Все-симки.ру Основные части системы gsm, их назначение и взаимодействие друг
с другом.
Начнем с самого сложного и, пожалуй, скучного – рассмотрения скелета
(или, как принято говорить на военной кафедре моего Alma Mater, блок-схемы)
сети. При описании я буду придерживаться принятых во всем мире англоязычных
сокращений, конечно, давая при этом их русскую трактовку.
Посмотрите на рис. 1:
Рис.1 упрощенная архитектура сети gsm.
Самая простая часть структурной схемы – переносной телефон, состоит
из двух частей: собственно “трубки” – МЕ (Mobile
Equipment – мобильное устройство) и смарт-карты SIM
(Subscriber Identity Module – модуль идентификации абонента), получаемой
при заключении контракта с оператором.
Как любой автомобиль снабжен
уникальным номером кузова, так и сотовый телефон имеет собственный
номер – IMEI (International Mobile Equipment Identity
– международный идентификатор мобильного устройства), который может
передаваться сети по ее запросу (более подробно про IMEI
можно узнать здесь ).
SIM,
в свою очередь, содержит так называемый IMSI (International
Mobile Subscriber Identity – международный идентификационный номер
подписчика). Думаю, разница между IMEI и IMSI
ясна – IMEI соответствует конкретному телефону, а
IMSI – определенному абоненту.
“Центральной нервной системой” сети является NSS
(Network and Switching Subsystem – подсистема сети и коммутации),
а компонент, выполняющей функции “мозга” называется MSC
(Mobile services Switching Center – центр коммутации).
Именно последний
всуе называют (иногда с придыханием) “коммутатор”, а также,
при проблемах со связью, винят во всех смертных грехах. MSC
в сети может быть и не один (в данном случае очень уместна аналогия
с многопроцессорными компьютерными системами) – например, на момент
написания статьи московский оператор Билайн внедрял второй коммутатор
(производства Alcatel).
MSC занимается маршрутизацией
вызовов, формированием данных для биллинговой системы, управляет многими
процедурами – проще сказать, что НЕ входит в обязанности коммутатора,
чем перечислять все его функции.
Следующими по важности компонентами сети, также входящими в NSS,
я бы назвал HLR (Home Location Register – реестр
собственных абонентов) и VLR (Visitor Location Register
– реестр перемещений).
Обратите внимание на эти части, в дальнейшем
мы будем часто упоминать их. HLR, грубо говоря, представляет
собой базу данных обо всех абонентах, заключивших с рассматриваемой
сетью контракт. В ней хранится информация о номерах пользователей
(под номерами подразумеваются, во-первых, упоминавшийся выше IMSI,
а во-вторых, так называемый MSISDN-Mobile Subscriber
ISDN, т.е. телефонный номер в его обычном понимании), перечень доступных
услуг и многое другое – далее по тексту часто будут описываться параметры,
находящиеся в HLR.
В отличие от HLR, который в системе один, VLR`ов
может быть и несколько – каждый из них контролирует свою часть сети.
В VLR содержатся данные об абонентах, которые находятся
на его (и только его!) территории (причем обслуживаются не только
свои подписчики, но и зарегистрированные в сети роумеры).
Как только
пользователь покидает зону действия какого-то VLR,
информация о нем копируется в новый VLR, а из старого
удаляется. Фактически, между тем, что есть об абоненте в VLR
и в HLR, очень много общего – посмотрите таблицы,
где приведен перечень долгосрочных (табл.1) и временных (табл.
2 и
3) данных об абонентах, хранящихся в этих реестрах. Еще раз обращаю
внимание читателя на принципиальное отличие HLR от
VLR: в первом расположена информация обо всех подписчиках
сети, независимо от их местоположения, а во втором – данные только
о тех, кто находится на подведомственной этому VLR
территории.
В HLR для каждого абонента постоянно
присутствует ссылка на тот VLR, который с ним (абонентом)
сейчас работает (при этом сам VLR может принадлежать
чужой сети, расположенной, например, на другом конце Земли).
Таблица 1. Полный состав долгосрочных данных, хранимых в HLR
и VLR.
Таблица 2. Полный состав временных данных, хранимых в HLR.
Таблица 3. Полный состав временных данных, хранимых в VLR.
NSS содержит еще два компонента – AuC
(Authentication Center – центр авторизации) и EIR
(Equipment Identity Register – реестр идентификации оборудования).
Первый блок используется для процедур установления подлинности абонента,
а второй, как следует из названия, отвечает за допуск к эксплуатации
в сети только разрешенных сотовых телефонов.
Исполнительной, если так можно выразиться, частью сотовой сети,
является BSS (Base Station Subsystem – подсистема
базовых станций). Если продолжать аналогию с человеческим организмом,
то эту подсистему можно назвать конечностями тела.
BSS
состоит из нескольких “рук” и “ног” – BSC
(Base Station Controller – контроллер базовых станций), а также множества
“пальцев” – BTS (Base Transceiver Station
– базовая станция).
Базовые станции можно наблюдать повсюду – в городах,
полях (чуть не сказал “и реках”) – фактически это просто
приемно-передающие устройства, содержащие от одного до шестнадцати
излучателей. Каждый BSC контролирует целую группу
BTS и отвечает за управление и распределение каналов,
уровень мощности базовых станций и тому подобное. Обычно BSC
в сети не один, а целое множество (базовых станций же вообще сотни).
Управляется и координируется работа сети с помощью OSS (Operating
and Support Subsystem – подсистема управления и поддержки). OSS состоит
из всякого рода служб и систем, контролирующих работу и трафик – дабы
не перегружать читателя информацией, работа OSS ниже рассматриваться
не будет.
Бс на колесах
Не всегда возможно быстро распределить мощность стационарных базовых станций (БС) для поддержки конкретного объекта во время аварий или перегрузок сети. В этой ситуации могут помочь мобильные БС, которые устанавливаются непосредственно на шасси.
Первые мобильные БС, установленные на небольших грузовиках и рассчитанные на работу во время частых землетрясений в стране, начали прибывать в Японию. Даже если инфраструктура полностью разрушена, несколько таких мобильных станций могут создать пригодную для использования мобильную сеть.
Один грузовик имел бензиновый генератор для питания, а радиус действия ячейки составлял около 800-1200 м.
В рабочем режиме мобильные PB помогают увеличить пропускную способность сети во время массовых мероприятий, таких как футбольные матчи, концерты мировых звезд и др.
Такие системы также могут быть доставлены по воздуху в любое место, а их базовые станции уничтожены.
Целая программа по развитию мобильных БС была разработана некоторыми операторами сотовой связи в США в связи с многочисленными природными катастрофами.
Всего у Verizon Wireless более десятка грузовиков, оснащенных базовыми станциями сотовой связи и расположенных в разных штатах. Кроме того, они позволяют быстро создать “отдельную” сеть для служб быстрого реагирования.
Кроме того, спасателям и сотрудникам специальных служб предоставляется приоритетный доступ к информации. В этих 11-тонных грузовиках также есть топливо, генератор и спальные помещения для обслуживающего персонала для использования в чрезвычайных ситуациях.
Одна из самых интригующих моделей – мобильный BS от “ВымпелКома”. Идея проекта – “Я беру с собой все, что у меня есть”.
Для стационарных абонентов также доступна “Связь на колесах”. Сейчас, когда у нас есть мобильные устройства и телефонные линии, это менее актуально. Однако раньше (в 1920-х годах) станции мобильной телефонной связи, сделанные из самых обычных “газелей”, выручали в случае аварий на подстанциях “подводной связи”.
Такая антенна когда-то использовалась М ГТС для связи с базовой станцией (БС), и ее радиус действия достигал 40 км. Мобильная станция могла подключиться к сети общего пользования и обеспечить связь в случае аварии или чрезвычайной ситуации с помощью радиоволн, которые могли распространяться на расстояние до 1,5 км от автомобиля.
За каждой передвижной переговорной станцией обычно закреплялось от 12 до 70 радиолиний. Для обеспечения связи в случае взрыва газа на Озерной улице в Москве были установлены передвижные станции.
Однако большинство абонентов имеют сотовые телефоны, поэтому наличие таких станций не является обязательным условием.
Мобильные БС используются операторами сотовой связи в России и СНГ. Несмотря на то, что мобильные БС для сотовой связи дороже мобильных VSAT-станций из-за широкого использования оборудования и дополнительных систем.
Независимая дизель-электрическая станция и система кондиционирования воздуха составляют типичное содержание таких решений (как, например, мобильная станция компании “ВымпелКом”).
В автомобилях или контейнерах на стойках может быть установлено оборудование базовых станций сотовой связи.
Решение “ВымпелКома” вмещает оборудование базовых станций GSM-диапазона 900/1800 МГц в аппаратной, что позволяет работать в сетях двух интеграторов – Alcatel и Ericsson.
Мобильные БС просто “прицепляются” к грузовику, но они также могут быть в контейнерах.
На автомобилях трех основных категорий – микроавтобусах (в первую очередь “Газелях”) и грузовых транспортерах высокой проходимости – установлены мобильные базовые станции.
Тракторы от военных ракетных комплексов типа “Точка-У” или “Искандер” – еще один редкий четырехосный автомобиль, доступный для покупки, но это единичные экземпляры, не входящие ни в одну серию.
Мачта антенны, высота которой обычно не превышает 12 м (как правило), возводится вручную или с помощью подъемного механизма. Для этого требуется гидравлическая опора, которая может быть поднята на высоту 25 метров или выше.
Вы также можете использовать радиорелейное или лазерное оборудование, если решите подключиться к сети базовой станции сотовой связи. В общем случае скорость передачи данных от станции к базовой сети и обратно составляет 512 Кбит/с. Для организации более высокоскоростной передачи можно использовать только внешний выделенный спутниковый канал (например, при антенне диаметром 1,2 м внутренний выделенный спутник не сможет обеспечить скорость выше 500 Мбайт).
Вполне возможно, что в корпусе такой системы помимо спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС можно найти оборудование для мониторинга и измерения мобильной сети.
Установка комплекса на базе автомобиля “Газель” – еще один вариант мобильной БС. Поскольку VSAT-антенны в данной ситуации ставить некуда, приходится заморачиваться с внешней опорой для антенн сотовой сети.
На открытой местности за пределами городов типичная мобильная базовая станция имеет большую мощность, чем трехсекционная, и может поддерживать до 300 дополнительных голосовых каналов на расстоянии 10 км. В России доступны для приобретения только один или два таких комплекса.
В случае техногенных катастроф, таких как отключение электроэнергии или повреждение башен базовых станций, которые делают невозможным поддержание связи с фиксированными базовыми станциями, ), такое разрешение получается в считанные минуты; однако оператор должен с осторожностью относиться к увеличению емкости сети во время массовых мероприятий. Операторы должны заранее позаботиться о расширенном резервировании сети; устранение последствий аварии позволит сократить время восстановления системы после сбоя на 40% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года.
Сотовая подземка
В крупных мегаполисах метро все увереннее занимает лидирующие позиции. Для Москвы и Санкт-Петербурга типичная скорость движения на поверхности составляет 15-20 километров в час, в то время как средняя скорость в Москве – 60 километров в час.
Наземный трафик есть и здесь.
На некоторых станциях российского метро, например в Новосибирске или Самаре, почти все линии соединены.
Установка и обслуживание коммуникационного оборудования в тоннелях метрополитена.
При проектировании средств связи операторы метрополитена всегда придерживались простого правила: связь не должна прерываться даже на долю секунды. Поэтому, пользуясь эскалатором или метро, легко заметить белые прямоугольники, представляющие собой антенны базовых станций.
Для того чтобы сохранить архитектурную целостность станций прошлого века, их накрывают на станциях. Все это говорит о том, что на станции метро возможна сотовая связь. Как проверить на картах, есть ли связь – для пользователей
, ”
” и ”
Антенны сотовой связи – это небольшие белые или серые коробки, расположенные у станций.
В соответствии с типологией существует всего два типа сетей метрополитена. Правило “одна станция – одна БС” является основой, на которой строится большинство сетей метрополитена. БС устанавливаются в верхних вестибюлях на центральных станциях, что позволяет обеспечить качественную связь без необходимости дополнительных мер предосторожности.
Сеть МТС расположена в центре Москвы, а сети операторов “большой тройки” присутствуют в каждом регионе. Существует и третий вариант: каждая базовая станция обслуживает несколько станций метро в зависимости от топологии сети. На платформах сигналы принимаются от пользователей и передаются в базовую сеть через ретрансляторы, которые используют для этого высокоскоростные каналы связи.
Такая топология позволяет создать систему динамического управления емкостью в дополнение к сотовой сети. В Москве существует сеть “ВымпелКома” и “МегаФона”.
Как выглядит оборудование связи в технических туннелях?
Иногда они соединяют тоннели и перекрывают их, но это имеет смысл только в том случае, если география прокладки очень прямолинейна. Московский метрополитен использует голосовую связь EDGE для всех станций и тоннелей вдоль кольцевой линии.
Для M TS потребовалось 12 ретрансляторов на станциях, 80 км оптического кабеля и 40 км излучающего кабеля. Для покрытия туннелей “ВымпелКом” использует излучающий кабель, оснащенный выносными антеннами и усилителями сигнала.
Сигнал остается сильным и проходит через несколько усилителей, пока поезд движется по тоннелю.
Эта стратегия была отвергнута петербургским метрополитеном из-за слишком большого перепада высот, слишком большого количества крутых поворотов и плохой связи. Операторы, работающие в метрополитене Санкт-Петербурга, использовали в качестве примера участок пути между двумя узловыми станциями.
В туннеле имеются различные виды антенн и фидеров.
Построение сети обычно включает два этапа. Второй этап – выбор и установка необходимого оборудования. Монтажникам разрешается проводить тестовые работы в метро только в ночное время.
На каждой станции работают 1-2 бригады по три-четыре человека. Только во вспомогательных помещениях, которые находятся очень близко к метро, возможна непрерывная работа в тоннелях.
Кроме того, в метро 1950-х годов просто не было достаточной нагрузки на электрическую сеть, чтобы поддерживать сотовое оборудование в плане связи.
Оборудование для конкурирующих предприятий теперь находится в метро как минимум “рядом друг с другом”.
Техническое пространство было очень маленьким, когда строились старые станции, и на конкурирующих станциях операторам приходилось буквально “прижиматься к стене”, прежде чем их выбрасывали наружу.
Естественно, при работе техники выделяется тепло. Надежность связи в метро не улучшается за счет новых станций метро (в Москве это “Трубная”, “Сретенский бульвар” и “Строгино”).
Типовой монтаж
В городе неинтересно наблюдать за тем, как располагаются рабочие и оборудование, потому что краны работают вне поля зрения обычных граждан. Установка вертолетов не пугает. Более того, за последние годы в технологии не произошло никаких изменений.
- 1. Сборка всей конструкции (четыре секции для вертолета и одна для крана) организуется с помощью 6-8 человек и автокрана в течение 4-5 дней. В это же время тяжелый кран устанавливает первую секцию конструкции, чтобы не тратить время на сборку вертолета на ней.
- 2. Сборка вертолета за один день.
- 3. Измерение пространственного положения ствола башни и съемка через него (2-3 дня). Допуск очень строгий: башня не должна отклоняться от вертикального положения более чем на 6-7 см.
- 4. Озеленение территории вокруг башни (дренажные каналы, установка ограждений).
- 5. Установка антенн и оборудования базовой станции, сети (связь с пользовательскими терминалами) и радиолинии (связь с другими вышками) внутри контейнера, электропитание, установка световых барьеров, систем молниезащиты и заземления.
- 6. Запуск базовой станции и настройка отсеков (точная настройка азимутов и сигналов антенн).
- 7. Подключение базовой станции к сети (т.е. интеграция) и последующая передача всей системы связи оператору сотовой связи.
Рассмотрим эти этапы более подробно.
Строительная площадка: перевозка оборудования и установка крана первой секции высотой 20 метров.
Сборка обычно происходит довольно быстро. Все металлические здания доставляются сюда на дальнобойных грузовиках, затем их собирают в четыре существенные секции, на одной из которых должен быть установлен вертолет.
Самая нижняя точка мачты, на которой будут установлены антенны
Чтобы вертолет не совершал лишних движений во время сборки, конструкции тщательно раскладываются в соответствии с рабочим заданием. Элементы башни нужно просто поднять в воздух и по прямой линии доставить к месту сборки.
Значительная часть монтажных работ выполнена НПО “Взлет” (Москва) в.
Их машины оснащены технологическими достижениями для монтажа сложных конструкций. Второй вариант – это внешняя подвеска, которая соединяется с тросом с помощью возвышающихся конструкций. Он удерживает несколько тонн металла в вертикальном положении и управляется компьютером, который учитывает все порывы ветра.
На некоторых “бортах” пилот собирает секции из специальной задней кабины. Оттуда можно наблюдать за предстоящей установкой конструкции. После взлета пилот переходит в другую кабину, где устанавливает конструкцию там, где нужно.
Вертолет облегчен после сборки.
При монтаже к вертолету прикрепляется несколько техников, чтобы уменьшить взлетный вес. Во время монтажа обычно запрашивается прогноз погоды для конкретного района; должен быть хороший ветер и хорошая видимость.
В данном случае фактическая процедура монтажа занимает всего 40 минут, поскольку каждая секция устанавливается всего за 6 секунд. С помощью вертолетной сборки можно монтировать до трех-четырех конструкций в день.
Для монтажа обычно используются вертолеты типа Ми-8 MTB1 или KA32.
Бело-голубой вертолет Ми8 MTV1 начинает двигаться и кашляет во время первого взлета. Его похожие на лопасти двигатели и винты вращаются одновременно. Когда огромная машина разворачивается на пятачке и грациозно взмывает к первому строению, можно увидеть мастерство пилотов в действии.
Люди переходят на башенные стыковочные станции, потому что они находятся на позиции “по боевому расписанию”.
Первая секция готовится к подъему вертолетом, и все укладывается в соответствии с очередностью.
Ветер свистит, а листья на деревьях бешено дергаются, если вы стоите в 30-40 метрах от машины. И пилоты, и специалисты на вышке должны быть очень настойчивы и точны при установке вертолета.
Легкий спуск, стыковка со зданием и осторожный подъем к башне.
К каждой многотонной секции, из которой построены башни, прикрепите ловители направляющих тросов. Однако нельзя просто хватать тросы ловителей! Чтобы статический заряд попал в землю, вы должны позволить им коснуться металлического каркаса башни.
Или другой сценарий, когда весь процесс сборки проходит в полной тишине и визуально управляется только “флагманом”. Убедившись, что фланцы блоков соприкасаются, этот человек должен дать команду пилоту вертолета освободить трос от внешней подвески.
Вертолет осторожно приближается к башне, борясь с ветром, касается металлических опор тросами-уловителями и закрепляет их специальными винтами.
В четвертом разделе рассматривается та же проблема, но уже на более высоком уровне.
Взявшись за последний сегмент, я поднимаю его в воздух. Самая сложная операция – вертолету приходится подниматься все выше и выше, в то время как на высоте уже дует сильный ветер.
Крепежный болт для вертолета закрепляется после затягивания кабелей и установки всего кольца.
Антенна кормление работает.
На этом установка вышки завершена. Теперь необходимо установить оборудование в контейнер и протянуть антенно-фидерные линии. Здесь вскоре будет установлена надежная связь. Однако специалистам оператора связи еще есть над чем поработать.
В контейнерах для оборудования установлены сигнализация и металлическая дверь.
Заполненные оборудованием контейнеры стараются размещать в безопасных местах; как правило, перед заправочной станцией или другим местом хранения делается дверь. Высокий забор, три ряда колючей проволоки (а-ля “Джегоза”) или система сигнализации могут окружать прицеп с оборудованием и саму вышку.
Правила для сотрудников должны соблюдаться всегда.
Грабежи контейнеров случаются иногда, но нечасто, потому что там присутствует специальное оборудование. Но очень редко это происходит, и когда это происходит, служба вневедомственной охраны появляется очень быстро, даже быстрее, чем обычно.
Очевидно, что стандартный проект контейнера, в котором размещается технология базовой станции для оператора сотовой связи
Кондиционеры, батареи для автономного питания и распределительный щит следует разместить в контейнере с полезной площадью 8 или 10 кв. м.
Все, что вам нужно для работы, – это стол и несколько табуреток. Кроме того, пригодится пластиковый поднос с копиями документов по этой БС, чтобы вам не пришлось постоянно возить их в машине.
Со снятой передней панелью базовая станция NokiaSiemens (произведенная для компании “МегаФон”) невероятно мала и полнофункциональна.
Базовая станция для SkyLink с поддержкой EV-DO Rev. A есть.
Внутри контейнера с оборудованием.
https://www.youtube.com/watch?v=4HfABc0hdwA
Хотя помещение в целом комфортное, оно закрыто и может выдержать “вторжение” техники только в случае аварии или отключения электроэнергии. После установки оборудования необходимо выполнить еще несколько задач.
Проверка системы питания: все кабели должны быть закреплены.
Перед запуском базовая станция тестируется и переводится в “боевой” режим.
Заключительная проверка коэффициента стоячей волны.
