11. Примеры работы сети gsm. Обслуживание вызова от ТфОп абоненту мобильной сети.
Приведенный пример описывает обслуживание вызова от абонента стационарной сети к абоненту мобильной сети GSM.
В рассматриваемом примере порядок действий следующий:
Входящий вызов поступает от ТфОП на вход шлюза MSC (GMSC — Gateway MSC).
На основе международного опознавательного кода (IMSI) вызываемого мобильного абонента определяется домашний регистр местоположения (HLR).
Затем запрашивается соответствующий визитный регистр местоположения (VLR) для того, чтобы определить номер для услуг роуминга мобильной станции — MSRN (Mobile Station Roaming Number).
Этот номер передается обратно в HLR GMSC.
Затем соединение переключается к соответствующему MSC.
MSC вырабатывает запрос VLR.
Теперь VLR делает запрос зоны местоположения LA и состояния (доступности) мобильного абонента. Если MS отмечена как доступная, то выполняется п. 8.
Передается широковещательный вызов по всей зоне нахождения, записанной в VLR.
Мобильный абонентский телефон отвечает на широковещательный запрос из текущей радиосоты.
После этого выполняются все необходимые процедуры безопасности (аутентификация и обмен шифровальными ключами). Если они выполнены успешно, то выполняется п. 11.
VLR указывает MSC, что вызов закончен, и передает MSC временный опознавательный код мобильной станции TMSI.
MSC передает TMSI к MS и информирует о начале работы.
На рисунке отдельно отображен процесс изменения номеров в процессе установления входящего вызова.
MSISDN — Международный ISDN номер мобильной станции MSRN — временный роуминговый номер мобильной станции IMSI — международный опознавательный код мобильного абонента TMSI — временный опознавательный код мобильного абонента HLR — домашним регистр местоположения VLR — визитный регистр местоположения
12. Хэндовер
В сотовых сетях устанавливаемые соединения не постоянны на протяжении всего разговора. Хэндовер представляет собой переключение происходящего разговора на другой канал или на другую соту. Исполнение и измерения, необходимые для хэндовера, входят в одну из основных функций RR.
Существует 4 различных типов хэндоверов в системе GSM, которые включают переключение вызова между каналами (тайм-слотами) в той же соте, между сотами (БС) под управлением контроллера БС, между сотами под управлением других контроллеров БС, но относящихся к одному и тому же КЦ, и между сотами, управляемыми различными КЦ.
Два первых типа хэндоверов, называемых внутренними хэндоверами, используют один и тот же контроллер БС. Для сохранения той же полосы передачи служебных сигналов они управляются контроллером БС без вовлечения КЦ, за исключением уведомления КЦ о завершении хэндовера. Два последних типа хэндоверов, называемых внешними хэндоверами, производятся при участии КЦ. Хэндоверы инициируются или МТ, или КЦ (как средство распределения общего трафика в сети).
Алгоритм принятия решения относительно инициации хэндовера не специфицирован в рекомендациях стандарта GSM. Обычно используются два основных алгоритма, оба тесно привязанных к контролю энергопотребления. Это связано с тем, что обычно контроллер БС не знает, связано ли плохое качество сигнала с многоканальной радиопередачей или с тем, что МТ переместился в другую соту. Особенно это актуально в небольших сотах для многонаселенных районов.
Алгоритм "минимально допустимой производительности" отдает предпочтение контролю мощности перед хэндовером, так что когда сигнал ухудшается за пределами определенной области, уровень мощности МТ возрастает. Если дальнейшее увеличение мощности не улучшает качества сигнала, то производится хэндовер. Это - простейший и наиболее общий метод, но он приводит к "размазыванию" границ соты, когда МТ на пике мощности проходит некоторое расстояние за пределы первоначальной соты и оказывается в другой соте.
Метод "бюджета мощности" использует хэндовер для поддержания или улучшения качества сигнала на том же самом или на более низком уровне мощности. При этом отдается предпочтение хэндоверу перед контролем мощности. Это позволяет избежать проблемы "размазывания" границ соты и снижает межканальную интерференцию, но сам метод является весьма сложным.
Управление при перемещении
Управление при перемещении (MM) включает в себя функции, необходимые для проверки подлинности и обеспечения безопасности при перемещениях абонента. Управление местоположением связано с процедурами, позволяющими системе определить текущее местоположение включенного МТ, чтобы могла быть произведена маршрутизация входящего вызова.
Обновление местоположения
Включенный МТ информируется о входящем вызове пейджинговым сообщением, посылаемым через канал PAGCH соты. Одной крайностью было бы направлять пейджинговое сообщение в каждую соту сети, что с очевидностью явилось бы пустой тратой радиополос. Другой крайностью было бы заставлять МТ уведомлять каждый раз систему посредством сообщений об обновлении своего местоположения при перемещении в другую соту, это привело бы к чрезмерным издержкам из-за большого количество обновляющих сообщений. Стандарт GSM предусматривает компромиссное решение, связанное с группировкой сот в зоны. Обновляющие сообщения требуются лишь при перемещении между такими зонами, и МТ уведомляются пейджинговыми сообщениями в соответствии с их текущими зонами. В целях повышения надежности, GSM также предполагает периодическое исполнение процедуры обновления местоположения.
Контроль подлинности и безопасности
Поскольку радиоэфир доступен кому угодно, проверка подлинности абонентов является очень важным элементом мобильной сети. Проверка подлинности предполагает участие двух сторон: SIM-карты в МТ и центра проверки подлинности AuC. Каждый абонентобладает секретным ключом, одна копия которого хранится на SIM-карте, а другая - в AuC. Во время проверки подлинности AuC генерирует случайное число, которое передается МТ. И МТ, и AuC используют это число вкупе с секретным ключом абонента и алгоритмом шифрации A3 для генерации подписанного отклика, который направляется обратно в AuC. Если число, которое отправил МТ, совпадает с числом, вычисленным AuC, абонентсчитается успешно прошедшим проверку [16].
Такое же первоначальное случайное число и код абонента также используются для вычисления секретного ключа по алгоритму A8. Этот шифр-ключ вместе с номером фреймаTDMA использует алгоритм A5 для создания 114-битной последовательности, которая XOR-ится со 114 битами отправляемого пакета. Такая шифрация, впрочем, представляется излишней, поскольку сигнал уже хорошо закодирован.
Другой уровень безопасности обеспечивается самим МТ, в противоположность мобильному абоненту. Как ранее упоминалось, терминал GSM идентифицируется уникальным номеромIMEI. Список таких номеров в сети хранится в базе данных EIR. Статус, возвращаемый в базу данных EIR в ответ на запрос IMEI , может быть одним из следующих: "белый" список - терминалу разрешается подключиться к сети, "серый" список - терминал находится под наблюдением со стороны сети из-за возможных проблем, "черный" список - терминал идентифицируется или как украденный, или как принадлежащий к типу, не предназначенному для использования в сети. Такому терминалу не разрешается подключится к сети.
Управление взаимодействием
Управление взаимодействием CM отвечает за контроль вызовов CC (Call Control), управление услугами поддержки, и управление службой коротких сообщений.
Маршрутизация вызовов
В отличие от фиксированных сетей, где терминал постоянно подключен к центральному офису, абоненту сети GSM доступен национальный и международный роуминг. Номер абонента, используемый для вызова абонента, называется Mobile Subscriber ISDN (MSISDN), и определяется в соответствии с планом нумерации E.164. Этот номер включает код страны и национальный код зоны, идентифицирующий сотового оператора, обслуживающего абонента. Первые несколько цифр остальной части номера абонента могут обозначать базу данных HLR абонента.
Заключение и комментарии
GSM - очень сложный стандарт, но это, вероятно, цена, которую приходится платить за достижение соответствующего уровня интеграции услуг и качество, несмотря на весьма суровые ограничения, накладываемые радиосвязью.