Centre de commutation mobile (MSC)

effectue des fonctions de commutation pour les communications mobiles. Ce centre contrôle tous les appels entrants et sortants provenant d'autres réseaux téléphoniques et de données. Ces réseaux comprennent le PSTN, le RNIS, les réseaux de données publics, les réseaux d'entreprise ainsi que les réseaux mobiles d'autres opérateurs. Les fonctions d'authentification d'abonné sont également exécutées dans le MSC. Le MSC fournit des fonctions de routage et de contrôle des appels. Le MSC est responsable de la commutation des canaux radio. Il s'agit notamment du « handover », au cours duquel la continuité de la communication est assurée lorsqu'une station mobile se déplace d'une cellule à l'autre, et de la commutation des canaux de travail dans une cellule en cas d'interférences ou de dysfonctionnements. Génère les données nécessaires à l'émission des factures pour les services de communication fournis par le réseau. , accumule des données sur la base des conversations terminées et les transfère au centre de règlement (centre de facturation). Le MSC compile également les statistiques nécessaires à la surveillance et à l'optimisation des performances du réseau. Il participe non seulement au contrôle des appels, mais gère également les procédures d'enregistrement de localisation et de transfert de contrôle.

Le centre de commutation surveille en permanence les stations mobiles à l'aide de registres de position (HLR) et de registres de relocalisation (VLR).

Registre de localisation du domicile (HLR)

Dans le système GSM, chaque opérateur dispose d'une base de données contenant des informations sur tous les abonnés appartenant à son PLMN. Cette base de données peut être organisée en un ou plusieurs HLR

Les informations sur l'abonné sont saisies dans le HLR au moment où l'abonné s'inscrit (l'abonné conclut un contrat de service) et sont stockées jusqu'à ce que l'abonné résilie le contrat et soit supprimé du registre HLR.

Les informations stockées dans HLR comprennent :

ID d'abonné.

Services supplémentaires attribués à l'abonné.

Informations sur la localisation de l'abonné.

Informations d'authentification de l'abonné.

HLR peut être implémenté soit dans son propre nœud de réseau, soit séparément. Si la capacité du HLR est épuisée, un HLR supplémentaire peut être ajouté. Et dans le cas de l'organisation de plusieurs HLR, la base de données reste unique - distribuée. L'enregistrement des données d'abonné reste toujours le seul. Les données stockées dans le HLR sont accessibles aux MSC et aux VLR appartenant à d'autres réseaux dans le cadre de la fourniture d'une itinérance inter-réseaux aux abonnés.

Registre des visiteurs (VLR)

La base de données VLR contient des informations sur tous les abonnés mobiles actuellement situés dans la zone de service MSC. Ainsi, chaque MSC du réseau possède son propre VLR. Le VLR stocke temporairement les informations d'abonnement afin que le MSC associé puisse desservir tous les abonnés dans la zone de service du MSC. Le VLR peut être considéré comme un HLR distribué car le VLR stocke une copie des informations d'abonné stockées dans le HLR.

Lorsqu'un abonné se déplace vers la zone de service d'un nouveau MSC, le VLR connecté à ce MSC demande des informations sur l'abonné au HLR qui stocke les données de cet abonné. Le HLR envoie une copie des informations au VLR et met à jour les informations de localisation de l'abonné. Lorsqu'un abonné appelle depuis une nouvelle zone de service, le VLR dispose déjà de toutes les informations nécessaires pour répondre à l'appel. Dans le cas d'un abonné itinérant dans la zone de couverture d'un autre MSC, le VLR demande les données d'abonné au HLR auquel appartient l'abonné. Le HLR transmet à son tour une copie des données d'abonné au VLR demandeur et met à jour à son tour les nouvelles informations de localisation de l'abonné. Une fois les informations mises à jour, le MS peut établir des connexions sortantes/entrantes.

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Il est difficilement possible aujourd’hui de trouver une personne qui n’a jamais utilisé de téléphone portable. Mais est-ce que tout le monde comprend comment fonctionnent les communications cellulaires ? Comment ce à quoi nous avons tous pris l’habitude de travailler et de travailler ? Les signaux des stations de base sont-ils transmis par fil ou tout cela fonctionne-t-il différemment ? Ou peut-être que toutes les communications cellulaires fonctionnent uniquement grâce aux ondes radio ? Nous essaierons de répondre à ces questions et à d’autres dans notre article, en laissant la description de la norme GSM hors de son champ d’application.

Au moment où une personne essaie de passer un appel depuis son téléphone portable, ou lorsqu'elle commence à l'appeler, le téléphone est connecté par ondes radio à l'une des stations de base (la plus accessible), à ​​l'une de ses antennes. Les stations de base sont visibles ici et là, en regardant les maisons de nos villes, les toits et les façades des bâtiments industriels, les immeubles de grande hauteur et enfin les mâts rouges et blancs spécialement érigés pour les gares (notamment le long des autoroutes).

Ces stations ressemblent à des boîtes grises rectangulaires, d'où sortent diverses antennes dans des directions différentes (généralement jusqu'à 12 antennes). Les antennes fonctionnent ici à la fois pour la réception et la transmission et appartiennent à l'opérateur cellulaire. Les antennes des stations de base sont orientées dans toutes les directions (secteurs) possibles pour fournir une « couverture réseau » aux abonnés de toutes les directions à une distance allant jusqu'à 35 kilomètres.

L'antenne d'un secteur est capable de desservir jusqu'à 72 appels simultanément, et s'il y a 12 antennes, alors imaginez : 864 appels peuvent, en principe, être desservis par une grande station de base en même temps ! Bien qu'ils soient généralement limités à 432 canaux (72*6). Chaque antenne est reliée par câble à l'unité de contrôle de la station de base. Et des blocs de plusieurs stations de base (chaque station dessert sa propre partie du territoire) sont connectés au contrôleur. Jusqu'à 15 stations de base sont connectées à un contrôleur.

La station de base est, en principe, capable de fonctionner sur trois bandes : le signal 900 MHz pénètre mieux à l'intérieur des bâtiments et des structures et se propage plus loin, cette bande est donc souvent utilisée dans les villages et les champs ; un signal à une fréquence de 1 800 MHz ne va pas si loin, mais plus d'émetteurs sont installés dans un secteur, de sorte que de telles stations sont installées plus souvent dans les villes ; enfin 2100 MHz c'est un réseau 3G.

Bien entendu, il peut y avoir plusieurs contrôleurs dans une zone ou une région peuplée, de sorte que les contrôleurs, à leur tour, sont connectés par des câbles au commutateur. Le but du commutateur est de connecter les réseaux des opérateurs mobiles entre eux et avec les lignes urbaines de communication téléphonique régulière, de communication longue distance et de communication internationale. Si le réseau est petit, un seul commutateur suffit ; s'il est grand, deux commutateurs ou plus sont utilisés. Les interrupteurs sont reliés entre eux par des fils.

Lors du déplacement d'une personne parlant sur un téléphone portable dans la rue, par exemple : elle marche, prend les transports en commun ou conduit une voiture personnelle, son téléphone ne doit pas perdre le réseau pendant un instant et la conversation ne peut pas être interrompu.

La continuité de la communication est obtenue grâce à la capacité d'un réseau de stations de base à faire basculer très rapidement un abonné d'une antenne à une autre lorsqu'il passe de la zone de couverture d'une antenne à la zone de couverture d'une autre (de cellule à cellule). L'abonné lui-même ne remarque pas comment il cesse d'être connecté à une station de base et est déjà connecté à une autre, comment il passe d'antenne en antenne, de station en station, de contrôleur en contrôleur...

Dans le même temps, le commutateur assure une répartition optimale de la charge sur une conception de réseau à plusieurs niveaux afin de réduire le risque de panne d'équipement. Un réseau multi-niveaux est construit comme ceci : téléphone portable - station de base - contrôleur - switch.

Disons que nous passons un appel et que le signal a déjà atteint le standard. Le commutateur transmet notre appel à l'abonné de destination - au réseau de la ville, au réseau de communication international ou longue distance, ou au réseau d'un autre opérateur mobile. Tout cela se produit très rapidement grâce aux canaux de câble à fibre optique à haut débit.

Ensuite, notre appel est dirigé vers le commutateur situé du côté du destinataire de l'appel (celui que nous avons appelé). Le commutateur « récepteur » dispose déjà de données sur l'endroit où se trouve l'abonné appelé, dans quelle zone de couverture du réseau : quel contrôleur, quelle station de base. Ainsi, une étude du réseau commence depuis la station de base, le destinataire est localisé et un appel est reçu sur son téléphone.

L'ensemble de la chaîne d'événements décrits, depuis le moment où le numéro est composé jusqu'au moment où l'appel est entendu par le destinataire, ne dure généralement pas plus de 3 secondes. Aujourd’hui, nous pouvons donc appeler partout dans le monde.

Andreï Povny

Pour ce faire, nous vous proposons de vous rendre chez la société Beeline.

Un grand nombre de stations de base BS sont installées sur le territoire de la Russie. Probablement, beaucoup d'entre vous ont vu des structures rouges et blanches s'élever dans les champs ou des structures installées sur les toits de bâtiments non résidentiels. Chacune de ces stations de base est capable de capter un signal provenant d'un téléphone portable à une distance allant jusqu'à 35 km, en communiquant avec lui via des canaux de service ou vocaux.

Après avoir composé le numéro de l'abonné souhaité sur votre téléphone, voici ce qui se passe : le téléphone mobile trouve la BS la plus proche, la contacte via un canal de service et demande un canal vocal. Après cela, la BS envoie une requête au contrôleur (BSC), qui est ensuite envoyée au communicateur. Si la personne que vous appelez est sur le même opérateur que vous, le communicateur vérifiera la base de données Home Location Register (HLR) pour savoir où se trouve exactement la personne que vous appelez et acheminera l'appel vers le bon commutateur, qui puis transférez l'appel au contrôleur puis à la station de base. Et enfin, la Station de Base contactera le téléphone portable de la personne souhaitée et vous mettra en relation avec elle. Et si la personne à qui vous souhaitez parler est un abonné d'un autre opérateur mobile, ou si vous appelez un numéro fixe, alors le switch « trouvera » le switch correspondant de l'autre réseau et le contactera. Cela semble assez déroutant, non ? Essayons d'analyser ce problème plus en détail.

Mais revenons au matériel. Comme nous l'avons déjà dit, l'appel est transféré de la BS vers le contrôleur (BSC). Extérieurement, elle n'est pas très différente de la Station de Base :

Le nombre de BS que le contrôleur est capable de gérer peut atteindre six douzaines. Le contrôleur et la BS communiquent via des canaux optiques ou relais radio. Le contrôleur contrôle le fonctionnement des canaux radio.

Ci-dessous, vous pouvez voir quel est le commutateur :

Le nombre de contrôleurs desservis par le commutateur varie de deux à trente. Les interrupteurs sont placés dans de grandes pièces remplies d'armoires métalliques contenant des équipements.

Le travail du commutateur est de contrôler le trafic. Si auparavant, pour communiquer entre eux, les abonnés devaient d'abord contacter l'opérateur téléphonique, qui réorganisait ensuite manuellement les fils nécessaires, mais désormais le commutateur remplit parfaitement son rôle.

À l’intérieur des voitures se trouvent des dispositifs conçus pour collecter et traiter les données :

Les contrôleurs et les commutateurs sont surveillés 24 heures sur 24. Le suivi est effectué dans ce que l'on appelle le TsKS (Flight Control Center of the Network Control Center).

Le principe de fonctionnement des réseaux GSM

GSM (ou Système Global de Communications Mobiles) a été développé en 1990. Le premier opérateur GSM a accepté des abonnés en 1991 ; début 1994, les réseaux basés sur la norme en question comptaient déjà 1,3 million d'abonnés, et fin 1995, leur nombre est passé à 10 millions !

Commençons par la chose la plus complexe et peut-être la plus ennuyeuse : le schéma fonctionnel du réseau. Des abréviations anglaises internationalement acceptées seront utilisées dans la description.

La partie la plus simple du schéma structurel est un téléphone portable, composé de deux parties : le « combiné » lui-même - ME (Mobile Equipment - appareil mobile) et une carte à puce SIM (Subscriber Identity Module - module d'identification de l'abonné), obtenue lors de la conclusion d'un contrat avec l'opérateur. Tout comme toute voiture est équipée d'un numéro de carrosserie unique, un téléphone portable possède son propre numéro - IMEI (International Mobile Equipment Identity), qui peut être transmis au réseau sur demande. La carte SIM, à son tour, contient ce que l'on appelle l'IMSI (International Mobile Subscriber Identity - numéro d'identification international de l'abonné). Ainsi, IMEI correspond à un téléphone spécifique, et IMSI à un abonné spécifique.

Le « système nerveux central » du réseau est le NSS (Network and Switching Subsystem), et le composant qui remplit les fonctions du « cerveau » est appelé MSC (Mobile services Switching Center). C'est ce dernier que tout le monde appelle le « switch », et aussi, en cas de problèmes de communication, est blâmé pour tous les péchés mortels. Il peut y avoir plusieurs MSC sur le réseau. MSC est responsable du routage des appels, de la génération des données pour le système de facturation et gère de nombreuses procédures - il est plus facile de dire ce qui ne relève pas de la responsabilité du commutateur que de lister toutes ses fonctions.

Les prochains composants les plus importants du réseau, également inclus dans le NSS, j'appellerais HLR (Home Location Register - un registre de nos propres abonnés) et VLR (Visitor Location Register - un registre de mouvements). Faites attention à ces pièces, nous les mentionnerons souvent à l'avenir. HLR, en gros, est une base de données de tous les abonnés ayant conclu un contrat avec le réseau en question. Il stocke des informations sur les numéros d'utilisateurs (les chiffres désignent, d'une part, l'IMSI mentionné ci-dessus, et d'autre part, ce qu'on appelle MSISDN-Mobile Subscriber ISDN, c'est-à-dire un numéro de téléphone dans son sens habituel), une liste de services disponibles et bien plus encore. - plus loin dans le texte, les paramètres situés dans le HLR seront souvent décrits.

Contrairement au HLR, qui n'en est qu'un dans le système, il peut y avoir plusieurs VLR - chacun d'eux contrôle sa propre partie du réseau. Le VLR contient des données sur les abonnés qui se trouvent sur son (et seulement son !) territoire (et il dessert non seulement ses propres abonnés, mais aussi les roamers enregistrés sur le réseau). Dès qu'un utilisateur quitte la zone de couverture d'un VLR, les informations le concernant sont copiées sur le nouveau VLR et supprimées de l'ancien. En fait, il y a beaucoup de points communs entre ce qui est disponible sur l'abonné dans VLR et dans HLR - regardez les tableaux qui montrent une liste de données à long terme (tableau 1) et temporaires (tableaux 2 et 3) sur les abonnés stockées dans ces registres. Encore une fois sur la différence entre HLR et VLR : le premier contient des informations sur tous les abonnés du réseau, quelle que soit leur localisation, et le second contient des données uniquement sur ceux qui se trouvent sur le territoire sous la juridiction de ce VLR. Dans le HLR, pour chaque abonné, il y a toujours un lien vers le VLR qui travaille actuellement avec lui (l'abonné) (alors que le VLR lui-même peut appartenir au réseau de quelqu'un d'autre, situé par exemple de l'autre côté de la Terre) .

Données à long terme stockées dans HLR et VLR

1. Identité internationale de l'abonné (IMSI)
2. Numéro de téléphone de l'abonné au sens habituel (MSISDN)
3. Catégorie de station mobile
4. Clé d'identification de l'abonné (Ki)
5. Types de fourniture de services supplémentaires
6. Index des groupes d'utilisateurs fermés
7. Code de blocage pour un groupe d'utilisateurs fermé
8. Composition des principaux appels transférables
9. Alerte de l'appelant
10. Identification du numéro appelé
11. Horaire de travail
12. Notification de l'appelé
13. Contrôle de la signalisation lors de la connexion des abonnés
14. Caractéristiques d'un groupe d'utilisateurs fermé
15. Avantages d'un groupe d'utilisateurs fermé
16. Appels sortants restreints dans un groupe d'utilisateurs fermé
17. Nombre maximum d'abonnés
18. Mots de passe utilisés
19. Classe d'accès prioritaire

Données temporaires stockées dans HLR
1. Options d'identification et de cryptage
2. Numéro d'abonné mobile temporaire (TMSI)
3. Adresse du registre des mouvements dans lequel se trouve l'abonné (VLR)
4. Zones de déplacement des stations mobiles
5. Numéro de portable lors du transfert
6. Statut d'inscription
7. Minuterie sans réponse
8. Composition des mots de passe actuellement utilisés
9. Activité de communication

Données temporaires stockées dans VLR
1. Numéro d'abonné mobile temporaire (TMSI)
2. Identificateurs de zone de localisation des abonnés (LAI)
3. Lignes directrices pour l'utilisation des services essentiels
4. Numéro de portable lors du transfert
5. Options d'identification et de cryptage

NSS contient deux autres composants - AuC (Authentication Center) et EIR (Equipment Identity Register). Le premier bloc est utilisé pour les procédures d'authentification des abonnés et le second, comme son nom l'indique, est chargé de permettre uniquement aux téléphones portables autorisés de fonctionner sur le réseau.

La partie exécutive, pour ainsi dire, du réseau cellulaire est le BSS (Base Station Subsystem). Si nous poursuivons l'analogie avec le corps humain, alors ce sous-système peut être appelé les membres du corps. Le BSS se compose de plusieurs « bras » et « jambes » - BSC (Base Station Controller - contrôleur de station de base), ainsi que de nombreux « doigts » - BTS (Base Transceiver Station - station de base). Les stations de base peuvent être observées partout - dans les villes, dans les champs - en fait, ce sont simplement des appareils de réception et de transmission contenant de un à seize émetteurs. Chaque BSC contrôle un groupe entier de BTS et est responsable de la gestion et de l'allocation des canaux, des niveaux de puissance des stations de base, etc. Habituellement, il n'y a pas un seul BSC dans le réseau, mais un ensemble complet (il y a généralement des centaines et des milliers de stations de base).

L'exploitation du réseau est gérée et coordonnée à l'aide d'OSS (Operating and Support Subsystem). Les logiciels libres comprennent toutes sortes de services et de systèmes qui contrôlent le fonctionnement et le trafic.

Chaque fois que vous allumez le téléphone après avoir sélectionné un réseau, la procédure d'enregistrement commence. Considérons le cas le plus général - l'enregistrement non pas sur le réseau domestique, mais sur le réseau de quelqu'un d'autre, dit invité (nous supposerons que le service d'itinérance est autorisé à l'abonné).

Laissez le réseau être trouvé. A la demande du réseau, le téléphone transmet l'IMSI de l'abonné. IMSI commence par l'indicatif du pays de son propriétaire, suivi des chiffres qui définissent le réseau domestique, et ensuite seulement - le numéro unique d'un abonné spécifique. Par exemple, le début de IMSI 25099... correspond à l'opérateur russe Beeline. (250-Russie, 99 - Beeline). Sur la base du numéro IMSI, le VLR du réseau invité identifie le réseau domestique et communique avec son HLR. Ce dernier transmet toutes les informations nécessaires sur l'abonné au VLR qui en a fait la demande, et met en place un lien vers ce VLR pour, le cas échéant, savoir « où chercher » l'abonné.

Le processus de détermination de l’authenticité d’un abonné est très intéressant. Lors de l'inscription, le réseau domestique AuC génère un nombre aléatoire de 128 bits - RAND - qui est envoyé au téléphone. A l'intérieur de la SIM, à l'aide de la clé Ki (la clé d'identification - comme l'IMSI, elle est contenue dans la SIM) et de l'algorithme d'identification A3, une réponse de 32 bits est calculée - SRES (Signed RESult) selon la formule SRES = Ki* RAND. Exactement les mêmes calculs sont effectués simultanément dans AuC (selon le Ki de l’utilisateur sélectionné dans le HLR). Si le SRES calculé dans le téléphone correspond au SRES calculé par l'AuC, alors le processus d'autorisation est considéré comme réussi et l'abonné se voit attribuer un TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity). TMSI sert uniquement à améliorer la sécurité de l'interaction de l'abonné avec le réseau et peut changer périodiquement (y compris lorsque le VLR est modifié).

Théoriquement, le numéro IMEI devrait également être transmis lors de l'inscription, mais j'ai de sérieux doutes sur le fait que l'opérateur de Minsk suive l'IMEI des téléphones utilisés par les abonnés. Considérons un certain réseau « idéal » qui fonctionne comme prévu par les créateurs du GSM. Ainsi, lorsque l'IMEI est reçu par le réseau, il est envoyé à l'EIR, où il est comparé aux soi-disant « listes » de numéros. La liste blanche contient les numéros de téléphones dont l'utilisation est autorisée, la liste noire comprend les téléphones IMEI, volés ou pour une autre raison non approuvés pour une utilisation et, enfin, la liste grise - les « combinés » présentant des problèmes, dont le fonctionnement est autorisé par le système, mais pour lequel une surveillance constante est effectuée.

Après la procédure d'identification et l'interaction du VLR invité avec le HLR domestique, un compteur de temps est démarré, fixant le moment de la réinscription en l'absence de toute session de communication. Généralement, la période d'inscription obligatoire est de plusieurs heures. La réinscription est nécessaire pour que le réseau reçoive la confirmation que le téléphone est toujours dans sa zone de couverture. Le fait est qu'en mode veille, le « combiné » surveille uniquement les signaux transmis par le réseau, mais n'émet rien lui-même - le processus de transmission ne commence que lorsqu'une connexion est établie, ainsi que lors de mouvements importants par rapport au réseau ( ceci sera discuté en détail ci-dessous) - dans de tels cas, le compte à rebours jusqu'à la prochaine réinscription recommence. Par conséquent, si le téléphone « tombe » du réseau (par exemple, la batterie a été déconnectée ou le propriétaire de l'appareil est entré dans le métro sans éteindre le téléphone), le système n'en sera pas informé.

Tous les utilisateurs sont répartis aléatoirement en 10 classes d'accès égal (numérotées de 0 à 9). De plus, il existe plusieurs classes spéciales avec des numéros de 11 à 15 (divers types de services d'urgence et d'urgence, personnel des services réseau). Les informations sur la classe d'accès sont stockées dans la carte SIM. Une 10ème classe d'accès spéciale vous permet de passer des appels d'urgence (au 112) si l'utilisateur n'appartient à aucune classe autorisée ou ne possède pas du tout d'IMSI (SIM). En cas d'urgence ou de surcharge du réseau, certaines classes peuvent se voir temporairement refuser l'accès au réseau.

Comme déjà mentionné, le réseau se compose de nombreux BTS - stations de base (un BTS - une "cellule", cellule). Pour simplifier le fonctionnement du système et réduire le trafic des services, les BTS sont regroupés en groupes - domaines, appelés LA (Location Area). Chaque LA possède son propre code LAI (Location Area Identity). Un VLR peut contrôler plusieurs LA. Et c'est le LAI qui est placé dans le VLR pour paramétrer la localisation de l'abonné mobile. Le cas échéant, c'est dans le LA correspondant (et non dans une cellule séparée) que l'abonné sera recherché. Lorsqu'un abonné se déplace d'une cellule à une autre au sein d'une LA, le réenregistrement et les modifications des entrées dans VLR/HLR ne sont pas effectués, mais dès qu'il (l'abonné) entre sur le territoire d'une autre LA, l'interaction du téléphone avec le réseau commence. Lorsqu'un LA est modifié, l'ancien indicatif régional est effacé du VLR et remplacé par un nouveau LAI, mais si le LA suivant est contrôlé par un autre VLR, le VLR est modifié et l'entrée dans le HLR est mise à jour.

D'une manière générale, diviser un réseau en LA est un problème d'ingénierie assez difficile, qui est résolu lors de la construction de chaque réseau individuellement. Un LA trop petit entraînera un réenregistrement fréquent des téléphones et, par conséquent, une augmentation du trafic de divers types de signaux de service et une décharge plus rapide des batteries des téléphones portables. Si vous agrandissez LA, alors, s'il est nécessaire de se connecter à un abonné, le signal d'appel devra être envoyé à toutes les cellules incluses dans la LA, ce qui entraîne également une augmentation injustifiée de la transmission des informations de service et une surcharge de canaux du réseau interne.

Examinons maintenant un très bel algorithme de ce qu'on appelle le handover (c'est le nom donné au changement de canal utilisé pendant le processus de connexion). Lors d'une conversation sur un téléphone mobile, pour diverses raisons (retrait du combiné de la station de base, interférences par trajets multiples, déplacement de l'abonné dans la zone dite d'ombre, etc.), la puissance (et la qualité) de le signal peut se détériorer. Dans ce cas, un basculement se produira vers un canal (peut-être un autre BTS) avec une meilleure qualité de signal sans interrompre la connexion en cours (j'ajouterai que ni l'abonné lui-même ni son interlocuteur, en règle générale, ne remarquent le transfert qui s'est produit).

Les transferts sont généralement divisés en quatre types :

1. changer de chaîne au sein d'une station de base
2. changer le canal d'une station de base par le canal d'une autre station, mais sous le patronage du même BSC.
3. commutation de canal entre stations de base contrôlées par différents BSC, mais par le même MSC
4. commutation de canaux entre stations de base, dont sont responsables non seulement différents BSC, mais également MSC.

En général, le transfert relève de la tâche du MSC. Mais dans les deux premiers cas, appelés transferts internes, afin de réduire la charge sur les lignes de communication du commutateur et des services, le processus de changement de canal est contrôlé par le BSC, et le MSC est uniquement informé de ce qui s'est passé.

Lors d'une conversation, le téléphone mobile surveille en permanence le niveau du signal des BTS voisins (la liste des canaux (jusqu'à 16) qui doivent être surveillés est définie par la station de base). Sur la base de ces mesures, les six meilleurs candidats sont sélectionnés, dont les données sont transmises en permanence (au moins une fois par seconde) au BSC et au MSC pour organiser un éventuel basculement. Il existe deux principaux schémas de transfert :

"Mode de commutation le plus bas" (performance minimale acceptable). Dans ce cas, lorsque la qualité de la communication se dégrade, le téléphone mobile augmente le plus longtemps possible la puissance de son émetteur. Si, malgré l'augmentation du niveau du signal, la connexion ne s'améliore pas (ou si la puissance a atteint son maximum), alors le transfert se produit.

"Mode économie d'énergie" (Budget de puissance). Dans le même temps, la puissance d'émission du téléphone mobile reste inchangée et si la qualité se détériore, le canal de communication (handover) change.
Il est intéressant de noter que non seulement un téléphone mobile, mais également un MSC peuvent initier des changements de canal, par exemple pour une meilleure répartition du trafic.

Parlons maintenant de la manière dont les appels entrants sur téléphone mobile sont acheminés. Comme précédemment, nous considérerons le cas le plus général, lorsque l'abonné se trouve dans la zone de couverture du réseau invité, l'enregistrement a réussi et le téléphone est en mode veille.
Lorsqu'une demande de connexion (image ci-dessous) est reçue d'un système de téléphone filaire (ou autre cellulaire) vers le MSC du réseau domestique (l'appel « trouve » le commutateur souhaité grâce au numéro d'abonné mobile MSISDN composé, qui contient le pays et le réseau. code).

Le MSC envoie le numéro d'abonné (MSISDN) au HLR. Le HLR, à son tour, fait une requête au VLR du réseau invité dans lequel se trouve l'abonné. Le VLR attribue un des MSRN (Mobile Station Roaming Number) dont il dispose. L'idéologie de l'attribution MSRN est très similaire à l'attribution dynamique d'adresses IP dans l'accès Internet commuté via un modem. Le HLR du réseau domestique reçoit le MSRN attribué à l'abonné par le VLR et, en l'accompagnant de l'IMSI de l'utilisateur, le transmet au commutateur du réseau domestique. La dernière étape de l'établissement de la connexion consiste à acheminer l'appel, accompagné de IMSI et MSRN, vers le commutateur du réseau visiteur, qui génère un signal spécial transmis sur le PAGCH (PAGer CHannel) dans toute la LA où se trouve l'abonné.

Le routage des appels sortants ne représente rien de nouveau ou d’intéressant d’un point de vue idéologique. Je ne donnerai que quelques-uns des signaux de diagnostic qui indiquent l'impossibilité d'établir une connexion et que l'utilisateur peut recevoir en réponse à une tentative d'établissement de connexion.

Signaux d'erreur de diagnostic de base lors de l'établissement d'une connexion

Le numéro d'abonné est occupé - 425 ± 15 Hz - bip de 500 ms, pause de 500 ms
Surcharge réseau - 425 ± 15 Hz - bip de 200 ms, pause de 200 ms
Erreur générale - 950±50Hz 1400±50Hz 1800±50Hz - Triple bip (durée de chaque partie 330 ms), 1 s de pause

Publication : www.cxem.net

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Dans les commentaires sur les articles sur le réseau WiMAX (, ) et sur GPRS, l'intérêt pour les réseaux cellulaires a été exprimé. J'ai donc décidé de mettre en œuvre mon idée de longue date et de décrire à la communauté Habra le fonctionnement des réseaux cellulaires modernes.

L'image ci-dessous montre la structure générale des réseaux cellulaires. Initialement, le réseau est divisé en 2 grands sous-réseaux - le réseau d'accès radio (RAN - Radio Access Network) et le réseau de commutation ou réseau central (CN - Core Network).

Je tiens à souligner que je décrirai exactement les réseaux cellulaires existants pour la CEI, car en Europe, en Amérique et en Asie, les réseaux sont plus développés et leur structure est quelque peu différente de nos réseaux, j'en parlerai un peu plus tard s'il y a un intérêt .

Tout d'abord, je voudrais parler en termes généraux du réseau, puis je vous parlerai plus en détail des fonctions de chacun des éléments du réseau.

Réseau d'accès radio

Les réseaux d'accès radio existants de nos opérateurs sont le produit d'une longue évolution, ils sont donc constitués d'un réseau d'accès radio GSM (GERAN - GSM EDGE Radio Access Network) et d'un réseau d'accès radio UMTS (UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network). En haut à gauche de l'image vous voyez GERAN, respectivement en bas à gauche, UTRAN. Les plus grands changements lors de la transition du GSM vers l'UMTS se produisent précisément dans le réseau d'accès radio : l'opérateur doit construire un deuxième réseau et reconquérir les territoires existants.

Le réseau d'accès radio est le Web qui couvre de vastes zones des villes et des zones ouvertes, et c'est précisément à travers lui qu'est assurée l'énorme couverture qu'offrent les réseaux cellulaires.

Réseau fédérateur

Le réseau central est le cœur des réseaux cellulaires. Le nom support est ma traduction gratuite ; en GSM, cette partie du réseau est appelée réseau de commutation, en UMTS - Core Network, qui peut essentiellement être traduit par cœur du réseau. Divers réseaux d'accès radio peuvent être connectés à ce noyau, comme des périphériques à une unité système. Le cœur de réseau évolue peu en lien avec l'évolution du GSM vers l'UMTS, cette forte évolution intervient un peu plus tard - les opérateurs occidentaux et asiatiques l'ont déjà vécue, mais ici elle ne fait que commencer.

Le réseau central dans l'image ci-dessus est divisé en 2 parties : la partie supérieure droite est responsable des connexions vocales, ou connexions CS (Circuit Switch), la partie inférieure droite est responsable des connexions par paquets, ou connexions PS (Packet Switch).

Le réseau fédérateur est concentré dans un ou plusieurs bâtiments appartenant à l'opérateur cellulaire, dans de grandes salles informatiques - autrement dit, une immense salle de serveurs, où se trouvent un grand nombre d'armoires d'équipements, on les appelle parfois réfrigérateurs car ils se ressemblent beaucoup :)

HLR - Registre de localisation d'origine, Registre de localisation d'origine.
Il s’agit essentiellement d’une grande base de données qui stocke tout sur l’abonné d’un réseau donné. Dans les grands réseaux, comme ceux des trois grands opérateurs, il existe plusieurs nœuds de ce type – ils sont dispersés dans les régions. Leur quantité est mesurée en unités de pièces. Afin de comprendre les règles - il existe un tel nœud à Saint-Pétersbourg, un autre à Moscou, un autre dans l'Oural, un autre dans le Caucase, en Sibérie - 3-4 choses... En pratique, cela pourrait être une base de données distribuée , car la capacité d'un HLR peut ne pas être suffisante pour stocker des données sur tous les abonnés. Ensuite, l'opérateur achète un autre HLR (appareil physique) et organise une base de données distribuée.

Quelles informations y sont stockées ? Il s'agit pour l'essentiel d'informations sur les services connectés à l'abonné :
- l'abonné peut-il passer des appels sortants ?
- l'abonné peut-il envoyer/recevoir des SMS
- le service de conférence téléphonique est-il autorisé ?
- et toutes autres prestations possibles
Des informations importantes sont également stockées ici, telles que l'identifiant du MSC dans la zone de couverture duquel se trouve actuellement l'abonné. Nous verrons plus tard pourquoi cela peut être nécessaire.

MSC/VLR

MSC - Mobile Switching Center, centre de commutation pour les abonnés mobiles ;
VLR - Visitor Location Register, registre de localisation des abonnés invités.
Logiquement ce sont 2 nœuds distincts, mais en pratique, cela est implémenté dans le même appareil.
Le VLR stocke une copie des données enregistrées dans le HLR avec la seule différence qu'il n'y a aucune information sur le MSC dans la zone de couverture dans laquelle se trouve l'abonné. Des informations sont stockées ici sur le BSC dans lequel se trouve l'abonné. Eh bien, ici, bien sûr, les données ne sont stockées que sur les abonnés qui se trouvent actuellement dans la zone de couverture du MSC à laquelle ce VLR est connecté.

MSC est un interrupteur classique (bien sûr, pas celui que l'on peut voir dans les musées où les grands-mères s'asseyaient et reconnectaient les fils). Ses principales fonctions sont pour un appel sortant - pour déterminer où basculer l'appel, pour une connexion entrante - pour déterminer à quel BSC envoyer l'appel. Pour remplir ces fonctions, il se tourne vers le VLR pour les informations qui y sont stockées. Il convient de noter ici qu'il s'agit d'un avantage de la séparation du HLR et du VLR - MSC ne frappera pas le HLR à chaque fois que l'abonné a besoin de quelque chose, mais fera tout lui-même. MSC collecte également des données pour la facturation, puis ces données sont transmises aux systèmes appropriés.

AUC - AUthentication Center, centre d'authentification des abonnés. Ce nœud est chargé d'empêcher un attaquant d'accéder au réseau en votre nom. Ce nœud génère également des clés de chiffrement qui chiffrent votre connexion au réseau au point le plus vulnérable : sur l'interface radio.

GMSC - Passerelle MSC, commutateur de passerelle. Cet hôte est utilisé uniquement pour les appels entrants. Les opérateurs disposent d'une certaine capacité de numéro ; les commutateurs de passerelle des réseaux de communication (cellulaires, fixes) sont adaptés à cette capacité de numéro. Lorsque vous composez le numéro d'un ami, votre appel atteint le commutateur (MSC) de votre réseau et il détermine où envoyer ensuite l'appel en fonction de la correspondance entre les numéros et les passerelles réseau. L'appel est envoyé au GMSC de l'opérateur cellulaire utilisé par votre ami. Ensuite, le GMSC fait une demande au HLR et découvre dans la zone de couverture de quel MSC se trouve actuellement l'abonné appelé. L'appel y est redirigé plus loin.

SGSN - Noeud de support GPRS au service du noeud de support GPRS. Ce nœud est chargé de déterminer comment fournir les services en fonction de l'APN demandé (nom du point d'accès, point d'accès, par exemple mms.beeline.ru). Le comptage du trafic est également effectué à ce nœud.

GGSN - Nœud de support Gateway GPRS, nœud de support gateway GPRS. Eh bien, il s'agit d'une passerelle responsable de la livraison correcte des paquets à l'utilisateur.

BSC - Contrôleur de station de base, contrôleur de station de base. Le nœud auquel les stations de base sont connectées, contrôle ensuite les stations de base - désigne quel abonné doit allouer combien de ressources, détermine comment les transferts sont effectués. Lorsqu'un signal concernant une connexion entrante pour un abonné arrive du MSC, le contrôleur effectue une procédure de radiomessagerie - via toutes les stations de base qui lui sont subordonnées, il envoie un appel à cet abonné, qui doit répondre via l'une des stations de base.

TRC - TRansCoder, transcodeur. Un appareil chargé de transcoder la parole du format GSM au format de téléphonie standard utilisé dans les réseaux de communication fixes et vice versa. Ainsi, il s'avère que la parole est transmise au format des réseaux fixes dans le réseau GSM dans la section GMSC vers TRC.

BTS - Station d'émetteur-récepteur de base, station d'émetteur-récepteur de base. C'est ce qui est directement proche de l'utilisateur lui-même. Ce sont les stations de base qui forment le réseau même que couvrent les opérateurs cellulaires ; le territoire sur lequel les opérateurs cellulaires fournissent des services dépend de leur nombre. En fait, c'est un appareil plutôt stupide : il fournit aux utilisateurs des canaux de communication séparés, convertit le signal en un signal haute fréquence, qui sera transmis à l'antenne, puis transmet ce signal très haute fréquence aux antennes. Mais nous pouvons observer les antennes tous les jours.

Je voudrais noter que les antennes ne sont pas une station de base :) Une station de base est similaire à un réfrigérateur - une armoire avec des modules qui se trouve dans un endroit spécial. C'est un endroit spécial - par exemple, les petites caravanes bleues placées sous des tours rouges et blanches quelque part en banlieue.