3.5 Функциональная схема и состав оборудования стандарта GSM.

        Функциональная схема, принятая в стандарте GSM, представлена на рис. 3.7.


Рис.3.7. Функциональная схема, принятая в стандарте GSM.

Здесь MSC (Mobile Ststion) - центр коммутации подвижной связи, BSS (Base Station System) - оборудование базовой станции, OMC (Operations and Maintenance Centre) - центр управления и обслуживания MS (Mobile Stations) - подвижные станции.

        Для сопряжения элементов системы имеется несколько интерфейсов, которые взаимодействуют между собой в соответствии с системой сигнализации МККТТ № 7. MSC, обслуживающий группу сот, аналогичен центру коммутации ISDN и является интерфейсом между фиксированными сетями и подвижной связью. Кроме того, он обеспечивает маршрутизацию вызовов и выполняет функции управления вызовами, а также осуществляет "эстафетную передачу" MS в процессе перемещения ее, из одной соты в другую, с переключением рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей. В функции MS входит также сбор статистических данных, необходимых для контроля работы и оптимизации сети, а также формирует данные для выписывания счетов, которые направляются в центр расчетов (биллинг - центр). Выполняет процедуры запрета несанкционированного доступа в сеть. MSC также управляет процедурами регистрации местонахождения MS и передачи управления, кроме передачи управления в подсистеме базовых станций (BSS). Передача вызова позволяет сохранить соединения и обеспечивать введение разговора, когда подвижная станция перемещается из одной зоны обслуживания в другую. В сотах передачу вызова осуществляет BSC, если же вызов осуществляется между двумя сетями управления равными BSC, то первичное управление осуществляет MSC. Кроме того, возможна передача вызова между сетями относящимися к разным MSC.
        Для слежения за перемещением MS в центре коммутации предусмотрены регистры положения HLR и перемещения VLR. В HLR храниться та часть информации местоположения MS, по которой центр коммутации может доставить вызов станции, а так же содержит международный идентификационный номер подвижного абонента (IMSI). По этому номеру в центре аутентификации (AUC) опознается MS. В общем случае HLR представляет собой справочную базу данных постоянных абонентов сети. В ней содержаться опознавательные номера и адреса, параметры подлинности абонентов, состав услуг связи, а так же специальная информация о маршрутизации. Регистрируются данные о роуминге (блуждании) абонента, а так же временный идентификационный номер подвижного абонента (TMSI) в соответствующем VLR.
        К данным, содержащимся в HLR, имеют дистанционный доступ все MSC и VLR данной сети и других сетей для обеспечения межсетевого роуминга абонентов. В случае, если в сети имеется несколько HLR, запись об абоненте делается только один раз и здесь каждая HLR является частью общей базы данных. Для доступа к данным, хранящимся в HLR, необходимо знать номер IMSI или MSISDN (номер подвижного абонента в сети ISDN).
        Регистр перемещения VLR служит для функционирования подвижной станции за пределами зоны, контролирующей HLR. При перемещении MS из зоны, контролируемой данной BSC, в зону контролируемой другой BSC, последняя регистрирует подвижную станцию, а в VLR заносится информация о номере области связи, куда доставляется вызов станции. В VLR записываются так же данные, что и в HLR. Однако данные в VLR хранятся до тех пор, пока MS находится в ее контролируемой зоне, а затем они списываются. На случай сбоев устройства памяти HLR и VLR имеют защиту.
        В стандарте GSM соты группируются в географические зоны (LA) с соответствующими идентификационными номерами (LAC). В VLR содержаться данные об абонентах, находящихся в нескольких LA. При перемещении MS из одной LA в другую, данные, о его местоположении автоматически обновляются в VLR. В случае, если старая и новая LA находится под управлением различных VLR, то данные в старом VLR стираются после того, как они будут записаны в новом. При этом запись о текущем адресе MS в HLR так же обновляется. VLR присваивает номер так же "блуждающей" MS (MSRN). Когда MS принимает вызов, VLR извлекает его MSRN и передает на MSC для прикрепления к ближайшей базовой станции.
        Распределением номера передачи управления при переходе соединений от одного MSC к другому осуществляет так же VLR. Кроме того, VLR управляет распределением новых TMSI и передает их в HLR, а так же процедурой установления подлинности во время обработки вызова. TMSI можно периодически менять, для усложнения самовольного доступа в сеть. В целом VLR представляет собой локальную базу данных для MS данной зоны и доступ к нему обеспечивается через IMSI, TMSI или MSPN. VLR исключает постоянный запрос в HLR и сокращает время на обслуживании вызова.
        Для защиты сети от несанкционированного доступа вводится механизм аутентификации - удостоверения подлинности абонента. Центр аутентификации (АИС) проверяет полномочия абонента и осуществляет его доступ в сеть, состоит из нескольких блоков и формирует ключи и алгоритмы АИС. Одним из основных блоков АИС является регистр идентификации оборудования (EIR - Equipment Identification Register), где сосредоточены ключи шифрования.
        В процессе пользования сетью, каждый MS получает стандартный модуль подлинности абонента (SIM), в который входит международный идентификационный номер (ISMI), свой индивидуальный ключ аутентификации (Ki) и алгоритм аутентификации (AS). Информация содержащая в SIM, в процессе обмена данными между MS и сетью, позволяет осуществлять полный цикл АИС и разрешить доступ в сеть.
        Регистр идентификации оборудования (EIR) содержит централизованную базу данных для подтверждения подлинности IMSI и состоит из списков номеров, организованных следующим образом:

           белый список - содержит номера MS, входящие в данную сеть;
           черный список - содержит номера MS, которые украдены или им отказано в обслуживание по
           какой - либо причине;
           серый список - содержит номера MS, у которых существует определенные проблемы, однако нет            оснований для включения в черный список.

        К данным, хранящимся в EIR, имеет доступ MSC данной сети, а так же MSC других подвижных сетей. Сеть может содержать несколько EIR, при этом каждая EIR управляет определенной группой IMSI.
        Центр эксплуатации и технического обслуживания (OMC), является центральным элементом сети GSM, обеспечивает контроль и управление другими компонентами сети и контроль качества ее работы. Соединения ОМС с другими компонентами сети GSM осуществляется по каналам пакетной передачи протокола Х.25.
        Центр управления сетью (NMC) обеспечивает рациональное иерархическое управление сетью GSM. В его функции входит так же эксплуатация и техническое обслуживание на уровне всей сети, поддерживаемой центрами ОМС, которые отвечают за управление региональными сетями. В NMC сосредоточены данные о состояние всей сети и он может давать указания по изменению стратегии решения региональных проблем.
        Оборудование базовой станции BSS состоит из контролера базовой станции BSC и приемо - передающих базовых станций BTS. BSS может управлять несколькими приемопередающими блоками, а так же распределением радиоканалов, контролером соединений, регулировкой их очередности, режимом работы с прыгающей частотой, модуляцией и демодуляцией сигналов, кодированием и декодированием сообщений, кодированием речи, адаптацией скорости передачи для речи, данных и вызова, определением очередности передачи сообщений персонального вызова.
        Транскодер TCE преобразует выходные сигналы каналов передачи речи и данных MSC (64 кбит/с ИКМ) в цифровой сигнал со скоростью 13 кбит/с, что соответствует рекомендациям GSM по радиоинтерфейсу (Рек. GSM 04.08). Такой цифровой канал передачи речи называют "полноскоростным", а "полускоростным" - при скорости передачи речи 6,5 кбит/с. Для снижения скорости передачи используют специальные речепреобразующее устройство, основанные на линейном предикативном кодировании (LPS), долговременном предсказании (LTR) и остаточном импульсном возбуждении (RPE или RELP).
        MSC и транскодер располагают вместе, в этом случае передача сообщений в направлении к контролеру BSC ведется с добавлением к потоку со скоростью передачи 13 кбит/с, дополнительных битов (стафингование) до скорости передачи данных 16 кбит/с. Деле осуществляется уплотнение с кратностью 4 в стандартный канал 64 кбит/с. Таким образом формируется определенная Рекомендациями для GSM 30-ти канальная ИКМ линия, обеспечивающая передачу 120 речевых каналов. Шестнадцатый канал (64 кбит/с) "временное окно", выделяется отдельно для передачи информации сигнализации и часто содержит трафик SSN7 или LAPD. В другом канале (64 кбит/с) могут передаваться так же пакеты данных, согласующихся с протоколом Х.25 МККТТ. В итоге результирующая скорость передачи по указанному интерфейсу составляет 30х64 кбит/с+64 кбит/с+64 кбит/с= 2048 кбит/с.
        Подвижная станция MS служит для доступа абонента в сеть GSM и далее к фиксированным сетям электросвязи. В стандарте GSM существует 5 классов MS, отличающихся выходной мощностью (таблица 3.3).

Таблица 3.3.                                                 

Класс мощностиМаксимальный уровень мощности передатчика
120 вт
28 вт
35 вт
42 вт
50,8 вт


        При организации связи предусматривается адаптивная регулировка мощности передатчика, обеспечивающая требуемое качество связи. Каждой первичной станции присваивается свой международный идентификационный номер (IMSI), который используется так же для предотвращения доступа к сетям GSM похищенной станции или станции без полномочий.