Лекция 2.11 Особености на клетъчния модел Архитектура на клетъчните мрежи.

1. Лекция 2.11Особености на клетъчния модел Архитектура на клетъчните мрежи. 1. Общи сведения. Особености на клетъчния модел 2. Архитектура на клетъчните мрежи

2. 1.Общи сведения. Особености на клетъчния модел. 1.1.Методология на проектирането на мобилни мрежи. -функционалност на (множество от възможности) МКС - много сложна колекция от различни функции; -методологии за системно проектиране -най-използвани -IN- концептуален модел и CCITT 3- етапен модел Дефиниция и описание на услугите Идентификация на мрежовата функционалност Вграждане на функционалността в мрежовата архитектура и протоколи 3-етапен CCITT- концептуален модел за системно проектиране

3. 1.2.Особености на клетъчния модел -клетъчните системи - отворени системи; -клетъчниа мрежа - съдържат безжична (радиомрежа) и фик-сирана (проводна) мрежи; -за моделирането на безжичните мрежи се използват двата мо-дела OSI- и ISDN PR - модела; -в ISDN PRM се прави разделяне на така наречените потреби-телски и контролни нива, наричани равнини: Потребителска равнина (User Plane) - включва всички функ-ции, по предаването на потребителски данни; Контролна равнина (Control Plane) - включва всички функции, по предаването на информация за контрол на потребителските данни. Нарича се още сигнална равнина; -Клетъчния модел въвежда трета, наричана транспортнарав-нина, която се счита за имплицитна в OSI-модела, съответст-ваща на трите му низши слоя-физически, канален и мрежов

4. Потребителски данни Данни за контрол Потребителска равнина Контролна равнина Транспортна равнина Потребителска, контролна и транспортна равнини в OSI- модела

5. 7. Приложен слой за ползва- 6. Представителен телите 5. Сесиен за съедин. 4 Транспортен . мрежи 3. Мрежов установяване на съединения управление на мобилността управление на радиоресурсите 2. Канален пакетиране на съобщениятаза клет. 1. Физически кодиране и декорелация мрежи формиране на лог.канали модулация, SFH, и др.

6. -Функционална равнина - идентифицира функциите на кле-тъчната радиосистема; 5 нива: 1. Управление на комуникациите (CM) : организиране, под-държането и реализацията на повикванията между ползва-телите ( СС); управление на допълнителните услуги (пренасочване на повикванията, изчакванията и удържането им; управление на службите за SMS; 2.Управление на мобилността (ММ) : управление на роуминга-пейджинг; определяне на клетката или мрежата на последната регистрация на МТ и обновяване на данните за местоположение; 3.Управление на радиоресурсите (RRM) :свободен контрол, назначаване на канали, управление натоварването на мрежата, управление на излъчваната мощност и автоматично радиосъпровождане (Hendover); 4. Предаване: трансфер на сигнална информация и потреби-телски данни

7. 5. Експлоатация, администриране и поддръжка: наблюдение и контрол на системата -определяне на тарифите и плащания, събиране и съхраняване на системна информация и др. Изброените функции се вграждат в модела на клетъчните системи и в мрежовата им архитектура и служат като база за специфициране на интерфейсите и протоколите, използвани в мрежата.

8. 2.Архитектура на клетъчните мрежи. Препоръчаната архитектура на клетъчна мрежа специфицира мрежовите елементи и интерфейсите,с които те се свързват за да комуникират помежду си. Всеки мрежов елемент изпълня-ва определен брой функции. Типичната мобилна радиосистема, за да изпълни своето предназначение, е необходимо да съдържа минимум следните елементи: мобилна станция (МС), базова станция (БС), комутатор и подходяща база данни (БД), необходима за нуждите на Роуминга.

9. EIR IWF А I F Базова станция Ext Networks PSTN/ ISDN MSC MST BTS BSC MT EI Um C E B Аbis HLR MSC VLR G H D VLR AuC Препоръчвана архитектура на клетъчна мрежа

10. Почти всички клетъчни системи от второ поколение използват за сигнализация Сигналната система SS-7.Системата е предна-значена за трансфер на сигнална информация между мрежови-те елементи.Слоевете в модела на SS-7 се наричат части. Приложна част за управление на тра-нзакциите (TAP Част за ползвателите на ISDN-услуги (ISUP) МС Част за управле-ние на сигналната връзка (SCCP) КС Част за предаване на съобщения 3 (MTP3) ФС Част за предаване на съобщения 2 (MTP2) Част за предаване на съобщения 1 (MTP1) Протоколен модел на системата за сигнализация SS-7

11. STP STP VLR VLR VLR VLR VLR STP MSC VLR HLR VLR VLR VLR MSC MSC MSC Схема на привързване на Сигналната система SS-7 към елементите на клетъчната мрежа

13. Cellular Networks • Channel Allocation • Call Setup • Cell Handoffs • Location Management

14. MSC MSC HLR VLR HLR VLR To other MSCs PSTN PSTN Cellular System Architecture

15. Cellular System Architecture • Each cell is served by a base station (BS) • Each BS is connected to a mobile switching center (MSC) through fixed links • Each MSC is connected to other MSCs and PSTN

16. Cellular System Architecture • Each MSC is a local switching exchange that handles switching of mobile user from one base station to another • Locating the current cell of a mobile user • Home Location Register (HLR): database recording the current location of each mobile that belongs to the MSC • Visitor Location Register (VLR): database recording the cell of “visiting” mobiles • Interfacing with other MSCs and PSTN

17. Cellular System Architecture • One channel in each cell is set aside for signalling information between BS and mobiles • Mobile-to-BS: location, call setup for outgoing, response to incoming • BS-to-Mobile: cell identity, call setup for incoming, location updating

18. Call Setup • Outgoing call setup: • User keys in the number and presses send (no dial tone) • Mobile transmits access request on uplink signaling channel • If network can process the call, BS sends a channel allocation message • Network proceeds to setup the connection

19. Call Setup (contd) • Network activity: • MSC determines current location of target mobile using HLR, VLR and by communicating with other MSCs • Source MSC initiates a call setup message to MSC covering target area

20. Call Setup (contd) • Incoming call setup: • Target MSC (covering current location of mobile) initiates a paging msg • BSs forward the paging message on downlink channel in coverage area • If mobile is on (monitoring the signaling channel), it responds to BS • BS sends a channel allocation message and informs MSC

21. Hand-Offs Mobile moves from one BS into another • BS initiated: • BS monitors the signal level of the mobile • Handoff occurs if signal level falls below threshold • Increases load on BS • Monitor signal level of each mobile • Determine target BS for handoff

22. Hand-Offs (contd) • Mobile assisted: • Each BS periodically transmits beacon • Mobile, on hearing stronger beacon from a new BS, sends it a greeting • changes routing tables to make new BS its default gateway • sends new BS identity of the old BS • New BS acknowledges the greeting and begins to route mobile’s call

23. Hand-Offs • Intersystem: (Roaming) • Mobile moves across areas controlled by different MSC’s • Handled similar to mobile assisted case with additional HLR/VLR effort • Local call may become long-distance

24. Cellular Implementations • First-generation: Analog cellular systems (450-900 MHz) • Frequency shift keying for signaling • FDMA for spectrum sharing • NMT (Europe), AMPS (US) • Second-generation: Digital cellular systems (900, 1800 MHz) • TDMA/CDMA for spectrum sharing • Circuit switching • GSM (Europe), IS-136 (US), PDC (Japan)

25. Cellular Implementations • 2.5G: Packet switching extensions • Digital: GSM to GPRS • Analog: AMPS to CDPD • 3G: • High speed, data and Internet services • IMT-2000

26. GSM: Channel Summary • Logical channels • Traffic Channels; Control Channels • Physical Channel • Time Slot Number; TDMA frame; RF Channel Sequence • Mapping in frequency • 124 channels, 200KHz spacing • Mapping in time • TDMA Frame, Multi Frame, Super Frame, Channel

27. GSM

29. 0 1 2047 2 3 2046 2045 50 1 2 3 0 1 25 23 0 2 24 3 T12 (SACCH) 49 T23 0 I 1 50 T0 T2 T1 2 3 4 5 0 1 6 7 2 3

30. GSM: System Architecture

31. GSMSub-Systems • Radio Sub System (RSS) • RSS = MS + BSS • BSS = BTS+ BSC • Network Sub System (NSS) • NSS = MSC+ HLR + VLR + GMSC • Operation Sub System • OSS = EIR + AuC