Смоленск 2.0

Мобильность предполагает возможность свободного перемещения из одного места в другое. Отсюда следует, что мобильный телефон должен обеспечивать пользователю возможность перемещения в пространстве во время общения с удаленным абонентом. Сотовая система обеспечивает мобильность связи, тем не менее, возникает вопрос о том, какая именно степень мобильности является необходимой.

Мобильность внутри одной соты сохраняется до тех пор, пока аппарат абонента может обмениваться радиосигналами с базовой станцией. Мобильность сети сотовой связи достигается с помощью введения сервиса передачи вызова. При перемещении же между сетями сотовой связи мобильность обеспечивается чем-то большим, чем простая передача вызова. Набор процедур, используемых для обеспечения мобильности при перемещении между сотовыми сетями, носит название роуминга (roaming).

Функции роуминга достаточно просты. Во-первых, следует определить, каким образом «приезжий» абонент собирается оплачивать услуги связи в рамках данной сотовой сети и, во-вторых, где именно находится этот абонент в данный момент времени. Первый вопрос имеет отношение к контрактам и счетам, в то время как второй непосредственно связан с проблемой взаимодействия между системами.

Роуминг с одной мобильной системы в другую требует выполнения определенного набора процедур, соглашение о которых поддерживается всеми системами мобильной связи. Такие связанные друг с другом системы мобильной связи должны передавать друг другу сообщения для обеспечения межсистемной передачи вызова, идентификации абонентов, обслуживаемых в рамках роуминга, доставки звонков, а также обеспечению всех абонентов одинаковым уровнем сервиса.

В Северной Америке, как, впрочем, и во всем остальном мире, для обеспечения взаимодействия сетей мобильной связи применяется система под названием ANSI-41, при этом средой передачи данных является сеть на базе системы сигнализации № 7 (SS7).

Система сигнализации № 7 (SS7) имеет полноценную многоуровневую архитектуру, сходную с таковой в модели взаимодействия открытых систем (OSI Model, Open System Interconnection Model), однако не использует стандартные протоколы модели OSI. Идеальная система межсетевого взаимодействия должна быть независима от эфирного интерфейса. Большой популярностью пользуется gsm сигнализация.

На практике же в Северной Америке добиться этого практически невозможно, поскольку на территории континента причудливым образом сочетается множество различных систем эфирного интерфейса - множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA, Frequency Division Multiple Access), множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA, Time Division Multiple Access), а также множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA, Code Division Multiple Access).

Система ANSI-41 и глобальная система мобильных коммуникаций (GSM, Global System for Mobile Communications) реализуют процедуры роуминга, не зависящие от эфирного интерфейса, тем не менее, сама операция передачи вызова представляет собой функцию процедур этого интерфейса.

Для разработки новых стандартов наземной мобильной связи была создана Ассоциация промышленных средств связи (TIA, Telecommunication Industry Association). Одним из наиболее значимых результатов ее деятельности стал Промежуточный стандарт № 41 (IS-41, Interim Standard 41), который был разработан для поддержки межсистемных операций сотовой радиосвязи (Cellular Radiotelecommunications Intersystem Operations). Значение данного стандарта для поддержки мобильности в системах сотовой связи трудно переоценить.

Последняя версия этого стандарта, так называемая Revision (Ревизия Си), была недавно адаптирована под названием «стандарт ANSI-41». Стандарт был разработан для поддержки трех основных компонентов сотовой мобильности. Первым компонентом является межсистемная передача вызова (intersystem handoff). Этот термин применяется для описания переключения абонента сотовой сети во время его беседы с другим абонентом с одного мобильного центра коммутации на другой.

В данном случае обмен управляющими сигналами должен происходить по каналу радиосвязи между двумя базовыми станциями (BS) и мобильной системой (MS), а также по проводному каналу связи между двумя центрами мобильной коммутации, контролирующими эти базовые станции. Стандарт ANSI-41 обеспечивает передачу сигналов между центрами мобильной коммутации. Второй компонент носит название автоматического роуминга (automatic roaming). Суть его состоит в том, чтобы обеспечивать пользующегося роумингом абонента услугами связи в непрерывном режиме.

Эти услуги включают возможность инициировать и принимать звонки, а также пользоваться дополнительными функциями, такими как ожидание звонков, принимает решение о том, что, скажем, центр мобильной коммутации В является именно тем центром MSC, которому будет передан данный вызов, центр MSC А инициирует процедуру передачи вызова, посылая центру MSC В запрос о свободных ресурсах. Данный запрос содержит информацию о зарезервированном канале связи между двумя центрами мобильной коммутации. После этого MSC В должен найти свободную пару частот, используемых базовой станцией, находящейся под его контролем.

Центр MSC В посылает ответное сообщение центру мобильной коммутации, в котором подтверждает, что он начал процедуру передачи вызова. В этом сообщении центр MSC В указывает найденную им свободную пару частот, которой и должна будет воспользоваться мобильная станция в новой соте. С этого момента у центра мобильной коммутации есть достоверная информация о том, что возможна передача вызова, поэтому он должен сигнализировать мобильной станции о необходимых для этого действиях.

Центр MSC А отдает мобильной станции команду переключиться на другую пару частот в новой соте. Как только мобильная станция выполнит эту команду и распознается в новой соте, центр мобильной коммутации В ставится об этом в известность. Теперь MSC В имеет возможность создать цепь непрерывной передачи голосового сигнала с использованием канала связи между двумя центрами мобильной коммутации.

Процедура завершается, когда центр MSC В отправляет центру MSC А сообщение о том, что мобильная станция успешно подключена к новому каналу связи. На этом передача вызова заканчивается. При возвращении мобильной станции в зону ответственности центра мобильной коммутации потребуется новая процедура передачи вызова.

В этом случае, вместо увеличения продолжительности цепи передачи сигнала за счет дополнительного канала связи между двумя центрами мобильной коммутации, происходит уменьшение ее протяженности после того, как отпадает необходимость существования канала связи между центрами MSC А и MSC В. При этом центр мобильной коммутации В должен быть поставлен в известность о том, что для завершения процедуры передачи вызова канал связи между двумя центрами мобильной коммутации должен быть закрыт, а не установлен.

Осуществляя роуминг в новой сотовой сети, мобильная станция должна зарегистрироваться и пройти аутентификацию, прежде чем ей будут предоставлены услуги связи. Аутентификация проводится с помощью так называемого алгоритма CAVE (Cellular Authentication and Voice Encryption, сотовая аутентификация и шифрование речи). Кратко описать работу этого алгоритма можно следующим образом.

Каждая мобильная станция хранит в памяти идентификационный ключ, так называемый А-ключ (A-key, authentication key), который известен только мобильной станции и центру аутентификации (AC, authentication center). Каждая мобильная станция имеет индивидуальный А-ключ. Центр аутентификации проводит вычисления, используя в качестве исходных параметров значение А-ключа данной мобильной станции, ее электронный серийный номер (ESN, Electronic Serial Number) и какое-то случайное число.

Такие же вычисления, осуществляемые мобильной станцией, должны приводить к такому же результату. Результат этих вычислений носит название общих секретных данных (SSD, Shared Secret Data). Центр аутентификации (при участии регистра местонахождения «домашних» абонентов, HLR) генерирует случайное число и «просит» центр мобильной коммутации, в зоне обслуживания которого находится мобильная станция, связаться с ней.

При этом центр аутентификации сообщает центру мобильной коммутации (MSC) случайное число, использованное для проведения вычислений, и их результат. Затем центр MSC связывается с MS и посылает запрос на аутентификацию, сообщая мобильной станции (по каналу радиосвязи) только случайное число, полученное от центра АС. Мобильная станция проводит вычисления по алгоритму CAVE и посылает полученный результат центру мобильной коммутации.

Получив результат вычислений от мобильной станции, центр MSC сравнивает его с общими секретными данными (SSD), полученными ранее от центра аутентификации, чтобы убедиться в том, что они совпадают. После этого центр MSC информирует центр АС о результатах сравнения. Роуминг необходим в тех ситуациях, когда мобильная станция перемещается из зоны обслуживания одного центра мобильной коммутации в зону обслуживания другого.

В таких случаях регистр местонахождения «домашних» абонентов должен получать информацию о том, где находится мобильная станция, с тем, чтобы направлять туда звонки, адресованные этой мобильной станции. Как только центр мобильной коммутации обнаруживает новую мобильную станцию в своей зоне обслуживания, он извещает об этом регистр местонахождения «домашних» абонентов.

Если в регистре имеется информация о том, что данная мобильная станция зарегистрирована в зоне обслуживания другого центра мобильной коммутации, он посылает тому центру MSC, в зоне которого станция MS была зарегистрирована ранее, сообщение об отмене ее регистрации. «Старый» центр мобильной коммутации посылает сообщение, подтверждающее отмену регистрации данной мобильной станции. После этого регистр местонахождения «домашних» абонентов может завершить процедуру регистрации станции MS, отправив «новому» центру мобильной коммутации сообщение об успешной регистрации мобильной станции.

Автор: Ксения Репинина

Иллюстрация к статье: Яндекс.Картинки