ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.02.2024
Просмотров: 49
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Задание №1. Построение схемы СПРС стандарта GSM/UMTS
1. Нарисовать схему построения базовой сети (CN) подвижной радиотелефонной связи (СПРС) стандартов GSM/UMTS, реализованной с использованием технологии коммутации каналов.
2. Определить стек протоколов сигнализации ОКС№7, реализованный в каждом из указанных на схеме элементе базовой сети.
3. Указать наименование интерфейсов (А, В и т.д.) между элементами сети, и используемые на них протоколы взаимодействия.
4. Указать линиями различной толщины интерфейсы, обеспечивающие передачу пользовательской информации (речи) и сигнальной информации.
5. Указать, какие пользовательские и прикладные подсистемы сигнализации ОКС№7 используются для оказания услуг установления телефонного соединения, для обеспечения функций мобильности пользователя.
Сеть GSM состоит из следующих основных контсруктивных блоков: базовая приемопередающая станция (BTS), контроллер базовой станции (BSC), блок перекодировки и адаптации (TRAU), центр коммутации подвижной связи (MSC), домашний регистр (HLR), гостевой регистр местонахождения (VLR) и регистр идентификации оборудования (EIR), центр аутентификации (AuC). В обычной конфигурации несколько BTS подсоединены к BSC, а несколько контроллеров BSC, в свою очередь, подсоединены к центру комутации MSC.
На рисунке 1 показана базовая архитектура сети GSM, в которой мобильный терминал MS связывается через радиоинтерфейс с базовой приемопередающей станцией BTS. Мобильный терминал MS состоит из двух частей – самой трубки, называемой мобильным оборудованием ME, и SIM-карты абонента, содержащей специальную информацию о пользователе, включая идентификатор абонента, информацию для аутентификации абонента и некоторую информациюоб обслуживании абонента.
Одна или несколько BTS соединены с контроллером базовой станции BCS, который обеспечивает ряд функций, связанных с управлением радиоресурсом PR, с поддержкой мобильности MM абонентов в зоне охвата станций BTS, и ряд функций эксплуатационного управления всей радиосетью. Вместе станций BTS и контроллеры BSC называют подсистемой базовой станции BSS. Функция BTS, зона действия которой определяет границы соты, состоит в том, чтобы поддерживать радиосвязь с мобильными терминалами с помощью специальных протоколов. Контроллер базовой станции BSC отвечает за создание канала передачи данных, переключения частот, а также обслуживание вызова в пределах управляемых им станций BTS. Блок TRAU отвечает за преобразование скорости передачи кодированной речи в GSM (13 кбит/с либо 12,2 кбит/с), скорость 64 кбит/с, принятую ТфОП.
.
Рисунок 2 – Распределенная сетевая архитектура согласно 3GPP Rel’4 (сеть UMTS)
Остальные сетевые элементы отвечают за функции управления и за базы данных, необходимые для установления соединения в сети GSM, включая шифрование, аутентификацию и роуминг.
Регистр HLR содержит основные данные об абоненте. Каждая сеть подвижной связи требует наличия доступа хотя бы к одному регистру HLR как к постоянной памяти для хранения данных. Каждый абонент закреплен за определённым HLR, который действует как фиксированный справочный пункт и хранит информацию о текущем местонахождении абонента, включая идентификатор регистра VLR, а также информацию о доступных этому абоненту услугах.
Вызовы из других сетей, в частности из ТфОП, сначала поступают на Gateway MSC (GMSC). Основное назначение GMSC – запросить в HLR данные о местонахождении абонента. Затем вызов переадресуется из GMSC в MSC, обслуживающий абонента. В HLR хранятся такие специфические данне об абонентах, как секретный ключ аутентификации Ki, который является составной частью управления защитой. Он никогда не передается ни в какой интерфейс и записан только в HLR и в SIM.
Ассоциированный с HLR центр аутентификации AuC всегда реализует как составную часть HLR, содержащую специальные данные аутентификации абонентов, включая Ki. Хотя в GSM предусмотрен интерфейс между AuC и HLR (интерфейс H), но он никогда не был достаточно подробно специальзтрован для того, чтобы AuC работал автономно. Используя случайное число, назначенное центром AuC для определенного абонента и переданное в SIM-карту через HLR и MSC, SIM-карта выполняет расчет параметра аутентификации с применением Ki и алгоритма аутентификации. Если результат расчета на SIM-карте соответствует результату в AuC, то это значит, что абонент прошел аутентификацию.
Гостевой регистр VLR, подобно регистру HLR, тоже является базой данных, но его назначение иное. VLR обеспечивает управление динамическими данными об абоненте. Когда абонент перемещается из одной географической зоны обслуживания MSC/VLR в другую, из VLR места убытия абонента (старого VLR) в VLR места его прибытия (новый VLR) передаются данные об абоненте.
VLR может обслуживать несколько центров MSC, но один MSC всегда использует только один VLR. Такая географическая взаимозависимость и позволяет интегрировать VLR в MSC.
Центр коммутации MSC представляет собой обычную коммутационную станцию с некоторыми изменениями, ориентированными на мобильную связь.
Когда пользователь инициирует вызов, его мобильный терминал обращается к ближайшей базовой станции BTS. Контроллер этой базовой станции BSC управляет радиоресурсами во вверенной ему области и определяет путь прохождения сигнала к центру коммутации MSC мобильной связи. Этот MSC проводит аутентификацию IMSI-номера абонента, проверяя его регистрационную запись, которая содержится в домашнем регистре HLR сети этого абонента. При каждом включении мобильного терминала происходит обновление информации о местонахождении абонента, содержащейся в его HLR и в соответствующем VLR. Коммутационный центр MSC направляет запрос, содержащий IMSI-номер абонента, в регистр HLR, затем информация об этом абоненте передается в указанный в ответе гостевой регистр VLR. Из данных, содержащихся в HLR, узел коммутации MSC формирует также содержимое регистра идентификации оборудования EIR в целях отслеживания украденных, не санкционировано используемых или неисправных мобильных телефонов.
Оборудование EIR содержит международный идентификатор мобильного телефона. В каждой трубке хранятся 15 цифр идентификатора IMEI или 16 цифр IMEISV. Как IMEI, так и IMEISV имеют структуру, которая содержит Type Approval Code (TAP) и Final Assembly Code (FAC).
Коды TAC и FAC объединяют, чтобы указать сборку и модель трубки и место ее производства. IMEI и IMEISV содержат также специальный серийный номер для рассматриваемого ME.
В EIR хранятся три списка – черный, серый и белый. Эти списки содержат TAC и FAC, а в черном списке может находиться и полный номер IMEI или номер IMEISV. Если данный TAC, комбинация TAC/FAC или полный IMEI появляются в черном списке, значит, вызовы с этого мобильного телефона запрещены. Если эти значения появляются в сером списке, то вызовы могут быть, а могут и не быть запрещены по усмотрению Оператора. Когда они появляются в белом списке, вызовы разрешены. Обычно включенный в белый список код TAC указывает модель трубки, которая была сертифицирована ее производителем. В свою очередь, EIR является опциональным сетевым элементом, и некоторые Операторы предпочитают не устанавливать EIR.
Interworking Function (IWF) используется для услуг передачи данных и факсимильных сообщений с коммутацией каналов и, в общих чертах, представляет собой модемный пул. Модемы и факсимильные аппараты преобразуют цифровые данные в аналоговый формат в разговорной полосе частот 0,3-3,4 кГц. Для цифровых систем GSM то же
самое непосредственно сделать нельзя, поскольку вся передача ведется в цифровой форме, и передавать данные в радиоинтерфейсе так, чтобы эмулировать аналоговый сигнал, не представляется возможным. Поэтому вызов, требующий передачи данных, из MS поступает на IWF, а затем уже маршрутизируется из IWF дальше. Внутри IWF для обслуживания этого вызова закрепляется модем. Для услуги передачи факсов вместо модема данных используется факс-модем. В классических сетях GSM поддерживаются услуги передачи данных и факсов со скоростью 9,6 Кбит/с.
На рисунке 1 показан также центр услуг обмена короткими сообщениями SMSC (Short Message Service Center), который представляет собой узел, поддерживающий хранение и пересылку коротких сообщений к мобильным терминалам и от них. Логически центр SMSC имеет три компонента:
- Service Center (SC), который хранит сообщения и взаимодействует с другими системами, такими как оборудование электронной почты или речевой почты;
- шлюз SMS-Gateway (SMS-GMSC), который используется для доставки коротких сообщений мобильному абоненту;
узел SMS-Interworking MSC, принимающий короткие сообщения из MSC, который обслуживает абонента, передающего короткое сообщение, пересылает такие сообщения в SC, а тот отправляет их затем в конечные пункты назначения.
Мобильные приложения стека протоколов ОКС
В стеке ОКС существует протокол MAP (Mobile Application Part), который позволяет узлам сети GSM обмениваться информацией друг с другом с целью предоставления таких услуг, как роуминг, хэндовер, маршрутизация входящих вызовов и SMS, аутентификация абонента. Информация MAP транспортируется и инкапсулируется протоколами нижележащих уровней MTP1, MTP2, MTP3, SCCP, TCAP.
Протокол МАР используется для определения операций между сетевыми компонентами сети подвижной связи, такими как MSC, BTS, BSC, HLR, VLR, EIR, MS. Всего с целью поддержки GSM определено пять приложений МАР для подсистем коммутации (MAP-MSC, MAP-VLR, MAP-HLR, MAP-EIR, MAP-AuC) и приложение BSSAP для контроллера базовых станций BSC.
На рисунке 1 показаны каналы передачи сигнальной и пользовательской информации (речевой, SMS и др.) сплошными линиями, а каналы передачи только сигнальной информации – пунктирными. Сигнальная информация передается между MS и сетью, между сетевыми элементами и при взаимодействии с другими сетями. В основе протоколов сигнализации лежит стек ОКС7 и протокол LAPD сети ISDN.
Интерфейс между BTS и BSC называют Abis-интерфейсом. Большинство свойств этого интерфейса стандартизировано, кроме той части, которая связана с конфигурацией и с технической эксплуатацией станций BSC, из-за чего BTS обычно соединяется с BSC того же производителя.
Интерфейс между MSC и VLR, называемый В-интерфейсом, стандартизирован, но никто из производителей оборудования, как правило, не разрабатывал автономные VLR: MSC и VLR всегда содержатся на одной и той же платформе, и интерфейс между ними является внутрифирменным.
Интерфейс между BSC и MSC называется А-интерфейсом, и представляет собой интерфейс на базе ОКС, использующий протокол SCCP. Над ним в стеке сигнализации находится подсистема BSSAP – протокол, используемый для коммуникации между MCS и МS. Поскольку MS обменивается информацией с BSC и MSC раздельно, BSSAP делится на две части: протокол управления BSSMAP, который обеспечивает процедуры интерпретации результатов обработки текущих вызовов и управления ресурсами подсистемы BSS, и протокол сквозной передачи сообщений DTAP (содержит те сообщения, которые прозрачно проходят через BSS от MSC к MS или наоборот).
Сети UMTS
Система UMTS представляет собой развитие системы GSM для поддержки функций третьего поколения 3G. В спецификации (релиз 4) (рисунок 2) введены понятия медиашлюза MGW, сервера MSC и шлюза сигнализации SGW, осуществлены усовершенствования UTRAN.
Мобильный терминал пользователя называется в UMTS оборудованием пользователя UE (User Equipment), состоит из мобильного абонентского устройства ME (Mobile Equipment) и модуля идентификации USIM (UMTS Subscriber Identity Module).
Открытые интерфейсы UMTSвключают в себя радиоинтерфейс Uu между оборудованием пользователя UE и сетью UMTS. Для взаимодействия с базовой сетью радиодоступа сеть радиодоступа использует интерфейс Iu.
Базовая станция UMTS первоначально называлась узлом В. Каждый Node B подсоединен к одному контроллеру RNC (Radio Network Controller). Контроллер RNC управляет радиоресурсами подсоединенных к нему узлов В. Интерфейс между Node B и RNC является интерфейсом Iub (стандартизирован, открыт).
UTRAN подсоединена к базовой сети через интерфейс Iu. Этот интерфейс имеет два разных компонента. Соединение от UTRAN к подсистеме с коммутацией каналов базовой сети производится через интерфейс Iu-CS, который подсоединяет RNC к соответствующему узлу с коммутацией MSC/VLR. Соединение от UTRAN к подсистеме с коммутацией пакетов базовой сети, т.е. от RNC к SGSN, происходит через интерфейс Iu-PS.
В Rel’4 базовая сеть распределена (архитектура распределенных коммутаторов. Фактически MSCподразделяется на сервер MSC, который содержит все управление мобильностью и логику обслуживания вызовов, и медиашлюз MGW, которым управляет сервер MSC и который может находиться на удалении от MSC. Обмен сигналами управления для вызовов происходит между RNC и сервером MSC, а разговорный тракт соединяет RNC и MGW. Обычно MGW принимает вызовы из RNC и маршрутизирует эти вызовы к пунктам назначения через пакетную опорную сеть. Опорная пакетная сеть использует технологию АТМ или протокол RTP поверх IP. Трафик пакетных данных проходит из RNC к SGSN и через GGSN выходит в опорную IP-сеть.