Как работают GSM-сети, краткие основы связи. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники /Мобильная связь

 Комментарии к статье

Сотовым телефоном пользовались практически все, но мало кто задумывался - как же все это работает? В данном литературном опусе мы попытаемся рассмотреть, как же происходит связь с точки зрения Вашего оператора связи.

Когда Вы набираете номер и начинаете звонить, ну, или Вам кто-нибудь звонит, то Ваш аппарат по радиоканалу связывается с одной из антенн ближайшей базовой станции.

Каждая из базовых станций содержит от одной до двенадцати приемо-передающих антенн, направленных в разные стороны, чтобы обеспечить связью абонентов со всех сторон. На профессиональном жаргоне антенны также называют "секторами". Вы их сами наверняка неоднократно видели - большие серые прямоугольные блоки.

От антенны сигнал по кабелю передается непосредственно в управляющий блок базовой станции. Совокупность секторов и управляющего блока обычно и называется - BS, Base Station, базовая станция. Несколько базовых станций, чьи антенны обслуживают какую-либо определенную территорию или район города, подсоединены к специальному блоку - так называемому LAC, Local Area Controller, "контроллер локальной зоны", часто называемому просто контроллером. К одному контроллеру обычно подключается до 15 базовых станций.

В свою очередь, контроллеры, которых также может быть несколько, подключены к самому центральному "мозговому" блоку - MSC, Mobile services Switching Center, Центр Управления Мобильными услугами, в простонародье более известный как коммутатор. Коммутатор обеспечивает выход (и вход) на городские телефонные линии, на других операторов сотовой связи и так далее.

То есть в итоге вся схема выглядит примерно так:

В небольших GSM-сетях используется только один коммутатор, в более крупных, обслуживающих более миллиона абонентов, могут использоваться два, три и более MSC, объединенных между собой.

Зачем же такая сложность? Казалось бы, можно антенны просто подключить к коммутатору - и все, никаких проблем бы не было... Но не все так просто. Дело тут в одном простом английском слове - handover. Этим термином обозначается эстафетная передача обслуживания в сотовых сетях. То есть, когда вы идете по улице или едите на машине (электричке, велосипеде, роликовых коньках, асфальтоукладчике...) и при этом разговариваете по телефону, то, для того чтобы связь не прерывалась (а она не прерывается), необходимо вовремя переключать Ваш телефон из одного сектора в другой, из одной BS в другую, из одной Local Area в другую и так далее. Соответственно, если бы сектора были напрямую подключены к коммутатору, то всеми этими переключениями пришлось бы управлять коммутатору, которому и без того есть, чем заняться. Многоуровневая схема сети дает возможность равномерно распределить нагрузку, что снижает вероятность отказа оборудования и, как следствие, потери связи.

Пример - если вы с телефоном переходите из зоны действия одного сектора в зону действия другого, то переводом телефона занимается управляющий блок BS, не затрагивая при этом "вышестоящие" устройства - LAC и MSC. Соответственно, если переход происходит между разными BS, то им управляет LAC и так далее.

Работу коммутатора следует рассмотреть чуть подробнее. Коммутатор в сотовой сети осуществляет практически те же функции, что и АТС в проводных телефонных сетях. Именно он определяет, куда Вы звоните, кто Вам звонит, отвечает за работу дополнительных услуг, и, в конце концов - вообще, определяет, можно ли звонить или нет.

На последнем пункте остановимся - а что происходит, когда Вы включаете свой телефон?

Вот, включаете Вы свой телефон. На Вашей SIM-карте есть специальный номер, так называемый IMSI - International Subscriber Identification Number, Международный Опознавательный Номер Абонента. Это номер уникален для каждой SIM-карты в мире, и как раз по нему операторы отличают одного абонента от другого. При включении телефона он посылает этот код, базовая станция передает его на LAC, LAC - на коммутатор, в свою очередь. Тут в действие вступают два дополнительных модуля, связанных с коммутатором - HLR, Home Location Register и VLR, Visitor Location Register. Соответственно, Регистр Домашних Абонентов и Регистр Гостевых Абонентов. В HLR хранятся IMSI всех абонентов, которые подключены к данному оператору. В VLR в свою очередь содержатся данные обо всех абонентах, которые в данный момент пользуются сетью данного оператора. IMSI передается в HLR (разумеется, в сильно зашифрованном виде; вдаваться подробно в особенности шифрования мы не будет, скажем только, что за этот процесс отвечает еще один блок - AuC, Центр Аутентификации), HLR, в свою очередь, проверяет - есть ли у него такой абонент, и, если есть, то не заблокирован ли он, например, за неуплату. Если все в порядке, то этот абонент прописывается в VLR и с этого момента может совершать звонки. У крупных операторов может быть не один, а несколько параллельно работающих HLR и VLR. А теперь попробуем все вышесказанное отобразить на рисунке:

Вот мы вкратце рассмотрели, как работает сотовая сеть. На самом деле там все куда сложнее, но если описывать все как есть досконально, то данное изложение по объему вполне может превысить "Войну и мир".

Далее мы рассмотрим, а как (и главное - за что!) оператор списывает у нас деньги со счета. Как Вы уже наверное слышали, тарифные планы бывают трех разных типов - так называемые "кредитные", "авансовые" и "припейд", от английского Pre-Paid, то есть предоплаченный. В чем же различие? Рассмотрим, как может происходить списание денег при разговоре:

Допустим, Вы куда-либо позвонили. На коммутаторе зафиксировалось - абонент такой-то звонил туда-то, поговорил, допустим, сорок пять секунд.

Первый случай - у Вас кредитная или авансовая система оплаты. В таком случае происходит следующее: данные о Ваших и не только Ваших звонках накапливаются в коммутаторе и затем, в порядке общей очереди, передаются в специальный блок, называемый Биллингом, от английского to bill - платить по счетам. Биллинг отвечает за все вопросы, связанные с деньгами абонентов - рассчитывает стоимость звонков, списывает абонентскую плату, списывает деньги за услуги и так далее.

Скорость передачи информации из MSC в Биллинг зависит от того, какова вычислительная мощность биллинга, или, другими словами, с какой скоростью он успевает переводить технические данные о совершенных звонках в непосредственные деньги. Соответственно, чем больше абоненты разговаривают, или чем более "тормозной" биллинг, тем медленнее будет двигаться очередь, соответственно, тем больше будет задержка между самим разговором и фактическим списанием денег за этот разговор. С этим фактом связано часто высказываемое некоторыми абонентами недовольство - "Мол, деньги воруют! Два дня не разговаривал - энную сумму списали...". Но при этом совсем не учитывается, что за разговоры, которые происходили, например, три дня назад, деньги-то сразу и не списали... Хорошее люди стараются не замечать... А в эти дни, например, биллинг мог просто не работать - из-за аварии, или из-за того, что его как-нибудь модернизировали.

В обратную сторону - от биллинга к MSC - стоит другая очередь, в которой биллинг сообщает коммутатору о состоянии счетов абонентов. Опять же довольно частый случай - задолженность счета может достигать нескольких десятков долларов, а по телефону еще можно звонить - это как раз из-за того, что "обратная" очередь еще не подошла и коммутатор пока не знает о том, что Вы злостные неплательщик и Вас давно надо заблокировать.

Авансовый же от кредитного тарифы отличаются лишь способом расчета с абонентом - в первом случае человек вносит какую-либо сумму на счет, и деньги за разговоры постепенно вычитаются из этой суммы. Это способ удобен тем, что позволяет в какой-то мере планировать и ограничивать свои расходы на связь. Второй вариант - кредитный, при котором суммарная стоимость всех разговоров за какой-либо период ("биллинговый цикл"), обычно за месяц, выставляется в виде счета, который абонент должен оплатить. Кредитная система удобна тем, что страхует Вас от тех случаев, когда срочно необходимо позвонить, а деньги на счету вдруг закончились и телефон заблокирован.

Припейды устроены совсем по-другому:

В припейде биллинг как таковой обычно называют "Припейд платформой".

Непосредственно в момент начала телефонного соединения устанавливается прямая связь между коммутатором и припейд платформой. Никаких очередей, данные передаются в обе стороны непосредственно в процессе разговора, в режиме реального времени. В связи с этим припейдам присущи следующие характерные черты - это отсутствие абонентской платы (так как нет такого понятия, как биллинговый период), ограниченный набор дополнительных услуг (их технически трудно тарифицировать в режиме "реального времени"), невозможность "уйти в минус" - разговор просто прервется, как только кончатся деньги на счету. Явным достоинством припейдов является возможность точно контролировать количество денег на счету, и, как следствие, свои расходы.

В припейдах еще иногда наблюдается некоторое забавное явление - если припейд платформа по каким либо причинам отказывается работать, например, из-за перегрузки, то, соответственно, для абонентов припейд-тарифов в это время все звонки становятся абсолютно бесплатными. Что, собственно, их - абонентов - не может не радовать.

А как же рассчитываются наши деньги, когда мы разговариваем, находясь в роуминге? Да и как вообще телефон работает в роуминге? Что же, попробуем ответить и на эти вопросы:

Номер IMSI состоит из 15-ти цифр, и первые 5 цифр, так называемые СС - Country Code (3 цифры) и NC - Network Code (5 цифр) - четко характеризуют оператора, к которому подключен данный абонент. По этим пяти цифрам VLR гостевого оператора находит HLR домашнего оператора и смотрит в нем - а, собственно, можно ли этому абоненту пользоваться роумингом у данного оператора? Если да, то IMSI прописывается у VLR гостевого оператора, а в HLR домашнего - ссылка на тот самый гостевой VLR, чтобы знать, где искать абонента.

Со списанием денег в биллинге ситуация тоже не очень простая. Из-за того, что звонки обрабатывает гостевой коммутатор, но деньги подсчитывает свой, "домашний" биллинг, вполне возможны большие задержки в списании средств - до месяца. Хотя существуют и системы, например, "Camel2", которые и в роуминге работают по принципу припейда, то есть списывают деньги в реальном времени.

Тут возникает очередной вопрос - а за что списываются деньги в роуминге? Если "дома" все понятно - есть четко прописанные тарифные планы, то с роумингом ситуация другая - денег списывают много и непонятно, за что. Ну что же, попробуем разобраться:

Все телефонные звонки в роуминге делятся на 3 основных категории:

Входящие звонки - в таком случае стоимость звонка складывается из:

Стоимости международного звонка из дома в гостевой регион
+
Стоимость входящего звонка у гостевого оператора
+
Некая надбавка, зависящая от конкретного гостевого оператора

Исходящий звонок домой:

Стоимость международного звонка из гостевого региона домой
+
Стоимость исходящего звонка у гостевого оператора

Исходящий звонок по гостевому региону:

Стоимость исходящего звонка у гостевого оператора
+
Некая надбавка, зависящая от конкретного оператора

Как видно, стоимость звонков в роуминге зависит только от двух вещей - от того, к какому оператору абонент подключен дома и того, каким оператором абонент пользуется в гостях. При этом выявляется одна очень важная вещь - стоимость минуты в роуминге абсолютно не зависит от выбранного абонентом тарифного плана.

Хотелось бы добавить еще одно замечание - если два телефона одного оператора вместе находятся в роуминге у другого оператора (ну, например, двое друзей поехали отдыхать), то разговаривать им друг с другом выйдет весьма накладно - звонящий платит, как за исходящий домой, а принимающий звонок - как за входящий из дома. Это один из недостатков стандарта GSM - то, что связь в этом случае идет через дом. Хотя технически вполне реально устроить связь "напрямую", но кто из операторов на это пойдет, если можно оставить все как есть и зарабатывать деньги?

Еще один вопрос, в последнее время часто интересующий владельцев более чем одного мобильного телефона - а сколько будет стоить переадресованный звонок с одного телефона на другой? И на этот вопрос ответить вполне реально:

Допустим, с телефона B установлена переадресация на телефон С. С телефона А звонят на телефон B - соответственно, звонок переадресовывается на аппарат С. В этом случае платят:

Телефон А - как за исходящий на телефон В
(вообщем-то, это логично - ведь он на него и звонит)
Телефон В - платит цену переадресации
(обычно несколько центов за минуту)
+
стоимость международного звонка из региона, где зарегистрирован В, в регион, где зарегистрирован С
(если телефоны одного региона, то это составляющая равна нулю).
Телефон С - платит как за входящий с телефона А

В завершении тем хотелось бы упомянуть еще один тонкий момент - а сколько будет стоить переадресация в роуминге? А вот тут начинается самое интересное:

Например, в телефоне стоит переадресация по условию занятости на домашний номер. Тогда при входящем звонке образуется так называемая "роуминговая петля" - звонок пойдет на домашний телефон через гостевой коммутатор, соответственно, стоимость такого переадресованного звонка для роумера будет равна сумме стоимостей входящего и исходящего домой звонков плюс еще стоимость самой переадресации. И что забавно при этом - роумер может даже не знать, что подобный звонок имел место быть, и впоследствии удивиться, увидев счет за связь.

Отсюда следует практический совет - при поездках желательно отключать все виды переадресации (можно оставить только безусловную - в этом случае "роуминговой петли" не получается), особенно переадресации на голосовую почту - иначе впоследствии можно долго удивляться - "Куда ж это деньги делись-то, а?".

Список терминов, использовавшихся в тексте

AuC - Autentification Center, Центр Аутентификации, отвечает за кодирование информации при передаче в сети и приеме из сети
Billing - Биллинг, система учета денежных средств у оператора
BS - Base Station, базовая станция, несколько приемо-передающих антенн, принадлежащих одному управляющему устройству.
Camel2 - одна из систем Prepaid, в которой реализовано мгновенное списывание средств в роуминге
CC - Country Code, код страны в стандарте GSM (для России - 250)
GSM - Global System for Mobile Communications, самый распрострастраненный в мире стандарт сотовой связи
Handover - передача управления трубкой от одной антенны/базовой станции/LAC к другой
HLR - Home Location Register, реестр домашних абонентов, содержит подробную информацию о всех абонентах, подключенных к данному оператору.
IMEI - International Mobile Equipment Identification, международный серийный номер оборудования в стандарте GSM, уникален у каждого аппарата
IMSI - International Mobile Subscriber Identification, международный серийный номер подписчика на услуги стандарта GSM, уникален у каждого абонента
LAC - Local Area Controller, Контроллер Локальной Зоны, устройства, управляющее работой некоторого количесва базовых станций, чьи антенны обслуживают опеределенную территорию.
Local Area - Локальная зона, территория, обслуживаемая BS, входящими в состав одного LAC
MSC - Mobile services Switching Center, Центр Управления Мобильными услугами, коммутатор - центральное звено сети GSM.
NC - Network Code, Сетевой Код, код конкретного оператора в данной стране в стандарте GSM (для MTS - 01, BeeLine - 99).
Prepaid - Припейд, предоплата - система биллинга, основанная на мгновенном списании средств.
Roaming - Роуминг, пользование сетью другого, "гостевого" оператора.
SIM - Subscriber Identification Module, Модуль Опознавания Абонента, СИМ-карта - электронный блок, вставляемые в телефон, на котором записан IMSI абонента.
VLR - Visitor Location Register, реестр активных абонентов - содержит информацию об всех абонентах, кто в данный момент пользуется услугами данного оператора.

Публикация: cxem.net

Смотрите другие статьи раздела Мобильная связь.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Гибридно-электрическое воздушное такси Plana 19.10.2022 Корейский стартап Plana Aero приступил к работе над новым дальнемагистральным гибридно-электрическим воздушным такси вертикального взлета и посадки, предназначенным для перевозки до семи человек на расстояние около 350 миль (500 км) со скоростью до 217 миль в час (350 км/ч). eVTOL на концепт-рендерах выглядит довольно уникально: его длинный тонкий фюзеляж превращается в верхнюю часть основного крыла. Двигательная установка представляет собой конструкцию с полным вектором тяги, в которой используются большие наклонные пятилопастные электрические винты. Два установлены на канардах, два на наружных передних кромках основного крыла, а третья пара расположена ближе к фюзеляжу на задней кромке основного крыла. Два задних винта наклоняются вниз для операций вертикального взлета и посадки, а другие наклоняются вверх. Это потому, что они настроены как толкатели для круизного режима; если бы они наклонялись вверх, как другие, им пришлось изменить свое вращение при переходе в крейсерский полет. Это хорошо для динамики полета, но с другой стороны эти большие винты размещаются прямо на высоте человека. Как большая, гибридная, дальнемагистральная и относительно высокоскоростная конструкция этот eVTOL выглядит хорошим кандидатом на роль регионального воздушного транспорта. Согласно дорожной карте Plana, к 2024 году будет построен демонстрационный самолет, а к 2028 году будет запущена в производство полностью сертифицированная машина.

Другие интересные новости:

▪ Высокопроизводительные коммутаторы Allied Telesis x930

▪ Мини-робот для исследований Луны

▪ Восприятие цвета меняется по временам года

▪ Орбитальное соединение кубитов улучшают квантовые вычисления

▪ На лифте через дорогу

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Эффектные фокусы и их разгадки. Подборка статей

▪ статья Гвозди бы делать из этих людей. Крылатое выражение

▪ статья Кто изобрел аэростат? Подробный ответ

▪ статья Чиа. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Малярные краски. Простые рецепты и советы

▪ статья Импульсный сетевой блок питания УМЗЧ, 200-240/10,20,25 вольт 3 ампера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025