Сетевые аспекты

6 Сетевые аспекты

Обеспечение необходимого качества передачи голоса и данных через радио соединение - только одна часть функций сотовой мобильной сети. Тот факт, что географическая область, покрываемая сетью, разбивается на ячейки, обуславливает необходимость реализации механизма смены соты и канала (handover). Кроме этого, тот факт, что мобильная станция может перемещаться в пределах государства и между государствами, требует спецификации функций регистрации (registration), авторизации (authentication), маршрутизации (call routing) и изменения местожительства (location updating). Протокол обмена сигналами в GMS основывается на трехуровневой модели.

Первый уровень - это физический уровень, который использует структуру каналов, обсужденную ранее.

Второй уровень - уровень линкования данных. При рассмотрении Um интерфейса уровень линкования данных представляет из себя модифицированную версию LAPD протокола, используемого ISDN, так называемый LAPDm. В случае A-интерфейса используется Часть Передачи Сообщений (Message Transfer Part) Сигнальной Системы Номер 7 (Signalling System Number 7).

Третий уровень протокола обмена сигналами GSM подразделяется на три подуровня:

Подуровень управления радио ресурсами (Radio Resources Management).

Отвечает за начальную установку, поддержание жизнедеятельности и терминацию радиоканалов и фиксированных каналов, включая процедуры смены соты и канала (handover).

Подуровень Управления Мобильностью (Mobility Management).

Отвечает за процедуры смены местожительства (location updating) и регистрации (registration) абонента. Управляет секретностью доступа и процедурами авторизации абонента.

Подуровень Управления Соединением (Connection Management).

Отвечает за общую процедуру управления вызовом (весьма похожей на Q.931), управляет Дополнительными Сервисами и Сервисом Коротких Сообщений.Обмен сигналами между различными сущностями в фиксированной части сети (как, например между HLR и VLR ) описывается в части рекомендаций, называемой Частью Мобильных Приложений (Mobile Application Part). MAP "надстраивается" над Частью Возможных Транзакций (Transaction Capabilities Application Part (TCAP - верхний уровень Сигнальной Системы Номер 7 (Signalling System Number 7)). Спецификация MAP - это одна из самых объемных частей в рекомендациях GSM.

Управление радиоресурсами

Уровень управления радиоресурсами наблюдает за установлением радиосоединений и фиксированных соединений между Мобильной Станцией и Центром Коммутации и Управления. Основными функциональными элементами, включенными в сферу деятельности этого уровня являются: Мобильная Станция, Базовая Станция и Центр Коммутации и Управления. RR-уровень имеет дело с управлением RR-сессии, которая представляет из себя промежуток времени, на протяжении которого мобильная станция находиться в выделенном состоянии, и кроме того, занимается конфигурацией радио каналов, включая создание выделенных каналов.RR-сессия всегда инициируется мобильной станцией посредством процедуры доступа (и для исходящих вызовов, и в ответ на пейджинговое сообщение). Управление процедурами доступа и процедурами, связанными с пейджингом (таких как: выделение мобильной станции выделенного канала, определение структуры подканалов Пейджингового канала) происходит на RR-уровне. Плюс к вышесказанному, управление такими, связанными с радио соединением возможностями, как уровень напряжения, прерывающаяся передача и радиопередача, происходят также на RR-уровне.

Процедуры смены соты и канала (handover)

В сотовых сетях необходимые радиосоединения и фиксированные соединения не выделяются постоянно, на все время соединения. Процедура смена соты или канала (handover или handoff - в Северной Америке) переключает соединение на другие каналы или соты. Выполнение процедур смены соты или каналов является одной из основных функций RR-уровня.В системах GSM существуют четыре основных типа таких процедур:

· Каналы (тайм слоты) принадлежат одной соте.

· Соты (BTS) находятся под контролем одного и того же BSC.

· Соты под контролем разных BSC, но принадлежат одному MSC.

· Соты под контролем разных MSC.

Для первых двух типов хандовера, так называемых внутренних хандоверов (internal handover), в процедуру вовлекается только BSC. В целях сохранения установленной сигнальной полосы, они управляются только BSC (без вовлечения MSC), за исключением оповещения о завершении процедуры. Два последних типа хандовера называются внешними хандоверами (external handover), и в них вовлекается MSC. Очень важным аспектом GSM является тот факт, что MSC, так называемая якорная MSC, является ответственной за большинство функций, имеющих непосредственное отношение к соединению, за исключением внутренних BSC хандоверов, находящихся под контролем некой "новой MSC", так называемой доверительной MSC.Хандоверы могут быть инициированы не только мобильной станцией, но и MSC (например, в случае перебалансировки трафика). В пассивном состоянии мобильная станция сканирует Широковещательные Управляющие Каналы (Broadcast Control Channel) соседних сот (до 16) и формирует список из 6 лучших кандидатов на возможный хандовер (на основе данных о силе получаемых сигналов). Эта информация передается BSC и MSC по крайней мере один раз в секунду и используется в алгоритме хандовера. Конкретный алгоритм выбора при хандовере не специфицируется в рекомендациях GSM. Обычно используются два основных алгоритма, имеющие непосредственное отношение к управлению напряжением. Подобного рода выбор основывается на том факте, что BSC обычно не знает, результатом чего является плохое качество сигнала: или это результат multipath fading, или мобильная станция хочет переместиться в другую соту. Эта ситуация наиболее типична для маленьких городских сот.

Алгоритм "Минимум возможных изменений" (Minimum Acceptable Perforance) отдает предпочтение управлению напряжением: в случае ослабления сигнала ниже установленной точки, повышается уровень напряжения мобильной станции. Если в результате этих действий качество сигнала не улучшилось, то начинается рассмотрение возможности хандовера. Это простейший и наиболее общий метод, но он создает "пятно" на границе соты для мобильной станции, передающей на максимально возможном уровне напряжения, т.е. мобильной станции кажется, что она двигается на некотором расстоянии от естественных границ соты в другую соту. Метод "Бюджет напряжения" (Power Budget) использует хандовер для того, чтобы поддержать или подтвердить определенный уровень качества сигнала при том же или при более низким уровне напряжения. Этот метод отдает предпочтение процедуре хандовера управлению напряжением. Этот метод позволяет избежать "пятен" на границах соты и понижает межканальную интерференцию, но является достаточно сложным.

Управление мобильностью

Уровень управления мобильностью располагается над RR-уровнем, и управляет функциями, которые следуют непосредственно из мобильности самого абонента и аспектами секретности и авторизации. Управление "местом жительства" рассматривается здесь в смысле процедур, которые позволяют системе узнать текущее местожительство включенной мобильной станции, с тем, чтобы выполнить маршрутизацию входящих вызовов.

Смена "области проживания" (location updating)

Включенная мобильная станция информируется о входящем вызове при помощи пейжингового сообщения, посланного по PAGCH каналу данной соты. Только в случае крайней необходимости можно позволить себе опрашивать каждую соту в сети для каждого вызова. Очевидно, что это слишком расточительное удовольствие. Другая крайность: оповещение системы мобильной станцией, о каждом изменении местонахождения (для каждой соты). Такой подход требует опрашивающих сообщений, которые должны посылаться только в одну соту, и также очень расточителен вследствие большого количества сообщений.

Компромиссным решением GSM является возможность группирования сот в "области проживания" (location area). Сообщения о смене местожительства необходимы при перемещении между "областями проживания", а оповещение пейджинговыми сообщениями происходит внутри текущей "области проживания".

Процедура смены места проживания, с последующей маршрутизацией, использует MSC, HLR и VLR. В тот момент, когда мобильная станция включается в новой "области проживания", или в момент перемещения в новую "область проживания" или под управление другого оператора PLMN, она обязана зарегистрироваться в сети, для того чтобы отразить текущее место проживания. В обычных случаях, сообщение о смене "области проживания" посылается новым MSC/VLR, которые записывают информацию об "области проживания" и посылают ее в HLR абонента. Обычно, информация, посылаемая HLR, представляет из себя SS7 адрес новой VLR, хотя это может быть и номер маршрута. Причиной, того, что номер маршрута обычно не назначается, даже если это снижает обмен сигналами, является тот факт, что существует весьма ограниченное число доступных номеров маршрутов в новой MSC/VLR, и они выделены по запросу для входящих вызовов. Если абонент подписан на некоторое количество сервисов, HLR посылает некоторое подмножество информации об абоненте, необходимое для управления соединением, новой MSC/VLR; кроме этого, HLR посылает сообщение об отмене регистрации старой MSC/VLR.

Из соображений надежности в GSM существует также периодическая процедура смены "области проживания". В случае если HLR или MSC/VLR потерпят неудачу при одновременной попытке нарастить реестры, база данных обновится, как если бы смена "области проживания" произошла. Разрешение на эту процедуру и установление периода времени контролируются оператором сети (необходим компромисс между трафиком и скоростью восстановления). Если мобильная станция не перерегистрируется во время прохождения "насильственной" процедуры смены "области проживания", ее регистрация автоматически отменяется.Процедура подсоединения/отсоединения IMSI имеет непосредственное отношение к процедуре смены "области проживания". Отсоединение IMSI означает, что мобильная станция становиться не находимой для сети, и следовательно, сеть должна знать, что отсоединение произошло, для того чтобы избежать выделения каналов и посылок пейджинговых сообщений этой станции. Подсоединение IMSI очень похоже на простую смену "области проживания", кроме этого сеть информируется о том, что мобильная станция перешла в разряд находимых. Активация процедур подсоединения/отсоединения IMSI имеет отношение непосредственно к оператору и происходит на основе конкретной соты.

<<=<<НАЗАД<<=<< --- >>НАЧАЛО<< --- >>=>>ВПЕРЁД>>=>>