ресурсы сети используются более эффективно. Передача информации является низкоскоростной (9600 бит/с или 51 Кбит/с). WAP  это средство получения доступа к ресурсам Internet с помощью MS. WAP  это технический стандарт, описывающий способ получения информации из Internet на небольшой дисплей MS.

Основные понятия и определения зоны обслуживания сотовой сети Сота – зона обслуживания одной BS. Зона местонахождения (поиска) –несколько сот, контролируемых одним BSC. В пределах зоны поиска абонент передвигается без обновления данных в регистре VLR. Передача адреса для поиска конкретной MS осуществляется широковещательным способом в пределах зоны поиска.

Основные понятия и определения зоны обслуживания сотовой сети Зона обслуживания MSC  часть ССПО, покрываемая одним MSC. Зона обслуживания ССПО  несколько MSC, составляющих единую сеть одного оператора сотовой связи. Зона обслуживания глобальной сотовой сети GSM  все сети GSM в общепланетном масштабе.

Основные понятия и определения зоны обслуживания сотовой сети Нагрузка на АМТС  это собственно междугородная нагрузка + нагрузка к сотовым абонентам от стационарных абонентов, включенных в местные АТС.  

Варианты организации соединительных трактов для абонентов ССПО

Варианты организации соединительных трактов для абонентов ССПО

Варианты организации соединительных трактов для абонентов ССПО

Варианты организации соединительных трактов для абонентов ССПО

UMTS Universal Mobile Telecommunications System Универсальная система мобильной связи

Требования к системе 3G Все технические характеристики должны быть точно определены, а основные интерфейсы должны быть стандартизованными и открытыми UMTS должна быть совместимой с GSM и ISDN 3G должна поддерживать мультимедийную среду со всеми её компонентами

Требования к системе 3G Система 3G должна обеспечивать широкополосный радиодоступ Пользовательские услуги не должны зависеть от особенностей радиодоступа, а сетевая инфраструктура не должна ограничивать появление новых услуг

Требования к системе 3G Полное разделение технологической базы и услуг, использующих эту базу Полномасштабное внедрение протокола IP в систему 3G

Широкополосный радиодоступ в стандарте UMTS основан на технологии WCDMA Wideband Code Multiple Access Широкополосный многостанционный доступ с кодовым разделением каналов

Сетевая архитектура UMTS предусматривает 2 типа сетей доступа: 1 – UTRAN с технологией WCDMA. В состав этой сети входят подсистемы радиосети RNS. Каждая RNS состоит из одного контроллера радиосети RNC и нескольких десятков базовых радиостанций BS. UE - User Equipment – оборудование пользователя

Особенности UTRAN Размер соты 3G не определяется стандартом и меняется в зависимости от пользовательской нагрузки. Чем больше нагрузка, тем больше требуемая мощность RNS, тем меньше радиус соты. Для выравнивания нагрузки и увеличения зоны радиопокрытия управляющие устройства RNC и SGSN перенаправляют речевую абонентскую нагрузку на MSC-3G.

Сетевая архитектура UMTS предусматривает 2 типа сетей доступа: 2 – GERAN, состоящая из систем базовых станций BSS. Каждая BSS включает в себя один BSC и несколько десятков BTS. ПО BSC дополнено программными модулями 3G. К BTS могут подключаться как MS, так и UE.

Базовая сеть состоит из двух доменов: - домен коммутации каналов (на схеме обозначен как область коммутации каналов КК) - домен коммутации пакетов (на схеме обозначен как область коммутации пакетов КП)

Область КК включает в себя оборудование GSM – MSC и GMSC, в которых ПО дополнено программными пакетами 3G

Область КП включает в себя: SGSN – Service GPRS Support Node – управляющий узел и коммутатор пакетов GPRS GGSN – Gateway GPRS Support Node – шлюз сети GPRS

SGSN SGSN обеспечивает управление пакетной сетью GPRS. GPRS – General Packet Radio Service – многофункциональная пакетная радиосеть.

Функции SGSN Регистрация местоположения UE Хранение абонентских файлов 3G Временные данные о начале и окончании сеанса передачи пакетной информации IP-адреса UE Требования к качеству обслужива-ния QoS

Функции SGSN Хранение адресов шлюзов GGSN Сервер доменных имён, перево-дящий имена компьютеров в адреса IP Поддержка роуминга, обеспечи-вающего взаимодействие с доменами КК и КП других операторов UMTS

Функции SGSN Интерфейс с сетями доступа UTRAN Возможность соединения с системой GERAN через интер-фейс на основе технологии Frame Relay Интерфейс с подсистемой IP-IMS для усовершенствованных мультимедийных услуг

GGSN В шлюзах GGSN хранится информация: IP-адреса абонентов Местоположение абонентов Номер узла SGSN, в котором зарегистрирован абонент

Функции GGSN Обеспечение доступа абонента к требуемым услугам Взаимодействие с контроллером сессий сети IP-IMS Обеспечение конфиденциальности связи с гарантией защиты пользовательского трафика

Регистры Регистры соответствуют подобной структуре в технологии GSM. Для технологии КП это оборудование обеспечивает статистический учёт и безопасность информации. В UMTS область регистров постепенно заменяется на оборудование IMS.

Трафик в UMTS 1 класс трафика Речевой трафик характеризуется низкой допустимой задержкой и низким джиттером. Скорости передачи в обоих направлениях должны быть одинаковы.

Трафик в UMTS 2 класс трафика Трафик интерактивных услуг составляют транзакции типа «вопрос – ответ». Характеризуется высокими требованиями к вероятности ошибок. По сравнению с речевым трафиком менее чувствителен к задержкам и джиттеру.

Трафик в UMTS 3 класс трафика Потоковый трафик (потоковое видео и аудио) относится к одно-направленным услугам. Используются разные скорости в направлениях передачи и приёма. Чувствителен к ошибкам. Менее чувствителен к задержкам и джиттеру, т.к. потоковые данные записываются в буфер, а затем воспроизводятся пользователю.

Трафик в UMTS 4 класс трафика Фоновый трафик характери-зуется невысокими требованиями к задержке и джиттеру. Пример – трафик электронной почты или SMS.

LTE Long Term Evolution (долговременное развитие, или «долгосрочная эволюция») Беспроводный широкополосный доступ (БШПД)

LTE – Технология построения сетей беспроводной связи поколения 4G на базе IP-технологий, отличающаяся высокими скоростями передачи данных. Стандарт LTE разработан международным партнерским объединением 3GPP в январе 2008г. Разработка обусловлена увеличением объёмов передаваемых данных и невозмож-ностью для существующих технологий обеспе-чивать повышающиеся требования клиентов. Объём широкополосного трафика увеличи-вается ежегодно почти в 2 раза.

Сотовые сети стандарта GSM по своей структуре изначально не были предназначены для мобильного ШПД. В наши дни операторы сотовой связи вынуждены с целью удовлетво- рения потребностей пользователей вкладывать огромные средства в модернизацию своих сетей до стандартов 3G (UMTS) и 4G (LTE).

Как сотовая телефония позволила быть на связи всегда и везде, так и системы 4G должны обеспечить всех и каждого надежным высокоскоростным доступом к различным сетям передачи данных. 4G предназначены для создания универсальных мобильных мульти-медийных сетей передачи информации.

В России первая сеть LTE зарегистрирована 15.01.12г. в Новосибирске (Мегафон). На начало 2013г. мировой рынок ШПД оценивается в 1,8 миллиарда абонентов.

Системы связи 4G основаны на пакетных протоколах передачи данных со скоростями более 10 Мбит/с. Для пересылки данных используются протоколы IPv4 и IPv6. 

Цели разработки LTE Снижение стоимости передачи данных; Увеличение скорости передачи данных; Возможность предоставления большого спектра недорогих услуг; Обеспечение широкого и качественного радиопокрытия для модемов и устройств с большим экраном

Цели разработки LTE Расширение услуг наиболее востребованных приложений на базе сети Internet, включая VoIP, HD IPTV, видеостриминг (потоковое видео со специальных серверов Internet, которое пополняется несколько раз в день). Повышение гибкости использования уже существующих систем мобильной связи

Цели разработки LTE Основная цель – наращивание скорости передачи данных, все остальное является следствием решения этой задачи.  

Сети LTE возможно строить в двух диапазонах: LTE-800. Максимальные скорости в секторе 37,5 Мбит/с. Подключение транспорта – до 63 Мбит/с. LTE-2600. Максимальные скорости в секторе 75 Мбит/с. Подключение транспорта – до 250 Мбит/с.

Достоинства LTE: Гибкость архитектуры, т.е. возможности динамического изменения топологии сети при подключении, передвижении и отключении мобильных пользователей без значительных потерь времени; Высокая скорость передачи информации; Быстрота проектирования и развертывания сети;

Достоинства LTE: Высокая степень защиты от несанкционированного доступа; Отказ от дорогостоящей и не всегда возможной прокладки или аренды оптоволоконного или медного кабеля; Базовые сети LTE используют только протоколы IP (с переходом от IPv4 к IPv6).

Сравнительная структура сетей 3G и 4G

Условные обозначения: RNC – контроллер радиосети SGSN – узел поддержки GPRS GGSN – медиашлюз CN – Core Network – ядро сети подвижной связи стандарта LTE P/S-GW – packet/serving gateway (шлюзы пакетной передачи и услуг) еNodeB – базовые станции LTE AGW - Access Gateway (шлюзы доступа) SAE – System Architecture Evolution (архитектура эволюционной системы)

Особенности LTE P/S-GW служит общей опорной точкой для всех технологий доступа. Тем самым при разных технологиях доступа обеспечивается стабильная точка присутствия для всех пользователей на основе IP. 2. Управление радиочастотным ресурсом передано базовым станциям. Новый тип базовых станций получил название eNodeB (eNB).

Особенности LTE Важная особенность SAE: пользовательские данные могут пересылаться между БС (базовыми станциями) непосредственно, причем как с помощью проводной, так и беспроводной связи (интерфейс Х2). Это особенно важно при Handover для быстрого бесшовного переклю-чения пользователя между БС.

Общая структура сети LTE

Комментарии к рисунку: 1 SAE System Architecture Evolution  Это архитектура ядра сети, разработанная консорциумом 3GPP для стандарта LTE.

Комментарии к рисунку: Цель и сущность концепции SAE – эффективная поддержка широкого коммерческого использования любых услуг на базе IP и обеспечение непрерывного обслуживания абонента при его перемещении между сетями беспроводного доступа, которые не обязательно соответствуют стандартам 3GPP (GSM, UMTS, W-CDMA и т.д.)

Отличия SAE от GPRS Упрощенная архитектура SAE, снижающая эксплуатационные и капитальные расходы. SAE целиком построена на IP. SAE обеспечивает большую пропускную способность сети радиодоступа (radio access network — RAN).  Нисходящий канал (Down Link) будет работать со скоростью свыше 100 Мбит/с и основное внимание системы будет сосредоточено на мобильности полосы пропускания.

Отличия SAE от GPRS 4. SAE обеспечивает меньшую задержку RAN — уровень задержки в районе 10 мс. SAE поддерживает мобильность между несколькими гетерогенными RAN, включающим поддержку как систем типа GPRS, так и не-3GPP систем (например WiMAX). Справка: 5G – гетерогенные сети (разнородные по существу или происхождению)

Комментарии к рисунку: 2 EPC - Evolved Packet Core Ядро пакетной сети EPC является основным компонен-том архитектуры SAE. В состав ЕРС входят IASA, ММЕ, UPE, SGW, PGW, PCRF.

Понятие Anchor Свойство Anchor (точка привязки -“якорь”) используется для определения способа автоматического изменения параметров элемента управления при изменении параметров базового элемента управления.

Управление сетевыми ресурсами осуществляет оборудование IASA ( Inter Access System Anchor). В состав IASA входит оборудование с функцией якоря (Anchor). Оборудование SAE-якорь используется для поддержки непрерывности обслужива-ния при перемещении абонента между сетями, как соответствующим специфика-циям 3GPP, так и не соответствующим (WLAN и т.п.).

ЗGРР-якорь выполняет функции шлюза между сетями 2G/3G и LTE. Модуль управления абонентом (User Plane Entity, UPE) отвечает за установление нисходящего соединения, шифрование данных, маршрутизацию и пересылку пакетов.

Модуль управления мобильностью (Mobility Management Entity, MME) обеспечивает хранение служебной информации об абоненте и управление ею, авторизацию терминальных устройств в наземных сетях мобильной связи и общее управление мобильностью.

3 Serving Gateway (SGW) — обслуживающий шлюз сети LTE. Входит в состав IASA. Предназначен для обработки и маршрутизации пакетных данных, поступающих из/в подсистему базовых станций. Выполняет функции MSC, MGW и SGSN сети UMTS.

4 Public Data Network (PDN) SAE Gateway, или PDN Gateway (PGW) — шлюз к/от сетей других операторов. Если информация (голос, данные) передаются из/в сети других операторов, то они маршрутизируются именно через PGW. SGW и PGW могут объединяться: P/S-GW

Home Subscriber Server (HSS) — сервер абонентских данных. HSS представляет собой объединение VLR, HLR, AUC, выполненных в одном устройстве. Pjlicy and Charging Rules Function (PCRF) — узел выставления счетов абонентам за оказанные услуги связи.