V komentářích k příspěvkům o síti WiMAX (1, ​​2) a o GPRS byl vyjádřen zájem o celulární sítě, a tak jsem se rozhodl realizovat svůj dlouholetý nápad a popsat komunitě habra, jak fungují moderní celulární sítě.

Obrázek níže ukazuje obecnou strukturu celulárních sítí. Zpočátku je síť rozdělena na 2 velké podsítě – rádiovou přístupovou síť (RAN – Radio Access Network) a přepínací síť neboli jádrovou síť (CN – Core Network).

Chci zdůraznit, že přesně popíšu stávající celulární sítě pro SNS, protože v Evropě, Americe a Asii jsou sítě rozvinutější a jejich struktura je poněkud odlišná od našich sítí, o tom napíšu někdy později, pokud bude zájem .

Nejprve bych chtěl mluvit obecně o síti a poté vám řeknu podrobněji o funkcích každého ze síťových prvků.

Stávající rádiové přístupové sítě našich operátorů jsou produktem dlouhého vývoje, takže se skládají z rádiové přístupové sítě GSM (GERAN – GSM EDGE Radio Access Network) a rádiové přístupové sítě UMTS (UTRAN – UMTS Terrestrial Radio Access Network). Vlevo nahoře na obrázku vidíte GERAN, vlevo dole UTRAN. K největším změnám při přechodu z GSM na UMTS dochází právě v rádiové přístupové síti – operátor potřebuje vybudovat druhou síť a znovu pokrýt stávající území.

Rádiová přístupová síť je web, který pokrývá rozsáhlá území měst a volná prostranství a právě díky ní je zajištěno obrovské pokrytí, které mobilní sítě poskytují.

Jádrová síť je jádrem celulárních sítí. Název support je můj volný překlad, v GSM se tato část sítě nazývá přepínací síť, v UMTS – Core Network, což lze v podstatě přeložit jako jádro sítě. K tomuto jádru lze připojit různé rádiové přístupové sítě, jako periferní zařízení k systémové jednotce. Jádrová síť se v souvislosti s evolucí od GSM k UMTS vyvíjí málo, tato silná evoluce nastává o něco později – západní a asijští operátoři jím už prošli, ale tady to teprve začíná.

Páteřní síť na výše uvedeném obrázku je rozdělena na 2 části – pravá horní část má na starosti hlasová spojení, neboli CS spojení (Circuit Switch), pravá spodní část paketová spojení, neboli PS spojení (Packet Switch).

:)

Páteřní síť je soustředěna v jedné nebo několika budovách ve vlastnictví mobilního operátora, ve velkých počítačových místnostech – jinými slovy, obrovská serverovna, kde je velké množství skříní zařízení, někdy se jim také říká ledničky, protože vypadají velmi podobný

READ
Proč jsou potřeba dilatační spáry ve tvaru U?

HLR – Home Location Register, Home Location Register.
V podstatě se jedná o velkou databázi, která uchovává vše o účastníkovi dané sítě. Ve velkých sítích, jako jsou ty velké trojky operátorů, existuje několik takových uzlů – jsou rozptýleny po regionech. Jejich množství se měří v jednotkách kusů. Abyste rozuměli pravidlům – jeden takový uzel je v Petrohradě, další v Moskvě, další na Uralu, další na Kavkaze, na Sibiři – 3-4 věci. V praxi by to mohla být distribuovaná databáze , protože kapacita jednoho HLR nemusí stačit k uložení dat o všech předplatitelích. Poté operátor zakoupí další HLR (fyzické zařízení) a zorganizuje distribuovanou databázi.

Jaké informace jsou tam uloženy? Z velké části se jedná o informace o službách připojených k předplatiteli:
— může účastník uskutečňovat odchozí hovory?
— může účastník odesílat/přijímat SMS
— je povolena služba konferenčního hovoru?
– a všechny další možné služby
Jsou zde také uloženy důležité informace, jako je identifikátor MSC, v jehož oblasti pokrytí se účastník aktuálně nachází. Později uvidíme, proč to může být potřeba.

přepnout

MSC – Mobile Switching Center, spojovací centrum pro mobilní účastníky;
VLR – Visitor Location Register, registr umístění hostujících předplatitelů.
Logicky se jedná o 2 samostatné uzly, ale v praxi je to implementováno ve stejném zařízení.
VLR uchovává kopii dat, která jsou zaznamenána v HLR s jediným rozdílem, že zde nejsou žádné informace o MSC, v jehož oblasti pokrytí se účastník nachází. Zde jsou uloženy informace o tom, které BSC se účastník nachází v oblasti pokrytí. Zde se samozřejmě ukládají data pouze o těch předplatitelích, kteří se aktuálně nacházejí v oblasti pokrytí MSC, ke které je tento VLR připojen.

MSC je klasický vypínač (samozřejmě ne ten klasický, který vidíte v muzeích, kde sedávaly babičky a přepojovaly dráty). Jeho hlavní funkce jsou pro odchozí hovor – určit, kam přepnout hovor, pro příchozí spojení – určit, na které BSC se má hovor poslat. K provedení těchto funkcí se obrátí na VLR pro informace tam uložené. Zde stojí za zmínku, že toto je plus oddělení HLR a VLR – MSC nebude klepat na HLR pokaždé, když předplatitel něco potřebuje, ale udělá vše sám. MSC také shromažďuje data pro fakturaci a poté jsou tato data přiváděna do příslušných systémů.

READ
Jak vyrobit beton pro proporce základů v kbelících?

AUC – Authentication Center, autentizační centrum předplatitelů. Tento uzel je zodpovědný za zabránění útočníkovi získat přístup k síti vaším jménem. Tento uzel také generuje šifrovací klíče, které šifrují vaše připojení k síti na nejzranitelnějším místě – na rádiovém rozhraní.

GMSC – Brána MSC, přepínač brány. Tento hostitel se používá pouze pro příchozí hovory. Operátoři mají určitou početní kapacitu, na tuto číselnou kapacitu jsou přizpůsobeny gateway switche komunikačních sítí (celulární, pevné). Když vytočíte číslo přítele, váš hovor dosáhne přepínače (MSC) ve vaší síti a ten určí, kam se má hovor dále odeslat, na základě korespondence mezi čísly a síťovými bránami. Hovor je odeslán do GMSC mobilního operátora, kterého váš přítel používá. Dále GMSC odešle požadavek na HLR a zjistí, v oblasti pokrytí, ve kterém MSC se volaný účastník aktuálně nachází. Hovor je tam dále přesměrován.

SGSN – Obsluhující uzel podpory GPRS, obsluhující uzel podpory GPRS. Tento uzel je zodpovědný za určení způsobu poskytování služeb na základě požadovaného APN (název přístupového bodu, přístupový bod, například mms.beeline.ru). V tomto uzlu se také provádí počítání dopravy.

GGSN – Uzel podpory brány GPRS, uzel podpory brány GPRS. Toto je brána zodpovědná za správné doručení paketů uživateli.

BSC – Base Station Controller, ovladač základnové stanice. Uzel, ke kterému jsou připojeny základnové stanice, pak řídí základnové stanice – přiděluje kterému účastníkovi alokuje kolik zdrojů, určuje, jak se provádějí předávání. Když přijde signál o příchozím spojení pro účastníka z MSC, řadič provede pagingovou proceduru – přes všechny jemu podřízené základnové stanice vyšle volání tomuto účastníkovi, který musí odpovědět přes jednu ze základnových stanic.

TRC – TRansCoder, transkodér. Zařízení odpovědné za překódování řeči z formátu GSM do standardního telefonního formátu používaného v pevných komunikačních sítích a naopak. Ukazuje se tedy, že řeč je přenášena ve formátu pevných sítí v síti GSM v úseku od GMSC po TRC.

BTS – Base Transceiver Station, základnová transceiverová stanice. To je to, co je přímo blízké samotnému uživateli. Jsou to základnové stanice, které tvoří samotnou síť, kterou pokrývají mobilní operátoři; území, na kterém mobilní operátoři poskytují služby, závisí na jejich počtu. Ve skutečnosti je to docela hloupé zařízení; poskytuje uživatelům samostatné komunikační kanály, převádí signál na vysokofrekvenční signál, který bude vysílán vzduchem, a poté vysílá stejný vysokofrekvenční signál do antén. Antény ale můžeme pozorovat každý den.

READ
Jak vyčistit energii kamene?

:)

Rád bych poznamenal, že antény nejsou základní stanice Základní stanice je podobná lednici – skříň s moduly, která stojí na speciálním místě. Toto je zvláštní místo – například malé modré přívěsy, které jsou umístěny pod červenobílými věžemi někde na předměstí.

Podrobněji se dočtete v nedávno publikovaném článku o základnových stanicích.

RNC – Radio Network Controller, radiový přístupový síťový kontrolér. V podstatě hraje stejnou roli jako BSC v GERAN.

NodeB, základnová stanice v UMTS. Analog BTS v GSM.

Obecně jsou zde popsány všechny životně důležité prvky sítě GSM/UMTS. Zde jsem nezmínil některé další uzly, jako je SMS-C (SMS-Center), MMS-C (MMS-Center), WAP-GW (WAP-Gateway).

Pokud článek vzbudí zájem, tak vám v budoucnu mohu říci podrobněji o rádiových přístupových sítích GERAN a UTRAN, protože se převážně zabývám rádiovými věcmi.

;)

Nápady na řadu článků již také existují na základě dotazů, které vzbudily zájem v komentářích k článkům o telekomunikacích, ale zatím nebudu prozrazovat záludnosti – ptejte se na zajímavé otázky – zajímavé články budou!

UPD: Odborníci ve svých oborech odpověděli v komentářích, což je velmi zajímavé číst:
1. Vlákno o softwaru nainstalovaném na zařízení;
2. Vlákno o rozdílech mezi našimi sítěmi (SNS) a sítěmi v Evropě/USA/Asii;
3. Komentáře uživatele DeSh s opravami a upřesněními: tyts, tyts.
A obecně se v komentářích objevilo kromě komentářů, které jsem zvýraznil, docela dost zajímavých věcí.

Standardy mobilní komunikace druhé generace jsou široce používány nejen v Rusku, ale také v jiných zemích. Nejznámějším standardem 2G je GSM (Global System for Mobile Communications). Přibližně 80 % mobilních sítí po celém světě je postaveno pomocí tohoto standardu. Sítě GSM používají 3 miliardy lidí ve více než 212 zemích. Taková rozšířená distribuce umožňuje použití mezinárodního roamingu mezi mobilními operátory, což umožňuje účastníkovi používat svůj telefon téměř v jakémkoli koutě Země. Navíc je to právě možnost roamingu (včetně mezinárodního), který je hlavním rozlišovacím znakem standardu GSM od standardů první generace.

Vývoj standardu GSM začal již v roce 1982 normalizační organizací CEPT (Evropská konference správ pošt a telekomunikací). V roce 1991 byla ve Finsku spuštěna první GSM síť na světě. Do konce roku 1993 přesáhl počet předplatitelů používajících tento standard jeden milion. Do této doby byly GSM sítě nasazeny v 73 zemích světa.

READ
Jaký je jiný název pro infračervené záření?

GSM sítě umožňují poskytovat širokou škálu služeb:

Díky tomu GSM získalo silnou pozici na trhu mobilních komunikací. Navíc můžeme s jistotou říci, že v příštích několika letech bude tento standard vedoucí.

Podívejme se tedy na hlavní prvky, které tvoří systém GSM:

Struktura mobilního komunikačního systému GSM

Síť GSM je rozdělena na 2 systémy. Každý z těchto systémů obsahuje řadu funkčních zařízení, která jsou zase součástmi mobilní rádiové sítě.

Tyto systémy jsou:

Systém NSS plní funkce služby volání a navazování spojení a je také zodpovědný za realizaci všech služeb přidělených účastníkovi. NSS zahrnuje následující funkční zařízení:

Systém BSS je zodpovědný za všechny funkce související se vzduchovým rozhraním. Tento systém obsahuje následující funkční bloky:

MS (tj. telefon účastníka) nepatří do žádného z těchto systémů, ale je považován za síťový prvek.

Nyní se podívejme na uvedené prvky podrobněji:

Složení spínacího systému NSS

Mobile Switching Center (MSC)

MSC je hlavním prvkem systému GSM a monitoruje BTS a BSC umístěné v jeho servisní oblasti. Hlavní funkcí MSC je navazování spojení mezi účastníky sítě. Poskytuje také přístup k dalším komunikačním sítím: pevné telefonní síti, dálkovým komunikačním sítím a dalším celulárním sítím.

Home Location Register (HLR)

HLR obsahuje informace o předplatitelích, kteří jsou přiřazeni k danému MSC. Ukládá informace o připojených službách, jejich stavu (zapnuto, vypnuto, aktivní připojení), poloze účastníka a některé další informace. Informace o každém účastníkovi jsou uloženy pouze v jednom HLR.

Visiting Location Register (VLR)

VLR ukládá informace o aktivních předplatitelích, kteří jsou v oblasti služeb daného MSC. Obsahuje údaje o domácích účastnících přiřazených k tomuto MSC a o tzv. roamerech – předplatitelích, pro které je tento MSC hostem. Mohou to být účastníci jiných telekomunikačních operátorů nebo účastníci stejného operátora, ale z jiných regionů. Ve VLR pocházejí informace z HLR.

Authentication Center (AUC)

AUC je určeno pro autentizaci předplatitele. Tento postup je navržen tak, aby zabránil neoprávněnému přístupu k síti. Pokaždé, když účastník zapne svůj telefon, provede hlasový hovor, odešle SMS atd. síť vás vyzve, abyste prošli autentizační procedurou. Provádí jej MSC na základě dat získaných z AUC a MS.

READ
Jak správně připravit stěny na tapety?

Registr identifikace zařízení (EIR)

EIR je databáze obsahující informace o identifikačních číslech mobilních telefonů GSM. Tyto informace jsou nezbytné k zablokování odcizených telefonů. EIR není povinným prvkem sítě. Na světě je jen pár operátorů, kteří jej implementovali do své sítě.

Složení systému základnové stanice BSS

Řadič základní stanice (BSC)

BSC řídí všechny funkce související s provozem rádiových kanálů v síti GSM. Jedná se o vysokokapacitní přepínač, který poskytuje funkce, jako je MS handover, přiřazení rádiového kanálu a sběr dat o konfiguraci buňky. Každý MSC může spravovat více BSC.

Základní stanice (BTS)

BTS ovládá rádiové rozhraní s MS. BTS zahrnuje rádiová zařízení, jako jsou transceivery (přijímače) a antény, které jsou nezbytné pro obsluhu každé buňky v síti.

Síťové prvky související s paketovým přenosem dat

Uzel předplatitelské služby GPRS (SGSN)

Paketová data, na rozdíl od hlasového provozu, nejsou přenášena ze subsystému základnové stanice směrem k MSC, ale směrem k SGSN. Tato položka je router s pokročilými funkcemi. Je pověřen funkcemi zřízení relace paketového přenosu dat, směrování paketů a účtování poskytovaných služeb.

Uzel brány GPRS (GGSN)

GGSN je síťová brána. Pokud jsou pakety směrovány mimo síť operátora, skončí v GGSN. Tento prvek je často strukturálně kombinován s SGSN v jediném zařízení.