Как работает сотовая сеть GSM

Мобильным телефоном сегодня никого не удивишь, некоторые имеют даже несколько устройств, но вот как работает сама связь, когда в наличии только беспроводной мобильный телефон, многие не знают и даже не догадываются. Об этом есть смысл рассказать поподробнее. 

Итак, абонент, совершая звонок или принимая вызов от другого абонента, нажимает кнопку вызова, которая посылает команду телефону установить соединение по радиоканалу с одной из антенн с близкорасположенной базовой станции (Base Station или BS). Во всю систему сотовой связи входит большое число подобных станций, некий набор, каждая станция из этого набора при этом имеет от 1 до 12 приёмо-передающих антенн. Чтобы обеспечить качественный приём и передачу сигнала в радиусе своего действия, антенны имеют направленность в разные стороны. 

Инженерно антенны являются прямоугольными конструкциями, которые легко можно заметить на специальных мачтах в городе и за городом или на крышах высотных зданий. Каждая из антенн вырабатывает специальный сигнал, который по кабелю передаётся в управляющий блок базовой станции (далее - БС). Таким образом, вся система БС представляет собой совокупность управляющего блока с некоторым количеством антенн. 

Некоторые территории обслуживаются сразу несколькими базовыми станциями, которые вместе образуют контроллер локальной зоны (Local Area Controller или LAC). К одному LAC может быть подключено до 15 базовых станций на определённой территории. Все контроллеры локальной зоны имеют связь с Центром управления мобильным услугами (Mobile services Switching Center или MSC). Подобный Центр имеет все существующие на местности входящие и исходящие соединения с любыми видами как проводной, так и сотовой связи. Сотовые сети регионального значения стандарта GSM часто использует только один MSC. Крупнейшие же операторы (например, в России это МТС, Билайн, Мегафон), счёт абонентов, которых идёт на миллионы, используют несколько MSC, объединённых друг с другом. 

Чтобы донести до читателя иерархию всей системы GSM, необходимо ввести такое понятие как хэндовер (handover), которое можно определить как функцию передачи обслуживания абонента в любых сотовых сетях по эстафетному принципу. Иными словами, в это понятие входит способность поддержания клиентом разговора, который находится в движении, то есть своевременное передача управления сигнала от телефона абонента из одного сектора БС в другой или из сферы контроля, закреплённой за одной БС или LAC в другую. Получается, что если бы сектора БС напрямую подключались к коммутатору, то последнему, несмотря на наличие и других задач, пришлось также и самостоятельно осуществлять хэндовер для всех абонентов текущей сотовой сети. 

Чтобы обеспечить равномерную загрузку оборудования и снизить вероятность отказа оборудования от перегрузок, сотовая сеть GSM построена по многоуровневому принципу. Это реализовано следующим образом: если абонент перемещается из зоны обслуживания сектором БС в зону, обслуживаемым другим сектором, то передача или переключение сигнала осуществляется блоком управления данной БС. Устройства, вышестоящие по иерархии в схеме, то есть LAC или MSC вообще не задействуются. Соответственно при хэндовере между двумя различными базовыми станциями переключение осуществляет LAC без участия MSC и т.д. 

За коммутатором в сети GSM закреплены те же функции, что и за АТС в проводных сетях. Коммутатор определяет адресатов звонка, отвечает за регуляцию дополнительных услуг и принимает решение, возможно ли данным абонентом сейчас осуществить звонок. 

После нажатия на кнопку "включения" телефон абонента включился и что же происходит дальше? На любой SIM-карте имеется некий номер IMSI или International Subscriber Identification Number, который расшифровывается как "Международный опознавательный номер абонента". Подобный номер уникален для любого абонента мира, он нужен для точного определения или идентификации абонента. Как только телефон включается, то на БС отправляется сигнал, в котором зашифрован IMSI абонента. Сигнал затем передаётся на LAC, а потом и на коммутатор. В процессе следования сигнала по иерархии сотовой сети в работу включается ещё два устройства: HLR и VLR. Первое устройство, называемое "регистром домашних абонентов" (Home Location Register), хранит коды IMSI всех абонентов своей сети, второе - "регистр гостевых абонентов" (Visitor Location Register) обладает информацией вообще обо всех абонентах, которые в данный момент используют сеть этого мобильного оператора. 

Шифрование, которое используется при передаче сигнала, содержащего код IMSI, в HLR обеспечивает Центр Аутентификации (AuC). На самом первом этапе обработки сигнала с кодом IMSI HLR ищет номер в своей базе, а затем выясняет, имеет ли данный абонент совершать звонки или номер временно заблокирован, к примеру, из-за задолженности. Только если проверка закончилась с положительным исходом, сигнал с кодом IMSI направляется в VLR, значит, клиент может совершать звонки или пользоваться другими услугами оператора.

Читайте также: