Рис. 3 Архитектура сетей GSM/GPRS/UMTS
На рисунке выше показаны некоторые из подсистем в сетях GSM/GPRS/UMTS, так как они будут развиваться вместе с версиями UMTS. На стороне сети доступа есть подсистема базовых станций (GERAN) для GSM/GPRS и RNS (UTRAN) для UMTS. Базовая сеть (CN) строится на основе базовой сети GSM/GPRS, но как показано, в сетях UMTS версии 4 и 5 будут модернизированы некоторые подсистемы и компоненты, а также добавятся новые.
Сеть GSM/GPRS/UMTS взаимодействует с другими наземными сетями подвижной связи общего пользования (PLMN), включая сети, предшествующие версии 4, коммутируемые телефонные сети общего пользования (PSTN) и другие мультимедийные сети на базе IP.
1.5.1 Элементы сети доступа
Для сети GSM/GPRS/UMTS определяется два типа сети доступа: BSS - используется для сетей доступа GSM, GPRS и EDGE (GERAN), а RNS - используется для доступа WCDMA.
1.5.2 Архитектура сети радио доступа GSM/EDGE (GERAN)
GERAN - это сеть доступа, определенная для GSM, GPRS и EDGE. GERAN подключается к базовой сети (CN) GSM Этап 2+ либо через два традиционных интерфейса (A-интерфейс и интерфейс Gb), либо через интерфейсы Iu.
Рис. 4 Архитектура GERAN
1.5.2.1 Подсистема базовых станций (BSS)
BSS или GERAN - это система оборудования базовых станций (приемопередатчики, контроллеры и т.д.), которая отвечает за взаимодействие с мобильными станциями в определенной зоне.
Оборудование радиосвязи BSS может поддерживать одну или более ячеек. BSS может включать одну и более базовых станций.
1.5.2.2 Базовая приемопередающая станция (BTS)
BTS включает в себя радиопередатчики и приемники (приемопередатчики - TRX), покрывающие определенную географическую зону сети GSM (зона базовой станции, включающая одну или более радио ячеек). BTS обрабатывает протоколы радио звена с помощью MS.
1.5.2.3 Контроллер базовых станций (BSC)
BSC управляет группой BTS при настройке радиоканала, управлении уровнем мощности, скачкообразной перестройке частоты и передаче обслуживания - переносе установленного соединения из одного радиоканала в другой обычно в результате перемещения MS из зоны действия одной базовой станции в зону действия другой. BSC - это соединение между мобильной станцией и MSC.
1.5.2.4 Мобильная станция GSM (MS)
Мобильная станция GSM включает в себя оборудование подвижной связи (терминал) и карту модуля идентификации абонента (SIM). SIM-карта обеспечивает персональную мобильность, предоставляя пользователю доступ к подписанным услугам, независимо от конкретного терминала. Международный идентификатор оборудования подвижной связи (IMEI) идентифицирует оборудование подвижной связи уникальным образом.. IMEI и IMSI являются независимыми, таким образом, обеспечивая персональную мобильность. MS взаимодействует с сетью GSM по радио интерфейсу (интерфейс Um).
Что касается UMTS, мобильная станция должна работать в одном из двух режимов:
Режим, основанный на интерфейсах A/Gb между BSS и CN, например, для:
терминалов версии, предшествующей версии 4
терминалов версии 4 при подключении к BSS без интерфейса Iu в направлении к CN
Режим, основанный на интерфейсах Iu-CS и Iu-PS между BSS и CN для:
терминалов версии 4 при подключении к BSS с помощью интерфейсов Iu в направлении к CN
1.5.3.1 Подсистема сети радиосвязи (RNS)
Сеть UTRAN включает в себя одну или более RNS, подключаемых к CN через интерфейсы Iu. Каждая RNS состоит из контроллера сети радиосвязи (RNC) и одного или более Узлов B (Node B). Узлы B подключаются к RNC через интерфейс Iub. Узлы B обеспечивают радио доступ (т.е. антенны) к сети. Контроллеры RNC каждого RNS могут взаимодействовать через интерфейс Iur.
Рис. 5 Архитектура UTRAN
1.5.3.2 Контроллер сети радиосвязи (RNC)
Каждый RNC отвечает за управление радио ресурсами набора ячеек.
Управляющий RNC
Каждый RNC отвечает за ресурсы своего набора ячеек и за Узлы B в RNS. В этой роли RNC называется управляющим RNC (CRNC)
Обслуживающий RNC
Для каждого подключенного UE контроллеры RNC могут играть дополнительную роль: обслуживающий RNC (SRNC), обеспечивающий подключенное UE радио ресурсами. SRNC является окончанием Iu в направлении к CN
Рис. 6 Обслуживающий RNC
Дрейфующий RNC
Чтобы минимизировать влияния от передачи обслуживания, контроллеры RNC могут играть третью роль: Дрейфующий RNC (DRNC). DRNC предоставляет ("дает во временное пользование") ресурсы контроллеру SRNC для конкретного UE. Обычно DRNC также действуют как SRNC (или DRNC) для других UE.
Рис. 7 Дрейфующий RNC
1.5.3.3 Узел B
Узел B обеспечивает передачу и прием сигналов в одной или более ячеек наподобие BTS в сети GSM. Узел B также отвечает за контроль уровня мощности по внутренней петле. Пожалуйста, обращайтесь к разделу 3.5 за подробной информацией о контроле уровня мощности.
1.5.3.4 Оборудование пользователя (UE)
Оборудование пользователя (UE) это терминал, с помощью которого пользователь получает доступ к сети. UE состоит из оборудования подвижной связи (терминала) и универсального модуля идентификации обслуживания (USIM). USIM обеспечивает персональную мобильность, предоставляя пользователю доступ к услугам, на которые абонент подписан. В отличие от SIM-карты в GSM карта USIM может поддерживать набор профилей. Он может использоваться для регулирования доступных услуг в зависимости от возможностей терминала, в котором установлена карта USIM. И пользователь, и сеть могут регулировать профили.
1.5.4 Элементы базовой сети
Рис. 8 Архитектура сети UMTS
Базовая сеть (CN) логически разделяется на домен CS и домен PS. Кроме того, используется набор баз данных (регистров - "Registers") для сохранения информации, необходимой системе.
1.5.5 Элементы базовой сети - домен коммутации каналов (CS)
Рис. 9 Элементы базовой сети - домен CS
1.5.6 Элементы базовой сети - домен коммутации пакетов (PS)
Рис. 11 Элементы базовой сети - домен PS
1.5.6.1 Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN)
SGSN действует как пакетный коммутатор и маршрутизатор в домене PS базовой сети. SGSN управляет доступом мобильной станции к сети и маршрутизирует пакеты в правильный BSC/RNC. Он выполняет функции управления мобильностью (MM). SGSN также обрабатывает функции обеспечения секретности, такие как аутентификация и шифрование (между MS/UE и SGSN).
1.5.6.2 Шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN)
GGSN действует как пакетный маршрутизатор в домене PS базовой сети и является шлюзом между маршрутизацией пакетов IP в сети подвижной связи GPRS/UMTS и маршрутизацией пакетов IP в стационарных сетях Интернета. Он выполняет перенос пакетов между сетями IP-мультимедиа и соответствующим SGSN, который в текущий момент обслуживает MS/UE.
1.5.7.3 Гостевой регистр (VLR)
Гостевой регистр содержит выборочную административную информацию, полученную от HLR, необходимую для управления соединением и предоставления подписанных услуг каждому абоненту подвижной связи, находящемуся в настоящий момент в зоне местоположения (LA), управляемой VLR. Каждый раз при выполнении MS роуминга в новой LA гостевой регистр, охватывающий эту LA, информирует HLR о новом местоположении абонента. Затем HLR информирует VLR об услугах, доступных данному абоненту. VLR также управляет процессом присваивания TMSI.
1.5.7.4 Центр аутентификации (AuC)
Центр аутентификации - это защищенная база данных, которая включает в себя индивидуальные идентификационные ключи абонентов (которые также включены в SIM) и предоставляет данные абонента в HLR и VLR (через HLR), используемые для аутентификации (проверки подлинности) и шифрования соединений.
1.5.8 Подсистема IP-мультимедиа (IMS)
Рис. 13 Подсистема IP-мультимедиа
Подсистема IMS является основным отличием сети UMTS версии 4 от версии 5. IMS включает все элементы CN для обеспечения мультимедийных услуг. Услуги IP-мультимедиа (IM) базируются на возможности управления сеансом, определенной Рабочей группой инженерных проблем Интернета (IETF).
Подсистема IMS позволяет операторам PLMN предлагать мультимедийные услуги своим абонентам, базируясь на встроенных приложениях, услугах и протоколах Интернета. 3GPP не стремиться стандартизировать такие услуги в пределах IMS. Цель состоит в том, чтобы эти услуги были развернуты операторами PLMN и независимыми поставщиками (посредниками), включая услуги в пространстве Интернета, использующие механизмы, обеспечиваемые Интернетом и IMS. Подсистема IMS должна обеспечить для пользователей радиосвязи конвергенцию и доступ к различным технологиям: телефония, видео, передача сообщений, передача данных и технологии на базе web, а также объединить развитие Интернета с развитием подвижной связи.
Далее описываются специфические функциональные элементы IMS.
CSCF, который играет три роли:
Полномочный (Proxy)-CSCF (P-CSCF) - это первая контактная точка для UE в пределах IMS. Функция управления стратегией (PCF) является логическим элементом P-CSCF
Опрашивающий CSCF (I-CSCF) - это контактная точка в пределах сети оператора для всех соединений IMS, предназначенных пользователю этого конкретного сетевого оператора
Обслуживающий CSCF (S-CSCF) выполняет услуги управления сеансом для UE
Функция управления шлюзом среды (MGCF) выполняет преобразование протоколов между ISUP (подсистема пользователей ISDN) и протоколами управления соединениями IMS (например, преобразование ISUP/SIP (протокол инициирования сеанса))
Функция множества ресурсов (MFR) выполняет функции коллективных соединений и проведения мультимедийных конференций
Шлюз среды IP-мультимедиа (IM-MGW) завершает каналы-носители из сети с коммутацией каналов и потоки мультимедиа из сети с коммутацией пакетов. Шлюз IM-MGW может поддерживать преобразование среды, управление носителем и обработку загрузки (например, кодек, эхо-компенсатор, мост конференц-связи)
Контрольные вопросы:
1. Два типа сети доступа для сети GSM/GPRS/UMTS
2. Один из двух режимов в котором должна работать мобильная станция UMTS.
3. Оборудование пользователя UE
4. Отличие SIM-карты от карты USIM
5. Центр аутентификации
6. Функциональные элементы IMS
Лекция за 9 неделю на тему: «Оборудование пользователя (UE)». Ответственная Романова А. Е.
Оборудование пользователя (UE)
Оборудование пользователя (UE) является эквивалентом мобильной станции (MS) в GSM, т.е. это терминал, с помощью которого пользователь получает доступ к сети. UE состоит из оборудования подвижной связи (терминала) и универсального модуля идентификации обслуживания (USIM). Оборудование подвижной связи идентифицируется уникальным образом с помощью IMEI. Для того чтобы разрешить дополнительную модернизацию, оконечное оборудование должно иметь интерфейс прикладного программирования (API). USIM обеспечивает персональную мобильность, предоставляя пользователю доступ к услугам, на которые абонент подписан. В отличие от SIM-карты в GSM карта USIM может поддерживать набор профилей. Каждый профиль будет иметь конкретную цель. Он может использоваться для регулирования доступных услуг в зависимости от возможностей терминала, в котором установлена карта USIM. И пользователь, и сеть могут регулировать профили.
Элементы базовой сети