Разработка информационной системы для повышения качества технического обслуживания базовых станций

Тип работы:
Дипломная
Предмет:
Программирование


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Оглавление

  • 1. Введение
  • 2. Обзор системы GSM
  • 2.1 Общие сведения
  • 2.2 Описание компонентов сети GSM
  • 2.3 Услуги стандарта GSM
  • 3. Обзор сети UMTS
  • 3.1 Введение
  • 3.2 Стандартизация
  • 3.3 Версии UMTS
  • 3.4 Услуги, предоставляемые в сети UMTS
  • 3.4.1 Общие услуги
  • 3.4.2 Качество обслуживания
  • 3.4.3 Возможности UMTS в предоставлении услуг
  • 3.4.3.1 Услуги, основанные на местоположении
  • 3.4.3.2 Услуга WAP
  • 3.4.3.3 Служба обмена мультимедийными сообщениями (MMS)
  • 3.4.3.4 CAMEL
  • 3.4.4 Виртуальная домашняя среда (VHE)
  • 3.5 Сетевые компоненты сети UMTS
  • 3.5.1 Элементы сети доступа
  • 3.5.2 Архитектура сети радио доступа GSM/EDGE (GERAN)
  • 3.5.2.1 Подсистема базовых станций (BSS)
  • 3.5.2.2 Базовая приемопередающая станция (BTS)
  • 3.5.2.3 Контроллер базовых станций (BSC)
  • 3.5.2.4 Мобильная станция GSM (MS)
  • 3.5.3 Архитектура универсальной наземной сети радио доступа (UTRAN)
  • 3.5.3.1 Подсистема сети радиосвязи (RNS)
  • 3.5.3.2 Контроллер сети радиосвязи (RNC)
  • 3.5.3.3 Узел B
  • 3.5.3.4 Оборудование пользователя (UE)
  • 3.5.4 Элементы базовой сети
  • 3.5.5 Элементы базовой сети — домен коммутации каналов (CS)
  • 3.5.5.1 Центр коммутации подвижной связи/Шлюзовой центр коммутации подвижной связи (MSC/GMSC)
  • 3.5.5.2 Шлюз среды/сервер центра коммутации подвижной связи (MGW/сервер MSC)
  • 3.5.5.3 Шлюз сигнализации (SGW)
  • 3.5.6 Элементы базовой сети — домен коммутации пакетов (PS)
  • 3.5.6.1 Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN)
  • 3.5.6.2 Шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN)
  • 3.5.7 Элементы базовой сети (CN) — Регистры
  • 3.5.7.1 Домашний регистр (HLR)
  • 3.5.7.2 Сервер абонентов домашней сети (HSS)
  • 3.5.7.3 Гостевой регистр (VLR)
  • 3.5.7.4 Центр аутентификации (AuC)
  • 3.5.7.5 Регистр идентификации оборудования (EIR)
  • 3.5.8 Подсистема IP-мультимедиа (IMS)
  • 4. Подсистема базовых станций
  • 4.1 Состав и функциональное назначение компонентов подсистемы базовой станции
  • 4.2 Функции подсистемы базовой станции
  • 4.3 Базовая станция, Base Transceiver Station
  • 4.4 Контроллер базовых станций BSC
  • 4.5 Транскодер, Transcoder
  • 4.6 Блок управления пакетами, Packet Control Unit
  • 5. Создание информационной системы
  • 5.1 Обзор СУБД
  • 5.2 Проектирование базы данных
  • 5.2.1 Постановка задачи и определение требований
  • 5.2.2 Анализ предметной области и концептуальное моделирование
  • 5.2.3 Логическое моделирование данных
  • 5.3 Интерфейс
  • 6. Инструкция пользователя
  • 6.1 Требования к аппаратной части и установка системы
  • 6.2 Работа с информационной системой
  • 7. Анализ результатов эффективности использования информационной системы
  • 7.1 Обработка и добавление данных в базу
  • 7.2 Анализ использования информационной системы
  • 7.3 Обобщение результатов анализа
  • 8. Безопасность жизнедеятельности
  • 8.1 Характеристика опасных и вредных факторов.
  • 8.2 Электромагнитные излучения
  • 8.3 Требования к рабочему месту оператора
  • 8.4 Электробезопасность
  • 8.5 Освещение
  • 8.6 Требования к микроклимату
  • 8.7 Шум
  • 8.8 Пожарная безопасность
  • 9. Технико-экономическое обоснование
  • 9.1 Расчет себестоимости программного продукта для повышения качества технического обслуживания базовых станций
  • 9.2 Эффект от использования программного продукта
  • 10. Заключение

1. Введение

Развитие телекоммуникационных средств, а именно систем сотовой связи в современном мире идет очень стремительно. Совершенствование в сетях сотовой связи произошло за довольно короткий период времени — от аналоговых систем первого поколения, быстрыми шагами, к цифровым системам второго поколения, и продолжает развитие к системам третьего поколения с более высокими показателями. Важным фактором является возможность совершенствования оборудования без полной замены, при увеличении требований к количеству и качеству услуг.

Задача, поставленная в дипломном проекте, заключается в разработке информационной системы, которая позволит отслеживать изменения в оборудовании и настройках сети, а также искать и своевременно устранять ошибки в конфигурировании системы.

Несмотря на то, что каждый производитель оборудования для сотовых систем поставляет свои инструменты для управления, одним из недостатков становится невозможность сравнения параметров нескольких базовых станций. В данном диплом проекте данный недостаток был учтен.

базовая станция настройка сеть

2. Обзор системы GSM

2.1 Общие сведения

Влияние технологий мобильной связи на нашу жизнь переоценить невозможно. Мобильная связь рассматривается в настоящее время как необходимость, а технологии мобильной связи являются наиболее востребованными и быстро растущими.

Система сотовой связи — это сложная и гибкая техническая система, допускающая большое разнообразие как по вариантам конфигурации, так и по набору выполняемых функций. Эта система обеспечивает передачу как речи, так и других видов информации, в частности факсимильных сообщений и компьютерных данных. В части передачи речи, в свою очередь, может быть реализована двусторонняя телефонная связь, многосторонняя телефонная связь (конференц-связь), голосовая почта. При организации обычного двустороннего телефонного разговора, начинающегося с вызова, возможны режимы автодозвона, ожидания вызова, переадресации вызова.

Мобильная связь рассматривается в настоящее время как необходимость, а технологии мобильной связи являются наиболее востребованными и быстро растущими. Системы мобильной связи эволюционировали в очень короткое время. Рассматривая вопросы эволюции систем мобильной связи, мы приходим к понятию «поколений».

Системы первого поколения (1G) были аналоговыми, реализованными на достаточно надежных сетях, но с ограниченной возможностью предложения услуг абонентам. Кроме того, они не позволяли осуществлять роуминг между сетями.

Системы мобильной связи второго поколения (2G) являются цифровыми. Они привнесли существенные преимущества с точки зрения предложения абонентам усовершенствованных услуг, повышения емкости и качества. Система GSMотносится к технологии 2G. Возросшая потребность в беспроводном доступе в Интернет привела к дальнейшему развитию системы 2G. Так появилась система, называемая 2. 5G. Примером технологии 2. 5G является GPRS (General Packet Radio Services) — стандартизованная технология пакетной передачи данных, позволяющая использовать оконечное устройство мобильной связи для доступа в Интернет. Другими появившимися со временем стандартными и опциональными свойствами цифровых сетей мобильной связи являются свойства Интеллектуальной сети (IN), свойства системы позиционирования (определения местоположения) подвижных объектов, SMS (услуги службы коротких сообщений) и разработки в программном обеспечении системы сигнализации и сетевого управления.

Поскольку в настоящее время существует несколько систем 2G, использующих несовместимые технологии и работающих в различных частотных спектрах, они не могут завоевать массовый рынок на долгосрочный период. Эти факторы привели к концепции систем третьего поколения (3G), которые позволят осуществлять связь, обмен информацией и предоставлять различные развлекательные услуги, ориентированные на беспроводное оконечное устройство (терминал).

Таким образом, GSM является основополагающей технологией, на которой росли технологии предыдущих и существующих систем мобильной связи, и на которой будут отрабатываться будущие направления развития в области связи.

По причине того, что GSM — это общий стандарт, абоненты сотовой связи могут использовать свои телефонные аппараты в пределах всей зоны обслуживания GSM, которая включает в себя все страны мира, в который действуют сети стандарта GSM.

Кроме того сети, построенные на основе стандарта GSM, обеспечивают пользователей такими услугами, как высокоскоростная передача данных, передача коротких сообщений (SMS), услугами Интеллектуальной сети (IN), например, услугой мобильной виртуальной корпоративной сети (MVPN). Технические спецификации GSM разработаны также с учетом возможности взаимодействия с другими стандартами, то есть они гарантируют наличие интерфейсов с сетями мобильной связи других стандартов.

Ключевым аспектом GSM является то, что спецификации могут быть модифицированы, они являются «открытыми», то есть не являются законченными в смысле развития и могут дорабатываться с целью удовлетворения будущих потребностей.

2.2 Описание компонентов сети GSM

Сеть GSM делится на 2 системы. Каждая из этих систем включает в себя ряд функциональных устройств, которые, в свою очередь являются компонентами сети мобильной радиосвязи. Данными системами являются:

• Коммутационная система — Switching System (SS)

• Система базовых станций — Base Station System (BSS)

Каждая из этих систем контролируется компьютерным центром управления. На рисунке 2.1 представлена функциональная схема данных систем.

Рисунок 2.1 Функциональная схема системы мобильной радиосвязи

Ниже приведены расшифровки сокращений, приведенных на рисунке 2. 1

AUC

Authentication Center

Центр аутентификации (проверки подлинности абонента)

BSC

Base Station Controller

Контроллер базовых станций

BTS

Base Transceiver Station

Приёмопередающая базовая станция

EIR

Equipment Identity Register

Регистр идентификации оборудования

HLR

Home Location Register

Опорный регистр местоположения

MS

Mobile Station

Мобильная станция

MSC

Mobile Services Station Center

Центр коммутации мобильной связи

NMC

Network Management Center

Центр управления сетью

ОМС

Operation and Maintenance Center

Центр технического обслуживания

VLR

Visitor Location Register

Визитный регистр

Система SS выполняет функции обслуживания вызовов и установления соединений, а также отвечает за реализацию всех назначенных абоненту услуг. SSвключает в себя следующие функциональные устройства:

• Центр коммутации мобильной связи (MSC)

• Опорный регистр местоположения (HLR)

• Визитный регистр (VLR)

• Центр аутентификации (AUC)

• Регистр идентификация оборудования (EIR).

MSC выполняет функции коммутации для мобильной связи. Данный центр контролирует все входящие и исходящие вызовы, поступающие из других телефонных сетей и сетей передачи данных. К данным сетям можно отнести PSTN, ISDN, сети данных общего пользования, корпоративные сети, а также сети мобильной связи других операторов. Функции проверки подлинности абонентов также выполняются в MSC. MSC обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами. На MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов. К ним относятся «эстафетная передача», в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении мобильной станции из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностях.

MSC формирует данные, необходимые для выписки счетов за предоставленные сетью услуги связи, накапливает данные по состоявшимся разговорам и передаёт их в центр расчётов (биллинг-центр). MSC составляет также статистические данные, необходимые для контроля работы и оптимизации сети.

MSC не только участвует в управлении вызовами, но также управляет процедурами регистрации местоположения и передачи управления.

Центр коммутации постоянно осуществляет постоянное слежение за мобильными станциями, используя регистры положения (HLR) и перемещения (VLR).

В системе GSM каждый оператор располагает базой данных, содержащей информацию обо всех абонентах принадлежащих своей PLMN. Эта база данных может быть организована в одном или более HLR. Информация об абоненте заносится в HLR в момент регистрации абонента (заключения абонентом контракта на обслуживание) и хранится до тех пор, пока абонент не расторгнет контракт и не будет удалён из регистра HLR.

Хранящаяся информация в HLR включает в себя:

• Идентификатор абонента.

• Дополнительные услуги, закрепленные за абонентом.

• Информацию о местоположении абонента.

• Аутентификационную информацию абонента.

HLR может быть выполнен как в собственном узле сети, так и отдельно. Если емкость HLRисчерпана, то может быть добавлен дополнительный HLR. И в случае организации нескольких HLR база данных остаётся единой — распределённой. Запись данных об абоненте всегда остаётся единственной. К данным, хранящихся в HLR, могут получить доступ MSC и VLR, относящиеся к другим сетям, в рамках обеспечения межсетевого роуминга абонентов.

База данных VLR содержит информацию обо всех абонентах мобильной связи, расположенных в данный момент в зоне обслуживания MSC. Таким образом, для каждого MSC на сети существует свой VLR. В VLRвременно хранится информация об абонировании, и благодаря этому связанный с ним MSC может обслуживать всех абонентов, находящихся в зоне обслуживания данного MSC. VLR может рассматриваться как распределенный HLR, поскольку в VLRхранится копия информации об абоненте, хранящейся в HLR.

Когда абонент перемещается в зону обслуживания нового MSC, VLR, подключенный к данному MSC, запрашивает информацию об абоненте из того HLR, в котором хранятся данные этого абонента. HLR посылает копию информации в VLR и обновляет у себя информацию о местоположении абонента. Когда абонент звонит из новой зоны обслуживания, VLR уже располагает всей информацией, необходимой для обслуживания вызова. В случае роуминга абонента в зону действия другого MSC, VLR запрашивает данные об абоненте из HLR, к которому принадлежит данный абонент. HLR в свою очередь передаёт копию данных об абоненте в запрашивающий VLR и в свою очередь обновляет информацию о новом местоположении абонента. После того как информация обновится, MS может осуществлять исходящие/входящие соединения.

Для исключения несанкционированного использования ресурсов системы связи вводятся механизмы аутентификации — удостоверения подлинности абонента. AUC — центр проверки подлинности абонента состоит из нескольких блоков и формирует ключи и алгоритмы аутентификации (осуществляется генерация паролей). С его помощью проверяются полномочия абонента, и осуществляется его доступ к сети связи. AUC принимает решения о параметрах процесса аутентификации и определяет ключи шифрования абонентских станций на основе базы данных, сосредоточенной в регистре идентификации оборудования EIR.

EIR — это база данных, содержащая информацию о идентификационных номерах мобильных трубок. Данная информация необходима для осуществления блокировки краденых трубок. Данный регистр (EIR) предлагается операторам как опция, поэтому, многие операторы не используют данный регистр.

Система BSS отвечает за все функции, относящиеся к радиоинтерфейсу. Эта система включает в себя следующие функциональные блоки:

• Контроллер базовых станций (BSC)

• Базовую станцию (BTS)

BSC управляет всеми функциями, относящимися к работе радиоканалов в сети GSM. Это коммутатор большой емкости, который обеспечивает такие функции, как хэндовер MS, назначение радиоканалов и сбор данных о конфигурации сот. Каждый MSC может управлять несколькими BSC.

BTS управляет радиоинтерфейсом с MS. BTS включает в себя такое радиооборудование, как трансиверы (приемо-передатчики) и антенны, которые необходимы для обслуживание каждой соты в сети. Контроллер BSC управляет несколькими BTS.

Центр технического обслуживания (ОМС) выполняет все задачи по эксплуатационно-техническому обслуживанию для сети, например, из него проводится наблюдение за сетевым трафиком, за аварийными сигналами от всех сетевых элементов.

Из ОМС доступ осуществляется как к системе SS, так и к системе BSS.

MS не принадлежит ни к одной из этих систем, но рассматривается как элемент сети.

MSстандарта GSMсостоится из следующих элементов:

• мобильного терминала (трубки);

• модуля идентификации абонента (SIM).

В стандарте GSM, в отличие от других стандартов, информация об абоненте отделена от информации о мобильном терминале. Абонентская информация хранится на смарт-карте SIM. SIM может вставляться в любой аппарат, поддерживающих стандарт GSM. Это является для абонентов преимуществом, потому что они могут легко менять аппараты по своему желанию, что никак не влияет на обслуживание абонента сетью. Кроме того, это обеспечивает повышенную безопасность для абонента.

2.3 Услуги стандарта GSM

Основные услуги сотовой связи включают обычную телефонную связь, передачу и прием факсимильных сообщений, коротких сообщений и компьютерных данных. По качеству связи при передаче речи сотовая связь практически не уступает стационарной проводной телефонной сети общего пользования, но при этом абонент обладает неограниченной возможностью перемещения в ходе разговора в пределах зоны действия сети.

Большой популярностью пользуется услуга передачи и приема коротких сообщений (Short Message Service — SMS). Короткое сообщение может быть получено во время разговора, в режиме ожидания или даже при выключенном абонентском аппарате.

Сообщения MMS (Multimedia Messaging Service) — это более функциональный вариант хорошо знакомых SMS-сообщений. В отличие от SMS, MMS позволяет отправлять более длинные текстовые сообщения, фотографии, музыку и видеоролики.

Услуга переадресации вызова позволяет абоненту направить вызов, поступающий на номер его телефона, на другой номер, заранее определенный самим абонентом. Переадресация может быть безусловной, когда переадресуются все поступающие вызовы, или условно, если номер абонента занят или абонент не отвечает.

Услуга удержания вызова позволяет абоненту в ходе разговора по телефону получить сигнал о поступлении еще одного входящего вызова.

Услуга конференц-связи позволяет вести разговор по телефону одновременно нескольким абонентам.

Услуга запрета (или ограничения) определенных категорий вызовов позволяет абоненту исключить, например, все входящие вызовы, или все исходящие, или все исходящие международные вызовы.

Существует услуга автоматического определения вызывающего номера, а также запрета определения номера; запрет накладывается со стороны вызывающего абонента и имеет более высокий приоритет, чем определение номера.

Очень важна и удобна услуга роуминга, позволяющая пользоваться сотовой связью не только в «своей» сети, но и в других сетях, технически совместимых с «домашней», при наличии соответствующих роуминговых соглашений.

Большой популярностью пользуется услуга GPRS — это технология пакетной передачи данных, которая позволяет при помощи мобильного телефона получать и передавать информацию на существенно более высоких скоростях по сравнению со стандартным голосовым каналом GSM (9,6Кбит/с). Теоретический максимум в GPRS составляет 171,2 Кбит/с. Проще говоря, GPRS обеспечивает подключение мобильного телефона к Интернету.

Подключив GPRS, можно:

• получить полноценный мобильный доступ в Интернет;

• принимать и отправлять электронную почту;

• общаться с друзьями и коллегами в интернет-чатах и ICQ;

• говорить по мобильному телефону не разрывая соединение с Интернетом;

• пользоваться современными дополнительными услугами связи: MMS (отправка и получение мультимедийных сообщений), WAP (доступ к интернет-сайтам с мобильного телефона), мобильное телевидение;

• определять местоположение нужного абонента, театра, ресторана; загружать географические карты и маршруты;

• скачивать на свой мобильный телефон новые полифонические мелодии, игры, музыку и картинки.

3. Обзор сети UMTS

3.1 Введение

Связь всегда имела большое значение для человечества. Когда встречаются два человека, для общения им достаточно голоса, но при увеличении расстояния между ними возникает потребность в специальных инструментах. Когда в 1876 году Александр Грэхем Белл изобрел телефон, был сделан значительный шаг, позволивший общаться двум людям, однако для этого им необходимо было находиться рядом со стационарно установленным телефонным аппаратом! Более ста лет проводные линии были единственной возможностью организации телефонной связи для большинства людей. Системы радиосвязи, не зависящие от проводов для организации доступа к сети, были разработаны для специальных целей (например, армия, полиция, морской флот и замкнутые сети автомобильной радиосвязи), и, в конце концов, появились системы, позволившие людям общаться по телефону, используя радиосвязь. Эти системы предназначались главным образом для людей, ездивших на машинах, и стали известны как телефонные системы подвижной связи.

В начале 1980-х годов во многих Европейских странах начался быстрый рост телефонных систем подвижной связи первого поколения (1G), основанных на аналоговой технологии. В каждой стране была разработана собственная система, несовместимая с остальными с точки зрения оборудования и функционирования. Это привело к тому, что возникла необходимость в создании общей европейской системы подвижной связи с высокой пропускной способностью и зоной покрытия всей европейской территории. Последнее означало, что одни и те же мобильные телефоны могли использоваться во всех Европейских странах, и что входящие вызовы должны были автоматически направляться в мобильный телефон независимо от местонахождения пользователя (автоматический роуминг). Кроме того, ожидалось, что единый Европейский рынок с общими стандартами приведет к удешевлению пользовательского оборудования и сетевых элементов независимо от производителя. И, наконец, использование современной цифровой технологии должно было привести к уменьшению габаритов портативных устройств и улучшению функциональных возможностей и качества.

В 1982 году CEPT (Европейская конференция почтовых и телекоммуникационных ведомств) сформировала рабочую группу, названную специальной группой по подвижной связи (GSM) для изучения и разработки пан-Европейской наземной системы подвижной связи общего применения — второе поколение систем сотовой телефонии (2G). Название рабочей группы GSM также стало использоваться в качестве названия системы подвижной связи. В 1989 году обязанности CEPT были переданы в ETSI (Европейский институт стандартов в телекоммуникации). Первоначально GSM предназначалась только для стран-членов ETSI. Однако многие другие страны также имеют реализованную систему GSM, например, Восточная Европа, Средний Восток, Азия, Африка, Тихоокеанский регион и Северная Америка (с производной от GSM, названной PCS1900). Название GSM теперь означает «глобальная система для подвижной связи», что соответствует ее сущности.

Таблица 3.1 — Эволюция мобильной телефонии

1G

2G

3G

Аналоговая телефония

Мобильность

Базовые услуги

Несовместимость

Цифровая телефония и передача сообщений

Мобильность и роуминг

Поддержка передачи данных

Дополнительные услуги

Полуглобальное решение

Широкополосная передача данных и передача речи по протоколу IP (VoIP)

Мобильность и роуминг

Сервисная концепция и модели

Глобальное решение

c 1980

c 1990

c 2000

Начав с десятка, системы GSM имели колоссальный успех и были широко развернуты в большинстве частей мира. Эта система хорошо подходит для организации телефонной связи, а также широко используется для передачи информации службой коротких сообщений (SMS). Система GSM также предоставляет услуги передачи данных с коммутацией каналов, поскольку интегрированный беспроводный доступ к услугам телефонии и передачи данных был одной из целей этой системы. Однако предлагаемая скорость доступа (максимум 9600 бод) ограничила возможности использования системы GSM для передачи данных. ETSI определил несколько решений для усовершенствования системы подвижной связи для передачи данных, часто называемых 2. 5G. Это было сделано для того, чтобы показать движение вперед по сравнению с GSM, но эти системы еще достаточно тесно связаны с GSM: HSCSD (высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов), GPRS (общие услуги пакетной радиосвязи) и EDGE (передача данных с увеличенной скоростью для эволюции глобальной системы/GSM).

Система HSCSD является простейшей модернизацией системы GSM, предназначенной для передачи данных. Как и GSM, эта система базируется на соединениях с коммутацией каналов, но лучшее использование доступной полосы пропускания и назначение более одного временного интервала на соединение позволяет повысить скорость передачи данных — теоретически до 57,6 кбит/с. Однако метод коммутации каналов системы HSCSD является неэффективным при передаче данных, т.к. трафик данных ориентирован на пакетную передачу.

Система GPRS разработана как система пакетной передачи данных с теоретической максимальной скоростью передачи порядка 170 кбит/с. GPRS сосуществует с сетью GSM, повторно используя базовую структуру сети доступа. Система GPRS является расширением сетей GSM с предоставлением услуг передачи данных на существующей инфраструктуре, в то время как базовая сеть расширяется за счет наложения новых компонентов и интерфейсов, предназначенных для пакетной передачи. Система GPRS поддерживает комбинированные услуги телефонии и передачи данных и предоставляет услуги мультимедиа.

Система EDGE является модернизацией системы GSM/GPRS, использующей новый метод модуляции для радио интерфейса, который позволяет значительно увеличить скорость передачи на радио интерфейсе. Система EDGE увеличит теоретическую максимальную скорость передачи данных до 384 кбит/с.

Рисунок 3.1 — Взаимосвязь между сетями GSM (2G), GPRS (2. 5G) и UMTS (3G)

Универсальная система подвижной связи (UMTS) является сотовой телефонной системой третьего поколения (3G), предназначенной не только для улучшения и ускорения подвижной связи. Система UMTS также обеспечивает новый способ предоставления комбинации услуг телефонии и передачи данных, например, способствуя внедрению мультимедийных и сквозных широкополосных услуг. В итоге UMTS будет означать следующее для операторов и их клиентов:

UMTS для потребителей:

· Радио доступ по всему миру с помощью одного миниатюрного телефона;

· Широкий набор мультимедийных услуг с соответствующими уровнями качества;

· Стандарты подвижной связи третьего поколения позволят пользователям на полную мощность использовать возможности Интернета за счет эффективной высокоскоростной передачи радиосигнала, оптимизированной для мультимедиа;

· UMTS превратит мечту о всеобъемлющей связи в реальность.

UMTS для операторов:

· Унификация разнообразных систем беспроводного доступа, существующих в настоящее время, в гибкую инфраструктуру радиосвязи;

· Эволюция из ранних «существующих» систем, гарантирующая глобальную экономию при наращивании и поставке, в то же время обеспечивая:

o Широкие возможности для дифференциации продукции и услуг;

o Выбор методов радио доступа и базовых сетей для гибкой реализации и развития систем, основанных на требованиях регулирования, рынка или бизнеса для каждого региона или страны.

Что касается операторов, то существует огромная разница в капиталовложениях, требующихся для обеспечения системы 2. 5G (GPRS) по сравнению с системой 3G. Для реализации системы 2. 5G требуются незначительные вложения для модификации сети радио доступа и дополнительного оборудования (для базовой сети с коммутацией пакетов), устанавливаемого поверх существующих сетей GSM, тогда как для систем UMTS требуются очень большие капиталовложения, так как основная часть сеть должна быть создана с самого начала. Для системы EDGE также требуются гигантские вложения, поскольку необходимо создать новую сеть радио доступа.

Для существующих операторов GSM технологии 2. 5G привлекательнее, так как они могут быть реализованы на базе тех лицензий, которыми операторы уже обладают, тогда, как для UMTS требуются новые лицензии (и в нескольких областях). Для пользователей система GPRS станет важных шагом по направлению к новым услугам, тогда как UMTS служит главным образом для расширения этих услуг. Поэтому успех GPRS и предлагаемых ею услуг станет важным показателем того, какие услуги приведут к успеху будущие сети UMTS 3G.

3.2 Стандартизация

Одной из движущих сил для UMTS является требование создания действительно универсальной системы. Вот почему работа по стандартизации была выделена из ETSI в новую организацию «Проект сотрудничества по созданию системы третьего поколения» (3GPP) с участием региональных и национальных организаций по стандартизации. Соображения о состоянии рынка обрабатываются дополнительной компанией — «Участники-представители рынка» (MRP).

Организация 3GPP создает общий стандарт, основываясь на данных, получаемых от организаций-участниц. Группа по гармонизации операторов (OHG) была основана для того, чтобы находить вынужденные компромиссы в случае, когда организации в 3GPP не способны прийти к соглашению. Помимо этих организаций существует организация «Проект сотрудничества по созданию системы третьего поколения номер 2» (3GPP-2), которая гарантирует принятие в расчет систем, основанных на североамериканской технологии радиосвязи IS-95.

Хотя система UMTS базируется на существующих сетях GSM/GPRS, она добавляет некоторые новые компоненты и интерфейсы к базовой сети. Сеть радио доступа совершенно новая, основанная на новой технологии WCDMA (широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов), предоставляющей лучшее использование спектральной полосы по сравнению с сегодняшней технологией GSM. Это позволяет обеспечивать более высокие скорости передачи данных, большую пропускную способность, а, следовательно, и обслуживать большее количество абонентов. В конечном счете, UMTS приведет к полной перестройке базовой сети GSM/GPRS/UMTS, так как будет создана универсальная IP-технология.

3.3 Версии UMTS

В процессе стандартизации UMTS в 3GPP система была определена набором этапов — или версий. Пока определено три версии: UMTS версии 1999 года (R99 — иногда называемая версией 3/Rel-3), UMTS версии 4 (Rel-4) и UMTS версии 5 (Rel-5). На рисунке 3, представляющем архитектуру сети, показано влияние версий на сеть. Версии UMTS — это три основных представителя утвержденных требований от 3GPP.

Основные черты каждой версии:

R99

· Определяет универсальную наземную сеть радио доступа (UTRAN) UMTS

· К существующей сети GSM/GPRS добавляется подсистема сети радиосвязи (RNS)

· Базовая сеть (CN) — это существующая сеть GSM/GPRS с некоторыми усовершенствованиями

Rel-4

· Версия 4 вводит шлюза среды (MGW), сервер центра коммутации подвижной связи (MSC) и шлюз сигнализации (SGW). Это позволит логически разделять пользовательские данные и информацию сигнализации в MSC

· Проводятся усовершенствования UTRAN, которые включают поддержку высоких скоростей передачи данных даже в локальных областях, до 2 Мбит/с

Rel-5

· Добавляется подсистема IP-мультимедиа (IMS)

· Домашний регистр (HLR) заменяется/дополняется сервером собственных («домашних») абонентов (HSS)

· Вводятся усовершенствования UTRAN, обеспечивающие эффективные услуги мультимедиа на базе IP в UMTS

· Введение IubFlex (обеспечивает контроллеры сети радиосвязи (RNC) для подключения более одного комплекта Узлов B)

· Усовершенствование услуг по определению местоположения (LCS)

· Универсальная IP-сеть, в конечном счете, становится реальностью

· Версия 5 основана на протоколе IP версии 6 (IPv6)

Вышеуказанные версии находятся в «замороженном» состоянии. Это означает, что версии признаются, если необходима коррекция (т.е. новые функциональные возможности больше не добавляются). Планируется версия 6 и выше со следующими особенностями: они касаются областей, подобных усовершенствованиям IMS, интеграции беспроводных локальных сетей (WLANI), конвергенции Интернета (касающейся протоколов и услуг), широковещательных/многоадресных мультимедийных услуг (MBMS) и эволюции в сети только в пределах области пакетной коммутации (PS).

Данные заметки обращаются главным образом к версии 4. Однако другие версии будут упоминаться в некоторых случаях для того, чтобы выделить основные отличия от версии 4.

3.4 Услуги, предоставляемые в сети UMTS

Поскольку сеть UMTS развивается, будет предоставляться все больше и больше услуг. Сеть подвижной связи UMTS версии 5 будет предоставлять услуги, подобные тем, которые известны сегодня из Интернета, например, потоковое видео, передачи речи по протоколу IP (VoIP), видеоконференция и интерактивные службы. Часть сети, осуществляющая коммутацию каналов, будет заменена технологией пакетной передачи (очень напоминающей IP) для поддержания более высоких скоростей передачи данных и повышения гибкости сети. Часть сети, осуществляющая коммутацию пакетов, останется без изменения, но будет добавлен новый пакетный домен: подсистема IP-мультимедиа (IMS).

3.4.1 Общие услуги

Базовые услуги, предоставляемые UMTS, подобны услугам, известным из GSM и ISDN (цифровая сеть с интеграцией служб). Используя определения из МСЭ-Т, услуги можно разделить на службы переноса, телеслужбы и дополнительные услуги. Основной базовой услугой, предоставляемой UMTS, является телефония. Подобно другим передаваемым данным, выполняется цифровое кодирование речи, которая затем передается по сети в виде цифрового потока. Предлагается множество услуг передачи данных, реализованных как передача данных с коммутацией пакетов. Также будет доступна служба коротких сообщений (SMS), вводимая совместно с GSM. Дополнительные услуги предоставляются поверх телеслужб, например:

Переадресация/исключение/установка вызова на ожидание/удержание

Служба трехсторонней связи

Информация об оплате

Идентификация вызывающего абонента

Группы закрытых пользователей

3.4.2 Качество обслуживания

Одно из достижений сетей 2. 5G и 3G — обеспечение более качественной передачи данных. Для достижения этого и в GPRS, и в UMTS введена концепция качества обслуживания (QoS) как интегрированная часть системы. Наличие эффективного механизма QoS «на местах» позволит операторам подвижной связи экономично предоставлять высококачественные, дифференцированные приложения и услуги на базе IP. Вопрос QoS подробно обсуждается в главе 5.

3.4.3 Возможности UMTS в предоставлении услуг

Способ организации UMTS предполагает отделение, насколько это возможно, части сети, выполняющей фактические соединения, от части, обеспечивающей предоставление услуг. Это способствует большей открытости и повышению потенциала в условиях рынка, обеспечивает концепцию раздельных поставщиков (провайдеров) информации, услуг и телекоммуникационных компаний. Некоторые из этих услуг приводятся ниже.

3.4.3.1 Услуги, основанные на местоположении

Географическое положение оборудования пользователя (UE) может быть определено путем измерения уровня радиосигналов. Функции позиционирования для оптимизации эксплуатационных характеристик системы радиосвязи могут использоваться внутри сети UTRAN, дополнительными сетевыми услугами, самим UE или на всем протяжении сети и услугами «третьей стороны». К типичным коммерческим услугам относятся следующие услуги:

· Информация о движении городского транспорта

· Управление парком автотранспорта

· «Следуй за мной»

· «Ближайшая услуга»

· Услуги экстренных вызовов

Планировщики сети UMTS также могут использовать эту информацию.

Услуги, основанные на местоположении, могут быть реализованы в сетях GSM/GPRS на базе передачи информации сигнализации между сетью и подвижной станцией (MS является эквивалентом UE в сетях GSM/GPRS).

3.4.3.2 Услуга WAP

Протокол прикладного уровня для радиосвязи (WAP) — является протоколом доступа к Интернету, оптимизированным для мобильной телефонии. Он обеспечивает пользователю подвижной связи доступ к информации и услугам Интернета в любом месте и в любое время, например, электронная почта, расписание полетов и др. Услуга WAP предоставляет пользователю web-браузер, который использует язык маркировки радиосвязи (WML) вместо гипертекстового языка маркировки (HTML), обычно применяемого в Интернете. Язык WML разработан для использования с мобильными терминалами. Шлюзы в системе заботятся о преобразовании между форматом WAP и обычным форматом Интернета.

3.4.3.3 Служба обмена мультимедийными сообщениями (MMS)

Служба обмена мультимедийными сообщениями (MMS) используется для доставки мультимедийных сообщений в UE из любого другого UE, из стационарного пункта в Интернете или от поставщика дополнительных услуг (VAS). Дополнительными услугами могут быть новости, прогнозы погоды, информация с фондовой биржи и др. Кроме текста мультимедийные сообщения могут содержать все типы мультимедиа, например, речь, видео, аудио и статические изображения.

3.4.3.4 CAMEL

Расширенная логика специализированных приложений для сетей подвижной связи (CAMEL) является общей платформой для множества услуг для потребителей. Она обеспечивает сеть UMTS функциями интеллектуальной сети (IN) подобными следующим:

· Предоплата

· Фильтрация вызовов

· Наблюдение (контроль)

CAMEL предоставляет информацию, необходимую для осуществления обмена между сетями (функции IN обычно являются специфическими сетевыми функциями). Традиционные решения IN создают услуги на базе коммутации каналов. CAMEL будет делать аналогичное, а также осуществлять взаимодействие с соединениями на базе пакетной коммутации.

3.4.4 Виртуальная домашняя среда (VHE)

VHE — это концепция предоставления услуг в пределах UMTS, которая позволяет пользователю иметь один и тот же персональный интерфейс с сетью, не обращая внимания на доступную сеть. Требуется, чтобы сети переносили информацию о профилях пользователей, о тарифах, услугах и множественной совместимости, которая, принимая во внимание сложность сетей, является непростой задачей. Там где для VHE требуется межсетевое взаимодействие, будет использоваться CAMEL.

3.5 Сетевые компоненты сети UMTS

Рисунок 3.3 — Архитектура сетей GSM/GPRS/UMTS

На рисунке 3 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. Это позволит операторам существующих сетей GSM/GPRS извлечь выгоду из улучшенной экономичной UMTS, в то же время защищая свои капиталовложения в систему 2G и снижая риски от внедрения. В сети есть также другие элементы, такие как элементы услуг определения местоположения, которые используются для расчета местоположения.

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.

3.5.1 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.

3.5.2 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. Интерфейс между GERAN и доменом PS базовой сети (Iu-PS или традиционный интерфейс Gb) используется для передачи данных методом коммутации пакетов, а интерфейс между GERAN и доменом коммутации каналов (CS) базовой сети (Iu-CS или традиционный интерфейс A) используется для передачи речевого сигнала или данных методом коммутации каналов.

3.5.2.1 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. BSS подключается к MSC с помощью одного интерфейса A или Iu-CS. Подобным же образом в сетях PLMN, поддерживающих GPRS, BSS подключается к обслуживающему узлу поддержки GPRS (SGSN) с помощью одного интерфейса Gb или Iu-PS.

Рисунок 3.4 — Архитектура GERAN

Оборудование радиосвязи BSS может поддерживать одну или более ячеек. BSS может включать одну и более базовых станций. Там где реализован интерфейс Abis, BSS включает один контроллер базовых станций (BSC) и одну или более базовых приемопередающих станций (BTS). Взаимодействие BTS и BSC осуществляется через интерфейс Abis.

3.5.2.2 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.

3.5.2.3 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.

3.5.2.4 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. SIM-карта включает Международный идентификатор абонента подвижной связи (IMSI), используемый для идентификации абонента в системе, секретный ключ для аутентификации и другую информацию. 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:

o терминалов версии, предшествующей версии 4

o 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:

o терминалов версии 4 при подключении к BSS с помощью интерфейсов Iu в направлении к CN

3.5.3 Архитектура универсальной наземной сети радио доступа (UTRAN)

Для UMTS R99 была введена новая сеть радио доступа UTRAN. Сеть UTRAN основана на технологии WCDMA, введенной для того, чтобы добиться более эффективного использования пропускной способности по сравнению с методами, используемыми в GSM/GPRS. Сеть UTRAN подключается к базовой сети GSM Этап 2+ через интерфейс Iu; интерфейс между UTRAN и доменом PS базовой сети (Iu-PS) используется для передачи данных методом коммутации пакетов, а интерфейс между UTRAN и доменом CS базовой сети (Iu-CS) используется для передачи данных методом коммутации каналов. Фактически существует третий домен — домен широковещательной передачи (BC), который может использоваться для трансляции короткого сообщения в заданной географической зоне («зона обслуживания», состоящая из одной или более ячеек). Интерфейс с областью BC называется Iu-BC. Он не показан на рисунке в разделе 1.5.2 и далее не будет описываться.

3.5.3.1 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.

Рисунок 3.5 — Архитектура UTRAN

3.5.3.2 Контроллер сети радиосвязи (RNC)

Каждый RNC отвечает за управление радио ресурсами набора ячеек. RNC является эквивалентом BSC сети GSM/GPRS, но более самоуправляемый. Роли RNC в сети UTRAN могут различаться:

· Управляющий RNC

o Каждый RNC отвечает за ресурсы своего набора ячеек и за Узлы B в RNS. В этой роли RNC называется управляющим RNC (CRNC)

· Обслуживающий RNC

o 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

Рисунок 3.6 — Обслуживающий RNC

· Дрейфующий RNC

o 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.

Рисунок 3.7 — Дрейфующий RNC

3.5.3.3 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.

3.5.3.4 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.

3.5.4 Элементы базовой сети

Рисунок 3.8 — 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. Ниже описываются разные элементы в доменах.

3.5.5 Элементы базовой сети — домен коммутации каналов (CS)

Рисунок 3.9 — Элементы базовой сети — домен CS

3.5.5.1 Центр коммутации подвижной связи/Шлюзовой центр коммутации подвижной связи (MSC/GMSC)

Центральным компонентом домена CS в CN является MSC. MSC — это коммутационная станция, которая выполняет все функции коммутации и сигнализации для MS, расположенных в географической зоне, назначенной в качестве зоны MSC. Основное различие между MSC и коммутационной станцией в стационарной сети состоит в том, что MSC должен принимать в расчет влияние распределения радио ресурсов и подвижность абонентов. Это означает, что MSC должен выполнять такие процедуры, как:

· Процедуры, необходимые для регистрации местоположения

· Процедуры, необходимые для передачи обслуживания

MSC/GMSC представляет интерфейс между системой радиосвязи и стационарными сетями. MSC выполняет все функции, необходимые для обработки услуг с коммутацией каналов в направлении к и от мобильных станций. MSC отвечает за управление соединением (настройка, маршрутизация, управление и завершение соединений), управление передачей обслуживания между MSC и управление дополнительными услугами, а также за сбор информации об оплате/учете пользователей. MSC подключается к регистрам местоположения и оборудования и другим MSC в той же сети.

GMSC действует в качестве шлюза для соединения с другими сетями подвижной связи и коммутируемыми сетями общего пользования (телефонная сеть, ISDN, сети передачи данных).

Чтобы обеспечить радио покрытие заданный географической зоны, обычно требуется несколько базовых станций; т. е. каждый MSC должен взаимодействовать с несколькими базовыми станциями. Кроме того, для обеспечения покрытия страны может потребоваться несколько MSC.

3.5.5.2 Шлюз среды/сервер центра коммутации подвижной связи (MGW/сервер MSC)

Чтобы обеспечить в версии 4 сетевую архитектуру CS, не зависящую от носителя (а, следовательно, обеспечить универсальные IP-сети), MSC разделяется на шлюз среды (MGW), обеспечивающий передачу пользовательских данных, и сервер MSC для обеспечения сигнализации. Сервер MSC состоит, главным образом, из двух частей: управления соединениями (CC) и управления мобильностью MSC. Разделение на MGW и сервер MSC также приводит к созданию более независимой среды для обслуживания. Новые функциональные возможности CAMEL извлекают выгоду из этой концепции, когда управление обслуживанием становится независимым от устройства коммутации.

MGW является оконечным пунктом транспортной сети PSTN/PLMN и связывает UTRAN с CN через интерфейс Iu. MGW может служить окончанием каналов-носителей (B-каналов) в сети с коммутацией каналов и потоков данных разных форматов в сети с коммутацией пакетов (например, потоки RTP (транспортный протокол реального времени) в IP-сети).

3.5.5.3 Шлюз сигнализации (SGW)

Шлюз сигнализации (SGW) преобразует информацию сигнализации (в обоих направлениях) на транспортном уровне между сигнализацией на базе SS7, используемой в сетях до версии 4, и сигнализацией на базе протоколов IP, которая вероятно будет использоваться в пост-R99 сетях (т.е. между SCTP/IP Sigtran и MTP SS7). SGW не интерпретирует сообщений прикладного уровня (например, MAP, CAP, BICC, ISUP), но может интерпретировать нижележащий уровень SCCP (подсистема управления соединениями сигнализации) или SCTP (протокол передачи управления потоком), чтобы гарантировать правильную маршрутизацию сигнализации. Шлюз SGW будет необходим для обеспечения универсальной IP-сети UMTS.

Функцию шлюза сигнализации можно реализовать как отдельный элемент или внутри другого элемента.

Рисунок 3. 10 — Функция шлюза сигнализации

3.5.6 Элементы базовой сети — домен коммутации пакетов (PS)

Рисунок 3. 11 — Элементы базовой сети — домен PS

3.5.6.1 Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN)

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой