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.
Взгляните 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.
4.4. Повторное использование частот (Frequency reuse)
Повторное использование частот — способ организации связи, при котором одни и те же частоты многократно используются в разных зонах обслуживания [27, 32, 49, 101]. Применение частотно-территориального планирования с повторным использованием частот позволяет увеличить пропускную способность при ограниченном количестве частотных каналов.
Расстояние повторного использования частот (Frequency reuses distance) — расстояние между центрами двух удаленных сот, начиная с которого допускается повторное использование. В общем случае оно определяется по формуле 
Кластер (cluster). Кластер — это группа из близко расположенных сот, в пределах которых недопустимо повторное использование из-за опасности превышения уровня взаимных помех. Размер кластера
Из этой формулы видно, что кластер может содержать только определенное число сот.
При:
Приведенное соотношение для 
Пример распределений частот при повторном использовании показан на
рис.
1.5 (4-элементный кластер) и
рис.
1.6 (7-элементный кластер).
Оборудование эксплуатации и технического обслуживания
ОМС (Operations and Maintenance Center) — центр эксплуатации и технического обслуживания, является центральным элементом сети GSM, который обеспечивает контроль и управление другими компонентами сети, а также контроль качества ее работы.
ОМС соединяется с другими компонентами сети GSM по каналам пакетной передачи протокола Х.25. Он обеспечивает функции обработки аварийных сигналов, предназначенных для оповещения обслуживающего персонала, и регистрирует сведения об аварийных ситуациях в других компонентах сети.
В зависимости от характера неисправности ОМС позволяет обеспечить ее устранение автоматически или при активном вмешательстве персонала. Центр может провести проверку состояния оборудования сети и прохождения вызова подвижной станции. ОМС позволяет производить управление нагрузкой в сети.
Функция эффективного управления включает сбор статистических данных о нагрузке от компонентов сети GSM, запись их в дисковые файлы и вывод на дисплей для визуального анализа.
NMC (Network Management Center) — центр управления сетью, дает возможность рационального иерархического управления сетью GSM. Он обеспечивает эксплуатацию и техническое обслуживание на уровне всей сети, поддерживаемой центрами ОМС, которые отвечают за управление региональными сетями. NMC отвечает за управление трафиком во всей сети и обеспечивает диспетчерское управление сетью при сложных аварийных ситуациях, как, например, выход из строя или перегрузка узлов.
Кроме того, он контролирует состояние устройств автоматического управления, задействованных в оборудовании сети, и отражает на дисплее состояние сети для операторов NMC. Это позволяет операторам контролировать региональные проблемы и при необходимости оказывать помощь ОМС, обслуживающему конкретный регион.
NMC следит за состоянием маршрутов сигнализации и соединений между узлами, чтобы не допускать условий для возникновения перегрузки в сети. Контролируются также маршруты соединений между сетью GSM и PSTN во избежание распространения условий перегрузки между сетями.
При этом персонал NMC координирует вопросы управления сетью с персоналом других NMC. NMC обеспечивает также возможность управления трафиком для сетевого оборудования подсистемы базовых станций (BSS).
NMC может брать на себя ответственность в каком-либо регионе, когда местный ОМС не способен обслуживать нагрузку, при этом ОМС действует в качестве транзитного пункта между NMC и оборудованием сети. NMC обеспечивает операторов функциями, аналогичными функциям ОМС.
NMC является также важным инструментом планирования сети, так как контролирует сеть и ее работу на сетевом уровне, а следовательно, снабжает планировщиков сети данными, определяющими нагрузочные параметры сети.
От планирования до интегрирования
На первый взгляд может показаться, что запустить в эфир передвижную базовую станцию просто – пригнал машину в нужное место, поднял антенну и работай себе на здоровье. Но, конечно, на самом деле это не так.
Первым на предполагаемое место развертывания базовой станции выезжает инженер-планировщик, который определяет, какие радиочастоты можно задействовать в данном конкретном месте, чтобы не мешать впоследствии ни оборудованию иных ведомств или других сотовых операторов, ни своим базовым станциям, находящимся поблизости и работающим в тех же самых диапазонах.
Следующий этап — согласование требуемых частотных параметров, мощности передатчиков, высоты подъема антенны и места установки комплекса с регулирующими органами. Обычно на это уходит около месяца, но в экстренных ситуациях подобные вопросы могут решаться гораздо оперативнее.
На завершающем перед выездом этапе экипаж, исходя из полученных от инженера-планировщика данных, подбирает антенны и фидеры для разрешенных к работе диапазонов и проводит настройку всего оборудования мобильной базовой станции
Передвижной комплекс связи обычно разворачивают два-три универсальных специалиста в течение трех-шести часов.
Прибыв на место, место машина выравнивается и фиксируется на площадке с помощью специальных упоров, которые придают ей необходимую устойчивость.
Для придания дополнительной устойчивости комплекс фиксируют с помощью специальных упоров.
Затем оборудование подключается к электропитанию — от ближайшей сети или генератора, если ее нет. Одновременно с этим на мачту крепятся антенны сотовой связи GSM 900/1800, 3G 900/1800/2100 и LTE 1800/2600 – в зависимости от того, на какие диапазоны было получено разрешение от регулирующих органов.
Перед подъемом антенн необходимо подключить к ним фидерные линииВыдвинутую мачту необходимо зафиксировать несколькими рядами оттяжек
Для интегрирования мобильной базовой станции в инфраструктуру оператора требуется организовать служебную линию связи. Для этого используются защищенные медные кабели (протяженностью до 150 метров), оптоволоконные каналы, радиорелейные линии связи. А за счет специального спутникового оборудования ПБС интегрируется в единую инфраструктуру “Мегафона” в труднодоступных местах вдали от других транспортных каналов.
Наименее затратным и самым простым способом организации служебной линии является применение радиорелейных каналов, скорость передачи данных в которых может достигать 1 Гбит/с. Главное, чтобы в пределах прямой видимости находилась стационарная базовая станция, оснащенная радиорелейкой. На нее и направляется дополнительная параболическая антенна передвижного комплекса
Стойка с оборудованием внутри ПБС на базе Ford
Настроив антенны, мы переходим к настройке оборудования. Желтые метки на кабеле указывают на диапазон частот у коммутаторов
Правильно настроенная базовая станция способна обеспечить голосовой связью и мобильным интернетом, в зависимости от используемых диапазонов, от нескольких сотен до нескольких тысяч абонентов на расстоянии 5-25 километров.
Передвижная базовая станция в рабочем состоянии
От электропитания до мачты
Зачастую мы разворачиваем передвижную базовую станцию вдали от каких-либо городских коммуникаций, включая сети электропитания. Поэтому каждый комплекс оснащен дизель-генератором, обеспечивающим автономным питанием все оборудование, включая механизм подъема антенной мачты.
Например, 20,5-тонный КАМАЗ несет на своем борту генератор мощностью 19 кВт. Его полностью залитого бака хватает на семь суток работы вдали от стационарных линий электропитания. Кроме того, в случае выработки топлива или остановки генератора, в течение семи часов питание может осуществляться от литий-ионных аккумуляторов.
Дополнительная «электростраховка» комплекса — заряда аккумулятора хватает на семь часов автономной работыСпециальный электронный блок позволяет следить за различными источниками электропитания и при необходимости переключаться с одного из них на другой
Все комплексы мобильной связи, имеющиеся сегодня в распоряжении «Мегафона», снабжены телескопическими выдвижными мачтами. Несмотря на большое количество подобных изделий, представленных на рынке, мачт, способных выдержать климатические условия средней полосы России, в ассортименте иностранных производителей нет.
В принципе существуют мачты с гидравлическим и пневматическим механизмом подъема. В первом случае для выдвижения антенны используется компрессор и бак с маслом. Суммарный вес данной конструкции вместе с мачтой составляет 6 тонн. Выдержать такой вес по силам только шасси на базе КАМАЗа.
Сложенная 15-метровая мачта внутри ПБС контейнерного типаДля крепления антенн во всех передвижных комплексах «Мегафона» используются телескопические раздвижные пневматические мачты, которые дешевле и экономичнее гидравлических и способны нести до 200 кг полезной нагрузки.
Принцип работы пневматического выдвижного механизма весьма прост. Специальный генератор нагнетает воздух вовнутрь колен, которые соединены друг с другом специальными манжетами с отверстием. Вначале выдвигается самое толстое колено, а потом, по мере раскрытия фиксирующих замков, и все остальные.
Для подъема 200 кг достаточно давления не более 1,7 атмосфер. При большем напоре воздуха срабатывает защитный клапан.
В комплексе на базе КАМАЗа используется 30-метровая мачта, состоящая из восьми колен. Такая высокая антенна позволяет обеспечить покрытие на большой территории. Это может быть удобно в местах с низкой плотностью установки базовых станций. Однако в условиях города, для того, чтобы не мешать работе близлежащих БС, можно обойтись и более короткими мачтами.
Передвижные базовые станции на базе Ford Transit оснащаются 12-метровыми мачтами, которые выдвигаются начиная с тонкого колена
В зимнее время трубы мачт требуют обработки специальным антифризом, впитывающим конденсат.
Правда, пневматические мачты не идеальны. Так, несмотря на применение манжет, воздух из системы потихоньку подтравливает. Поэтому мы присматриваемся к мачтам других конструкций. Например, сейчас прорабатывается вариант использования фермовых пролетов — правда, за счет массивности их можно будет использовать только на КАМАЗах.
