Дипломная работа: Модернизация сотовой сети стандарта GSM с применением технологий GPRS и EDGE
В GPRS-систему заложена хорошая
масштабируемость - при появлении новых абонентов оператор может увеличивать
число SGSN, а при эскалации суммарного трафика - добавлять в систему новые
GGSN. Внутри ядра GPRS-системы (между SGSN и GGSN) данные передаются с помощью
специального туннельного протокола GTP (GPRS Tunneling Protocol).
Еще одной составной частью системы
GPRS является PCU (Packet Control Unit - устройство контроля пакетной
передачи). PCU стыкуется с контроллером базовых станций BSC и отвечает за
направление трафика данных непосредственно от BSC к SGSN.
Но есть и альтернатива такой
модернизации, без изменений в контролере (BSC) например компания Alcatel предлагает решение Alcatel EVOLIUM™ MFS
9135 Multi-BSS Fast packet Server (на рис.5.1 обозначен как MFS пунктирной линией) — это специальный сервер GPRS, предназначенный для поддержки
существующих базовых станций Evolium BSS. Сервер
располагается на площадке MSC или отдельным “рэком”, и поэтому его
инсталляция требует только удаленной загрузки небольшого программного
обеспечения без прерывания работы сети. Конструктивно сервер может состоять
из одной или двух полок, вмещающих до 11 процессорных плат плюс
1 резервную каждая. В максимальной конфигурации сервер обслуживает
22 контроллера базовых станций (BSC) и обеспечивает одновременную
обработку до 5280 каналов PDCH (Packet Data channels). В перспективе
(при ориентации системы на мобильный Интернет) возможно добавление специального
узла - IGSN (Internet GPRS Support Node - узел поддержки Интернет).
За управление и контроль GPRS-системы отвечает OMC-R/G (Operation and Maintenance Center - Radio/GSN - центр управления и обслуживания
радио/узла GPRS. Это интерфейс между системой и
обслуживающим ее персоналом.
Прежде чем приступить к работе с
GPRS, мобильная станция, так же как и в обычном случае передачи голоса, должна
зарегистрироваться в системе. Как уже было сказано, регистрацией
("прикреплением" (attachment) к сети) пользователей занимается SGSN.
В случае успешного прохождения всех процедур (проверки доступности
запрашиваемой услуги и копирования необходимых данных о пользователе из HLR в
SGSN) абоненту выдается P-TMSI (Packet Temporary Mobile Subscriber Identity -
временный номер мобильного абонента для пакетной передачи данных), аналогичный
TMSI, который назначается мобильному телефону для передачи голоса (если
абонентский терминал относится к классу А , то ему при регистрации выделяется
как TMSI, так и P-TMSI).
Для быстрой маршрутизации информации
к мобильному абоненту GPRS-система нуждается в данных о его месторасположении
относительно сети, причем с большей точностью, нежели в случае передачи
голосового трафика ( HLR и VLR хранят номер Location Area (LA), в которой
находится абонент). Но как возрастет служебный трафик в сотовой сети и расход
энергии мобильным аппаратом, если телефон будет информировать систему каждый
раз при переходе от одной соты к другой! Чтобы найти разумный компромисс между
объемом сигнального трафика в сети GPRS и необходимостью знать с высокой точностью
местонахождение абонента принято деление терминалов на три класса:
1) IDLE (неработающий). Телефон отключен или находится вне
зоны действия сети. Очевидно, что система не отслеживает перемещение подобных
абонентов.
2) STANDBY (режим ожидания). Аппарат зарегистрирован
(прикреплен) в GPRS-системе, но уже долгое время (определяемое специальным
таймером) не работает с передачей данных. Местоположение STANDBY - абонентов
известно с точностью до RA (Routing Area - область маршрутизации). RA мельче,
чем LA (каждая LA разбивается на несколько RA, но, тем не менее, RA крупнее,
чем сота, и состоит из нескольких элементарных ячеек).
3) READY (готовность). Абонентский терминал зарегистрирован в
системе и находится в активной работе. Координаты телефонов, находящихся в
режиме READY, известны системе (а, точнее, SGSN) с точностью до соты. Согласно
этой идеологии, терминалы, находящиеся в STANDBY-режиме, при переходе из одного
RA в другой посылают SGSN специальный сигнал о смене области маршрутизации
(routing area update request). Если новая и старая RA контролируется одним
SGSN, то смена RA приводит лишь к корректировке записи в SGSN. Если же абонент
переходит в зону действия нового SGSN, то новый SGSN запрашивает у старого
информацию о пользователе, а MSC, VLR, HLR и вовлеченные в работу GGSN ставятся
в известность о смене SGSN. Когда телефон, работающий с GPRS-системой,
перемещается в другую LA, то SGSN отправляет соответствующему VLR сообщение о
необходимости смены записи о местонахождении абонента.
Интересно обстоят дела с
маршрутизацией данных в случае роуминга GPRS-абонента. При этом возможны два
варианта. SGSN в обоих случаях используется гостевой (VSGSN - Visited SGSN), а
вот GGSN может использоваться либо гостевой (VGGSN - Visited GGSN), либо
домашний (HGGSN - Home GGSN). В последнем случае между домашним и гостевым
операторами должна существовать GPRS-магистраль (InterPLMN GPRS BackBone -
GPRS-линия между разными мобильными сетями) для передачи трафика между HGGSN и
мобильным абонентом. Кроме того, появляется необходимость в BG (Border Gateway
- граничный шлюз) с обеих сторон с целью обеспечения защиты сетей от атак
извне.
Следует отметить такой важный
параметр, как QoS (Quality of Service - качество сервиса). Очевидно, что
видеоконференция в режиме реального времени и отправка сообщения электронной
почты предъявляют разные требования, например, к задержкам на пути пакетов
данных. Поэтому в GPRS существует несколько классов QoS, подразделяющихся по
следующим признакам:
·
необходимому
приоритету (существует высокий, средний и низкий приоритет данных);
·
надежности
(разделение на три класса по количеству возможных ошибок разного рода,
потерянных пакетов и т.п.);
·
задержкам
(задержки информации вне GPRS-сети в расчет не принимаются);
·
количественным
характеристикам (пиковое и среднее значение скорости);
Класс QoS выбирается индивидуально
для каждой новой сессии передачи данных. Кроме QoS, в характеристику сессии
передачи данных входит тип протокола (PDP type - Packet Data Protocol type);
PDP-адрес, выданный мобильной станции (выдача адресов бывает как статической,
так и динамической); а также адрес GGSN, с которым идет работа.
"Профиль" сессии (в англоязычной литературе принято обозначение
"PDP context") записывается в телефон, а также в обслуживающие его
SGSN и GGSN. Одновременно может поддерживаться несколько профилей передачи
данных для каждого пользователя.
Пакетная передача данных
предусматривает два режима "соединений":
·
PTP
(Point-To-Point - точка-точка);
·
PTM
(Point-To-Multipoint - точка-многоточие).
Широковещательный режим РТМ в свою очередь подразделяется на
два класса:
1)PTM-M (PTM-Multicast) - передача необходимой информации
всем пользователям, находящимся в определенной географической зоне;
2)PTM-G (PTM-Group Call) - данные направляются определенной
группе пользователей.
Поддержка режима
"многоточечной" передачи информации PTM ожидается в будущих
спецификациях GPRS.
2.5.3 Абонентские терминалы для GPRS технологии
Для работы с системой пакетной
передачи данных необходимо иметь специальный телефон, совместимый с GPRS.
GPRS-терминалы подразделяются на три класса:
1)
Устройства класса А способны одновременно работать как с передачей голоса, так
и с передачей данных (они, говоря техническим языком, обладают возможностью
функционировать как в режиме коммутации каналов (circuit switched), так и в
режиме коммутации пакетов (packet switched). Подчеркну - речь идет об
одновременной работе в разных режимах);
2)Устройства
класса В могут осуществлять либо передачу голоса, либо передачу данных, но не
одновременно;
3)
Устройства класса С поддерживают только передачу данных и не могут быть
использованы для голосовой связи. Как правило, это разного рода компьютерные
платы для обеспечения беспроводного доступа к данным.
Максимальная скорость передачи данных
определяется, в первую очередь, количеством каналов, с которыми одновременно
может работать абонентский терминал. Один канал обеспечивает передачу данных со
скоростью до 13.4 кбит/с.
Французская фирма SAGEM стала одним
из первых производителей, представивших GPRS-совместимые телефоны. Модель Sagem
MC-850, относится к классу В и имеет один канал для передачи данных и три - для
приема, а чуть более современный Sagem MW-959, включает в себя уже четыре
канала для входящего трафика (на передачу остался по-прежнему один канал, также
не изменился класс устройства). Таким образом, максимальная скорость приема
данных с помощью телефона Sagem MW-959 составляет 53.6 кбит/с, а передачи -
13.4 кбит/с.
Следующим шагом от GSM к сетям
третьего поколения UMTS (Universal Mobile Telephone System) является технология
EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution - в вольном переводе "передача
данных на повышенной скорости"), позволяющая осуществлять перекачку
информации на скоростях до 384 кбит/с в восьми GSM-каналах (48кбит/с на канал).
Для внедрения EDGE "поверх GPRS" операторам необходимо будет заменить
аппаратуру базовых станций BTS, а пользователям - приобрести поддерживающие
EDGE телефонные аппараты. Сложно представить, что должен делать абонент сотовой
сети GSM, чтобы ему не хватило скорости в 170 кбит/с, предлагаемой GPRS.
2.6 Планирование и контроль сети GPRS в стандарте GSM
2.6.1 Программа Alcatel GPRS – SGSN Management,
позволяет (рис.6.1):
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 |