Ұялы желінің негізгі функциялары және қозғалмалылық басқаруы

Кіріспе

Мобильді желінің негізгі функциялары

Мобильді телефондардың жұмыс істеуін қамтамасыз ететін GSM немесе UMTS желісінің маңызды функцияларының бірі – мобильділік басқару. Мобильділік басқарудың мақсаты – абоненттердің орналасқан жерін анықтап, оларға қоңыраулар, SMS және басқа да мобильді қызметтерді жеткізуді қамтамасыз ету.

Орналасуды жаңарту тәртібі

GSM немесе UMTS желісі, барлық ұялы байланыс желілері сияқты, негізінен базалық станциялар деп аталатын жеке радио желісі болып табылады. Әрбір базалық станция бірегей анықталған аймақтың бөлігі болып табылатын шағын географиялық аймақты қамтиды. Осы базалық станциялардың қамтуын біріктіру арқылы ұялы байланыс желісі әлдеқайда кеңірек аумақта радио байланыс қамтамасыз етеді. GSM үшін базалық станция базалық қабылдағыш станциясы (BTS) деп аталады, ал UMTS үшін ол Node B деп аталады. Базалық станциялар тобы орналасу аймағы немесе маршруттау аймағы деп аталады. Орналасуды жаңарту процедурасы ұялы құрылғыға бір орналасу аймағынан екіншісіне қозғалғанда ұялы байланыс желісіне хабарлауға мүмкіндік береді. Ұялы телефондар орналасу аймағы кодтарын (LAC) анықтайды. Егер ұялы телефон орналасу аймағы коды соңғы жаңартудан өзгеше екенін анықтаса, ол желіге өзінің бұрынғы орналасқан жерімен бірге орналасуын жаңарту туралы сұрау жібереді және уақытша ұялы абоненттің идентификаторын (TMSI) қоса береді. Ұялы телефон сондай-ақ ағымдағы LAC-ті SIM-картада сақтайды, оны жақында пайдаланылған LAC тізіміне қосады. Бұл ұялы телефон желіге IMSI ажырату арқылы хабарлау мүмкіндігі болмай тұрып (мысалы, батареяны алып тастау арқылы) сөндіруге мәжбүр болған жағдайда және сөндіруден кейін дереу қосылған жағдайда қажетсіз IMSI тіркеу процедураларын болдырмау үшін жасалады. Ұялы телефонның қазіргі орналасқан жері Мобильді коммутациялық орталығымен/келушілердің орналасу тізілімімен (MSC/VLR) байланысты екенін ескере отырып, IMSI тіркеу процедурасын орындау қажеттілігі тумайды. Ұялы телефонның желіге жаңартылған орналасу туралы ақпарат беруінің бірнеше себебі бар. Ұялы телефонды қосу немесе өшіру кезінде желі IMSI тіркеу немесе IMSI ажырату орналасуын жаңарту процедурасын орындауды талап етуі мүмкін. Сонымен қатар, әрбір ұялы телефоннан белгілі бір уақыт интервалымен орналасқан жерін үнемі хабарлау талап етіледі, яғни периодтық орналасуды жаңарту процедурасын пайдалану керек. Ұялы телефон қоңырау кезінде емес, бір орналасу аймағынан екіншісіне қозғалғанда кездейсоқ орналасуды жаңарту қажет. Бұл сондай-ақ сигналдың әлсіреуіне байланысты басқа орналасу аймағындағы ұяшықтан қамтуды қайта таңдаған стационарлық ұялы телефон үшін де қажет. Осылайша абонент желіге сенімді түрде қол жеткізе алады және бүкіл қамту аймағында еркін қозғалу мүмкіндігіне ие болады, сонымен қатар қоңырау немесе SMS арқылы байланысқа түсуге болады. Егер абонентке қоңырау шалуға немесе SMS жіберуге тырысқанда абонент жауап бермесе, онда абонент MSC/VLR және Home Location Register (HLR) жүйелерінде жоқ деп белгіленеді (ұялы телефонға қол жеткізе алмайтын жалау MNRF орнатылады). Келесі рет ұялы телефон орналасуын жаңартқанда, HLR жаңартылады және ұялы телефонға қол жеткізе алмайтын жалау алынады.

A GSM or UMTS network, like all cellular networks, is basically a radio network of individual cells, known as base stations. Each base station covers a small geographical area which is part of a uniquely identified location area. By integrating the coverage of each of these base stations, a cellular network provides a radio coverage over a much wider area. For GSM, a base station is called a base transceiver station (BTS), and for UMTS it is called a Node B. A group of base stations is named a location area, or a routing area. The location update procedure allows a mobile device to inform the cellular network whenever it moves from one location area to the next. Mobiles are responsible for detecting location area codes (LAC). When a mobile finds that the location area code is different from its last update, it performs another update by sending to the network, a location update request, together with its previous location, and its Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI). The mobile also stores the current LAC in the SIM card, concatenating it to a list of recently used LACs. This is done to avoid unnecessary IMSI attachment procedures in case the mobile has been forced to switch off (by removing the battery, for example) without having a chance to notify the network with an IMSI detach and then switched on right after it has been turned off. Considering the fact that the mobile is still associated with the Mobile Switching Center/Visitor Location Register (MSC/VLR) of the current location area, there is no need for any kind of IMSI attachment procedures to be done. There are several reasons why a mobile may provide updated location information to the network. Whenever a mobile is switched on or off, the network may require it to perform an IMSI attach or IMSI detach location update procedure. Also, each mobile is required to regularly report its location at a set time interval using a periodic location update procedure. Whenever a mobile moves from one location area to the next while not on a call, a random location update is required. This is also required of a stationary mobile that reselects coverage from a cell in a different location area, because of signal fade. Thus, a subscriber has reliable access to the network and may be reached with a call, while enjoying the freedom of mobility within the whole coverage area. When a subscriber is paged in an attempt to deliver a call or SMS and the subscriber does not reply to that page then the subscriber is marked as absent in both the MSC/VLR and the Home Location Register (HLR) (Mobile not reachable flag MNRF is set). The next time the mobile performs a location update, the HLR is updated and the mobile not reachable flag is cleared.

TMSI

Уақытша мобильді абонентінің идентификациясы (TMSI) – мобильді құрылғы мен желі арасында ең көп жіберілетін идентификатор. Қажетті дәлдік деңгейіне байланысты TMSI, VLR, SGSN немесе MME арқылы орнатылуы мүмкін. Ең төмен дәлдікте, TMSI, жеке құпияны сақтау үшін, мобильді құрылғы қосылған кезде VLR арқылы аймақтағы әрбір мобильді құрылғыға кездейсоқ түрде тағайындалады. Бұл сан локальды аймаққа тән, сондықтан мобильді құрылғы жаңа географиялық аймаққа өткен сайын жаңартылуы керек. VLR, SGSN және MME тағайындалған TMSI-ді, оған тағайындалған мобильді абоненттің (MS) IMSI-імен байланыстыра алуы керек. Мобильді абонент үш TMSI-ге ие болуы мүмкін: біреуі MSC арқылы ұсынылатын қызметтер үшін (TMSI), біреуі SGSN арқылы ұсынылатын қызметтер үшін (пакеттік TMSI немесе P TMSI), және біреуі MME арқылы ұсынылатын қызметтер үшін (MME TMSI немесе M TMSI; GUTI-дің бір бөлігі). Желі мобильді құрылғының TMSI-ін кез келген уақытта өзгерте алады. Әдетте, бұл абоненттің радиоинтерфейсінде анықталуы мен қадағалануын болдырмау үшін жасалады. Бұл мобильді құрылғының қайсысы екенін анықтауды қиындатады, бірақ мобильді құрылғыны қосқанда немесе мобильді құрылғыдағы деректер қандай да бір себеппен жарамсыз болғанда қысқа ғана уақытқа мүмкін болады. Осы кезде ғана "халықаралық мобильді абонентінің идентификациясы" (IMSI) желіге жіберілуі тиіс. IMSI анықталуын және қадағалануын болдырмау үшін мүмкіндігінше сирек жіберіледі. TMSI-нің маңызды қолданылуының бірі – мобильді құрылғыға хабарлау (paging). "Хабарлау" – мобильді құрылғы мен базалық станция арасындағы бір-бірге байланыс. Эфирде таратылатын ақпараттың ең маңызды мақсаты – "хабарлау" арналарын құру. Кез келген ұялы жүйеде осындай ақпаратты бірнеше мобильді құрылғыға тарату үшін хабар тарату механизмі бар. TMSI-нің көлемі 4 октет, толық ондық санау жүйесіндегі санмен, бірақ барлығы FF бола алмайды, себебі SIM-де барлық біттері 1-ге тең 4 октет жарамды TMSI жоқ екенін көрсетеді.

Роуминг

Роуминг – барлық ұялы байланыс желілерінің негізгі мобильділік басқару процедураларының бірі. Роуминг – ұялы байланыс абонентінің үй желісінің географиялық қамту аймағынан тысқары шыққанда, кірген желіні пайдалану арқылы дауыс қоңырауларын автоматты түрде шалу және қабылдау, деректерді жіберу және қабылдау, сондай-ақ үй деректері қызметтері сияқты басқа да қызметтерге қол жеткізу қабілеті ретінде анықталады. Бұл байланыс құрылғысын пайдалану арқылы немесе кірген желіде абоненттің идентификациялық мәліметтерін пайдалану арқылы іске асырылуы мүмкін. Роуминг мобильділік басқару, аутентификация, авторизация және есеп айырысу процедураларымен техникалық тұрғыдан қолдалады.

Орналасқан жері

"Локациялық аймақ" – сигнал беруді оңтайландыру үшін топтастырылған базалық станциялар жиынтығы. Әдетте, он немесе тіпті жүздеген базалық станциялар GSM жүйесінде бір базалық станция контроллерімен (BSC) немесе UMTS жүйесінде радиожелі контроллерімен (RNC) бөліседі. BSC/RNC – базалық станциялардың артындағы интеллектуалдық жүйе; ол радиоканалдарды бөлуді басқарады, мобильді телефондардан өлшемдерді қабылдайды және базалық станциялар арасындағы қосылыстарды (хэндоверлерді) басқарады. Әрбір локациялық аймаққа нөмірлерден тұратын бірегей идентификатор тағайындалады, ол "локациялық аймақ коды" (LAC) деп аталады. LAC әрбір базалық станциямен белгілі бір интервалдармен хабарланады. Локациялық аймақтың ішінде әрбір базалық станцияға ерекше "құрылғы идентификаторы" (CI) нөмірі беріледі, сондай-ақ Құрылғының жаһандық идентификациясын қараңыз. Егер локациялық аймақтар үлкен және орташа халық тығыздығына ие болса, бір уақытта көптеген мобильді құрылғылар жұмыс істеуі мүмкін, нәтижесінде шақыру трафигі өте жоғары болады. Бұл әрбір шақыру сұранысы локациялық аймақтағы барлық базалық станцияларға жіберуді қажет ететіндігіне байланысты. Нәтижесінде, мобильді құрылғылардың жолақтық енін және қуатын ысыраптап, олар жиі хабарларды тыңдауға мәжбүр болады. Керісінше, егер локациялық аймақтар тым көп және кішкентай болса, мобильді құрылғы орналасқан жерін өзгерту үшін жиі желіге қосылуға мәжбүр болады, бұл құрылғының батареясын тез тоздырады. Сондықтан, локациялық аймақтың мөлшері мен локациялық аймақтағы мобильді құрылғы пайдаланушыларының саны арасында дұрыс тепе-теңдік сақтау маңызды.

Маршрут аймағы

Маршруттау аймағы – пакеттік коммутациялық домендегі орналасу аймағының баламасы. "Маршруттау аймағы" әдетте "орналасу аймағының" бір бөлігі болып табылады. Маршруттау аймақтары GPRS-ке қосылған мобильді құрылымдармен пайдаланылады. GPRS сымсыз интернет/интранет және мультимедиялық қызметтер сияқты "қысқа импульстік" деректерді жіберу қызметтері үшін оңтайландырылған. Ол GSM IP ("Интернет протоколы") деп те аталады, себебі ол пайдаланушыларды тікелей Интернет-провайдерлерге қосады. Пакеттік трафиктің импульстік сипаты, әрбір мобильді құрылым үшін көбірек бетке шақыру хабарламалары күтілетінін білдіреді, сондықтан мобильді құрылымның орналасқан жерін дәстүрлі тізбектік коммутациялық трафикке қарағанда дәлірек білу қажет. Маршруттау аймағынан маршруттау аймағына өту ("Маршруттау аймағын жаңарту" деп аталады) орналасу аймағынан орналасу аймағына өтуге өте ұқсас жүзеге асырылады. Басты айырмашылық – "Қызметті қолдайтын GPRS түйіні" (SGSN) осы процеске қатысады.

Тізбек ету аймағы

Трекерлік аймақ – орналасу аймағы мен маршруттау аймағының LTE әдесіреуі. Трекерлік аймақ – жасушалар жиынтығы. Трекерлік аймақтар трекерлік аймақтар тізімдеріне (ТА тізімдері) топтастырылуы мүмкін, оларды пайдаланушы жабдығында (ПЖ) конфигурациялауға болады. Трекерлік аймақ жаңартулары белгілі бір мерзімде немесе ПЖ-ның ТА тізіміне кірмейтін трекерлік аймаққа ауысқан кезде жүзеге асырылады. Операторлар әртүрлі ПЖ-ға әртүрлі ТА тізімдерін тағайындауы мүмкін. Бұл кейбір жағдайларда сигналдардың күрт өсуін болдырмауға көмектеседі: мысалы, пойыз жолаушыларының ПЖ бір уақытта трекерлік аймақ жаңартуларын орындамауы мүмкін. Желі тарапынан, бұл элемент – мобильділік басқарушы мекеме (MME). MME ТА тізімдерін NAS хабарламалары арқылы, мысалы, Attach Accept, TAU Accept немесе GUTI қайта тағайындау командасы арқылы конфигурациялайды.