Протоколы GSM и преобразование речи

2.1. Протоколы сети GSM

2.1.1. Общая структура

Основное описание протоколов сети GSM дано в документах ETSI. Эти документы представляют некоторые группы, расположенные по версиям [76–79].

Рассмотренные выше функции регистрации (registration), аутентификации (authentication), маршрутизации вызова (call routing) и обновление координат местоположения, механизм передачи соединения (handover) выполняются подсистемой сети главным образом с использованием протоколов системы мобильной связи, основанных на протоколах системы ОКС № 7 [1, 10, 11, 36]. Структура этих протоколов показана на рис. 2.1.

Сигнальный протокол в GSM разделен на три уровня [49], [10, 17, 117] в зависимости от интерфейса, как показано на рис. 2.1.

Участок "мобильная станция — базовая станция" работает со следующими уровнями. Уровень 1 — физический уровень, который использует структуры канала, рассмотренные выше, по воздушному интерфейсу. Уровень 2 — уровень звена передачи данных по U_m интерфейсу, уровень звена передачи данных — это модифицированная версия LAPD-протокола, используемого в ISDN; она называется LAPDm [93, 94]. Уровень 3 — сигнальный протокол из GSM, использующий также модифицированную версию LAPD; самостоятельно разделен на 3 подслоя.

Управление радиоресурсами (RRM — Radio Resources Management) управляет установкой, обслуживанием и конечным устройством, радио- и фиксированными каналами, включая хэндовер.

Управление передвижением (MM — Mobility Management) управляет обновлением местоположения и процедурами регистрации, так же как защитой и аутентификацией.

Управление соединением (Connection Management) обрабатывает общий процесс управления установлением соединения и сигнализацией и управляет дополнительными услугами, а также службой передачи коротких сообщений.

Рис. 2.1. Структура протоколов GSM

При взаимодействии базовой телефонной станцией (BTS) и контроллером базовой станции (BSC) используется интерфейсный протокол сообщение трансивера (приемопередатчика) базовой станции (BTSM — Base Transceiver Station Message). он также называется интерфейс A_bis.

Передача сигналов между различными объектами в фиксированной части сети (интерфейс A) использует протоколы на уровне 1 MTP1 (Message Transfer Part — подсистема передачи сообщений) на уровне 1 и на уровне 2 — SCCP (Signaling Connection Control Part — система управления соединением каналов сигнализации) [1, 10, 11, 35], принадлежащие системе сигнализации ОКС № 7. На уровне 3 применяют перечисленные выше протоколы GSM — MM и CM.

Подсистема 3 уровня BSSMAP прикладная система управления базовой станцией предназначена для связи контроллера базовой станции (BSS) с центром коммутации мобильной связи (MSC).

2.1.2. Подсистемы сигнальных протоколов

Для передачи сигнальных сообщений между центром коммутации мобильной связи (MSC) и системой базовой станции (Base Station System) [1, 10, 11, 17, 35] используются MTP (Message Transfer Part) и подсистемы управления соединением канала сигнализации SCCP (Signaling Connection Control Part), которые являются частями системы ОКС № 7. Рассмотрим кратко содержание этой подсистемы.

Основные сведения о подсистеме управления соединением канала сигнализации ОКС № 7 (SCCP-CSS№7)

Система управления соединением канала сигнализации (SCCP — Signaling Connection Control Part) управляет логическими соединениями в сети ОКС для передачи блоков данных сигнализации. Она выполняет функции третьего уровня (сетевой уровень) модели взаимодействия протоколов ОКС [10, 11, 35, 115]. SCCP предоставляет возможность осуществлять по сети ОКС передачу данных для управления соединением и при техническом обслуживании, непосредственно не связанную с конкретным каналом речи или передачи данных.

Подсистема SCCP предоставляет два класса услуг: ориентированных на соединение и не ориентированных на соединение.

В первом случае перед началом обмена данными устанавливается соединение. Доставка сообщений может быть гарантирована в порядке их передачи. Для ориентированных на соединение услуг различаются постоянные и кратковременные (полупостоянные) соединения для сигнализации. При этом для полупостоянных соединений предусмотрены три фазы: фаза установления соединения (примитив "N – соединение"), фаза обмена данными (примитив "N – данные") и фаза освобождение соединения (примитив "N – разъединение").

При реализации услуг, не ориентированных на соединение, SCCP обеспечивает передачу данных в двух режимах: с контролем последовательности доставки сообщений и без контроля. В последнем случае не гарантируется прием данных в порядке их передачи, так как они маршрутизируются в сети сигнализации по-разному и могут быть повторно запрошены при воздействии помех.

Структура сообщения SCCP детально рассмотрена в [1, 10, 11, 35]. Ниже приведем только часть заголовков, посвященных подвижной системе.

Примеры типов сообщений для системы, ориентированной на соединение, следующие:

• запрос на соединение между двумя узлами (CR);
• подтверждение соединения (CC) в ответ на сообщение CR;
• запрос на разъединение (RLSD);
• подтверждение разъединения (RLC) со стороны любого из узлов;
• подтверждение разъединения (процесс освобождения завершен);
• данные для прозрачной передачи данных между двумя узлами (DT);
• разрешенная подсистема (SSA).

Последнее сообщение содержит следующие параметры ( рис. 2.2).

Рис. 2.2. Сообщения "разрешенная подсистема"

Само сообщение "разрешенная подсистема" имеет код 0000 0001 Указанный на этом рисунке "номер задействованной подсистемы" может быть закодирован следующим образом.

В табл. 2.1 выделены "жирным" коды, относящиеся к передаче сигналов мобильных систем (не обязательно к системе GSM).

Прикладная часть системы базовой станции BSSAP

Одна из пользовательских функций подсистемы управления соединением канала сигнализации SCCP (Signaling Connection Control Part) — прикладная часть системы базовой станции (BSSAP — Base Station System Part). Она предназначена для обслуживания взаимодействия BSS и MSC (см. рис. 2.1). В случае соединения типа "точка — точка" BSSAP использует сигнальное соединение с активной мобильной станцией, имеющей один или более активизированных процессов для передачи сообщений уровня 3. В случае конференц-связи или широковещательного вызова имеется всегда одно соединение в соте, связанное с данным вызовом, и одно дополнительное соединение в системе базовой станции (BSS — Base Station System) для передачи сообщений уровня 3. Есть дополнительное соединение для "главного абонента" при широковещательном вызове или конференц-связи. Дополнительные соединения могут также потребоваться для любых мобильных станций при конференц-связи группы или широковещательном вызове, при которой сеть решает разместить выделенные или временно закрепленные каналы.

Пользовательские функции BSS (BSSAP — Base Station System Application Part) далее подразделены на две отдельных функции:

• прикладная часть для прямой передачи (DTAP — Direct Transfer Application Part), называемая также GSM L3, используется для передачи транзитных сообщений между MSC и MS. Информация уровня 3 в этих сообщениях не интерпретируется BSS (Base Station System);
• основная прикладная часть системы базовой станции (BSSMAP — Base Station System Management Application Part) поддерживает другие процедуры между MSC и BSS (Base Station System), связанные с MS управлением ресурсами, управлением передачей соединения (хэндовером), или в данной соте, или в пределах всей BSS (Base Station System). Описание протокола для обмена информацией BSSMAP (Base Station Management Application Part) на уровне 3 содержится в Рекомендации ETSI GSM 08.08 [76–79].

При применении BSSMAP (Base Station Management Application Part) используются процедуры без установления соединения и ориентированные на соединение. Rec. ETSI GSM 08.08 указывает для каждой процедуры уровня 3, должно ли использоваться соединение или нужно работать без установления соединения. Процедуры, ориентированные на соединение, задействуются, чтобы поддержать DTP (Direct Transfer Application Part). Функция распределения, размещенная в BSSAP, выполняет разделение между данными этих двух частей.

BSSAP сообщения включают следующие поля ( рис. 2.3).

Рис. 2.3. Формат заголовка BSSAP

Длина - Параметр, указывающий последующую длину сообщения уровня 3.

Разделение (Discrimination)

Разделяет сообщения, принадлежащие указанным выше двум протоколам: BSSMAP (Base Station Management Application Part) и DTAP (Direct Transfer Application Part).

Идентификатор управления звеном передачи данных (DLCI — Data Link Control Identifier)

Применяется только для DTAP (Direct Transfer Application Part). Используется в MSC для передачи сообщений к BSS (Base Station Subsystem), чтобы указать тип данных, исходящих первоначально от соединения по радиоинтерфейсу.

Прикладная система управления базовой станцией (BSSMAP)

Прикладная система управления базовой станцией (BSSMAP) взаимодействует с обеими частями и SCCP (Signaling Connection Control Part), ориентированными на соединение и не ориентированными на соединение.

Прикладная система управления базовой станцией (BSSMAP) поддерживает все процедуры между MSC, и BSS, которые требуют интерпретации и обработки информации, связанной с обслуживанием отдельных вызовов, и управления ресурсами. Некоторые из процедур BSSMAP в конечном итоге вызываются сообщениями управления радиоресурсами (Radio Resource), определенными в ETSI [76-79].

Формат протокола BSSMAP (Base Station Management Application Part) следующий ( рис. 2.4).

Рис. 2.4. Формат сообщений протокола BSSMAP

Тип сообщения

Поле из одного байта, определяющее тип сообщения. Это обязательное поле уникально определяет функцию и формат каждого сообщения BSMAP.

Информационный элемент

Каждый информационный элемент кодирован единственным кодом из восьми бит (идентификатором). Длина информационного элемента может быть фиксированная или переменная и может включать или не включать в себя индикатор длины.

Прикладная часть для прямой передачи (DTAP)

DTAP (Direct Transfer Application Part) применяется для передачи сообщений управления соединением и управления подвижностью между MS и MSC. Сообщения прямой передачи не обрабатываются в системе BSS, а только преобразуются в соответствующие сигналы радиоинтерфейса и обратно. Для передачи сообщений DTAP используется следующий формат ( рис. 2.5).

Рис. 2.5. Формат передачи сообщений DTAP

Формат идентификатора транзакции приведен на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Формат идентификатора транзакции

Флаг указывает, какой стороной назначена транзакция. Если MS, то флаг имеет значение 0, если MSC, то 1.

Значение идентификатора транзакции является целым числом и назначается инициатором. Оно уникально и на той стороне интерфейса, которая явилась инициатором этой связи, и не меняется в течение времени жизни транзакции, имеет смысл только в данном интерфейсе и остается в нем неизменной, после чего может использоваться вновь.

Поле дискриминатор протокола указывает тип подуровня (RR, CM, MM), к которому принадлежит сообщение.

Тип сообщения и информационные элементы приведены для каждого подуровня (RR, CM, MM) ниже.