Что такое хэндовер в сотовой связи

15

Хэндовер — Handover

В сотовой телекоммуникации термины хэндовер или передача обслуживания относится к процессу передачи текущего вызова или сеанса данных из одного канала, подключенного к базовой сети, на другой канал. В спутниковой связи это процесс передачи ответственности за управление спутником от одной земной станции к другой без потери или прерывания обслуживания.

Содержание

• 1 Терминология
• 2 Назначение
• 3 Типы
• 4 Сравнение
• 5 Возможность
• 6 Реализации
• 7 Причины сбоя
• 8 Вертикальное переключение
• 9 Приоритезация передачи обслуживания
• 10 Межсистемная и внутрисистемная передача обслуживания
• 11 См. Также
• 12 Ссылки
• 13 Внешние ссылки

Терминология

Американский английский использует термин передача обслуживания, и это наиболее широко используется в некоторых американских организациях, таких как 3GPP2, и в американских технологиях, таких как CDMA2000. В британском английском термин handover более распространен и используется в международных и европейских организациях, таких как ITU-T, IETF, ETSI и 3GPP и стандартизированы в рамках европейских стандартов, таких как GSM и UMTS. Термин «передача» чаще встречается в научных публикациях и литературе, в то время как передача несколько чаще встречается в организациях IEEE и ANSI.

В сфере телекоммуникаций могут быть разные причины, по которым может проводиться передача обслуживания:

• когда телефон удаляется из области, покрытой одной ячейкой, и входит в область, покрытую другой ячейкой, вызов переводится во вторую ячейку, чтобы избегать завершения вызова, когда телефон выходит за пределы диапазона первой ячейки;
• когда емкость для соединения новых вызовов данной ячейки исчерпана и существующий или новый звонок с телефона, который находится в область, перекрытая другой сотой, переносится в эту соту, чтобы высвободить некоторую емкость в первой соте для других пользователей, которые могут быть подключены только к этой соте;
• в не- CDMA сети, когда каналу, используемому телефоном, мешает другой телефон, использующий тот же канал в другом сотовом l, вызов передается на другой канал в той же соте или на другой канал в другой соте, чтобы избежать помех;
• снова в сетях без CDMA, когда поведение пользователя изменяется, например когда быстро перемещающийся пользователь, подключенный к большой ячейке зонтичного типа, останавливается, тогда вызов может быть передан в меньшую макроячейку или даже в микроячейку, чтобы освободить емкость зонтичной ячейки для других быстро перемещающихся пользователей и уменьшить потенциальные помехи для других сот или пользователей (это также работает в обратном направлении, когда обнаруживается, что пользователь движется быстрее определенного порога, вызов может быть передан в более крупную ячейку зонтичного типа, чтобы минимизировать частота передач обслуживания из-за этого перемещения);
• в сетях CDMA передача обслуживания (см. ниже) может быть вызвана для уменьшения помех меньшей соседней соте из-за «почти- far «, даже если телефон все еще имеет отличное соединение с его текущей ячейкой.

Самая простая форма передачи обслуживания — это когда phone текущий вызов перенаправляется из текущей ячейки (называемой источником) в новую ячейку (называемую целевой). В наземных сетях исходная и целевая соты могут обслуживаться двумя разными сотами или одной и той же сотой (в последнем случае две соты обычно называются двумя секторами на этой соте). Такая передача обслуживания, в которой источник и цель являются разными ячейками (даже если они находятся на одной и той же ячейке), называется передачей обслуживания между ячейками. Целью межсотовой передачи обслуживания является поддержание вызова, когда абонент покидает зону, покрытую исходной сотой, и входит в зону целевой соты.

Возможен особый случай, в котором источник и цель являются одной и той же сотой, и во время передачи обслуживания изменяется только используемый канал. Такая передача обслуживания, при которой ячейка не изменяется, называется передачей обслуживания внутри ячейки. Целью внутрисотового хэндовера является изменение одного канала, который может испытывать помехи или затухание, на новый, более четкий или менее затухающий канал.

В дополнение к приведенной выше классификации межсотовой и внутрисотовой классификации хэндоверов их также можно разделить на жесткие и мягкие хэндоверы:

Жесткий хэндовер Это канал, в котором канал в исходной ячейке освобождается, и только после этого задействуется канал в целевой ячейке. Таким образом, соединение с источником прерывается до того, как будет установлено соединение с целью, или «по мере того, как» будет выполнено соединение с целью — по этой причине такие передачи обслуживания также известны как прерывание перед установкой. Жесткая передача обслуживания должна выполняться мгновенно, чтобы свести к минимуму прерывание вызова. Жесткая передача обслуживания воспринимается сетевыми инженерами как событие во время разговора. Он требует наименьшей обработки со стороны сети, предоставляющей услуги. Когда мобильный телефон находится между базовыми станциями, он может переключаться с любой из базовых станций, поэтому базовые станции переключают связь с мобильным телефоном взад и вперед. Это называется «пинг-понг». Мягкая передача обслуживания — это передача, при которой канал в исходной ячейке сохраняется и некоторое время используется параллельно с каналом в целевой ячейке. В этом случае соединение с целью устанавливается до того, как соединение с источником будет разорвано, поэтому такая передача обслуживания называется «прервать соединение». Интервал, в течение которого два соединения используются параллельно, может быть коротким или значительным. По этой причине мягкая передача обслуживания воспринимается сетевыми инженерами как состояние вызова, а не как кратковременное событие. Мягкая передача обслуживания может включать использование соединений более чем с двумя сотами: соединения с тремя, четырьмя или более сотами могут поддерживаться одним телефоном одновременно. Когда вызов находится в состоянии мягкой передачи обслуживания, сигнал лучшего из всех используемых каналов может использоваться для вызова в данный момент или все сигналы могут быть объединены для получения более четкой копии сигнала. Последнее более выгодно, и когда такое объединение выполняется как в нисходящей линии связи (прямая линия связи ), так и в восходящей линии связи (обратная линия связи ) передача называется более мягкой. Более мягкая передача обслуживания возможна, когда соты, участвующие в передаче обслуживания, имеют один сотовый узел.

Передача обслуживания также может быть классифицирована на основе используемых методов передачи обслуживания. В общих чертах их можно разделить на три типа:

1. Хэндовер, управляемый сетью
2. Хэндовер с помощью мобильного телефона
3. Управляемый мобильным телефоном хэндовер

Сравнение

Преимущество жесткого хэндовера заключается в том, что в любой момент времени один звонок использует только один канал. Событие жесткой передачи действительно очень короткое и обычно не ощущается пользователем. В старых аналоговых системах это было слышно как щелчок или очень короткий гудок; в цифровых системах это незаметно. Еще одним преимуществом жесткого переключения является то, что аппаратное обеспечение телефона не должно быть способно принимать два или более каналов параллельно, что делает его дешевле и проще. Недостатком является то, что при сбое передачи обслуживания вызов может быть временно прерван или даже аварийно завершен. Технологии, которые используют жесткую передачу обслуживания, обычно имеют процедуры, которые могут повторно установить соединение с исходной сотой, если соединение с целевой сотой не может быть выполнено. Однако восстановление этого соединения не всегда возможно (в этом случае вызов будет прерван), и даже когда это возможно, процедура может вызвать временное прерывание вызова.

Одно преимущество мягкой передачи обслуживания состоит в том, что соединение с исходной сотой разрывается только тогда, когда установлено надежное соединение с целевой сотой, и, следовательно, вероятность того, что вызов будет завершен ненормально из-за неудачных передач обслуживания, ниже. Однако гораздо большее преимущество заключается в том, что одновременно поддерживаются каналы в нескольких сотах, и вызов может потерпеть неудачу только в том случае, если все каналы будут иметь помехи или замирают одновременно. Замирание и помехи в разных каналах не связаны между собой, и поэтому вероятность того, что они имеют место в один и тот же момент во всех каналах, очень мала. Таким образом, надежность соединения становится выше, когда вызов находится в режиме мягкой передачи обслуживания. Поскольку в сотовой сети большая часть переключений происходит в местах с плохим покрытием, где вызовы часто становятся ненадежными, когда их канал создает помехи или замирает, мягкие передачи обслуживания значительно улучшают надежность вызовов в этих местах, создавая помехи. или замирание в одном канале не критично. Это преимущество достигается за счет более сложного оборудования в телефоне, которое должно быть способно обрабатывать несколько каналов параллельно. Еще одна плата за мягкую передачу обслуживания — использование нескольких каналов в сети для поддержки только одного вызова. Это уменьшает количество оставшихся свободных каналов и, таким образом, снижает пропускную способность сети. Регулируя продолжительность мягких переключений и размер областей, в которых они происходят, сетевые инженеры могут уравновесить преимущество дополнительной надежности вызовов и цену уменьшенной емкости.

Возможность

Хотя теоретически мягкая передача обслуживания возможна в любой технологии, аналоговой или цифровой, стоимость их внедрения для аналоговых технологий непомерно высока, и ни одна из технологий, которые были коммерчески успешными в в прошлом (например, AMPS, TACS, NMT и т. д.) была эта функция. Из цифровых технологий те, которые основаны на FDMA, также имеют более высокую стоимость для телефонов (из-за необходимости иметь несколько параллельных радиочастотных модулей), а технологии, основанные на TDMA или Комбинация TDMA / FDMA, в принципе, позволяет не очень дорого реализовать мягкую передачу обслуживания. Однако ни одна из технологий 2G (второе поколение) не имеет этой функции (например, GSM, D-AMPS / IS-136 и т. Д.). С другой стороны, все технологии на основе CDMA, 2G и 3G (третье поколение), имеют мягкую передачу обслуживания. С одной стороны, этому способствует возможность разработки недорогого телефонного оборудования, поддерживающего мягкую передачу обслуживания для CDMA, а с другой стороны, это обусловлено тем фактом, что без мягкой передачи обслуживания сети CDMA могут страдать от значительных помех, возникающих из-за такого -названный эффект ближнего-дальнего.

Во всех современных коммерческих технологиях, основанных на FDMA или на комбинации TDMA / FDMA (например, GSM, AMPS, IS-136 / DAMPS и т. д.)) изменение канала во время жесткого хэндовера осуществляется путем изменения пары используемых частот передачи / приема .

Реализации

Для практической реализации хэндовера в сотовой сети каждой ячейке назначается список потенциальные целевые ячейки, которые можно использовать для передачи им вызовов из этой исходной ячейки. Эти потенциальные целевые ячейки называются соседями, а список — списком соседей. Создание такого списка для данной ячейки нетривиально, и используются специализированные компьютерные инструменты. Они реализуют различные алгоритмы и могут использоваться для ввода данных из полевых измерений или компьютерных прогнозов распространения радиоволн в областях, покрытых сотами.

Во время вызова один или несколько параметров сигнала в канале в исходной соте отслеживаются и оцениваются, чтобы решить, когда может потребоваться передача обслуживания. Направление нисходящей линии связи (прямая линия связи) и / или восходящей линии связи (обратная линия связи) может контролироваться. Передача обслуживания может быть запрошена телефоном или базовой станцией (BTS) его исходной соты, а в некоторых системах — BTS соседней соты. Телефон и BTS соседних ячеек отслеживают сигналы друг друга, и среди соседних ячеек выбираются лучшие целевые кандидаты. В некоторых системах, в основном на основе CDMA, целевой кандидат может быть выбран среди ячеек, которых нет в списке соседей. Это делается для того, чтобы снизить вероятность помех из-за вышеупомянутого эффекта «ближний-дальний».

В аналоговых системах параметрами, используемыми в качестве критериев для запроса аппаратной передачи обслуживания, обычно являются принятый и принятый отношение сигнал / шум (последнее можно оценить в аналоговой системе, вставив дополнительные тоны, с частотами сразу за пределами захваченного диапазона голосовых частот в передатчике и оценки формы этих тонов в приемнике). В цифровых системах 2G, отличных от CDMA, критерии для запроса жесткой передачи обслуживания могут быть основаны на оценках мощности принятого сигнала, частоты ошибок по битам (BER) и ошибок / стирания блоков (BLER), качество принятой речи (RxQual ), расстояние между телефоном и BTS (оценивается по задержке распространения радиосигнала) и другие. В системах CDMA, 2G и 3G наиболее распространенным критерием для запроса передачи обслуживания является соотношение, измеренное в (CPICH ) и / или RSCP.

. В системах CDMA, когда телефон находится в программном или более мягкий хэндовер подключается к нескольким сотам одновременно, он обрабатывает полученные параллельно сигналы с помощью рейк-приемника . Каждый сигнал обрабатывается модулем под названием rake finger. Обычная конструкция приемника граблей в мобильных телефонах включает три или более пальца граблей, используемых в состоянии мягкой передачи обслуживания для обработки сигналов от такого же количества ячеек, и один дополнительный палец, используемый для поиска сигналов от других ячеек. Набор ячеек, сигналы которых используются во время мягкой передачи обслуживания, называется активным набором. Если палец поиска находит достаточно сильный сигнал (с точки зрения высокого Ec / Io или RSCP) от новой ячейки, эта ячейка добавляется к активному набору. Ячейки в списке соседей (вызываемые в наборе соседей CDMA) проверяются чаще, чем остальные, и, таким образом, передача обслуживания с соседней ячейкой более вероятна, однако передача обслуживания с другими ячейками за пределами списка соседей также разрешена (в отличие от GSM, ИС-136 / DAMPS, AMPS, NMT и др.).

Причины сбоя

Есть случаи, когда передача обслуживания неуспешна. Этой проблеме посвящено много исследований. Источник проблемы был обнаружен в конце 1980-х годов. Поскольку частоты не могут быть повторно использованы в соседних ячейках, когда пользователь переходит из одной ячейки в другую, для вызова должна быть выделена новая частота. Если пользователь переходит в ячейку, когда все доступные каналы используются, вызов пользователя должен быть прекращен. Кроме того, существует проблема интерференции сигнала, когда соседние соты подавляют друг друга, что приводит к снижению чувствительности приемника.

Вертикальная передача обслуживания

Также существуют межтехнологические передачи обслуживания, когда соединение вызова передается от одной технологии доступа к другой, например вызов, передаваемый из GSM в UMTS или из CDMA IS-95 в cdma2000.

Стандарт 3GPP UMA / GAN обеспечивает передачу обслуживания GSM / UMTS в Wi-Fi и наоборот.

Приоритезация передачи обслуживания

Различные системы имеют разные методы обработки и управления запросом передачи обслуживания. Некоторые системы обрабатывают передачу обслуживания таким же образом, как и новый исходящий вызов. В такой системе вероятность того, что передача обслуживания не будет выполнена, равна вероятности блокировки нового исходящего вызова. Но если вызов прерывается внезапно в середине разговора, это раздражает больше, чем блокирование нового исходящего вызова. Таким образом, чтобы избежать этого внезапного завершения текущего запроса на передачу обслуживания, следует отдавать приоритет новому вызову, это называется приоритизацией передачи обслуживания.

Для этого есть два метода:

Концепция защитного канала В этом методе часть всех доступных каналов в соте зарезервирована исключительно для запроса передачи обслуживания от текущих вызовов, которые могут Организация очереди Организация очереди передачи обслуживания возможна, поскольку существует конечный временной интервал между моментом, когда уровень принятого сигнала падает ниже порога передачи обслуживания, и временем завершения вызова из-за недостаточного уровня сигнала. Величина задержки определяется на основе модели трафика конкретной зоны обслуживания.

Передача соединения (хэндовер)

В сотовой сети радиоресурсы и фиксированные линии связи в процессе вызова не остаются занятыми постоянно. Хэндовер (передача соединения), или хэндофф (handoff), как его называют в Северной Америке, — это переключение каналов и линий по мере перемещения подвижного объекта по различным каналам или ячейкам сотовой сети. Обнаружение и измерение уровня радиосигналов для хэндовера составляют одну из основных функций уровня управления радиоресурсами RRM (Radio Resources Management).

Хэндовер принято разделять на четыре типа, указанных соответствующими цифрами на рисунке:

1. Смена каналов в пределах одной базовой станции.
2. Смена канала одной базовой станции на канал другой станции, находящейся под управлением того же BSC.
3. Переключение каналов между базовыми станциями, контролируемыми разными BSC, но одним MSC
4. Переключение каналов между базовыми станциями, за которые отвечают не только разные BSC, но и разные MSC.

В общем случае проведение хэндовера — задача MSC. Но в двух первых случаях, называемых внутренними хэндоверами, чтобы снизить нагрузку на коммутатор и служебные линии связи, процесс смены каналов управляется BSC, a MSC лишь информируется о результате.

Первые два типа передачи соединения охватывают только один контроллер базовой станции. Чтобы сохранять способность обмена сигналами, достаточно взаимодействия BSC без использования управления из центра коммутации мобильной связи (MSC). После завершения передачи соединения (хэндовера) необходимо уведомить об этом событии MSC.

Последние два типа передачи соединения называются внешними передачами соединения и обрабатываются MSC, участвующими в соединении.

Хэндовер может быть инициализирован мобильной станцией или MSC. Как указывалось, MS по широковещательному каналу управления (ВССН) проводит сканирование не менее 16 соседних сот. формируется список шести лучших кандидатов на возможную передачу соединения, основанную на полученной напряженности поля сигналов. Эта информация передается к BSC и MSC не менее одного раза в секунду для использования алгоритмом передачи соединения.

Алгоритм определения момента времени, когда должно быть принято решение о передаче соединения (хэндовер), не определен в рекомендациях GSM. Есть два основных используемых алгоритма, тесно связанных с управлением мощностью. Это объясняется тем, что базовая станция обычно «не знает», является ли плохое качество сигнала следствием замирания из-за многолучевости или следствием перемещения мобильной станции к другой ячейке, что особенно часто имеет место при небольших городских ячейках.

Алгоритм «минимально допустимая характеристика» отдает приоритет управлению мощностью, а не передаче соединения (хэндоверу): когда сигнал ухудшается до некоторого заданного уровня, уровень мощности мобильной станции увеличивается посредством управления. Если дальнейшие увеличение мощности не улучшает сигнал, то начинается передача соединения (хэндовер). Это — наиболее простой и наиболее общий метод, но он создает эффект «расплывчатой границы» соты, когда мобильная станция передает сигналы, используя пиковую мощность при проходе некоторого расстояния вне границы ячейки исходной соты в другую соту.

Алгоритм «бюджета мощности» предоставляет приоритет хэндоверу, при этом целью является поддержание или улучшение качества сигнала при том же самом или более низком уровне мощности. При этом методе отсутствует проблема «расплывчатой границы» соты, что уменьшает межканальные помехи, но это весьма усложняет алгоритм.

Рассмотрим процесс обмена сигналами, показанный на рисунке как хэндовер 4-го типа. Ниже приводится его описание.

Хэндовер

В сотовой сети радиоресурсы и фиксированные линии связи в процессе вызова не остаются занятыми постоянно. Хэндовер (передача соединения), или хэндофф (handoff), как его называют в Северной Америке, — это переключении каналов и линий по мере перемещения подвижного объекта по различным канал и ячейкам сотовой сети. Обнаружение и измерение уровня радиосигналов для хэндовера составляют одну из основных функций уровня управления радиоресурсами RRM (RadioResourcesManagement).

Хэндовер принято разделять на четыре типа, указанных соответствующими цифрами на рис. 1.2:

Смена каналов в пределах одной базовой станции.

Смена каналов одной базовой станции на канал другой станции, находящейся под управлением того же BSC.

Переключение каналов между базовыми станциями, контролируемыми разными BSC, но однимMSC/

Переключение каналов между базовыми станциями, за которые отвечают не только разные BSC, но и разные MSC.

Рисунок 1.2 – Варианты хэндовера

В общем случае поведение хэндовера – задача MSC. Но в двух первых случаях, называемых внутренними хэндоверами, чтобы снизить нагрузку на коммутатор и служебные линии связи, процесс смены каналов управляется BSC, а MSC лишь информируется о результате.

Первые два типа передачи соединения охватывают только один контроллер базовой станции. Чтобы сохранять способность обмена сигналами, достаточно взаимодействия BSC без использования управления из центра коммутации мобильной связи (MSC). После завершения передачи соединения (хэндовера) необходимо уведомить об этом событии MSC.

Последние два типа передачи соединения называются внешними передачами соединения и обрабатываются MSC, участвующими в соединении.

Хэндовер может быть инициализирован мобильной станцией или MSC. Как указывалось, MS по широковещательному каналу управления (BCCH) проводит сканирование не менее 16 соседних сот, формируется список шести лучших кандидатов на возможную передачу соединения, основанную на полученной напряжённости поля сигналов. Эта информация передаётся к BSC и MSC не менее одного раза в секунду для использования алгоритмом передачи соединения.

Алгоритм определения момента времени, когда должно быть принято решение о передаче соединения (хэндовер), не определён в рекомендациях GSM. Есть два основных используемых алгоритма, тесно связанных с управлением мощностью. Это объясняется тем, что базовая станция обычно «не знает», является ли плохое качество сигнала следствием замирания из-за многолучёвости или следствием перемещения мобильной станции к другой ячейке, что особенно часто имеет место для небольших городских ячеек.

Алгоритм «минимально допустимая характеристика» отдаёт приоритет управлению мощностью, а не передаче соединения (хэндоверу): когда сигнал ухудшается до некоторого заданного уровня, уровень мощности мобильной станции увеличивается посредством управления. если дальнейшие увеличение мощности не улучшает сигнал, то начинается передача соединения (хэндовер). Это наиболее простой и наиболее общий метод, но он создаёт эффект «расплывчатой границы» соты, когда мобильная станция передаёт сигналы, используя пиковую мощность при переходе некоторого расстояния вне границы ячейки исходной соты в другую соту.

Алгоритм «бюджета мощности» представляет приоритет хэндоверу, при этом целью является поддержание или улучшение качества сигнала при том же самом или более низком уровне мощности, при этом методе отсутствует проблема «расплывчатой границы» соты, что уменьшает межканальные помехи, но весьма усложняет алгоритм.

Рассмотрим процесс обмена сигналами, показанный на рис. 1.3 как хэндовер 4-го типа (см рис. 1.2). Ниже приводиться его описание.

Когда MS включена, она периодически извещает о качестве сигналов BTS1 с помощью сообщения об измерении. Это сообщение передаётся в каждом SACCH (низкоскоростной совмещённый канал управления) с периодичностью 480 мсек. Сообщение об измерении содержит характеристики качества сигналов соседних ячеек.

Если качество сигнала хорошее, то MS не предпринимает никаких действий. Когда MS достигает границы между зонами обслуживания MSC2 и MSC1, она извещает BTS1 о то, что получила слабый сигнал.

BTS1 принимает решение об инициализации процесса хэндовера для того, чтобы улучшить качество обслуживания MS, и передаёт результаты измерений, включая измерения качества сигналов соседних ячеек BSC1.

BSC1 проводит анализ результатов измерения для того, чтобы определить зону обслуживания с лучшим качеством.

Если BSC1 решает запросить хэндовер, то он передаёт MSC1 номер используемой соты, список целевых сот с лучшими показателями, чем у используемой соты. При этом станция BTS2 включена в список целевых сот. На BSC1 включается таймер для того, чтобы ограничить время ожидания начала хэндовера (поступления сигнала от MSC1 о начале процесса хэндовера).

MSC1 передаёт запрос на хэндовер к MSC2. При этом из регистра MSC1 (это может быть VLR или HLR) передаются данные для маршрутизации и аутентификации. На MSC1 включается таймер для того, чтобы ограничить время ожидания начала хэндовера в зоне обслуживания MSC2 (время ответа от BSC2).

Запрос на передачу соединения обрабатывается на MSC2 как новый исходящий вызов, и выбирается канал для нового вызова. Новые данные записываются в VLR MSC2, который обеспечивает присвоение номера «блуждающей» подвижной станции (MSRN – Mobile Station Roaming Number). Процедурами установления подлинности во время обработки вызова управляет VLR MSC2.

Передаётся подтверждение запроса хэндовера от MSC2 (начало хэндовера) к MSC1. На MSC1 отключается таймер, ограничивающий время ожидания начала хэндовера (см. п. 6), так как получена команда о начале хэндовера. Если MSC1 был центром визита, то данные на VLR MSC1 стираются. Если он был домашним центром, то текущий адрес VLR абонента, содержащийся в HLR, обновляется.

MSC1 передаёт BSC1 сообщение о том, что соединение закончено.

BSC1 освобождает канал, информирует MSC1 о том, что разъединение закончено.

MSC1 освобождает оборудование и передаёт MSC2 сигнал окончания процедуры.

Рисунок 1.3 – Обмен сигналами при хэндовере

Роуминг – одна из самых важных функций сотовой связи. Необходимость в роуминге возникает каждый раз, когда абонент изменяет своё местоположение и перемещается в сеть, принадлежащую другому оператору.

Роуминг бывает локальный (переезд внутри города или его пригорода), национальный (в другой город или область) и международный (переезд в другую страну).

При перемещении абонента в другую сеть её цента коммутации (MSC/VLR) запрашивает информацию в первоначальной сети (MSC/HLR) и при наличии подтверждения полномочий абонента регистрирует его. Данные о местоположении абонента постоянно обновляются в центре коммутации первоначальной сети (MSC/VLR), и все поступающие туда вызовы автоматически переадресовываются в ту сеть, где в данный момент находиться абонент.

По способу регистрации различают следующие виды роуминга:

• Автоматический, то есть с возможностью провести процесс хэндовера;

• Полуавтоматический, когда предварительно следует оповестить оператора о намерении посетить соответствующий регион;

• Ручной, при котором абоненту вручается радиотелефон, включенный в сеть визита.

Для обеспечения роуминга необходимо выполнение следующих условий:

• Наличие в требуемых регионах сотовых систем стандарта, совместимого со стандартом компании, у которой был приобретён радиотелефон;

• Наличие соответствующих организационных и экономических соглашений о роуминговом обслуживании абонентов;

• Наличие между системами канало связи, обеспечивающих передачу звуковой, сигнальной и другой информации для роуминговых абонентов.

При организации роуминга недостаточно провести только технические мероприятия по соединению различных сетей сотовой связи. Очень важно ещё решить проблему взаиморасчётов между операторами этих сетей.

Кроме того, для организации передачи сигнальных сообщений при автоматическом роуминге требуется создать соответствующие сигнальные каналы и программное обеспечение. Это требует определённых затрат. Поэтому между областями обслуживания различных операторов существует большая потребность в обмене информацией по обслуживанию роуминговой связи.

30. Протоколы сети GSM. Общая структура. Рассмотренные выше функции регистрации (registration), аутентификации (authenticate), маршрутизации вызова (call routing), обновления координат местоположения, механизм передачи соединения (handover) выполняются подсистемой сети, главным образом используя протоколы сигнализации системы мобильной связи, основанные на протоколах системы ОКС-7. Сигнальный протокол разделен на 3 уровня в зависимости от интерфейса, учувствуют MS и BTS: Уровень 1 — физический уровень, который использует структуры канала, рассмотренные выше, по «воздушному интерфейсу». Уровень 2 — уровень звена передачи данных по интерфейсу Um, уровень звена передачи данных — это модифицированная версия процедуры LAPD, применяемой в ISDN, называемая LAPDm. Уровень 3 — протокол, использующий также модифицированную версию LAPD, самостоятельно разделен на три следующих подслоя.

Управление радиоресурсами (RRM — — Radio Resources Management) — управляет первоначальной установкой оконечных устройств, включением радио- и фиксированных каналов, их обслуживанием, а также обеспечивает процедуру хэндовера.

Управление передвижением (ММ — Mobility Management) — управляет обновлением местоположения и процедурами регистрации, а также защитой и аутентификацией.

Управление соединением (СМ — Connection Management) — осуществляет общий процесс управления установлением соединения и сигнализацией и управляет дополнительными услугами, а также службой передачи коротких сообщений.При взаимодействии базовой приемопередающей станции (BTS) с контроллером базовой станции (BSC) используется интерфейс Abis, который обеспечивает управление базовой приемопередающей станцией (BTSM — Base Transceiver Station Management).Передача сигналов между различными объектами в фиксированной части сети (интерфейс А) использует следующие протоколы: на уровне 1 — МТР (Message Transfer Part — подсистема передачи сообщений); на уровне 2 — SCCP (Signaling Connection Control Part — подсистема управления соединением канала сигнализации), принадлежащий системе сигнализации ОКС-7. На уровне 3 применяют перечисленные выше протоколы GSM — ММ и СМ. Подсистема третьего уровня BSSAP (BSS Application Part — прикладная часть системы базовой станции) предназначена для связи контроллера базовой станции (BSS) с центром коммутации мобильной связи (MSC).

Передача соединения (хэндовер)

В сотовой сети радиоресурсы и фиксированные линии связи в течение вызова не остаются занятыми постоянно. Хэндовер (передача соединения), или хэндофф (handoff), как его называют в Северной Америке, — это переключение каналов и линий по мере перемещения подвижного объекта по различным каналам или ячейкам сотовой сети. Обнаружение и измерение уровня радиосигналов для хэндовера составляют одну из основных функций уровня RRM (Radio Resources Management).

Хэндоверы принято разделять на четыре типа, указанных цифрами нарис.1.15:

1. Смена каналов в пределах одной базовой станции.

2. Смена канала одной базовой станции на канал другой станции, но находящейся под управлением того же BSC.

3. Переключение каналов между базовыми станциями, контролируемыми разными BSC, но одним MSC.

4. Переключение каналов между базовыми станциями, за которые отвечают не только разные BSC, но и разные MSC.

Рис. 1.15. Варианты хэндовера

В общем случае проведение хэндовера — задача MSC. Но в двух первых случаях, называемых внутренними хэндоверами, чтобы снизить нагрузку на коммутатор и служебные линии связи, процесс смены каналов управляется BSC, а MSC лишь информируется о происшедшем.

Первые два типа передачи соединения называются внутренними передачами соединения и включают только один контроллер базовой станции (BSC). Чтобы сохранять способность обмена сигналами, достаточно взаимодействия базовых станций (BSC), без использования управления центра коммутации мобильной связи (MSC). После окончания передачи соединения (хэндовера) необходимо уведомить об этом событии коммутации мобильной связи (MSC).

Последние два типа передачи соединения называются внешними передачами соединения и обрабатываются центрами коммутации мобильной связи (MSC), участвующими в соединении. Важный аспект — то, что первоначальный MSC (anchor MSC — анкерный центр), который обеспечивает доступ к сети, остается ответственным за большинство переключений.

Передачи соединения (хэндовер) могут быть инициализированы или мобильной станцией, или центром коммутации мобильной связи (MSC). MS по широковещательному каналу управления (BCCH) проводит сканирование не менее 16 соседних сот, и формируется список шести лучших кандидатов на возможную передачу соединения, основанную на полученной напряженности поля сигналов. Эта информация передается к BSC и MSC не менее одного раза в секунду для использования алгоритмом передачи соединения (хэндовера).

Алгоритм момента времени, когда должно быть принято решение передачи соединения (хэндовер), не определен в рекомендациях GSM. Есть два основных используемых алгоритма, оба тесно связаны с управлением мощностью. Это объясняется тем, что базовая станция (BSC) обычно не знает, является ли плохое качество сигнала следствием замирания из-за многолучевости или следствием перемещения мобильной станции к другой ячейке. Особенно часто это происходит при маленьких городских ячейках.

Алгоритм "минимально допустимая характеристика" дает приоритет управлению мощностью, а не передаче соединения (хэндоверу). Когда сигнал ухудшился до некоторой заданной точки, уровень мощности мобильной станции увеличивается с помощью управления. Если дальнейшее увеличение мощности не улучшает сигнал, то начинают передачу соединения (хэндовер). Это наиболее простой и наиболее общий метод, но он создает эффект "расплывчатой границы" соты, когда мобильная станция передает сигналы, используя пиковую мощность, проходя некоторое расстояние вне границы ячейки исходной соты в другую соту.

"Метод бюджета мощности" предоставляет приоритет передаче соединения (хэндоверу). Целью является поддержание или улучшение качества сигнала при том же самом или более низком уровне мощности. В этом случае отсутствует проблема "расплывчатой границы" соты и уменьшаются межканальные помехи, но весьма усложняется алгоритм.

Рассмотрим процесс обмена сигналами, показанный нарис.1.16, как хэндовер 4-го типа (см. рис.1.15). Ниже приводится его описание.

Рис. 1.16. Обмен сигналами при хэндовере

1. Когда MS включена, она периодически извещает о качестве сигналов BTS1 с помощью сообщения об измерении. Эти сообщения передаются в каждом SACHH (низкоскоростной выделенный канал управления) с периодичностью 480 мсек. Сообщение об измерении содержит измерения качества сигналов соседних ячеек.

2. Если качество сигнала хорошее, то MS не предпринимает никаких действий. Когда MS достигает границы между зонами обслуживания MSC2 и MSC1, она извещает BTS1, что получает слабый сигнал.

3. BTS1 принимает решение об инициализации процесса хэндовер для того, чтобы улучшить качество обслуживания MS, и передает результаты измерений BSC1, включая измерения качества сигналов соседних ячеек BSC1.

4. BSC1 проводит анализ результатов измерения, чтобы определить зону обслуживания с лучшим качеством.

5. Если BSC1 решает запросить хэндовер, то он передает MSC1 номер используемой соты и список целевых сот с лучшими показателями, чем у используемой соты. При этом станция BTS2 включена в список целевых сот. На BSC1 включается таймер, чтобы ограничить время ожидания начала хэндовера (поступления сигнала от MSC1 о начале процесса хэндовера).

6. MSC1 передает запрос на хэндовер к MSC2. При этом из регистра MSC1 (это может быть VLR или HLR) передаются данные для маршрутизации и аутентификации. На MSC1 включается таймер, чтобы ограничить время ожидания начала хэндовера в зоне обслуживания MSC2 (время ответа от BCS2).

7. На MSC2 запрос на передачу соединения обрабатывается как новый исходящий вызов и выбирается канал для нового вызова. Новые данные записываются в VLR MSC2. VLR MSC2 обеспечивает присвоение номера "блуждающей" подвижной станции (MSRN — Mobile Station Roaming Number). Процедурами установления подлинности во время обработки вызова управляет VLR MSC2.

8. Передача подтверждения запроса хэндовера от MSC2 (начало хэндовера) к MSC1. На MSC1 отключается таймер, ограничивающий время ожидания начала хэндовера (см. п. 7), так как получена команда о начале хэндовера. Если MSC1 был центром визита, то данные на VLR MSC1 стираются. Если он был домашним центром, то текущий адрес VLR абонента, содержащийся в HLR, также обновляется.

9. MSC1 передает сообщение BSC1, что соединение закончено.

10. BSС1 освобождает канал и информирует MSC1, что разъединение закончено.

11. MSC1 освобождает оборудование и передает MSC2 сигнал окончания процедуры.

Роуминг

Роуминг — одна из самых важных функций сотовой связи. Необходимость в роуминге возникает каждый раз, когда абонент изменяет свое местоположение и перемещается в сеть, принадлежащую другому оператору. Роуминг бывает локальный (переезд внутри города или в пригород), национальный (в другой город или область) и международный (переезд в другую страну).

При перемещении абонента в другую сеть ее центр коммутации мобильной связи (MSC/VLR) запрашивает информацию в первоначальной сети (MSC/HLR) и при наличии подтверждения полномочий абонента регистрирует его. Данные о местоположении абонента постоянно обновляются в центре коммутации первоначальной сети (MSC/HLR), и все поступающие туда вызовы автоматически переадресовываются в ту сеть, где в данный момент находится абонент.

По способу регистрации различают следующие виды роуминга:

· автоматический, т. е. с возможностью провести процесс хэндовера;

· полуавтоматический, когда предварительно следует оповестить оператора о намерении посетить соответствующий регион;

· ручной, при котором абоненту вручается радиотелефон, включенный в сеть визита.

Для обеспечения роуминга необходимо выполнение следующих условий:

· наличие в требуемых регионах сотовых систем стандарта, совместимого со стандартом компании, у которой был приобретен радиотелефон;

· наличие соответствующих организационных и экономических соглашений о роуминговом обслуживании абонентов;

· наличие каналов связи между системами, обеспечивающих передачу звуковой, сигнальной и другой информации для роуминговых абонентов.

При организации роуминга недостаточно провести только технические мероприятия по соединению различных сетей сотовой связи. Очень важно еще решить проблему взаиморасчетов между операторами этих сетей.

Кроме того, для организации передачи сигнальных сообщений при автоматическом роуминге нужно создать соответствующие сигнальные каналы и программное обеспечение. Это требует определенных затрат. Поэтому между областями обслуживания различных операторов должна быть большая потребность в обслуживании роуминговой связи— больше, чем просто трафик от "случайно заехавших" абонентов.

Краткие выводы:

· GSM (Global System for Mobile Communication), глобальная система для мобильной связи — это стандарт европейской мобильной наземной системы.

· Основные услуги, поддерживаемые GSM: телефонная связь, передача коротких сообщений, доступ к службам "Видеотекст", "Телетекст", "Телефакс" (группа 3).

· Особенностью GSM, которая отсутствует в старых аналоговых системах, является служба передачи коротких сообщений (SMS — Short Message Service). SMS — двунаправленное обслуживание коротких алфавитно-цифровых (не свыше 160 байтов) сообщений.

· Сеть GSM может быть разделена на две больших части: мобильные станции (MS), которые перемещаются с абонентом; подсистема базовых станций, которая управляет радиолинией связи с мобильной станцией.

· Мобильная станция (MS) состоит из подвижной аппаратуры (терминал) и карточки с интегральной схемой, включающей микропроцессор, которая называется модуль абонентской идентификации (SIM — Subscriber Identification Module).

· Подсистема базовых станций содержит два вида оборудования: базовая приемопередающая станция (BTS — Base Transceiver Station) и контроллер базовой станции (BSC — Base Station Controller).

· Центральный компонент подсистемы сети — центр коммутации мобильной связи (MSC). Он работает как обычный узел коммутации общедоступной телефонной сети (PSTN — Public Switched Telephone Network) или цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN — Integrated Service Digital Network). Дополнительно он обеспечивает все функциональные возможности мобильного абонента, такие как регистрация, аутентификация, обновление местоположения, передачи соединения (хэндовер) и управление маршрутизацией при передвижении абонента. Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя регистры: регистр домашнего местоположения (HLR) и регистр визитного местоположения (VLR).

· В HLR хранится та часть информации о местоположении какой-либо подвижной станции, которая позволяет центру коммутации доставить вызов определенной мобильной станции.

· С помощью визитного регистра местоположения VLR достигается функционирование подвижной станции за пределами зоны, контролируемой HLR.

· В сети подвижной связи GSM соты группируются в географические зоны (LA — Location Area), которым присваивается свой идентификационный номер (LAC — Location Area Code). Каждый VLR содержит данные об абонентах в нескольких LA.

· VLR обеспечивает присвоение номера для услуг роуминга мобильной станции (MSRN — Mobile Station Roaming Number). Кроме того, VLR управляет распределением новых временных мобильных опознавательных кодов станции (TMSI — Temporary Mobile Subscriber Identity) и передает их в HLR.

· Для защиты и аутентификации используются два устройства: регистр идентификации оборудования (EIR — Equipment Identity Register) и центр аутентификации (AuC — Authentication Center). Регистр опознавательного кода оборудования (EIR) — база данных, которая содержит список всей допустимой к обслуживанию подвижной аппаратуры на сети, где каждая мобильная станция идентифицирована ее международным опознавательным кодом мобильного оборудования (IMEI — International Mobile Equipment).

· ОМС (Operations and Maintenance Center) — центр эксплуатации и технического обслуживания, является центральным элементом сети GSM, который обеспечивает контроль и управление другими компонентами сети и контроль качества ее работы.

· NMC (Network Management Center) — центр управления сетью, позволяет вести рациональное иерархическое управление сетью GSM. Он обеспечивает эксплуатацию и техническое обслуживание на уровне всей сети, поддерживаемой центрами ОМС, которые отвечают за управление региональными сетями. NMC занимается управлением трафиком во всей сети и принимает диспетчерское управление сетью при сложных аварийных ситуациях, как, например, выход из строя или перегрузка узлов.

· ADC (Administration Center) — административный центр. Сетевая служба, ответственная за организацию связи, административное управление сетью и соблюдение установленных правил доступа.

· ТСЕ (Transcoder Equipment) — транскодер, обеспечивает преобразование выходных сигналов передачи речи и данных MSC (64 Кбит/с ИКМ) к виду, соответствующему рекомендациям GSM по радиоинтерфейсу.

· А-интерфейс — интерфейс между MSC и BSS (подсистема базовых станций –BSC+BTS), обеспечивает передачу сообщений для управления BSS, передачи вызова (хэндовер), управления при изменении местоположения.

· В-интерфейс — интерфейс между MSC и VLR. Когда MSC необходимо определить местоположение подвижной станции, он обращается к VLR.

· С-интерфейс — интерфейс используется для обеспечения взаимодействия между MSC и HLR.

· D-интерфейс — интерфейс между HLR и VLR, используется для расширения обмена данными о положении подвижной станции и управления процессом связи.

· Е-интерфейс — интерфейс между MSC, обеспечивает взаимодействие между разными MSC в осуществлении процедуры handover — "передачи" абонента из зоны в зону при его движении в процессе сеанса связи без ее перерыва.

· A_bis-интерфейс — интерфейс между BSC и BTS, служит для связи BSC с BTS и определен Рекомендациями ETSI/GSM для процессов установления соединений и управления оборудованием.

· О — интерфейс — интерфейс между BSC и ОМС, предназначен для связи BSC с ОМС, используется в сетях с пакетной коммутацией МККТТ Х.25.

· M-интерфейс — внутренний BSC-интерфейс контроллера базовой станции, обеспечивает связь между различным оборудованием BSC и оборудованием транскодирования.

· U_m — радиоинтерфейс — интерфейс между MS и BTS.

· X-интерфейс — сетевой интерфейс между ОМС разных сетей и сетью, так называемый управляющий интерфейс между ОМС и элементами сети.

· Способ организации связи, при котором одни и те же частоты многократно используются в разных зонах обслуживания, называется повторным использованием частот. Применение частотно-территориального планирования с повторным использованием частот позволяет увеличить пропускную способность при ограниченном количестве частотных каналов.

· Расстояние повторного использования частот (Frequency reuse distance) — расстояние между центрами двух удаленных сот, начиная с которого допускается повторное использование.

· Группа из близко расположенных сот, в пределах которых недопустимо повторное использование из-за опасности превышения уровня взаимных помех, называется кластером.

· Сота, в которой обслуживание абонентов осуществляется базовой станцией с секторной антенной, называется секторизованной сотой. В системах сотовой связи обычно используют антенны с шириной диаграммы направленности 120° (трехсекторная антенна). Применяются шестисекторные антенны — с шириной диаграммы направленности 60°.

· Сигнальные каналы радиоинтерфейса используются для установления вызова, широковещательной рассылки коротких сообщений (paging), технического обслуживания вызова, синхронизации и т. д.

· Имеются 3 группы сигнальных каналов: широковещательные каналы (BCH — Broadcast Channel), общие каналы управления (CCCH — Common Control Channels), специализированные каналы управления (DCCH — Dedicated Control Channel).

· При первой установке абонента в сети выполняется операция закрепления международного опознавательного кода мобильной станции (IMSI — International Mobile Station Identity). Обратная закреплению процедура — открепление — позволяет сети знать, что передвижная станция недостижима, и устраняет необходимость напрасно распределять каналы и передавать широковещательные сообщения.

· При подвижной связи в случае включенной мобильной станции осуществляется постоянное слежение за местоположением даже в случае отсутствия соединения. В частности, это необходимо для установления входящей связи.

· Так как к радиосреде имеют доступ много устройств и абонентов, требуется аутентифицировать пользователей. Эта процедура устанавливает подлинность и принадлежность к сети абонента и оборудования, определяет права и полномочия абонента и право доступа к сетевым ресурсам.

· Хэндовер (передача соединения) — это переключение каналов и линий по мере перемещения подвижного объекта по различным каналам или ячейкам сотовой сети.

· Есть два основных используемых алгоритма: алгоритм "минимально допустимая характеристика" дает приоритет управлению мощностью, а не передаче соединения (хэндоверу), а "метод бюджета мощности" предоставляет приоритет передаче соединения (хэндоверу).

· Роуминг — одна из функций сотовой связи. Необходимость в роуминге возникает каждый раз, когда абонент изменяет свое местоположение и перемещается в сеть, принадлежащую другому оператору. Роуминг бывает локальный (переезд внутри города или пригород), национальный (в другой город или область) и международный (переезд в другую страну).

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: