Сетевая подсистема

Мобильный коммутатор
На фотографии изображена электронная цифровая коммутационная станция 5ESS.
Основным составляющим элементом сетевой подсистемы является центр коммутации мобильной связи (MSC). Он работает как обычный узел переключения PSTN (телефонной сети общего пользования) или ISDN (цифровой сети с интеграцией услуг) и дополнительно обеспечивает все функциональные возможности, необходимые для обслуживания мобильного абонента и обработки информации о нём. В том числе, центр коммутации отвечает за регистрацию абонента, проверку подлинности указанных им данных и его местоположения, переключение каналов и маршрутизацию вызовов к абоненту, находящемуся в роуминге. Эти услуги предоставляются с помощью нескольких функциональных единиц, которые вместе формируют сетевую подсистему. Центр коммутации мобильной связи обеспечивает связь со стационарными сетями (такими как PSTN или ISDN). Передача сигналов между функциональными единицами в сетевой подсистеме осуществляется с помощью системы передачи сигналов №7 (SS7), которая широко используется в современных сетях общего пользования для передачи сигналов по междугородней линии связи в ISDN.

Мобильные коммутаторы могут называться по-разному: мобильный коммутатор (MS), центр коммутации мобильной связи (MSC) или центр коммутации мобильных телефонов (MTSO). Но вне зависимости от названия, функции этих устройств идентичны и сводятся к обработке телефонных звонков в сети сотовой связи. Коммутаторы бывают стационарными, например 5ESS, Nokia, Alcatel или Ericsson AXE (АТС) или специальными - они разработаны именно для обработки мобильных звонков. Каждый мобильный коммутатор управляет десятками базовых станций. В сетях GSM мобильный коммутатор управляет базовой станцией через контролер базовой станции. В крупномасштабных системах может быть два и более коммутатора. Легко понять, что делает коммутатор. Гораздо труднее определить, какое отношение он имеет к другим сетевым ресурсам.

Регистр собственных абонентов и регистр роуминговых абонентов

Регистр собственных абонентов (HLR) и регистр роуминговых абонентов (VLR) совместно с центром коммутации мобильной связи обеспечивают возможность маршрутизации вызовов и роуминга в сети GSM. Регистр собственных абонентов содержит всю административную информацию о каждом зарегистрированном абоненте в соответствующей сети GSM, а также информацию о текущем месторасположении сотового телефона. Месторасположение сотового телефона обычно определяется с помощью передачи сигналов между регистром роуминговых абонентов и мобильной станцией. Фактическая процедура маршрутизации будет описана позже. Логически в сети GSM должен быть один регистр собственных абонентов, однако его функции могут осуществляться распределенной базой данных.

Регистр роуминговых абонентов (VLR) содержит отдельную административную информацию из регистра собственных абонентов (HLR), необходимую для управления вызовами и предоставления подключенных услуг для каждого сотового телефона, находящегося в данный момент в географической области, контролируемой этим регистром. Хоть каждая функциональная единица и может быть использована как независимый элемент, на сегодняшний день все производители коммутационного оборудования объединяют регистр собственных абонентов (VLR) вместе с центром коммутации мобильной связи (MSC), так что географические области, контролируемые MSC и VLR, соответствуют друг другу, что упрощает передачу сигналов. Обратите внимание на то, что центр коммутации мобильной связи не содержит информации о конкретных мобильных станциях – эта информация хранится в реестре местонахождения. Регистр собственных абонентов и регистр роуминговых абонентов работают сообща – они обеспечивают возможность пользования услугами сети как абонентам, находящимся в пределах зоны обслуживания сети, так и в роуминге, за этими пределами. Вы не сможете использовать свой сотовый в Сан-Франциско, а затем в Лос-Анджелесе без обмена информацией между этими двумя электронными каталогами. Чаще всего они находятся в одном месте, зачастую даже на одном компьютере.

Регистры собственных и роуминговых абонентов - это большие базы данных, которые устанавливаются на компьютерах, называемых серверами, обычно на терминалах UNIX. Такие компании как Tandem (ныне входит в Compaq) создают серверы по заказу провайдеров сотовой связи, которые называются HLR. Функции этих серверов выходят далеко за рамки ведения регистра собственных абонентов, поэтому их называют компьютерами. Многие мобильные коммутаторы используют один и тот же регистр. Всего существует много регистров собственных абонентов. Чтобы управлять своей общенациональной сотовой системой iDEN, Motorola использует более 60 регистров (HLR) по всей стране.

Регистр собственных абонентов хранит полную информацию о местных клиентах. Это главная база данных. Компания поставщик услуг заносит вашу информацию в свой ближайший регистр (HLR) или в тот, который закреплен за вашей областью. Эта информация включает в себя ваш IMEI (номер международной идентификации мобильного оборудования), номер в каталоге и тип обслуживания. В эту информацию также входит город, в котором вы находитесь и ваше последнее известное месторасположение - район, где вы в последний раз пользовались вашим сотовым телефоном.

Регистр роуминговых абонентов или VLR содержит информацию о роуминге. Переключились на другого оператора? Посещенная вами система определяет ваш мобильный и регистр VLR посылает запрос, чтобы определить к какому регистру HLR вы относитесь. VLR получает подтверждение о том, что вы являетесь действующим абонентом, а затем - полную информацию из удаленного регистра HLR для управления вашими звонками. Сервер временно хранит данные о вашем последним известном месторасположении, о ваших вызовах и специальных услугах, которые вы заказывали и т.д. Даже если вы путешествуете, сотовая сеть определяет, где вы находитесь, и может перенаправить звонок на ваш сотовый телефон.

Регистр идентификации оборудования и Центр аутентификации

Следующие два регистра используются в целях аутентификации и для обеспечения безопасности. Регистр идентификации оборудования (EIR) - это база данных, которая содержит список всего действующего мобильного оборудования сети, где каждая мобильная станция распознается по номеру международной идентификации оборудования (IMEI). Номер IMEI помечается как недействительный, если он был признан украденным или не был одобрен системой. Центр аутентификации (AuC) - это защищенная база данных, которая хранит копии секретных кодов, хранящих также в каждой SIM-карте пользователей, используемых для аутентификации и шифрования по радио каналу.

«Регистр идентификации оборудования (EIR) - это стандартный элемент сети GSM, который отвечает за проверку типа и серийного номера мобильного устройства и определяет, предоставлять или нет какие-либо услуги владельцу этого устройства». Регистр EIR - это не просто еще одна база данных. Его основная цель - отказывать в предоставлении услуг дефектному или украденному мобильному оборудованию. Если сотовое оборудование неисправно, но все еще обслуживается, то оно допускается к сети. В последнем случае сотовые телефоны помечаются таким образом, что поставщик сотовых услуг видит нелегально использующийся аппарат.

Защищенная база данных проводит проверку аутентификации и шифрование ключей для AuC. Аутентификация подтверждает абонента сотовой сети путем выполнения сложных задач и получения однообразных ответов. Сеть посылает случайно сгенерированное число на сотовый телефон. Затем сотовый проводит вычисления, используя полученное число и число, хранящееся на SIM-карте и, отсылает результат назад. Звонок разрешается только в том случае, если число, полученное коммутатором, совпадает с ожидаемым числом. Центр АС хранит все необходимые данные для аутентификации звонка и дальнейшей шифровки голоса и сообщений с данными.

Интерфейсы

Наиболее загадочными терминами в сотовой радиосети являются: A, Um, Abis, и Ater. Термин «интерфейс телефонной связи» может иметь несколько значений. Это может быть механическая или электрическая связь, соединяющая оборудование. Или граница раздела между системами, например между системой базовой станции и подсистемой сети. Напоминаем, что в стандарте GSM этот интерфейс называется «А». Интерфейс «А» - это передающая сигналы связь между двумя подсистемами.

Интерфейсы - это стандартизированные методы приема и передачи информации. Способы передачи не имеют значения. Будь то медный или волоконно-оптический кабель, или микроволновая радиосвязь, интерфейс предусматривает прием и передачу сигналов по одному и тому же каналу и в одном и том же формате. При использовании данной технологии различное оборудование различных производителей будет работать, взаимодействуя друг с другом. Возьмем в качестве примера интерфейс A-bis. Компания Tektronix утверждает что «A-bis» - это французский термин обозначающий «второй А интерфейс». Ну и ну! В большинстве случаев фактическое или физическое соединение происходит с помощью линии связи Т1 или её эквивалента в Европе Е1. Но, независимо от материалов, используемых при передаче информации, это, в первую очередь, протокол обмена сигналами.

Хоть интерфейс и не маркируется, мобильные коммутаторы соединяются с телефонной сетью посредством системы передачи сигналов 7 (SS7), соответствующей международным стандартам. В частности, они использует систему передачи сигналов ISUP (абонентская подсистема передачи сигналов для цифровых сетей интегрального обслуживания). Как описывает компания Performance Technologies в своем справочнике по системе передачи сигналов SS7, «ISUP определяет протокол и процедуры, используемые для настройки, управления и включения междугородних линий связи, по которым передаются голосовые и информационные данные через телефонную сеть общего пользования (PSTN). Подсистема ISUP используется для обоих типов звонков: через цифровую и через стационарную сеть».

Существует большая разница при использовании системы передачи сигналов SS7 в стационарных сотовых сетях и сетях GSM. Цифровые стандарты IS-136 и IS-95 также используют систему SS7, но для связи между регистрами собственных и роуминговых абонентов они применяют сетевой протокол IS-41. Что можно сказать о таинственном интерфейсе UM? Это радиосвязь между сотовым телефоном и базовой станцией. Интерфейс UM - это фактические радиочастоты, которые используются в процессе звонка. Возможно, аббревиатура расшифровывается как «мобильный пользователь». R.C. Levine хорошо освещает этот аспект: «Названия интерфейсов (A, Abis, B, C и т.д.) были произвольно назначены в алфавитном порядке. Название UM было взято из обозначения интерфейса U абонентской сети, используемого в цифровой сети ISDN. Хоть для этих букв и были предложены расшифровки, но произошло это уже после того, как их стали применять для обозначения интерфейсов».