Gsm hálózati architektúra - válaszok - hálózati technológiák
GSM hálózat architektúrája
A GSM hálózat több olyan funkcionális objektumból áll, amelyek funkcióit és interfészeit a 2. ábrán mutatjuk be. 1.1.
P
Az előfizetővel mozgó mobilállomások (MS);
egy bázisállomás alrendszert (BSS), amely egy rádiós összeköttetést irányít egy mobil állomáshoz;
A hálózati alrendszer (SSS), amelynek fő része a mobil kapcsolóközpont (MSC), mobil állomások és mobil vagy vezetékes hálózati felhasználók közötti váltást végez. Az MSC kezeli az előfizető mozgásával kapcsolatos munkát is.
Az 1. ábrán nem látható a szervizközpont, amely figyeli a megbízható működést és a hálózat változásait. Egy mobil állomás (MS) és egy bázisállomás-alrendszer (BSS) Um interfészen keresztül kommunikál, más néven "levegő interfészként" vagy rádiókapcsolatként. A bázisállomások alrendszere az A interfészen keresztül kommunikál a mobil kapcsolóközponttal.
^
2.1 Mobilállomás
Egy mobil állomás (MS) mobilkészülékből (terminálból) és egy integrált áramkörből álló kártyákból áll, amelyek tartalmazzák az előfizetői azonosító modul (SIM) nevű mikroprocesszort. A SIM-kártya hozzáférést biztosít a fizetett szolgáltatásokhoz, amikor a felhasználó elmozdul, függetlenül a használt termináltól. A SIM kártya másik GSM terminálba való beillesztésével a felhasználó fogadhat hívásokat, hívásokat kezdeményezhet e terminálról és más szolgáltatásokat is fogadhat.
A mobil berendezéseket egyedileg azonosítják a nemzetközi mobileszköz-azonosító kód (IMEI - International Mobile Equipment Identity) segítségével. A SIM-kártya tartalmazza az előfizetői azonosítóhoz, a titkos hitelesítési kódhoz és egyéb információkhoz használt Nemzetközi Mobil Előfizetői Azonosítót (IMSI). Az IMEI és az IMSI függetlenek - ez lehetővé teszi a legmegfelelőbb azonosító felismerést az előfizető mozgásakor. A SIM kártya védett lehet a jogosulatlan használat ellen, jelszó vagy személyes számmal.
^
2.2 A bázisállomások alrendszere
A bázisállomások alrendszere kétféle eszközt tartalmaz: egy bázis adó-vevő állomás (BTS) és egy bázisállomás-vezérlő (BSC). A szabványosított Abis interfésszel lépnek kapcsolatba (1. ábra).
A bázis adó-vevő egy transzceiveret tartalmaz, amely egy adott cella számára rádióhálózati protokollokat hordoz mobil állomással. Egy nagyvárosban általában számos BTS található. Ezért a BTS alapkövetelményei - az erősség, a megbízhatóság, a hordozhatóság és a minimális költség.
A bázisállomás-vezérlő egy vagy több BTS-hez tartozó rádióforrást kezel: egy rádiócsatornán, egy frekvencia-hopon és egy átvitelen keresztül kapcsolatot választ ki és hoz létre, amint az az alábbiakban látható. A BSC a bázisállomás (BTS) és a mobil kapcsolóközpont (MSC) között van csatlakoztatva.
^
2.3 Hálózati kapcsoló alrendszer
Mobil kapcsolóközpont (MSC)
A GSM hálózat földrajzi területei
A GSM hálózat földrajzi területekből áll. Amint a 2. ábrán látható, ezek a területek magukban foglalják a cellákat, a helyszíneket (LA-k), az MSC / VLR szolgáltatási területeket és a nyilvános földi mobilhálózatot (PLMN).
A cella egy BTS egyik adó-vevő rádió lefedettségének területe. A GSM hálózat minden cellát a CGI (Cell Global Identity) azonosítási számmal határoz meg, az egyes cellákhoz rendelt számot.
Helyszín területe (LA - Helyi terület) - sejtcsoport. Ez az a terület, ahol az előfizető a legvalószínűbb pillanatban mozog.
2. ábra - A GSM rendszer földrajzi területei
A frekvencia újrafelhasználása a kommunikáció megszervezésének egyik módja, amelyben ugyanazokat a frekvenciákat ismételten használják különböző szolgáltatási területeken. A frekvenciatervezés használata a frekvenciák újrafelhasználásával lehetővé teszi a sávszélesség korlátozását korlátozott számú frekvenciacsatornával.
A frekvencia újrafelhasználása a távolság a két távoli cellák középpontja közötti távolság, ahonnan az újrafelhasználás megengedett. Általában a képlet határozza meg, ahol - a klaszterben lévő sejtek száma, - a sejt sugara (a kör sugara a hatszögletű cellában körülvéve).
Cluster (cluster). A klaszter egy szorosan elhelyezkedő sejtcsoportja, amelyen belül az újrafelhasználás elfogadhatatlan, mivel az interferencia szintje meghaladja a veszélyt.
^
3.1. A frekvencia terv a GSM szabványban
A 3. ábra bemutatja a csatornák kialakulását a GSM rendszerben.
890-915 MHz a kommunikációs csatorna előfizető és állomás között (MS felé BS);
935-960 MHz a kimenő csatornán az állomásról az előfizetőre (BS felé MS felé).
A 25 MHz-es sáv 124 dupla csatornára van felosztva, duplex üzemmódban, 200 kHz vivőfrekvencia-intervallummal frekvenciaosztásos többszörös hozzáférés (FDMA) használatával. Minden 200 kHz sávszélességű rádiócsatorna idős cellákra oszlik, amelyek 8 logikai csatornát hoznak létre. A Time Division Multiple Access (TDMA - TIME DEVISION MULTIPLE ACCESS) néven ismert technikát használják. Visszahívás: a többszörös hozzáférés az, hogy a felhasználók egy csoportja egy adott vivőfrekvenciát használhat különböző időpontokban.
A csatorna-információt (forgalmi csatorna vagy logikai csatorna) a hordozó száma és a nyolc időpozíció egyikének száma határozza meg. Az információt rövid csomagok formájában (törés) adják át, keretbe illesztve.
Az időosztásos többszörös hozzáférés (TDMA), amely 8 hornyot és 248 fizikai fél-duplex csatornát tartalmaz, 1984-es fél duplex csatornák csoportját alkotja.
3. ábra - A csatornák kialakulása a GSM rendszerben
^
3.2 Szektoros méhsejt
A cellát, amelyben az előfizetői szolgáltatás egy szektorantennával rendelkező bázisállomás által történik, szektorizált cellaként hívják. Ebben az esetben az antenna lefedettségi területe ágazatokra oszlik. Az ágazatosítás lehetővé teszi a mobil kommunikációs rendszer kapacitásának növelését a lefedett terület méretének csökkentése vagy a bázisállomás által sugárzott teljesítmény csökkentése nélkül. A szektorantenna irányának szélessége megfelel az ágazat szögméretének. A cellás rendszerekben általában 120 ° -os sugárterhelésű antennákat (három szektorú antennát) használnak. Általában 3/9, 4/12, 7/21 méretű klasztereket használnak, ahol az első számjegy a klaszterben lévő cellák számát jelöli, a második pedig az ágazatok számát. A 4-a ábra egy 3-as szektoros antenna egy 3/9-es klaszterének példáját mutatja. Ebben a példában 9 frekvenciacsoportot osztanak ki, és hat szektorú antennát használnak - 60 ° -os sugárzási szélességgel. A 4-b. Ábra egy Motorola által kifejlesztett cellás hálózatot mutat be, amely a hordozófrekvencia 60 és 12 csoportjának egy szélességével rendelkezik. Ez a klaszter 4 elemet és 6 szektoros antennát tartalmaz (4/24 klaszter méret).
4. ábra - A frekvencia újrafelhasználása: a) egy 3 szektoros cellában; b) 6 szektoros sejt
Csatornák feladata a GSM rendszerben
Két típusú forgalmazási csatornák meghatározása a GSM hálózat: teljes sebességű hangcsatorna működik teljes sebességgel (TCH / F - Traffic Channel / Teljes) - 22,8 kbit / s, és a fél-os hangcsatorna működő fele arány (TCH / H - Traffic Csatorna / Fél) - 11,4 Kbps. Half arány lehetővé teszi, hogy megduplázza a csatornák száma ugyanabban a frekvenciasávban.
A mobil kommunikációban a forgalmi csatorna minden előfizető számára elérhető. Ezért a kapcsolatépítési folyamat során minden csatornát, amelyhez az állomás csatlakoztatható, kiválasztható. Mivel szabad állapotban az előfizetői vonal nem kommunikál a forgalmi csatornákkal, vezérlőcsatornát igényel, például egy hívójel, a "beállítás", a hívószám stb.
Ezért egy kapcsolat létrehozásához hálózati kérelmet küldünk, az MS-től a hálózathoz irányított csatornát használjuk. Ez egy véletlen hozzáférésű csatorna (RACH - Random Control Channel).
Mivel a kapcsolódási kérelmet csak a kapcsolat elején továbbítják, és a vezérlési információ cseréjére szolgáló csatornát ezt követően osztják ki, ez a csatorna közös a helyi zónában lévő összes állomás számára.
Egy közös csatorna mindig hozzáférési eljárást igényel a konfliktusok elkerülése és megoldása érdekében. Ebben az esetben leggyakrabban a véletlenszerű időosztásos többszörös hozzáférésű ALOHA (TDMA - Time Division Multiple Access ALOHA) eljárás. Az ilyen hozzáférés alapelve azon a tényen alapul, hogy minden állomás egy kommunikációs csatornát használ, vezérli működését, és az átvitel véletlenszerű időpontokban történik, ami csökkenti a konfliktusok valószínűségét.
Válaszul a hívójelet kiválasztott Vezérlő Csatornát (SDCCH - Önálló dedikált vezérlő csatorna), amely a további jelzési információt továbbítja a MS hívásfelépítés során, mielőtt a forgalmi csatorna (TCH) megtalálható.
A bejövő kommunikáció esetében a foglalt jelzés továbbítása az MS-hez a teljes cellához tartozó rövid üzenetek (PCH - Paging Channel) közvetítési csatornáján keresztül valósul meg. Ez egy rövid üzenet sugárzási csatorna, amely egy "hívás" jelet továbbít a helyzete (LA) valamennyi állomásához. Egy ilyen jel vételét követően az MS meghatározza annak számát és válaszol a sugárzott jelre ugyanúgy, mint a kimenő hívás, a RACH-Random Control Channel csatorna létrehozásakor.
Továbbá a kapcsolódási jelek ugyanazok, mint a kimenő kommunikáció esetében.
A célállomás bejövő BTS és MS kapcsolatával:
Átküldi a sugárzási jelet az MSC szolgáltatási területén lévő összes állomásnak. A jelet egy külön vezérlőcsatornán - egy rövid üzenet sugárzási csatorna - Paging Channel útján továbbítják;
Ezt követően a vezérlőcsatornán lévő MS (véletlen hozzáférésű csatorna - RACH, Random Access Channel) kérelmet küld az egyes vezérlőcsatornák sürgős hozzárendelésére a jelcseréhez. A "véletlen hozzáférés" kifejezés a véletlenszerű hozzáférési módszerek használatát jelenti, amelyek közül a leggyakoribb az ALOHA. Ezzel a módszerrel az üzemeltetés elve az, hogy minden állomás egy kommunikációs csatornán dolgozik, működésének vezérlése érdekében, az átvitel véletlenszerű időpontban történik. A BTS kiválaszt egy csatornát a vezérlőjelek cseréjére (SDCCH - önálló dedikált vezérlőcsatorna);
A BTS felkéri a hitelesítési adatokat. A hitelesítés a hitelesítési és felhasználói védelmi eljárás végrehajtása során korábban kapott adatok felhasználásával történik. A kérésre válaszul az MS továbbítja a SIM kártyán tárolt titkosított választ (SRES - Signed Response), amely lehetővé teszi a BTS számára, hogy megállapítsa az MS hitelességét;
Ezt követően a BTS titkosítási kulcskérést küld;
És kap egy válasz titkosítási kulcsot. Ha a kulcs helyes, akkor a kapcsolat létrehozásának folyamata megtörténik, ami ugyanaz, mint a kimenő kapcsolat.