Система мобильной связи UMTS

6.3.2. Прикладные протоколы

Управление соединением (CM — Connection Management)

Управление соединением обрабатывает общий процесс управления установлением соединения и разъединения, а также управляет дополнительными услугами и службой передачи коротких сообщений. Он участвует в обслуживании следующих процедур:

• установление вызова;
• прекращение вызова (разъединение, освобождение обрудования);
• процедуры в фазе обмена информацией (хэндовер, переадресация соединения) и другие процедуры.

Формат сообщения этого протокола представлен на рис. 6.8:

Значения поля "тип сообщения" формата CM приведены в табл. 6.2.

Рис. 6.8. Формат протокола CM

Управление мобильностью (MM — Mobility Management)

Управление мобильностью выполняет функции управления обновлением местоположения и процедурами регистрации, а также защитой и аутентификацией.

Заголовок формата MM показан на рис. 6.9.

Рис. 6.9. Формат протокола MM

Поля формата имеют следующие значения:

• Дискриминатор протокола — 0101;
• Индикатор шага — обычно 0000.

Значения поля "тип сообщения" в формате MM указаны в табл. 6.3.

6.3.3. Протоколы различных уровней в системе UMTS

Три плоскости в интерфейсе Iub используют общие средства передачи в режиме ATM для всех плоскостей. Физический уровень представляет собой интерфейс с физической средой: волоконно-оптическими кабелями, радиоканалом или медным проводом. Реализация на физическом уровне может выбираться из большого ряда таких стандартных имеющихся на сегодняшний день технологий передачи, как, например, SONET, SDH или E1.

Принцип уровня адаптации протоколов сигнализации (плоскость управления) в режиме ATM детально разобран в [19]. Мы рассмотрим два случая.

Основная сеть (CN) применяет технологию коммутации каналов (CS).

В этом случае задачу выполняет уровень адаптации для сигнализации (SAAL — Signaling ATM Adaptation Layer). Протоколы этого уровня содержат следующие подуровни ( рис. 6.10):

Рис. 6.10. Структура уровня адаптации ATM для сигнализации протоколов сигнализации UMTS (плоскость управления) для сети с коммутацией каналов (CS)

• сервисно-ориентированные функции координации (SSCF — Service Specific Coordination Function), которые разделяются на функции для интерфейса "пользователь — сеть" (SSCF UNI — User-Network Interface) и "сеть — сеть" (SSCF NNI — Network- Network Interface);
• сервисно-ориентированный протокол с установлением соединения (SSCOP — Service Specific Connection Oriented Protocol);
• общие протоколы уровня адаптации (для UMTS обычно используется пятый уровень адаптации AAL5, предназначенный для высокоскоростной передачи данных).

Для управления сигнализацией применяются также некоторые из уровней систем сигнализации по отдельному каналу сигнализации (ОКС).

Все эти уровни подробно изучены в [1, 10, 11, 17, 35]. Это уровни:

• SCCP (Signaling Connection Control Part — подсистема управления соединениями сигнализации). Кратко этот уровень был рассмотрен при описании протоколов GSM. Он предназначен для обеспечения логических соединений при передаче блоков данных сигнализации;
• MTP-3 — подсистема передачи сообщений третьего уровня, который обеспечивает сетевые функции, например, маршрутизацию сигнальных сообщений, управление потоками сигнализации, переход на резерв и т. д.

При выполнении отдельных функций могут быть некоторые варианты применения.Например, пакет протоколов для плоскости управления транспортной сетью состоит из протокола сигнализации для установления соединений без уровня SCCP (AAL2).

Основная сеть (CN) применяет технологию пакетной коммутации (PS).

Тогда задействуются средства, используемые в сети Интернет ( рис. 6.11).

MUA (Mail User Agent) — протокол агента пользователя (почты). Этот протокол позволяет подключаться к хосту Интернета.

SCTP (Stream Control Transmission Protocol) — транспортный протокол управления потоком. Это протокол был введен в стек протоколов TCP/IP-2000 [112] как новый транспортный протокол, который определяется на транспортном уровне наряду с существующими протоколами IP и UDP. Он обеспечивает достоверность передачи информации по сети, без ошибок и нарушения последовательности. Подобно TCP, он ориентирован на систему с установлением соединения. В отличие от TCP, он обеспечивает транспортировку сообщений сигнализации с учетом особенностей этой информации. Подробно это протокол приводится в [112].

В плоскости управления транспортным уровнем сети с коммутацией пакетов (PS) для адаптации к сети ATM применяется протокол GTP (GPRS Tunnelling Protocol) — протокол туннельной проводки GPRS (General Packet Radio Service).

Туннельная проводка позволяет прозрачную передачу информации между различными узлами, т. е. без обработки преобразования.

Рис. 6.11. Структура уровня адаптации ATM для сигнализации протоколов сигнализации UMTS (плоскость управления) для сети с коммутацией пакетов (PCS)

6.4. Краткие итоги лекции 6

• Система UMTS использует хорошо известную архитектуру, которая применяется во всех основных системах второго поколения. Архитектура системы UMTS включает в себя мобильную телефонную станцию в системе UMTS – UE, базовую телефонную станцию — узел B, контроллер базовой станции (BSC) и центр коммутации мобильной связи (MSC).
• UE состоит из двух частей: подвижное оборудование (UE) и модуль идентификации абонента UMTS-SIM.
• UTRAN — сеть наземного радиодоступа UMTS, состоит из двух элементов: первый элемент — узел B и второй элемент — контроллер управления радиосетью (RNC).
• В сети UMTS во время мягкого хэндовера с одним UE могут работать два контроллера RNC. Тогда один из них (завершающий соединение) называется обслуживающим (SRNS — Service RNC), а другой — дрейфующим (Drift RNC).
• Центр коммутации мобильной связи (MSC) содержит все типовые элементы станции того же типа для GSM и выполняет те же функции. Центр коммутации мобильной связи (MSC) также разработан на основе базовой АТМ-инфраструктуры.
• Внешние сети для MSC можно разделить на две группы: сети c коммутацией каналов и сети с коммутацией пакетов. Для целей пакетной коммутации на мобильной сети устанавливаются коммутаторы: SGSN (узел по обеспечению услуг GPRS) и GGSN (узел по обеспечению межсетевого перехода GPRS к другим сетям с коммутацией пакетов).
• Все каналы разбиты на три категории: логические, транспортные и физические.
• Логические каналы — это широковещательный канал управления (BCCH), широковещательный управляющий канал оповещения (PCCH), выделенный канал управления (DCCH), общий канал управления (CCCH), общедоступный канал управления канала (SHCCH), специализированный канал трафика (DTCH), общий канал трафика (CTCH).
• Транспортные каналы — это специализированный транспортный канал (DCH), широковещательный канал (BCH), канал прямого доступа (FACH), широковещательный канал вызова (PCH), канал произвольного доступа (RACH), общий канал передачи пакетов (CPCH), канал совместного использования (DSCH).
• Физические Каналы — это первичный общий физический канал управления (PCCPCH), вторичный общий физический канал управления (SCCPCH), физический канал произвольного доступа (PRACH), специализированный физический канал данных (DPDCH), специализированный физический канал управления (DPCCH), общий пилот-канал (CPICH), канал индикации вхождения в синхронизм (AICH), физический совместно используемый канал (PDSCH), канал синхронизации (SCH), канал индикации вызова (PICH), канал индикации состояния (CSICH), обнаружение конфликтов/канал индикации назначения (CD/CA-ICH).
• Потоки информации, проходящие через UTRAN, логически делятся на две части: слой доступа (access stratum) и слой без доступа (non-access stratum, NAC).
• Протоколы плоскости управления (C-plane) определяют все функции сигнализации, установления, контроля и разъединения соединений. Это протоколы RANAP, RNSAP и NBAP.
• Плоскость пользователя (U-plane) обеспечивает транспортировку всех видов информации в совокупности с соответствующими механизмами защиты от ошибок, контроля и управления потоком.
• Плоскость управления транспортной сетью используется для всего управления организации виртуальных каналов сигнализации на транспортном уровне. В сети UMTS в нее включается протокол управления звеном доступа ALCAP (Access Link Control Application), который необходим для установления транспортных B-каналов для плоскости пользователя.
• Устройство UE (User Equipment) использует группы протоколов: прикладные протоколы (управление мобильностью — MM, управление соединением — CC); управления радиоресурсами (RRC) и транспортные протоколы для организации передачи информации (управление радиоканалом (звеном) — RLC, управление доступом к среде — MAC).
• Для сообщений этих протоколов узел B (BTS) "прозрачен". Он передает их в RNC, преобразуя радиосигналы в сигналы сети ATM с помощью протоколов уровня адаптации ATM 2 (AAL2).
• RRC имеет следующие интерфейсы: прикладные протоколы RRC, протоколы управления каналом связи (RLC), протоколы управления доступом к среде (MAC).
• Управление соединением (CM — Connection Management) обрабатывает общий процесс управления установлением соединения, разъединения и управляет дополнительными услугами, а также службой передачи коротких сообщений.
• Управление мобильностью (MM — Mobility Management) управляет обновлением местоположения и процедурами регистрации, а также защитой и аутентификацией.
• Радиопротокол управления каналом связи (RLC) обеспечивает 3 режима работы: передачи информации в режиме прозрачного обслуживания, передачи информации в режиме без подтверждения правильного приема данных (UMD); передачи и получения информации в режиме с подтверждением правильного приема данных (AMD).
• Протокол управления доступом к среде (MAC — Media Access Control) обеспечивает услуги передачи данных по логическим каналам. Набор логических типов канала определяется различными видами услуг передачи данных. Каждый логический тип канала определен типом передаваемой информации.
• Если базовая сеть (CN) применяет технологию коммутации каналов (CS), то задачу адаптирование протоколов сигнализации выполняет уровень адаптации для сигнализации (S-AAL).
• Протоколы S-AAL содержат следующие подуровни: сервисно-ориентированные функции координации (SSCF), сервисно-ориентированный протокол с установлением соединения (SSCOP), общие протоколы уровня адаптации (AAL-2 или AAL5).
• Для управления сигнализацией применяются также некоторые из уровней систем сигнализации по отдельному каналу сигнализации (ОКС): SCCP — подсистема управления соединениями сигнализации, MAP-3 — подсистема передачи сообщений третьего уровня.
• Если базовая сеть (CN) работает с технологией пакетной коммутации (PS), то применяются средства, используемые в сети Интернет: MUA (Mail User Agent) — протокол агента пользователя (почты), SCTP (Stream Control Transmission Protocol) — транспортный протокол управления потоком.
• Для плоскости управления транспортным уровнем сети с коммутацией пакетов (PS) для адаптации к сети ATM применяется протокол GTP-U (Group Termination Point User Data Tunnelling) — протокол туннельной проводки.