Женов Е.И., Статья - Третье поколение связи 3G - файл n1.doc

приобрести
Женов Е.И., Статья - Третье поколение связи 3G
скачать (323.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc324kb.23.08.2012 23:20скачать

n1.doc


  1. Возможности и принципы построения сети WCDMA.

  2. Возможность существующего оборудования апгрейдить до WCDMA.

  3. Взаимодействие сетей GSM с сетями WCDMA.

  4. Принципы планирования сети WCDMA.


Стандарт мобильной связи 3-го поколения - UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) или 3G - это большой шаг вперед в области ускорения передачи данных и обеспечения возможностей объединения речевого сигнала и данных на новом уровне, позволяющего предоставлять мультимедийные широкополосные

Система UMTS 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:

UMTS для операторов:

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). Версии UMTS - это три основных представителя утвержденных требований от 3GPP.

Основные черты каждой версии:

R99

Rel-4

Rel-5

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.

1.1 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).

1.1.1 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

1.1.2 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.

1.1.3 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.

1.1.3.1 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:

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).

1.1.3.2 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 гипер-текстового 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.

1.1.3.3 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.

1.1.3.4 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:

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 тоже самое, а также осуществлять взаимодействие с соединениями на базе пакетной коммутации.

1.1.4 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.

1.2 Сетевые компоненты сети UMTS


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. 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.

1.2.1 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.

1.2.2 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.


Рис. 4 Архитектура GERAN

1.2.2.1 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.

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.

1.2.2.2 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.

1.2.2.3 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.

1.2.2.4 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:

1.2.3 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.

1.2.3.1 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

1.2.3.2 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:


Рис. 6 Обслуживающий RNC


Рис. 7 Дрейфующий RNC

1.2.3.3 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.

1.2.3.4 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.

1.2.4 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. Ниже описываются разные элементы в доменах.

1.2.5 Элементы базовой сети - домен коммутации каналов (CS)



Рис. 9 Элементы базовой сети - домен CS

1.2.5.1 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:

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.

1.2.5.2 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).

1.2.5.3 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.


Рис. 10 Функция шлюза сигнализации

1.2.6 Элементы базовой сети - домен коммутации пакетов (PS)



Рис. 11 Элементы базовой сети - домен PS

1.2.6.1 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), как это делает MSC в домене CS базовой сети, такие как регистрация местоположения, корректировки зоны маршрутизации (RAU) и пейджинг. SGSN также обрабатывает функции обеспечения секретности, такие как аутентификация и шифрование (между MS/UE и SGSN).

1.2.6.2 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. Если MS меняет SGSN в течение режима готовности, GGSN используется в качестве буфера пакетов данных. GGSN сохраняет данные абонента для активных MS/UE и выполняет функции обеспечения секретности, такие как система защиты доступа и фильтрация.

1.2.7 Элементы базовой сети (CN) - Регистры

1.2.7.1 Домашний регистр (HLR)


Домашний регистр (HLR) является независимым элементом базовой сети до и включая версию 4. В сети версии 5 HLR заменяется HSS (сервер абонентов домашней сети - см. следующий раздел), который является расширенным вариантом HLR. HLR включает в себя всю административную информацию по каждому абоненту, зарегистрированному в определенной сети, информацию о разрешенных услугах и текущем местоположении мобильной станции. Местоположение мобильной станции обычно представляется в форме адреса сигнализации гостевого регистра (VLR), связанного с MS. Логически существует один HLR на сеть, хотя он может быть реализован как распределенная база данных.

HLR обеспечивает следующие функциональные возможности:

1.2.7.2 Сервер абонентов домашней сети (HSS)



Рис. 12 HSS - расширенный вариант HLR

В сети UMTS версии 5 HSS заменяет HLR. HSS является расширенным вариантом HLR и включает все функциональные возможности HLR плюс дополнительные функции для поддержки функций IM подсистемы IP-мультимедиа (IMS). Пожалуйста, обращайтесь к разделу 1.5.8.

HSS является общим элементом доменов PS и CS. HSS - это основная база данных для заданного пользователя и содержит информацию, связанную с подпиской, чтобы поддерживать сетевые компоненты, обрабатывающие вызовы/сеансы, например, поддержка серверов управления соединениями для выполнения процедур маршрутизации/роуминга путем решения взаимозависимостей аутентификации, авторизации, разрешение присваивания имен/ адресации и определения местоположения.

Сеть UMTS может включать один или несколько HSS в зависимости от количества абонентов подвижной связи, пропускной способности оборудования и организации сети.

В HSS предусматриваются следующие функциональные возможности:

HSS включает следующую информацию, относящуюся к пользователю:

1.2.7.3 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.

Регистры HLR и VLR вместе с MSC обеспечивают возможности маршрутизации вызовов и роуминга в сети. В большинстве реализаций VLR интегрирован с MSC, а в UMTS версии 4 будет являться частью сервера MSC.

1.2.7.4 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.

1.2.7.5 Регистр идентификации оборудования (EIR)


Регистр EIR - это база данных, которая включает в себя перечень всего оборудования, действующего в сети подвижной связи, и в которой каждая MS идентифицируется с помощью IMEI. Идентификатор IMEI помечается как неправильный, если был представлен отчет о краже мобильной станции или если MS несанкционированного типа.

1.2.8 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). Услуги IM вместе с мультимедийными носителями используют домен PS - возможно включая эквивалентный набор услуг в соответствующем подмножестве услуг CS.

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.

Лекции
Лабораторные
Справочники
Эссе
Вопросы
Стандарты
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации