Содержание Лист
1 Введение …………………………………………………………………………….3
2 Эволюцияпротокола……………………………………………………………......5
2.1 Сравнение технологий2-го поколения (2G и 2,5G)……………………………8
3 Услуги, предоставляемыеGSM……………………………………………………9
4 Архитектура сети GSM…………………………………………………………....10
5 Аспекты радиосоединения………………………………………………………...13
6 Сетевые аспекты……………………………………………………………………17
7 Исследованиеметодов повышения быстродействия передачи
информации в стандарта GSM……………………………………………………21
7.1 Развитиеканалов передачи речи ………………………………………………..21
7.2 Развитие каналовпередачи данных………………………………………….....24
7.2.1 Технология повышенияскорости передачи данных HSCSD……………….28
7.2.2 Технология повышенияскорости передачи данных GPRS………………....30
7.2.3 Технология повышенияскорости передачи данных EDGE …………….......37
7.2.4 WCDMA / UMTS как точкапересечения 2.5Gи 3Gтехнологий …………...42
8 Сравнительный анализметодов повышения скорости
передачи данных в стандарте GSM……………………………………………........43
9 Исследование возможностейвнедрения технологий HSCSD, GPRS и EDGE
в инфраструктуру GSM……………………………………………………………….49
10 Дальнейшееразвитие каналов передачи данных ……………………………….51
11Заключение………………………………………………………………………..53
Приложение А — Список использованнных сокращений
Приложение Б — Задание
Приложение В – Список литературы
1. Введение
Аналоговыесотовые телефонные системы начали очень быстро развиваться и получать широкоераспространение в начале 80-х годов в Скандинавии, Великобритании, Франции иГермании. В каждой стране разрабатывалась своя собственная система,несовместимая (в смысле оборудования и производимых операций) с остальными.Мобильное оборудование могло быть использовано только в пределах одной страны, рыноксбыта для каждого типа оборудования был очень ограничен.
В 1982 годуConference of European Posts and Telegraphs сформировала группу (Group SpecialMobile) по изучению и разработке Общеевропейской наземной мобильной системыобщественного пользования (pan-European public land mobile system).Предложенная система должна была удовлетворять следующим требованиям:
* Относительно хорошее качество речи
* Невысокая стоимость услуг и терминального оборудования
* Поддержка перемещения пользователей системы внутри страны и за ее пределами
* Возможность использования компактного терминального оборудования
* Поддержание широкого спектра услуг и возможностей
* Эффективное использование радио спектра
* Совместимость с ISDN
В 1989 годугруппа перешла в ведение ETSI (European Telecommunication Standards Institute),и в 1990 году была опубликована первая серия спецификаций GSM. Коммерческоеиспользование GSM началось в середине 1991 года, и к 1993 году уже существовало36 сетей GSM в 22 странах, и еще около 25 стран принимали GSM в качествестандарта. Будучи стандартизованным в Европе, GSM не является толькоевропейским стандартом: сети GSM (включая DCS1800 и PCS1900) функционируют илиуже спланированы в более чем 80 странах мира. К началу 1994 года более 1.3миллиона человек являлись пользователями GSM. С некоторым опозданием кстандарту присоединилась и Северная Америка (ответвление GSM — PCS1900). И внастоящее время GSM расшифровывается как Global System for MobileCommunications.
Разработчики GSMвыбрали не опробованную (на тот момент) цифровую систему как альтернативуаналоговым сотовым системам, таким как AMPS в Соединенных Штатах или TACS вВеликобритании. Они поверили в то, что при помощи алгоритмов упаковки ицифровых сигнальных устройств управления коммуникациями облегчатся задачиобеспечения качества и понижения стоимости связи и услуг.
С одной стороны,рекомендации GSM составляются так, чтобы предоставить производителяммаксимальную свободу в развитии системы, а, с другой, — гарантировать корректноевзаимодействие между различными компонентами системы. Это достигаетсяпредоставлением описаний интерфейсов и функций каждой функциональной сущности,определенной в системе.
Нокак бы хороша не была система GSM, время не стоит на месте и уже появилисьсистемы третьего поколения. Однако внедрение данных систем весьма дорогоеудовольствие даже для таких «гигантов» как «Orange»и «Vodafone» не говоря о украинских компаниях «Киев Стар»и «UMC», поэтому былиразработаны методы постепенного перехода к систем третьего поколения, путемусовершенствования систем второго поколения. Целью данной работы былоисследование методов повышения скорости передачи информации в стандарте GSM. Кроме того в данной работе произведенсравнительный анализ исследованных методов и рассмотрены необходимые измененияв инфраструктуре GSM для внедрения каждого из методов.
2 Эволюция протокола
Когда в 1991 г.появились первые сети GSM (Под аббревиатурой GSM будем подразумевать любыесистемы, основанные на технологии GSM, такие как GSM-900, DCS-1800 иPCS-1900.), главное внимание уделялось обеспечению ими услуг речевой связи надостойном уровне по сравнению с существовавшими тогда аналоговыми сотовымисистемами. Однако уже с самого начала технология GSM была способна предложитьнесколько новых видов услуг, которые незамедлительно привлекли вниманиеопределенной категории пользователей. Наиболее существенными нововведениямистали возможности шифрования передаваемой информации и роуминга по всей Европе.
Шифрованиепривлекло к GSM многих бизнесменов, которые впервые смогли активно использоватьсотовую связь. Роуминг же заинтересовал тех, кому приходилось частопутешествовать и кто хотел пользоваться одной-единственной телефонной трубкой влюбой точке Европы. В то же время в базовой области голосовой связи GSMпредложила две группы дополнительных услуг: перенаправление и запрещениезвонков.
Следующим шагомразвития GSM было введение услуг пересылки коротких сообщений (Short MessageService, SMS) и передачи данных. Сначала возможности услуг SMS ограничивалисьуведомлением о поступлении сообщения в ящик голосовой почты. И только начиная с1995 г., сервис SMS стал расширяться. Сегодня пользователи систем GSM имеютвозможность посылать друг другу короткие сообщения непосредственно с телефоннойтрубки или через компьютерные сети. Период с конца 1994 г. до начала 1995 г.время бурного развития услуг передачи данных. Это было обусловлено появлениемпривлекательных радиотелефонов и тем, что значительное число сетей GSM сталиспособны поддерживать такие услуги. Широкое распространение портативных ПКпозволяет абонентам сетей GSM получать доступ к компьютерным системам ихофисов, а также посылать и принимать сообщения электронной почты через сетиGSM.
Изначальноразвитие GSM планировалось таким образом, что любая новая услуга илитехническое новшество должны были вводиться одновременно во всех сетях GSM. Этопривело к так называемому поэтапному развитию GSM. Введение в строй сетей GSM в1991 г. было, фактически, первым этапом (phase 1). Второй этап (phase 2)развитие GSM обеспечит такие дополнительные услуги, как, скажем, определениеномера вызывающего абонента, удержание линии, групповой вызов, определениезакрытой группы абонентов, выдача информации о плате за разговор. Этот этаптакже предполагает расширение полосы пропускания для систем GSM-900. Другоеважное новшество, которое реализовано вскоре после завершения второго этапа, — кодирование речи с половинной скоростью. Этот шаг направлен на увеличениепропускной способности систем GSM. Но несмотря на планируемое поэтапноевведение новых услуг, некоторые предусматриваемые вторым этапом услуги, скажемопределение номера, уже давно стали доступны пользователям.
Следующий послевторого этапа — этап 2+ (phase 2+), характеризующийся тем, что новыефункциональные возможности будут стандартизироваться и внедряться сразу жепосле подготовки их технических описаний. В Европейском институтестандартизации электросвязи (ETSI) ведется работа над 60 предложениями для GSMэтапа 2+, среди которых:
* улучшенное полноскоростное кодирование речи
* высокоскоростная передача данных по коммутируемым каналам (High SpeedCircuit Switched Data — EN-US">HSCSD)
* пакетнаяпередачаданных(General Packet Radio Service, GPRS)
* сжатие данных
* групповые ишироковещательные вызовы
* взаимодействиемежду системами GSM и DЕСТ
В таблице 1 приведен основнойперечень востребованных в настоящее время услуг и необходимые для их реализациискорости передачи данных в канале.
Таблица1 — Перечень услуг и качество работы приложений на различных скоростяхпередачи
Как видно из Таблицы 1, дляреализации большинства услуг достаточно скорости 128 кбит/с. В Таблице 2приведены краткие характеристики систем мобильной связи на основе технологий2G, 2,5G и 3G.
По оценкам специалистов ITU, до 2007г. около 80% всех предоставляемых услуг всетях мобильной связи будут реализованы средствами сетей основанных натехнологиях 2,5G. На основе технологий 2,5G возможно реализовать все услугиприведенные в Таблице 1 и удовлетворить большинство потребностей клиентов.
Таблица2 — Характеристики систем
2.1 Сравнениетехнологий 2-го поколения (2G и 2,5G)
В таблице 3 приведены сравнительные характеристики технологий 2G, стандартовGSM, TDMA и cdmaOne.
Таблица3 — Сравнительные характеристики стандартов GSM, TDMA и cdmaOne
3 Услуги, предоставляемые GSM
Совместимость с ISDN (в смыслепредлагаемых услуг и управления сигналами) планировалась с первых жепредложений по GSM, тем не менее ограничения радиопередачи (ширина полосы истоимость) не позволяют достигнуть скорости передачи 64 kbps стандартного ISDNB-канала
В соответствии с определениями ITU-T (CCITT),телекоммуникационные сервисы могут быть подразделены на опорные сервисы (bearerservices), телесервисы (teleservices) и дополнительные сервисы (supplementaryservices). Основным поддерживаемым GSM телесервисом является телефония. Как иво всех других коммуникациях, речь цифруется и передается по GSM-сети как некийцифровой поток.
Предлагается большое количествосервисов, связанных с передачей данных. Пользователь GSM может послать/получитьданные (со скоростью до 9600 bps) пользователям POTS (Plain Old TelephoneService), ISDN, Packet Swiched Public Data Network (сеть коммутации пакетов) иCircuit Switched Public Data Network (сеть коммутации каналов) по различнымпротоколам (таким как X.25 или X.32). Факсимильные сервисы (или сервисы 3группы — рекомендация T.30 ITU-T) поддерживаются использованием факс-адаптора(fax adaptor). Уникальной возможностью GSM (отсутствующей в аналоговыхсистемах) является сервис коротких сообщений (Short Message Service — SMS). Этодвунаправленный сервис для передачи коротких (до 160 байтов), состоящих изнабора букв и цифр сообщений. Сообщения передаются по принципу сохрани-и-перешли.Короткие сообщения типа абонент-абонент могут быть посланы как другомуабоненту, так и сети (сервису коротких сообщений). Существуют такжешироковещательные (для всей ячейки/соты (cell-broadcast)) сообщения, которыеслужат для передачи информации такого сорта, как изменение трафика или передачановостей. Сообщения могут сохраняться в SIM-карте, с дальнейшимвосстановлением.
Дополнительные сервисы,предоставляемые GSM, основываются на телесервисах и на опорных сервисах. Онивключают в себя несколько вариантов переадресации вызова (например:переадресация вызова в случае ненахождения абонента сетью), запрещениевходящих/исходящих вызовов
4 Архитектура сети GSM
Сеть GSM состоит из несколькихфункциональных сущностей, чьи функции и интерфейсы специфицируются. На рис.1изображена примерная архитектура сети GSM. Сеть GSM может быть подразделена натри основные части: Мобильная Станция (Mobile Station), Подсистема БазовойСтанции (Base Station Subsystem), управляющая радио соединением с Мобильной Станцией,и собственно Подсистема сети (NetWork Subsystem), основной частью которойявляется Центр Коммутации и Управления Мобильных средств связи (Mobile servicesSwitching Center — далее по тексту: Центр Коммутации и Управления),осуществляющий как собственно коммутацию абонентов, так и управлениемобильностью. На данном рисунке не отображен Центр Операций и Поддержки(Operations and Maintenance Center), который отвечает за корректностьпроисходящих в сети операций и за подготовку к работе новых сетей. Такиеподсистемы, как Мобильная станция и Базовая станция общаются через Um-интерфейс(Um-interface), также известный под названиями: воздушный интерфейс (airinterface) и радио соединение (radio link). Подсистема Базовой Станции общаетсяс Центром Коммутации и Управления через A-интерфейс (A-interface).
Рисунок1-Общая архитектура сети gsm
Мобильная станция(MS) состоит из мобильногооборудования (терминала) и карточки, называемой Модулем Идентификации Абонента(SIM — Subscriber Identity Module). В SIM-карте содержится информация осервисах, предоставляемых абоненту, независимая от типа используемогомобильного оборудования. Эта карта может вставляться в любой другой GSMтерминал, при этом абонент получает возможность использовать этот терминал дляполучения всех сервисов системы, на которые он подписан. Мобильное оборудованиеуникально идентифицируется Международным Идентификатором Мобильногооборудования (IMEI — International Mobile Equipment Identity). SIM-картасодержит Международный Идентификатор Мобильного Абонента (IMSI — InternationalMobile Subscriber Identity), используемый для идентификации абонента системой;секретный ключ авторизации доступа и другую информацию. Идентификаторы IMEI иIMSI — независимы между собой. SIM-карта может быть защищена отнеавторизованного доступа с помощью системы паролей.
Подсистема Базовой Станциисостоит из двух основныхчастей:
* ТрансивераБазовой Станции (BTS — Base Transceiver Station) и
* КонтроллераБазовой Станции (BSC — Base Station Controller).
Они общаются через стандартизованныйAbis-интерфейс (Abis-interface), позволяя взаимодействовать компонентамсистемы, произведенным разными производителями. BTS состоит из радиотрансиверов, определяющих размеры ячейки и управляющих протоколами обменасообщениями с Мобильной Станцией.
В больших городских районах можетфункционировать большое количество BTS, таким образом, основными требованиями кBTS должны быть:
* портативность,
* низкаястоимость,
* надежность ивозможность функционирования на пересеченной местности.
BSC управляет радиоресурсами однойили нескольких BTS. Он контролирует установление радиоканала, смены частоты,процесс смены канала или ячейки. Подробности управления будут рассмотренынесколько позднее. BSC является промежуточным между Мобильной Станцией иЦентром Коммутации и Управления (MSC) элементом сети GSM.
Подсистемы Сети.Центральной компонентойПодсистемы Сети (Network Subsystem) является Центр Коммутации и Управления(MSC). Практически, MSC функционирует как обычный узел коммутации таких сетей,как PSTN или ISDN, но с добавлением функций, необходимых для управлениямобильностью абонента, таких как регистрация абонента (registration), авторизацияабонента (authentication), процедура смены местонахождения (location updating),процедуры смены соты и канала (handover), маршрутизация вызова (call routing) кперемещающемуся абоненту. Эти сервисы предоставляются несколькимивзаимодейстующими функциональными сущностями Подсистемы Сети. MSC предоставляетвозможность подсоединения к фиксированным сетям (таким как PSTN и ISDN).Протокол обмена сигналами между функциональными сущностями Подсистемы Сетиосновывается на протоколе SS7 (Signalling System Number 7), используемого вISDN и широко распространенного в других сетях общего назначения.
Реестры собственных абонентов игостей (HLR — Home Location Regisrer и VLR — Visitor Location Register), вместес Центром Коммутации и Управления (MSC) поддерживают маршрутизацию ивозможность перемещения абонентов сети GSM. HLR содержит всю административнуюинформацию о каждом из абонентов, зарегистрированном в соответствующей сетиGSM, наряду с информацией о текущем местонахождении (location). Местонахождениеобычно представляется в форме сигнального адреса VLR, в данный моментассоциированного с мобильной станцией. Процедура маршрутизации будет описананесколько позднее. Хотя обычно говорится, что один HLR соответствует одной сетиGSM, HLR может быть реализован как распределенная база данных. VLR содержитадминистративную информацию об абонентах, “гостящих” в данной географическойобласти, контролируемой VLR. Это информация необходима для управления вызовом ипредоставления абоненту нужных сервисов. Хотя каждая функциональная сущностьможет быть реализована как независимая единица, все производители оборудованиякоммутации до сих пор реализовывали VLR вместе с MSC, таким образом понятиягеографической области, контролируемой MSC, и географической области,контролируемой VLR, имеют одинаковый смысл, упрощая в конечном счете протоколыобмена сигналами между MSC и VLR. Заметим, что MSC не содержит информации окакой либо конкретной мобильной станции — вся информация хранится всоответствующих реестрах.
Два других реестра используются дляцелей авторизации и секретности. Реестр Идентификации Оборудования (EIR — Equipment Identity Register) представляет из себя базу данных, содержащуюсписок пригодного в данной сети мобильного оборудования, где каждая мобильнаястанция идентифицируется Международным Идентификатором Мобильного Оборудования(IMEI — International Mobile Equipment Identity). IMEI маркируется какнекорректный, если было получено сообщение о том, что мобильная станция былаукрадена или данный тип станции не был апробирован. Центр Авторизации Доступа(AuC — Authentication Center) представляет из себя базу данных с высокойстепенью защиты, хранящую копию секретного ключа, сохраняемого в SIM-картекаждого абонента, служащего для авторизации доступа абонента и определения способашифрования при передаче информации по радиоканалу.
5 Аспекты радиосоединения
Международный консультативный комитет по телеграфии ителефонии (ITU — International Telecommunication Union), который кроме всегопрочего занимается выделением частот радиоспектра для различныхкоммуникационных целей, выделил полосу 890-915 MHz для исходящих сигналов (отмобильной станции к базовой), и полосу 935-960 MHz для входящих сигналов (отбазовой станции к мобильной) для мобильных сетей в Европе.
Множественный доступ иструктура канала: По причине ограниченности ресурсов радио соединения,предоставляемых в совместное использование большому количеству пользователей,метод управления радиоресурсами должен позволять разделять радиоресурсы намаксимально возможное количество частей. Метод, избранный GSM, представляет изсебя комбинацию методов разделения времени и частоты (Time-Division MultipleAccess и Frequency-Division Multiple Access — TDMA/FDMA). Часть FDMA включает всебя разделение по частоте полосы, шириной до 25 Mhz, на 124 несущих полосы,разделенных между собой полосами по 200 kHz. Одна или несколько несущих частотприписываются к каждой базовой станции. К каждой из этих несущих частотприменяется механизм разделения времени, используя схему TDMA. Основной единицейвремени в схеме TDMA является период пакета (burst period) — промежуток времениравный 15/26 ms (что составляет приблизительно 0.577 ms). Восемь такихпромежутков времени группируются в TDMA фрейм (frame — 120/26 ms или 4.615 ms),который является основной единицей для определения логических каналов.Физическим каналом является собственно пакет (burst period) в TDMA фрейме.
Каналы определяются по номеру ирасположению соответствующего пакета. Все эти определения цикличны, с циклом,примерно составляющим 3 часа. Каналы могут быть подразделены на две основныегруппы: выделенные (dedicated channels) — динамически выделяемые для каждоймобильной станции, и общего назначения (common channels) — используемыемобильной станцией в пассивном состоянии.
Трафик каналы или каналыпользовательских даннях:Трафик канал (traffic channel- TCH) — используется для передачи речи и данных. Трафик канал представляет изсебя состоящий из 26 TDMA фреймов мультифрейм. Длина этого мультифрейма — 120ms. Двадцать четыре фрейма — используются для собственно трафика, один — дляМедленного Ассоциированного Управляющего Канала (SACCH — Slow AssociatedControl Channel) и один — пока не задействован (2nd). Трафик каналы дляисходящих и входящих данных разделяются по времени периодом времени в трипакета (burst period), таким образом, каждая сторона не должна осуществлятьприем и передачу одновременно, что, в свою очередь, упрощает электронику. Вдополнение к этим полно скоростным (full-rate) каналам также существуют полускоростные (half-rate) TCH. Полу скоростные каналы призваны повыситьвозможности системы по передаче данных примерно в два раза (т.е. кодированиеречи в 7kbps, вместо 13kbps). Также специфицированы и восьмискоростные TCH, ноони служат для обмена сигналами. В рекомендациях они называются Отдельностоящими Выделенными Управляющими Каналами (SDCCH — Stand-alone DedicatedControl Channels).
Рисунок2-Организация пакетов,TDMA-фреймов и мультифреймов для речи и данных.
Управляющие каналы: Каналы общего назначения используютсямобильной станцией как в пассивном (idle mode), так и в выделенном (dedicatedmode) состояниях. Управляющие каналы используются мобильной станцией впассивном состоянии для обмена сигнальной информацией, необходимой для переходав выделенное состояние. В выделенном состоянии мобильные станции занимаютсямониторингом «видимых» базовых станций с целью получения разного родаинформации, в том числе и информации, необходимой для осуществления перемещениямежду сотами и смены каналов (handover). Для каналов общего назначения длинамультифрейма составляет 51 фрейм. Основные типы каналов общего назначения:
* Широковещательный Управляющий Канал (BBCH — Broadcast Control Channel).Существует постоянно. В случае входящих сообщений информация включает в себяидентификатор базовой станции (Base Station Identity), выделение частот(frequency allocation) и наборы переходов по частотам (frequency-hoppingsequences).
* Канал Коррекции Частоты (FCCH — Frequency Correction Channel) и КаналСинхронизации (SCH — Synchronisation Channel). Используются для синхронизациимобильной станции со структурой тайм слотов ячейки (time slot structure),посредством определения границ пакетов (burst periods) и нумерации тайм слотов.Каждая ячейка в сети GSM передает только один FCCH и один SCH, которым поопределению приписывается тайм-слот номер 0 (в TDMA фрейме).
* КаналСлучайного Доступа (RACH — Random Access Channel). Слоттированный канал Алоха,используемый мобильной станцией для запросов доступа к сети.
* Канал Пейджинга (PCH — Paging Channel). Используется для предупреждениямобильной станции о вызове.
* КаналДозволения Доступа (AGCH — Access Grant Channel). Используется для того, чтобыполучить выделенный канал -SDCCH и продолжить запрос RACH.
Структура пакета:Существуют четыре различных типа пакетов, используемых припередаче в GSM. Нормальные пакеты используются для передачи данных и, вбольшинстве случаев, обмена сигналами. Общая длина нормального пакетасоставляет 156.25 bits: Два информационных блока по 57 битов (data bits),27-битовая (training sequence) подготовительная последовательность(используется для выравнивания), один «ворованный» (stealing bit) бит(используется для FACCH), по три хвостовых бита (tail bits) с каждого конца и8.25 битов (guard bits) сохранности. 156.25 битов передаются за 0.577 ms,определяя скорость передачи в 270.833 kbps. F-пакет (F burst), используемый вFCCH и S-пакет (S burst), используемый в SCH, имеют такую же длину, что инормальный пакет, но другую внутреннюю структуру. Пакет доступа (access burst)- короче, чем нормальный пакет и используется только в RACH.
Кодирование речи: GSM является цифровой системой, и следовательно, аналоговаяречь, поступающая в систему, должна быть оцифрована. В ISDN, в современныхтелефонных системах для мультиплексирования голосовых линий при передаче повысокоскоростным магистралям и оптоволоконным линиям используется методИмпульсно-Кодовой Модуляции — ИКМ (PCM — Pulse Coded Modulation). Скоростьвыходного потока PCM — 64 kbps слишком велика, чтобы быть реализованной черезрадио соединение. 64 kbps сигнал, хотя достаточно прост для реализации,достаточно избыточен. Группа GSM изучила несколько алгоритмов кодирования сточки зрения относительного качества речи и сложности алгоритма (относительнойстоимости, задержек в обработке, потребляемого напряжения в случае реализации)перед тем, как выбрать Regular Pulse Excited-Linear Predictive Coder (RPE-LPC)с Long Term Predictor циклом. В нескольких словах, алгоритм заключается вследующем: несколько фрагментов речи, которые изменяются не очень быстро,используются чтобы определить актуальный фрагмент; коэффициенты линейнойкомбинации предыдущих фрагментов вместе с кодированной разницей (отличиямимежду определенным и актуальным фрагментами) представляют собой сигнал. Речьразделяется на 20 миллисекундные фрагменты, каждый из которых кодируется в 260битов, давая суммарную скорость передачи 13 kbps.
6 Сетевые аспекты
Обеспечение необходимого качествапередачи голоса и данных через радио соединение — только одна часть функцийсотовой мобильной сети. Тот факт, что географическая область, покрываемаясетью, разбивается на ячейки, обуславливает необходимость реализации механизмасмены соты и канала (handover). Кроме этого, тот факт, что мобильная станцияможет перемещаться в пределах государства и между государствами, требуетспецификации функций регистрации (registration), авторизации (authentication),маршрутизации (call routing) и изменения местожительства (location updating).
Рисунок 3 — Структурасигнальных протоколов в GSM.
Протокол обмена сигналами в GMS основывается натрехуровневой модели (как показано на Рис 3.).
* Первый уровень- это физический уровень, который использует структуру каналов, обсужденнуюранее.
* Второй уровень- уровень линкования данных. При рассмотрении Um интерфейса уровень линкованияданных представляет из себя модифицированную версию LAPD протокола, используемогоISDN, так называемый LAPDm. В случае A-интерфейса используется Часть ПередачиСообщений (Message Transfer Part) Сигнальной Системы Номер 7 (Signalling SystemNumber 7).
* Третий уровеньпротокола обмена сигналами GSM подразделяется на три подуровня:
Подуровень управления радио ресурсами(Radio Resources Management). Отвечает за начальную установку, поддержаниежизнедеятельности и терминацию радиоканалов и фиксированных каналов, включаяпроцедуры смены соты и канала (handover).
Подуровень Управления Мобильностью(Mobility Management). Отвечает за процедуры смены местожительства (locationupdating) и регистрации (registration) абонента. Управляет секретностью доступаи процедурами авторизации абонента.
Подуровень Управления Соединением(Connection Management). Отвечает за общую процедуру управления вызовом (весьмапохожей на Q.931), управляет Дополнительными Сервисами и Сервисом КороткихСообщений.
Обмен сигналами между различнымисущностями в фиксированной части сети (как, например между HLR и VLR ) описываетсяв части рекомендаций, называемой Частью Мобильных Приложений (MobileApplication Part). MAP “надстраивается” над Частью Возможных Транзакций(Transaction Capabilities Application Part (TCAP — верхний уровень СигнальнойСистемы Номер 7 (Signalling System Number 7)). Спецификация MAP — это одна изсамых объемных частей в рекомендациях GSM.
Смена “области проживания”(location updating): Включенная мобильная станция информируется о входящем вызовепри помощи пейжингового сообщения, посланного по PAGCH каналу данной соты.Только в случае крайней необходимости можно позволить себе опрашивать каждуюсоту в сети для каждого вызова. Очевидно, что это слишком расточительноеудовольствие.
Другая крайность: оповещение системымобильной станцией, о каждом изменении местонахождения (для каждой соты). Такойподход требует опрашивающих сообщений, которые должны посылаться только в однусоту, и также очень расточителен вследствие большого количества сообщений.Компромиссным решением GSM является возможность группирования сот в “областипроживания” (location area). Сообщения о смене местожительства необходимы приперемещении между “областями проживания”, а оповещение пейджинговымисообщениями происходит внутри текущей “области проживания”.
Процедура смены места проживания, споследующей маршрутизацией, использует MSC, HLR и VLR. В тот момент, когдамобильная станция включается в новой “области проживания”, или в моментперемещения в новую “область проживания” или под управление другого оператораPLMN, она обязана зарегистрироваться в сети, для того чтобы отразить текущееместо проживания. В обычных случаях, сообщение о смене “области проживания”посылается новым MSC/VLR, которые записывают информацию об “области проживания”и посылают ее в HLR абонента.
Обычно, информация, посылаемая HLR,представляет из себя SS7 адрес новой VLR, хотя это может быть и номер маршрута.Причиной, того, что номер маршрута обычно не назначается, даже если это снижаетобмен сигналами, является тот факт, что существует весьма ограниченное числодоступных номеров маршрутов в новой MSC/VLR, и они выделены по запросу длявходящих вызовов. Если абонент подписан на некоторое количество сервисов, HLRпосылает некоторое подмножество информации об абоненте, необходимое дляуправления соединением, новой MSC/VLR; кроме этого, HLR посылает сообщение оботмене регистрации старой MSC/VLR.
Из соображений надежности в GSMсуществует также периодическая процедура смены “области проживания”. В случаеесли HLR или MSC/VLR потерпят неудачу при одновременной попытке нараститьреестры, база данных обновится, как если бы смена “области проживания”произошла. Разрешение на эту процедуру и установление периода времениконтролируются оператором сети (необходим компромисс между трафиком и скоростьювосстановления). Если мобильная станция не перерегистрируется во времяпрохождения “насильственной” процедуры смены “области проживания”, еерегистрация автоматически отменяется.
Процедура подсоединения/отсоединенияIMSI имеет непосредственное отношение к процедуре смены “области проживания”.Отсоединение IMSI означает, что мобильная станция становиться не находимой длясети, и следовательно, сеть должна знать, что отсоединение произошло, для тогочтобы избежать выделения каналов и посылок пейджинговых сообщений этой станции.Подсоединение IMSI очень похоже на простую смену “области проживания”, кромеэтого сеть информируется о том, что мобильная станция перешла в разряднаходимых.
Активация процедурподсоединения/отсоединения IMSI имеет отношение непосредственно к оператору и происходитна основе конкретной соты.
7 Исследование методовповышения быстродействия передачи информации в стандарта GSM
7.1 Развитие каналовпередачи речи
Заложивфундамент технологии GSM, стандарты первого этапа обеспечили достаточно гибкуюплатформу для дальнейшего развития каналов передачи речи GSM. Первоначально длякодирования речи в GSM был выбран метод RPE-LTP (Regular Pulse Excitation,Linear Predictive Coding), определяющий преобразование речевого сигнала вбитовый поток со скоростью 13 Кбит/с. Этот выбор был сделан еще в 1987 г.,когда уровень технологии кодирования речи с низкой скоростью битового потокабыл далек от современного. Однако, как показало время, метод кодирования былвыбран достаточно разумно. В других стандартах сотовых сетей второго поколения,таких как японский PDC, североамериканские TDMA и CDMA, отправной точкойпослужило кодирование с существенно более низкой выходной скоростью битовогопотока. Вообще говоря, более низкая скорость часто означает также и более низкоекачество. А пользователи не очень хорошо относятся к низкому качеству речи вцифровых сотовых сетях. Тот факт, что некоторые системы передают речь с низкимкачеством, плохо повлиял на имидж всех цифровых сотовых систем второгопоколения, включая GSM, поскольку, многие до сих пор считают, что проблема скачеством речи является общей для всех цифровых сотовых систем.
Сейчас, когда стало очевидным, чтосистемы GSM имеют коммерческий успех, самое время продолжить совершенствованиетехнологии передачи речи, а также начать разработку стандартов, повышающихгибкость и производительность систем в целом.
Улучшениекачества речи:Реализованное всистемах GSM полноскоростное кодирование речи предоставляет хорошее«сотовое качество» передаваемой речи. Однако благодаря быстромуразвитию в течение последних нескольких лет алгоритмов кодирования речи снизкой скоростью битового потока сейчас стало возможным полностью избавиться отимиджа «сотового качества» и достигнуть в сотовых сетях такого жекачества речи, как в обычной телефонной сети.
Комитет SpecialMobile Group (SMG) Института ETSI уже начал определять требования и рабочиепроцедуры для стандартизации метода улучшенного полноскоростного кодированияречи для систем GSM. Ниже приведенынекоторые требования, предъявляемые к новому кодеку: