| Статистика |
Онлайн всего: 9 Гостей: 9 Пользователей: 0 |
|
Мобильные беспроводные сети: архитектура
СОДЕРЖАНИЕ
Список сокращений и условных обозначений
1G: Аналоговая голосовая технология
2G: Переход на цифровую связь с общеевропейским GSM
3G: повышение скорости передачи данных с помощью технологии UMTS
4G: вся IP-сеть с технологией LTE и LTE Advanced
Заключение
Список используемой литературы
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ATM Asynchronous Transfer Mode
BSC Base Station Controller
BTS Base Transceiver Station
EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution
ETACS Extended Total Access Communications System
GGSN Gateway GPRS Support Node
GPRS General Packet Radio Service
GSM Groupe Special Mobile
LTE Long Term Evolution
MME Mobility Management Entity
MSC Mobile Switching Centre
PCRF Policy and Charging Rules Function
1G: АНАЛОГОВАЯ ГОЛОСОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Первоначальная концепция сотовой мобильной телефонной сети была впервые опубликована в декабре 1947 года Дугласом Х. Рингом (by Douglas H. Ring) в меморандуме Bell Labs под названием «Мобильная телефония - широкое покрытие» (“Mobile Telephony – Wide Area Coverage”). Однако только в 1973 году это стало практической реальностью, когда доктор Мартин Купер и его команда в Motorola выпустили первый работающий сотовый телефон. Эти первые мобильные телефоны и их сети использовали стандарт Advanced Mobile Phone Service и были полностью основаны на незашифрованной аналоговой передаче. В Великобритании стандарт Advanced Mobile Phone Service был изменен и стал известен как Система связи с полным доступом (англ. Total Access Communication System - TACS). Эти сети первого поколения использовали частотную модуляцию по радиоканалу 25 кГц, используя 890–905 МГц для передачи с мобильной станции и 935–950 МГц для передачи с базовой станции соты, что дает ей 600 каналов для передачи голосовых и управляющих сигналов. В августе 1986 года были выпущены дополнительные частоты, расширив тем самым TACS (ETACS), чтобы охватить 872–905 МГц и 917–950 МГц и поддерживать каналы 1320 x 25 кГц.
Сеть ETACS была разработана для одной цели - управления и обработки аналоговых голосовых вызовов. Эти ранние сети имели несколько недостатков: качество звонков, отсутствие безопасности и отсутствие общеевропейского стандарта. Ваш британский мобильный телефон перестал работать на английском канале! Тем не менее, несмотря на высокую стоимость мобильных телефонов, через 10 лет после запуска семь процентов населения Великобритании были мобильными пользователями. Однако переход к цифровым технологиям привел к массовому распространению владения и использования мобильных устройств.
Cellnet закрыла свою сеть 1G ETACS 1 октября 2000 года, а Vodafone закрыла свою сеть 31 мая 2001 года, положив конец британской 16-летней эре аналоговых мобильных сетей.
2G: ПЕРЕХОД НА ЦИФРОВУЮ СВЯЗЬ С ОБЩЕЕВРОПЕЙСКИМ GSM
За три года до того, как Великобритания запустила свою первую сеть TACS, Европейская конференция администраций почтовых служб и служб связи (англ. Conference of European Post and Telecommunications, сокр. CEPT) создала рабочую группу для согласования систем мобильной связи общего пользования в полосе 900 МГц. Она называлась Groupe Special Mobile (GSM) и первая встреча состоялась в Стокгольме в декабре 1982 года. На этом этапе не было никакой гарантии, что рабочая группа GSM примет решение о цифровой системе, основной задачей было найти единую совместимую систему, которая могла бы будет развернута по всей Европе и может масштабироваться до прогнозируемых профилей использования. Кульминацией этой работы стала публикация 7 сентября 1987 года Меморандума о Взаимопонимании о внедрении панъевропейского 900 МГц цифрового сотового телекоммуникационного сервиса к 1991 году.
Правительство Великобритании объявило, что верхние 10 МГц в существующих мобильных полосах (905–915 МГц и 950–960 МГц) будут зарезервированы для GSM и не будут выпущены для дальнейшего расширения TACS. Кроме того, в ответ на консультативный документ DTI «Телефоны в движении», частоты в диапазоне 1800 МГц (1710–1785 МГц от мобильной станции и 1805–1880 МГц от базовой станции) были также доступны для 2G.
Рис.1
Архитектурно, и, как показано на рисунке 1, радиоинтерфейс в каждой ячейке управляется Базовой приемопередающей станцией (BTS), которая является видимой частью сети в том смысле, что она является радиобашней, которую вы видите на крышах и обочинах дорог. Каждая BTS затем подключается через стационарную или двухточечное соединение к контроллеру базовой станции (BSC); с каждым BSC соединяются несколько BTS. BSC отвечает за управление радиосетью и передачу вызова между каждой BTS, которой он управляет. Затем каждый BSC подключается к центру коммутации мобильной связи (MSC) через транскодер и блок адаптации скорости (TRAU), который отвечает за преобразование речевого кодека 13 кбит/с из стандартов GSM в стандарты, используемые в общедоступных коммутаторах на 64 кбит/с телефонной сети общего пользования (PSTN). Кроме того, TRAU поддерживает услуги передачи данных с коммутацией каналов. MSC действует как ядро аутентификации обработки обмена с коммутацией каналов, установления и завершения вызовов, отслеживания местоположения мобильного телефона. MSC также обеспечивает подключение к внешней телефонной сети общего пользования.
Сеть цифрового доступа использует комбинацию мультиплексирования с частотным разделением, в котором доступные каналы расположены каждые 200 кГц, и мультиплексирования с временным разделением, в котором передача в этих каналах контролируется на строгой временной основе - следовательно, создается GSM структура кадра множественного доступа с временным разделением.
Vodafone запустил первую британскую сеть GSM на 900 МГц в июле 1992 года, в то время как Mercury one2one запустил первую в мире сеть GSM на 1800 МГц в Великобритании в сентябре 1993 года, за которой последовали Cellnet в декабре 1993 года (900 МГц) и Orange в апреле 1994 года (1800 МГц). Цифровая система передачи данных неизбежно обеспечивает передачу неголосовых услуг, и именно в этот момент служба коротких сообщений становится реальностью, и люди начинают пытаться подключить свои мобильные телефоны к сетям передачи данных, особенно к Интернету, для которого есть доступ к сети. теперь стал ключевым драйвером.
В 1990-х годах операторы мобильной связи испытывали растущий спрос на услуги передачи данных, для которых сеть GSM с коммутацией каналов не подходила. Параллельная аналогия здесь заключается в том, что спрос на коммутируемый Интернет дома стимулировал прогресс в модемной технологии, которая в конечном итоге вынудила перейти на использование цифрового абонентского (широкополосного) доступа. Решение для мобильных устройств состояло в том, чтобы перепроектировать сеть для поддержки услуг с коммутацией пакетов с использованием Общей службы пакетной радиосвязи (GPRS). Данные передаются по сети доступа во временных интервалах множественного доступа с временным разделением, обеспечивая скорость передачи данных в десятки кбит/с. Внутри BSC эти потоки данных отделяются от голоса и передаются на обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN). Затем он подключается к базовой сети передачи данных с коммутацией пакетов и далее во внешние сети передачи данных, такие как Интернет, через узел поддержки шлюза GPRS (GGSN). BT Cellnet запустила первую в мире сеть GPRS в Великобритании в июне 2000 года, за которой последовали Vodafone в апреле 2001 года, Orange в декабре 2001 года и T-Mobile (вместо one2one) в июне 2002 года.
Предоставление этой постоянно действующей услуги передачи данных (2.5G) продолжало стимулировать потребление услуг передачи данных. Именно в это время, например, цифровые камеры интегрированы в мобильные телефоны для обмена мультимедийными сообщениями GPRS и загрузки изображений в Интернет. Потребности в повышенных скоростях передачи данных продолжали расти, что привело к окончательному развитию сетей 2G до 2,75G и введению повышенных скоростей передачи данных для GSM Evolution (EDGE), которые предлагали скорости в сотни кбит/с. Это было достигнуто за счет изменения сети радиодоступа и, в частности, методов модуляции и кодирования данных, используемых в радиоинтерфейсе. Помимо необходимости обновления базовой сети передачи данных операторов, архитектура сети EDGE такая же, как и в GPRS. Orange первым в Великобритании запустил EDGE 8 февраля 2006 года, но любое дальнейшее увеличение скорости передачи данных будет достигнуто только путем более существенной модернизации сети.
3G: ПОВЫШЕНИЕ СКОРОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С ПОМОЩЬЮ ТЕХНОЛОГИИ UMTS
Деятельность по стандартизации 3G началась в 1991 году, когда ETSI учредила Special Mobile Group No.5 0для изучения вариантов стандартизации Универсальной системы мобильной связи (UMTS). Как и в случае с GSM до этого, деятельность по стандартизации для этого нового поколения технологий мобильной связи началась до того, как предыдущая технология запустила коммерческие сети. К 1992 году было достигнуто глобальное соглашение о распределении спектра в полосе 2100 МГц для сетей 3G, и первый выпуск технических стандартов появился в 2000 году, они были известны под общим названием «Проект партнерства 3G» (3GPP), выпуск 99. Было значительное волнение о потенциале 3G для поддержки новых и инновационных продуктов и услуг для мобильных операторов. Во многих странах этот спектр привлек значительные сборы через аукционы, проводимые национальными администрациями; только в одной Великобритании операторы заплатили ошеломляющие 22 477 400 000 фунтов стерлингов за лист бумаги, который позволял работать в выделенном срезе полосы 2100 МГц. Технология 3GPP UMTS сильно отличалась от технологии GSM того времени, что требовало от операторов развёртывания новой сети параллельно с существующими системами 2G. 3G представила новую технологию радиоинтерфейса, основанную на широкополосном множественном доступе с кодовым разделением (WCDMA), а также новую сетевую архитектуру и широкополосное соединение в режиме асинхронной передачи (ATM) между базовыми радиостанциями, контроллерами радиосети и узлами базовой сети, с коммутацией каналов и пакетной коммутацией. переключается, как показано на рисунке 2.
Рис.2
Узел B является базовой радиостанцией 3G WCDMA и используется для управления радиопередачей и приемом на физическом уровне наряду с кодированием канала CDMA, микроразнесением, защитой от ошибок и управлением мощностью в замкнутом контуре. Он подключается к контроллеру радиосети (RNC - Radio Network Controller) через интерфейс lub и обрабатывает генерацию/завершение трафика ATM через этот интерфейс. Ряд узлов B и связанных с ними RNC известен как подсистема радиосети (RNS - Radio Network Subsystem). UTRAN может состоять из одной или нескольких RNS, большинство из которых имеют много RNC для масштабируемости, и поэтому несколько RNS в UTRAN являются общими.
RNC отвечает за общее управление доступом к системе, шифрование и дешифрование радиоканалов, управление мобильностью и управление радиоресурсами, включая макроразнесение. Кроме того, RNC играет ключевую роль в управлении мобильностью благодаря использованию мягкой передачи обслуживания в UMTS, отсюда и новый интерфейс lur между RNC. Медиа-шлюз (MGW) управляет транскодированием и межсетевым взаимодействием между 3G RAN и существующей базовой сетью с коммутацией каналов 2G, хотя в действительности многие операторы развернули параллельные базовые сети для 2G и 3G, которые были интегрированы после того, как 3G оправдал себя и работал стабильно.
Технология 3G значительно изменилась с момента запуска. Ключевые события включают в себя: введение уровня транспортной IP-сети для замены технологии ATM и технологий высокоскоростного пакетного доступа, которые увеличивают пиковые скорости передачи данных до нескольких десятков Мбит/с.
4G: ВСЯ IP-СЕТЬ С ТЕХНОЛОГИЕЙ LTE И LTE Advanced
Работы по стандартизации 4G начались в 2004 году, когда 3G начал развиваться. 4G относится к технологиям долгосрочного развития (LTE - Long Term Evolution) и LTE-Advanced. Спектр для 4G найти было не так просто, как для 2G или 3G. Фактически на момент написания 3GPP для LTE было определено около 42 полос частот, и еще три находятся в процессе разработки в следующем выпуске стандартов (выпуск 13). Не все из этих полос доступны в Великобритании, хотя недавний аукцион по продаже спектра добавил полосы 800 МГц и 2600 МГц к тем, которые ранее были доступны для британских сотовых служб.
Рис.3
Сеть 4G представляет еще одну новую технологию радиоинтерфейса, на этот раз основанную на множественном доступе с ортогональным частотным разделением. Все интерфейсы основаны на Ethernet, а Carrier Ethernet обеспечивает сетевое подключение. Существует полная реализация разделения пользователя и плоскости управления - подход, с которым мы впервые столкнулись в 3GPP Release 4 еще в 2001 году. Архитектура сети, показанная на рисунке 3, сильно отличается от сетей 2G и 3G и использует надежное QoS как основу для предоставления ряда дифференцированных услуг, включая поддержку подсистемы мультимедиа IP и передачи голоса по IP, комбинация которых обеспечивает так называемую передачу голоса по LTE.
ENB является усовершенствованным Узлом B, который является базовой радиостанцией 4G. ENB является интеллектуальным узлом, поскольку большая часть функциональности сетевого контроллера теперь находится в базовой станции (в 4G нет автономного сетевого контроллера), что делает базовую станцию ответственной за такие процедуры, как управление мобильностью. Для реализации необходимых процедур eNB должен обмениваться данными с другими соседними с ним eNB, причем эта связь происходит через интерфейс X2-C, в то время как пересылка трафика отображается на X2-U. Пользовательская плоскость X2 требуется для поддержки определенных сценариев мобильности, чтобы обеспечить бесперебойную работу для конечного пользователя.
S-GW (Serving Gateway) - это обслуживающий шлюз, который вместе с шлюзом сети пакетной передачи данных (PDN-GW) предоставляет услуги плоскости пользователя абоненту 4G. Эти функции включают в себя; якорь локальной мобильности для передачи обслуживания между eNB, якорь мобильности для мобильности между 3GPP, буферизация пакетов нисходящей линии в режиме ожидания, маршрутизация и пересылка пакетов вместе с маркировкой и оценкой кодовых точек дифференцированного обслуживания (IP QoS). Функции PDN-GW включают выделение IP-адреса пользовательского оборудования с помощью функциональных возможностей протокола динамической конфигурации хоста, фильтрацию пакетов для каждого пользователя, маркировку контрольной точки дифференцированных услуг, обеспечение скорости передачи данных и законный перехват.
Объект управления мобильностью (MME - Mobility Management Entity) фактически является функциями управления SGSN. Функции включают в себя: сигнализацию и безопасность сигнализации, межузловую сигнализацию для мобильности между сетями доступа 3GPP управление списком областей слежения, поисковый вызов, выбор S-GW и PDN-GW, а также аутентификацию и установление и управление однонаправленным каналом. Кроме того, MME управляет роуминговыми подключениями к домашнему домашнему абонентскому серверу (усовершенствованный домашний регистр местоположения).
Последний узел, который следует рассмотреть, - это Policy and Charging Rules Function (PCRF), который предоставляет данные управления политикой, такие как обнаружение потока служебных данных, QoS, расстановка приоритетов узлов обработки трафика.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Эволюция сетей от 1G до 4G (LTE) связана с повышение пропускной способности передачи данных от 9,6 кбит/с до 100 Мбит/с, что потребовало создания плоской архитектуры сетей с использованием облачных технологий, которые вызовут изменения правил регулирования в отрасли и бизнес-моделей, используемых операторами.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1) MOBILE NETWORK EVOLUTION WITHIN THE UK - ANDY SUTTON, NIGEL LINGE, 2015
2) Джамалипур А. Беспроводной мобильный Интернет: архитектура, протоколы, сервисы
3) Рэндал Н. Беспроводные решения: создание, безопасность и улучшение беспроводной сети
4) https://www.theatlantic.com/technology/archive/2011/09/the-1947-paper-that-first-described-a-cell-phone-network/245222/ - “Mobile Telephony – Wide Area Coverage” – memorandum, 1947
Источник: http://www.engagingwithcommunications.com/publications/ITP_Papers/Mobile_network_evolution/ITP_Journal_Mobile_Network_Ev |
Категория: Рефераты (курсы КП, ПК, ИТ и Сети) | Добавил: g00d_men (24.12.2019)
| Автор: Горбачёв Илья Васильевич 
|
| Просмотров: 341
| Рейтинг: 0.0/0 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
|
