Проектирование сети мобильной связи стандарта GSM 900

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………….………….3

1. СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ…..……………………………………...5

    1.1 Сеть GSM……………………………………………………………7

    1.2 Классификация логических каналов……………………………..10

          1.3 Установка  связи в сети GSM…………………………………14

          1.4 Аспекты зашиты GSM……………………………………...20

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ ДЛЯ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

GSM 900……………………………………………………………..…...22

   2.1 Расчёт радиуса соты………………………………………………24

    2.2 Териториальное расположение базовых станций в городе

    Кишинев………………………………………………………………..28

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………..29

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ….…………………………………………….31

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В данной курсовой работе необходимо вычислить радиус соты. А так же определить, какое  количество сот необходимо для покрытия территории Кишинёва, при этом абоненты должны без сбоев общаться, то есть рассчитать нагрузку. Эта работа предполагает, чтобы студент сам смог разобраться в принципе вычисления и расположение сот.

Сотовая связь - одна из наиболее быстро развивающихся областей электросвязи. Цифровые сотовые сети успешно конкурируют с традиционными проводными сетями и беспроводными телефонными системами. Со временем цифровые сотовые мобильные телефоны стали универсальным телекоммуникационным средством. СМЕ 20/CMS 40 - это основанная на стандарте GSM система, работающая в диапазонах 900,1800 или 1900 МГц. Система представляет собой "полную систему", в которую входят коммутационные центры, регистры местонахождения, контроллеры базовых станций и базовые приемопередающие станции, а также средства централизованной эксплуатации и технического обслуживания и мобильные станции (телефоны). Система дает эксплуатирующим ее компаниям преимущества стандарта полной системы с интерфейсами открытых систем, а также возможность всесторонней защиты и роумиига. Системы СМЕ 20 и CMS 40 разработаны с целью предоставления пользователям усовершенствованные телекоммуникационные услуги в соответствии с техническими характеристиками. Системы удовлетворяют требованиям эксплуатирующих компаний (операторов), предъявляемых к гибким сетевым решениям, новым формам тарификации, сегментации обслуживания, создания новых видов услуг и облегчения эксплуатации и технического обслуживания (0&М).

В настоящее время  сети GSM имеют широкое применение в сфере связи. Большинство сетей GSM поддерживает такую услугу, как передача данных и факса. Это значит, что вы можете пользоваться интернетом, отправлять электронную почту, отправлять и принимать данные, используя мобильный телефон. Для этой услуги абоненту на GSM коммутаторе прописывается дополнительный номер, как для факса, так и для данных. Стоимость этих услуг зависит от ценовой политики оператора. Передача данных в сетях GSM возможна с максимальной скорость 9.600 кб/с. Скорость определяется особенностями стандарта. Скорость цифрового потока по радиоканалу между телефоном и базовой станцией 13 кб/с. Поэтому было выбрано стандартное нижнее значение 9.600 кб/с. В данный момент почти все операторы работают с этой скоростью, некоторые европейские операторы предоставляют канал 14.400кб/с. Также для передачи данных разработан новый стандарт GPRS, он позволяет передавать данные по GSM интерфейсу со скоростью 113-160кб/с. GPRS реально работает пока только у нескольких европейских операторов.

В своей работе я описал, сеть мобильной связи – GSM, классификация логических каналов, установка связи в сети GSM, а так же аспекты зашиты GSM.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

На заре развития мобильной  связи (а было это не так давно - в начале восьмидесятых) Европа покрывалась  аналоговыми сетями самых разных стандартов - Скандинавия развивала свои системы, Великобритания свои. Сейчас уже сложно сказать, кто был инициатором последовавшей очень скоро революции - "верхи" в виде производителей оборудования, вынужденные разрабатывать для каждой сети собственные устройства, или "низы" в качестве пользователей, недовольные ограниченной зоной действия своего телефона. Так или иначе, в 1982 году Европейской Комиссией по Телекоммуникациям (CEPT) была создана специальная группа для разработки принципиально новой, общеевропейской системы мобильной связи. Основными требованиями, предъявляемыми к новому стандарту, были: эффективное использование частотного спектра, возможность автоматического роуминга, повышенное качество речи и защиты от несанкционированного доступа по сравнению с предшествующими технологиями, а также, очевидно, совместимость с другими существующими системами связи (в том числе проводными) и тому подобное.

Стандарт GSM разработан для  создания сотовых систем подвижной  связи (ССПС) в следующих полосах частот: 890-915 МГц - для передачи подвижными станциями (линия "вверх"); 935-960 МГц - для передачи базовыми станциями (линия "вниз")

Сети GSM функционируют  параллельно с существующими  европейскими национальными сетями аналоговых ССПС стандартов NMT-900, TAGS, ETACS. Частотные планы ССПС, включая стандарт GSM, показаны на рис. 2.1.

Каждая из полос, выделенных для сетей GSM, разделяется на частотные  каналы. Разнос каналов составляет 200 кГц, что позволяет организовать в сетях GSM 124 частотных канала. Частоты, выделенные для передачи сообщений подвижной станцией на базовую и в обратном направлении, группируются парами, организуя дуплексный канал с разносом 45 МГц. Эти пары частот сохраняются и при перескоках частоты. Каждая сота характеризуется фиксированным присвоением определенного количества пар частот.

Плодом упорного труда  многих людей из разных стран (честно говоря, мне даже страшно представить  себе объем проделанной ими работы!) стала представленная в 1990 году спецификация общеевропейской сети мобильной связи, названная Global System for Mobile Communications или просто GSM. А дальше все замелькало, как в калейдоскопе - первый оператор GSM принял абонентов в 1991 году, к началу 1994 года сети, основанные на рассматриваемом стандарте, имели уже 1.3 миллиона подписчиков, а к концу 1995 их число увеличилось до 10 миллионов! Воистину, "GSM шагает по планете" - в настоящее время телефоны этого стандарта имеют около 200 миллионов человек, а GSM-сети можно найти по всему миру.

Давайте же попробуем  разобраться, как организованы и на каких принципах функционируют сети GSM. Сразу скажу, что задача предстоит не из легких, однако, поверьте - в результате мы получим истинное наслаждение от красоты технических решений, используемых в этой системе связи. В предстоящем десятилетии развитие сетей мобильной связи пойдет по пути расширения полосы пропускания, применения пакетной коммутации и упрощения архитектуры сетей, что в достаточной степени удовлетворит различные потребности в связи. Пропускная способность сетей значительно возрастет, а затраты на их содержание заметно снизятся. Кроме того, будет наблюдаться ускоренное проникновение систем мобильного телевизионного вещания и широкополосной беспроводной связи на мировой рынок и их объединение.

Сеть GSM

Принцип построения сотовых систем вкратце состоит в следующем: в пределах территории действия сети устанавливается некоторое количество относительно маломощных стационарных приемо-передающих станций (базовых станций), каждая из которых имеет небольшую зону действия (обычно несколько километров). При этом зоны действия соседних станций несколько перекрывают друг друга, чтобы обеспечить возможность перемещения абонента из одной зоны в другую без потери связи. Чтобы такое перекрытие было возможным, соседние станции должны использовать различные рабочие частоты. Для полного покрытия определенной территории требуется как минимум три различные частоты, чтобы расположенные в виде треугольника станции могли иметь перекрытие зон обслуживания. Четвертая же станция может снова использовать одну из этих трех частот, так как она граничит только с двумя зонами. При таком подходе форма зоны действия каждой базовой станции представляет собой шестиугольник, а расположение этих зон в точности повторяет структуру пчелиных сот, что и дало название системам связи с подобным принципом построения.

Начнем с самого сложного, и, пожалуй, скучного - рассмотрения скелета (или, как принято говорить на военной  кафедре моего Alma Mater, блок-схемы) сети. При описании я буду придерживаться принятых во всем мире англоязычных сокращений, конечно, давая при этом их русскую трактовку.

 

 

 

 

Рис.1.1. Упрощенная архитектура сети GSM 900.

Самая простая часть  структурной схемы - переносной телефон, состоит из двух частей: собственно "трубки" - МЕ (Mobile Equipment - мобильное устройство) и смарт-карты SIM (Subscriber Identity Module - модуль идентификации абонента), получаемой при заключении контракта с оператором. Как любой автомобиль снабжен уникальным номером кузова, так и сотовый телефон имеет собственный номер - IMEI (International Mobile Equipment Identity - международный идентификатор мобильного устройства), который может передаваться сети по ее запросу. SIM, в свою очередь, содержит так называемый IMSI (International Mobile Subscriber Identity - международный идентификационный номер подписчика). Думаю, разница между IMEI и IMSI ясна - IMEI соответствует конкретному телефону, а IMSI - определенному абоненту.

"Центральной нервной  системой" сети является NSS (Network and Switching Subsystem - подсистема сети и коммутации), а компонент, выполняющей функции "мозга" называется MSC (Mobile services Switching Center - центр коммутации). Именно последний всуе называют (иногда с придыханием) "коммутатор", а также, при проблемах со связью, винят во всех смертных грехах. MSC в сети может быть и не один (в данном случае очень уместна аналогия с многопроцессорными компьютерными системами) - например, на момент написания статьи московский оператор Билайн внедрял второй коммутатор (производства Alcatel). MSC занимается маршрутизацией вызовов, формированием данных для биллинговой системы, управляет многими процедурами - проще сказать, что НЕ входит в обязанности коммутатора, чем перечислять все его функции.

Следующими по важности компонентами сети, также входящими  в NSS, я бы назвал HLR (Home Location Register - реестр собственных абонентов) и VLR (Visitor Location Register - реестр перемещений). HLR, грубо говоря, представляет собой базу данных обо всех абонентах. В ней хранится информация о номерах пользователей (под номерами подразумеваются, во-первых, упоминавшийся выше IMSI, а во-вторых, так называемый MSISDN-Mobile Subscriber ISDN, т.е. телефонный номер в его обычном понимании), перечень доступных услуг и многое другое.

В отличие от HLR, который в системе один, VLR`ов может быть и несколько - каждый из них контролирует свою часть сети. В VLR содержатся данные об абонентах, которые находятся на его (и только его!) территории (причем обслуживаются не только свои подписчики, но и зарегистрированные в сети роумеры). Как только пользователь покидает зону действия какого-то VLR, информация о нем копируется в новый VLR, а из старого удаляется. В HLR для каждого абонента постоянно присутствует ссылка на тот VLR, который с ним (абонентом) сейчас работает (при этом сам VLR может принадлежать чужой сети, расположенной, например, на другом конце Земли).

NSS содержит еще два компонента - AuC (Authentication Center - центр авторизации) и EIR (Equipment Identity Register - реестр идентификации оборудования). Первый блок используется для процедур установления подлинности абонента, а второй, как следует из названия, отвечает за допуск к эксплуатации в сети только разрешенных сотовых телефонов.

Исполнительной, если так  можно выразиться, частью сотовой  сети, является BSS (Base Station Subsystem - подсистема базовых станций). Если продолжать аналогию с человеческим организмом, то эту подсистему можно назвать конечностями тела. BSS состоит из нескольких "рук" и "ног" - BSC (Base Station Controller - контроллер базовых станций), а также множества "пальцев" - BTS (Base Transceiver Station - базовая станция). Базовые станции можно наблюдать повсюду - в городах, полях- фактически это просто приемно-передающие устройства, содержащие от одного до шестнадцати излучателей. Каждый BSC контролирует целую группу BTS и отвечает за управление и распределение каналов, уровень мощности базовых станций и тому подобное. Обычно BSC в сети не один, а целое множество (базовых станций же вообще сотни).

Управляется и координируется работа сети с помощью OSS (Operating and Support Subsystem - подсистема управления и поддержки). OSS состоит из всякого рода служб и систем, контролирующих работу и трафик.

Классификация логических каналов

В стандарте GSM различают  логические каналы связи двух основных видов: TCH/F (Full Rate Traffic Channel) - канал передачи сообщений с полной скоростью

22,8 кбит/с (другое обозначение  Вт);

TCH/H (Half Rate Traffic Channel) - канал передачи  сообщений с половинной скоростью

11,4 кбит/с (другое обозначение  Lm).

Один физический канал  может представлять собой канал передачи сообщений с полной скоростью или два канала с половинной скоростью передачи. В первом случае канал связи занимает одно временное окно; во втором - два канала связи занимают то же самое временное окно, но с перемежением в соседних кадрах (т.е. каждый канал - через кадр). Комплекты для создания мультисим и адаптеры на 2 SIM. Для передачи кодированной речи и данных предназначены каналы связи следующих типов: TCH/FS (Full Rate Traffic Channel for Speech)

- канал для передачи речи с полной скоростью; TCH/HS (Half Rate Traffic Channel for Speech)

- канал для передачи речи  с половинной скоростью; TCH/F 9,6 (Full Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data)

- канал передачи данных с  полной скоростью 9,6 кбит/с: TCH/F 4,8 (Full Rate Traffic Channel for 4,8 kbit/s User Data)

- канал передачи данных с  полной скоростью 4,8 кбит/с; TCH/F 2,4 (Full Rate Traffic Channel for 2,4 kbit/s User Data)

- канал передачи данных  с полной скоростью 2,4 кбит/с; ТСН/Н 4,8 (Half Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data)

- канал передачи данных  с половинной скоростью 4,8 кбит/с;  СН/Н 2,4 (Half Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data) - канал передачи данных с половинной  скоростью 2,4 кбит/с.

Скорость передачи цифрового  речевого сигнала в канале TCH/FS равна 13 кбит/с (за счет кодирования увеличивается до 22,8 кбит/с в канале TCH/F). Передача речи в канале с половинной скоростью TCH/HS еще не используется. Этот канал рассматривается как перспективный при дальнейшем развитии GSM, его применение позволит практически удвоить емкость трафика.

Каналы связи могут  передавать широкий набор информационных сообщений, но они не используются для  передачи сигналов управления. Кроме  того, для передачи данных по каналам  связи могут использоваться разные протоколы, например, МККТТ Х.25.

 

 

 

 

Структура логических каналов управления

Каналы управления (ССН) обеспечивают передачу сигналов управления и синхронизации. Различают четыре вида каналов управления:

ВССН (Broadcast Control Channels) - каналы передачи сигналов управления; СССН (Common Control Channels) - общие каналы управления; SDCCH ( Stand-alone Dedicated Control Channels) - индивидуальные каналы управления; АССН (Associated Control Channels) - совмещенные каналы управления. Каналы передачи сигналов управления используются только в направлении с базовой станции на все подвижные станции. Они несут информацию, которая необходима подвижным станциям для работы в системе. Различают три вида каналов передачи сигналов управления ВССН: