אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל עקרון הפעולה של רשתות GSM. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל /תקשורת סלולרית GSM (או מערכת גלובלית לתקשורת ניידת) פותח בשנת 1990. מפעילת ה-GSM הראשונה קיבלה מנויים ב-1991; בתחילת 1994, לרשתות המבוססות על התקן המדובר כבר היו 1.3 מיליון מנויים, ובסוף 1995 גדל מספרן ל-10 מיליון! נתחיל עם הדבר המורכב ביותר ואולי, משעמם - דיאגרמת בלוקים של הרשת. בתיאור ישמשו קיצורים באנגלית המקובלים בעולם. החלק הפשוט ביותר בתרשים המבני הוא טלפון נייד, המורכב משני חלקים: ה"מכשיר" עצמו - ME (ציוד נייד - מכשיר נייד) וכרטיס SIM חכם (Subscriber Identity Module - מודול זיהוי מנוי), שהושג בעת סיום תוכנית חוזה עם המפעיל. כמו שכל מכונית מצוידת במספר גוף ייחודי, לטלפון סלולרי יש מספר משלו - IMEI (International Mobile Equipment Identity), אותו ניתן לשדר לרשת לפי בקשתו. ה-SIM, בתורו, מכיל את מה שנקרא IMSI (International Mobile Subscriber Identity - מספר זיהוי מנוי בינלאומי). לפיכך, IMEI מתאים לטלפון ספציפי, ו-IMSI למנוי ספציפי. "מערכת העצבים המרכזית" של הרשת היא NSS (Network and Switching Subsystem), והרכיב המבצע את פונקציות ה"מוח" נקרא MSC (Mobile Services Switching Center). זה האחרון שכולם מכנים "המתג", וגם, במקרה של בעיות תקשורת, הואשם בכל חטאי המוות. ייתכן שיש יותר מ-MSC אחד ברשת. MSC עוסקת בניתוב שיחות, הפקת נתונים למערכת החיוב, ומנהלת נהלים רבים - קל יותר לומר מה לא באחריות המתג מאשר לרשום את כל הפונקציות שלו. לרכיבי הרשת החשובים הבאים, הכלולים גם הם ב-NSS, הייתי מכנה HLR (Home Location Register - פנקס של מנויים משלו) ו-VLR (Visitor Location Register - פנקס תנועות). שימו לב לחלקים אלו, נזכיר אותם לעיתים קרובות בעתיד. HLR, באופן גס, הוא מאגר מידע של כל המנויים שהתקשרו בחוזה עם הרשת המדוברת. הוא מאחסן מידע על מספרי משתמשים (המספרים מתכוונים, ראשית, ל-IMSI שהוזכר לעיל, ושנית, מה שנקרא MSISDN-Mobile Subscriber ISDN, כלומר מספר טלפון במובן הרגיל שלו), רשימה של שירותים זמינים ועוד הרבה יותר אחרים - בהמשך הטקסט יתוארו לעתים קרובות הפרמטרים הממוקמים ב-HLR. בניגוד ל-HLR, שהוא אחד במערכת, יכולים להיות מספר VLRs - כל אחד מהם שולט בחלק שלו ברשת. ה-VLR מכיל נתונים על מנויים שנמצאים בשטחו (ורק שלו!) (והוא משרת לא רק את המנויים שלו, אלא גם נודדים הרשומים ברשת). ברגע שמשתמש עוזב את אזור הכיסוי של VLR, המידע עליו מועתק ל-VLR החדש ונמחק מהישן. למעשה, יש הרבה מן המשותף בין מה שזמין על המנוי ב-VLR וב-HLR - עיין בטבלאות המציגות רשימה של נתונים ארוכי טווח (טבלה 1) וזמניים (טבלאות 2 ו-3) על מנויים המאוחסנים ברישומים אלה. שוב על ההבדל בין HLR ל-VLR: הראשון מכיל מידע על כל מנויי הרשת, ללא קשר למיקומם, והשני מכיל נתונים רק על מי שנמצאים בשטח שבתחום השיפוט של VLR זה. ב-HLR, לכל מנוי תמיד יש קישור ל-VLR שעובד איתו כרגע (המנוי) (בעוד שה-VLR עצמו עשוי להיות שייך לרשת של מישהו אחר, הממוקמת, למשל, בצד השני של כדור הארץ) . נתונים לטווח ארוך המאוחסנים ב-HLR ו-VLR 1. זהות מנויים בינלאומית (IMSI)
נתונים זמניים המאוחסנים ב-HLR
נתונים זמניים המאוחסנים ב-VLR
NSS מכיל שני רכיבים נוספים - AuC (מרכז אימות) ו-EIR (מרשם זיהוי ציוד). הבלוק הראשון משמש להליכי אימות מנויים, והשני, כפי שהשם מרמז, אחראי לאפשר רק לטלפונים סלולריים מורשים לפעול ברשת. החלק המנהלי, כביכול, של הרשת הסלולרית הוא ה-BSS (Base Station Subsystem). אם נמשיך את האנלוגיה עם גוף האדם, אז תת-מערכת זו יכולה להיקרא איברי הגוף. ה-BSS מורכב ממספר "זרועות" ו"רגליים" - BSC (בקר תחנת בסיס - בקר תחנת בסיס), וכן "אצבעות" רבות - BTS (תחנת משדר בסיס - תחנת בסיס). ניתן לצפות בתחנות בסיס בכל מקום - בערים, בשדות - למעשה, הן פשוט קולטות ומשדרות התקנים המכילים בין אחד לשישה עשר פולטים. כל BSC שולט בקבוצה שלמה של BTSs ואחראי על ניהול והקצאת ערוצים, רמות הספק של תחנות בסיס וכדומה. בדרך כלל אין BSC אחד ברשת, אלא סט שלם (בדרך כלל יש מאות ואלפי תחנות בסיס). פעולת הרשת מנוהלת ומתואמת באמצעות OSS (Operating and Support Subsystem). OSS מורכב מכל מיני שירותים ומערכות השולטות בתפעול ובתנועה. בכל פעם שאתה מפעיל את הטלפון לאחר בחירת רשת, הליך הרישום מתחיל. בואו ניקח בחשבון את המקרה הכללי ביותר - רישום לא ברשת הביתית, אלא ברשת של מישהו אחר, מה שנקרא אורח, (נניח ששירות הנדידה מותר למנוי). תן לרשת להימצא. לבקשת הרשת, הטלפון משדר את ה-IMSI של המנוי. IMSI מתחיל בקוד המדינה של בעליו, ואחריו מספרים המגדירים את הרשת הביתית, ורק לאחר מכן - המספר הייחודי של מנוי ספציפי. לדוגמה, ההתחלה של IMSI 25099... מתאימה למפעיל הרוסי Beeline. (250-רוסיה, 99 - Beeline). בהתבסס על מספר ה-IMSI, ה-VLR של רשת האורחים מזהה את הרשת הביתית ומתקשר עם ה-HLR שלה. האחרון מעביר את כל המידע הדרוש על המנוי ל-VLR ששלח את הבקשה, ומציב קישור ל-VLR זה, כך שבמידת הצורך, הוא יודע "היכן לחפש" את המנוי. תהליך קביעת האותנטיות של מנוי הוא מאוד מעניין. בעת הרישום, הרשת הביתית AuC מייצרת מספר אקראי של 128 סיביות - RAND - שנשלח לטלפון. בתוך ה-SIM, באמצעות מקש Ki (מפתח הזיהוי - כמו ה-IMSI, הוא כלול ב-SIM) ואלגוריתם הזיהוי A3, מחושב תגובה של 32 סיביות - SRES (Signed RESult) באמצעות הנוסחה SRES = Ki * רנד. אותם חישובים בדיוק מבוצעים בו זמנית ב-AuC (לפי ה-Ki של המשתמש שנבחר מה-HLR). אם ה-SRES שחושב בטלפון תואם את ה-SRES שחושב על ידי ה-AuC, תהליך ההרשאה נחשב מוצלח ולמנוי מוקצה TMSI (זהות מנוי נייד זמני). TMSI משמש אך ורק לשיפור האבטחה של האינטראקציה של המנוי עם הרשת ועשויה להשתנות מעת לעת (כולל כאשר ה-VLR משתנה). תיאורטית, מספר IMEI צריך להיות משודר גם במהלך הרישום, אבל יש לי ספקות רציניים לגבי העובדה שמפעיל מינסק עוקב אחר ה-IMEI של הטלפונים שבהם משתמשים מנויים. בואו ניקח בחשבון רשת "אידיאלית" מסוימת שמתפקדת כפי שנועדו יוצרי GSM. לכן, כאשר ה-IMEI מתקבל על ידי הרשת, הוא נשלח ל-EIR, שם הוא מושווה למה שנקרא "רשימות" של מספרים. הרשימה הלבנה מכילה את מספרי הטלפונים המורשים לשימוש, הרשימה השחורה מורכבת מ-IMEI, טלפונים שנגנבו או מסיבה אחרת שאינם מאושרים לשימוש, ולבסוף, הרשימה האפורה - "מכשירי טלפון" עם בעיות, שתפעולן הוא מותר על ידי המערכת, אך עבורו מתבצע ניטור מתמיד. לאחר הליך הזיהוי והאינטראקציה של ה-VLR האורח עם ה-HLR הביתי, מתחיל מונה זמן, הקובע את רגע ההרשמה מחדש בהיעדר מפגשי תקשורת. בדרך כלל, תקופת הרישום החובה היא מספר שעות. יש צורך ברישום מחדש כדי שהרשת תקבל אישור שהטלפון עדיין בתחום הכיסוי שלו. העובדה היא שבמצב המתנה, "המכשיר" עוקב רק אחר האותות המועברים על ידי הרשת, אך אינו פולט דבר בעצמו - תהליך השידור מתחיל רק כאשר נוצר חיבור, כמו גם במהלך תנועות משמעותיות ביחס לרשת ( זה יידון בפירוט להלן) - במקרים כאלה, הטיימר הסופר לאחור עד לרישום מחדש הבא מתחיל שוב. לכן, אם הטלפון "נופל" מהרשת (לדוגמה, הסוללה נותקה, או בעל המכשיר נכנס לרכבת התחתית מבלי לכבות את הטלפון), המערכת לא תדע על כך. כל המשתמשים מחולקים באופן אקראי ל-10 מחלקות גישה שוות (ממוספרות מ-0 עד 9). בנוסף, ישנן מספר כיתות מיוחדות עם מספרים מ-11 עד 15 (סוגים שונים של שירותי חירום וחירום, אנשי שירות רשת). מידע על מחלקת הגישה מאוחסן ב-SIM. מחלקה מיוחדת, 10, מאפשרת לבצע שיחות חירום (ל-112) אם המשתמש אינו שייך לאף מחלקה מורשית, או שאין לו IMSI (SIM) כלל. במקרה של מקרי חירום או עומס יתר ברשת, ייתכן שחלק מהשיעורים ימנעו זמנית גישה לרשת. כפי שכבר צוין, הרשת מורכבת מהרבה BTS - תחנות בסיס (אחד BTS - אחד "תא", תא). כדי לפשט את תפקוד המערכת ולצמצם את תעבורת השירות, BTS משולבים לקבוצות - תחומים, הנקראים LA (Location Area). לכל LA יש קוד LAI (זהות אזור מיקום) משלה. VLR אחד יכול לשלוט במספר LAs. וזה ה-LAI שממוקם ב-VLR כדי להגדיר את המיקום של המנוי הנייד. במידת הצורך, ב-LA המקביל (ולא בתא נפרד) יחפשו את המנוי. כאשר מנוי עובר מתא אחד למשנהו בתוך LA אחת, הרישום מחדש ושינויים בכניסות ב-VLR/HLR לא מבוצעים, אך ברגע שהוא (המנוי) נכנס לטריטוריה של LA אחרת, האינטראקציה של הטלפון עם הרשת מתחיל. כאשר LA משתנה, אזור החיוג הישן נמחק מה-VLR ומוחלף ב-LAI חדש, אך אם ה-LA הבא נשלט על ידי VLR אחר, ה-VLR משתנה והערך ב-HLR מתעדכן. באופן כללי, חלוקת רשת ל-LA היא בעיה הנדסית קשה למדי, שנפתרת כאשר בונים כל רשת בנפרד. LA קטנה מדי תוביל לרישום מחדש תכוף של טלפונים וכתוצאה מכך לעלייה בתעבורה של סוגים שונים של אותות שירות ולפריקה מהירה יותר של סוללות טלפונים ניידים. אם אתה הופך את LA לגדול, אז אם יש צורך להתחבר עם מנוי, אות השיחה יצטרך להישלח לכל התאים הכלולים ב-LA, מה שמוביל גם לעלייה לא מוצדקת בהעברת מידע השירות ועומס יתר של ערוצי רשת פנימיים. עכשיו בואו נסתכל על אלגוריתם יפה מאוד של מה שנקרא מסירה (זהו השם שניתן לשינוי הערוץ המשמש במהלך תהליך החיבור). במהלך שיחה בטלפון נייד, בשל מספר סיבות (הסרת השפופרת מתחנת הבסיס, הפרעות רב-נתיביות, תנועת המנוי לתוך מה שנקרא אזור צל וכו'), העוצמה (ואיכות) של האות עלול להידרדר. במקרה זה יתרחש מעבר לערוץ (אולי BTS אחר) עם איכות אות טובה יותר מבלי להפריע לחיבור הנוכחי (אוסיף כי לא המנוי עצמו ולא בן שיחו, ככלל, לא שמים לב למסירה שהתרחשה). מסירות בדרך כלל מחולקות לארבעה סוגים: 1. שנה ערוצים בתוך תחנת בסיס אחת
באופן כללי, מסירה היא המשימה של MSC. אבל בשני המקרים הראשונים, הנקראים מסירות פנימיות, על מנת להפחית את העומס על קווי התקשורת המתג והשירות, תהליך החלפת הערוצים נשלט על ידי ה-BSC, וה-MSC מודיעים רק על מה שקרה. במהלך שיחה, הטלפון הנייד עוקב כל הזמן אחר רמת האות מ-BTS שכנים (רשימת הערוצים (עד 16) שיש לנטר נקבע על ידי תחנת הבסיס). בהתבסס על מדידות אלו, נבחרים ששת המועמדים הטובים ביותר, אשר נתונים לגביהם מועברים כל הזמן (לפחות פעם בשנייה) ל-BSC ול-MSC כדי לארגן מעבר אפשרי. ישנן שתי תוכניות מסירה עיקריות: "מצב מיתוג הנמוך ביותר" (ביצועים מקובלים מינימום). במקרה זה, כאשר איכות התקשורת מתדרדרת, הטלפון הנייד מגביר את עוצמת המשדר שלו זמן רב ככל האפשר. אם, למרות הגדלת רמת האות, החיבור לא משתפר (או שההספק הגיע למקסימום), אז מתרחשת מסירה. "מצב חיסכון באנרגיה" (תקציב חשמל). יחד עם זאת, עוצמת המשדר של הטלפון הנייד נותרת ללא שינוי, ואם האיכות יורדת, ערוץ התקשורת (המסירה) משתנה.
בואו נדבר כעת על איך מנותבים שיחות טלפון נייד. כמו בעבר, נשקול את המקרה הכללי ביותר, כאשר המנוי נמצא באזור הכיסוי של רשת האורחים, הרישום הצליח והטלפון במצב המתנה.
ה-MSC שולח את מספר המנוי (MSISDN) ל-HLR. ה-HLR, בתורו, מגיש בקשה ל-VLR של רשת האורחים שבה נמצא המנוי. ה-VLR מקצה אחד ממספרי ה-MSRN (Mobile Station Roaming Number) העומדים לרשותו. האידיאולוגיה של הקצאת MSRN דומה מאוד להקצאה דינמית של כתובות IP בגישה לאינטרנט בחיוג באמצעות מודם. ה-HLR של הרשת הביתית מקבל את ה-MSRN שהוקצה למנוי מה-VLR ומלווה אותו ב-IMSI של המשתמש, משדר אותו למתג הרשת הביתית. השלב האחרון של יצירת החיבור הוא ניתוב השיחה, בליווי IMSI ו-MSRN, למתג הרשת המבקר, אשר יוצר אות מיוחד המשודר על ה-PAGCH (PAGer Channel) ברחבי LA שבו נמצא המנוי. ניתוב שיחות יוצאות אינו מייצג שום דבר חדש או מעניין מנקודת מבט אידיאולוגית. אתן רק חלק מהאותות האבחוניים המעידים על חוסר האפשרות ליצור חיבור ואשר המשתמש עשוי לקבל בתגובה לניסיון ליצור חיבור. אותות שגיאת אבחון בסיסיים בעת יצירת חיבור מספר המנוי תפוס - 425±15 הרץ - ביפ של 500ms, הפסקה של 500ms
פרסום: cxem.net ראה מאמרים אחרים סעיף תקשורת סלולרית. תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה. חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה: קיומו של כלל אנטרופיה להסתבכות קוונטית הוכח
09.05.2024 מזגן מיני Sony Reon Pocket 5
09.05.2024 אנרגיה מהחלל עבור ספינת הכוכבים
08.05.2024
עוד חדשות מעניינות: ▪ אופטימיסטים לא מפחדים מהתקף לב ▪ לייזר באמצעות ההשפעה של מוליכות-על ▪ משפחה חדשה של DACs רב-ערוציים עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה
חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית: ▪ חלק של האתר Videotechnique. מבחר מאמרים ▪ מאמר מגלשי פלסטיק. היסטוריה של המצאות וייצור ▪ מאמר מהי טיפוס הבטן? תשובה מפורטת ▪ מאמר התנעה קרה של המנוע. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל ▪ מאמר בובות חיות. סוד התמקדות כל השפות של דף זה בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר www.diagram.com.ua |