Введение

Основные функции мобильной сети

Управление мобильностью – одна из основных функций сети GSM или UMTS, обеспечивающая работу мобильных телефонов. Цель управления мобильностью – отслеживание местоположения абонентов, чтобы обеспечивать доставку им голосовых вызовов, SMS и других услуг мобильной связи.

Процедура обновления местоположения

Сеть GSM или UMTS, как и все сотовые сети, по сути является радиосетью из отдельных ячеек, известных как базовые станции. Каждая базовая станция охватывает небольшую географическую область, которая является частью уникально идентифицированной зоны местоположения. Интегрируя покрытие каждой из этих базовых станций, сотовая сеть обеспечивает радиопокрытие на гораздо большей территории. Для GSM базовая станция называется базовой станцией-передатчиком (BTS), а для UMTS – узлом B. Группа базовых станций называется зоной местоположения или зоной маршрутизации. Процедура обновления местоположения позволяет мобильному устройству информировать сотовую сеть каждый раз, когда оно перемещается из одной зоны местоположения в другую. Мобильные устройства отвечают за обнаружение кодов зон местоположения (LAC). Когда мобильное устройство обнаруживает, что код зоны местоположения отличается от кода последнего обновления, оно выполняет новое обновление, отправляя в сеть запрос на обновление местоположения вместе со своим предыдущим местоположением и временным идентификатором мобильного абонента (TMSI). Мобильное устройство также сохраняет текущий LAC на SIM-карте, добавляя его к списку недавно использованных LAC. Это делается для того, чтобы избежать ненужных процедур привязки IMSI в случае, если мобильное устройство было вынуждено выключиться (например, извлечением аккумулятора) без возможности уведомить сеть об отключении IMSI, а затем включилось сразу после выключения. Учитывая, что мобильное устройство все еще связано с мобильным коммутационным центром/регистром местоположения посетителей (MSC/VLR) текущей зоны местоположения, нет необходимости в каких-либо процедурах привязки IMSI. Существует несколько причин, по которым мобильное устройство может предоставлять обновленную информацию о местоположении в сеть. Каждый раз, когда мобильное устройство включается или выключается, сеть может потребовать от него выполнения процедуры привязки или отвязки IMSI для обновления местоположения. Кроме того, каждое мобильное устройство должно регулярно сообщать о своем местоположении через заданные промежутки времени, используя процедуру периодического обновления местоположения. Каждый раз, когда мобильное устройство перемещается из одной зоны местоположения в другую, находясь в режиме ожидания, требуется случайное обновление местоположения. Это также требуется от стационарного мобильного устройства, которое переключает покрытие с ячейки в другой зоне местоположения из-за ухудшения сигнала. Таким образом, абонент имеет надежный доступ к сети и может быть достигнут во время вызова, пользуясь свободой передвижения в пределах всей зоны покрытия. Когда абоненту отправляется запрос на установление соединения (пейджинг) для доставки вызова или SMS, и абонент не отвечает на этот запрос, абонент отмечается как отсутствующий как в MSC/VLR, так и в регистре домашнего местоположения (HLR) (устанавливается флаг "Мобильный абонент недоступен" – MNRF). В следующий раз, когда мобильное устройство выполнит обновление местоположения, HLR будет обновлен, и флаг "Мобильный абонент недоступен" будет снят.

TMSI

Временная идентификация абонента мобильной связи (TMSI) – это идентификатор, который наиболее часто передается между мобильным устройством и сетью. В зависимости от требуемой точности, TMSI может быть установлен VLR, SGSN или MME. В наименее точном случае TMSI случайным образом присваивается VLR каждому мобильному устройству в зоне покрытия при включении, для обеспечения конфиденциальности идентификации. Этот номер локален для зоны местоположения, поэтому его необходимо обновлять каждый раз, когда мобильное устройство перемещается в новую географическую область. VLR, SGSN и MME должны быть способны сопоставлять выделенный TMSI с IMSI мобильного абонента, которому он присвоен. Мобильному абоненту может быть выделено три TMSI: один для услуг, предоставляемых через MSC (TMSI), один для услуг, предоставляемых через SGSN (пакетный TMSI или P TMSI), и один для услуг, предоставляемых MME (MME TMSI или M TMSI; часть GUTI). Сеть также может в любое время изменить TMSI мобильного абонента. И обычно это делается для предотвращения идентификации и отслеживания абонента злоумышленниками на радиоинтерфейсе. Это затрудняет определение, какому мобильному устройству принадлежит идентификатор, за исключением кратковременного периода сразу после включения устройства или когда данные в устройстве становятся недействительными по той или иной причине. В этот момент глобальный "международный идентификатор мобильного абонента" (IMSI) должен быть отправлен в сеть. IMSI отправляется как можно реже, чтобы избежать его идентификации и отслеживания. Ключевое применение TMSI – в процедуре поиска мобильного абонента. "Paging" (поиск) – это связь один к одному между мобильным устройством и базовой станцией. Наиболее важная функция широковещательной информации – настройка каналов для "paging". Каждая сотовая система имеет механизм широковещания для распространения такой информации среди множества мобильных устройств. Размер TMSI составляет 4 октета с использованием шестнадцатеричных цифр, но он не может состоять только из FF, поскольку SIM-карта использует 4 октета, в которых все биты равны 1, для обозначения отсутствия доступного TMSI.

Роуминг

Роуминг – одна из основополагающих процедур управления мобильностью во всех сетях сотовой связи. Роуминг определяется как возможность абонента сотовой связи автоматически совершать и принимать голосовые вызовы, отправлять и получать данные или получать доступ к другим услугам, включая услуги передачи данных домашней сети, находясь за пределами географической зоны покрытия домашней сети и используя сеть посещения. Это может быть реализовано как с использованием коммуникационного терминала, так и просто посредством идентификатора абонента в сети посещения. Техническая поддержка роуминга обеспечивается процедурами управления мобильностью, аутентификации, авторизации и биллинга.

Район расположения

"Область расположения" — это набор базовых станций, объединенных для оптимизации сигнализации. Обычно десятки или даже сотни базовых станций совместно используют один контроллер базовой станции (BSC) в GSM или контроллер радиосети (RNC) в UMTS. BSC/RNC обеспечивает интеллектуальное управление базовыми станциями: он выполняет распределение радиоканалов, получает измерения от мобильных устройств и управляет передачей между базовыми станциями. Каждой области расположения присваивается уникальный цифровой идентификатор, называемый "кодом области расположения" (LAC). LAC транслируется каждой базовой станцией через регулярные интервалы. В пределах области расположения каждой базовой станции присваивается уникальный "идентификатор ячейки" (CI), см. также глобальный идентификатор ячейки. Если области расположения большие и умеренно населенные, одновременно может работать большое количество мобильных устройств, что приведет к значительному объему трафика пейджинга. Это связано с тем, что каждый запрос пейджинга должен быть транслирован на все базовые станции в области расположения. В конечном итоге это приводит к неэффективному использованию полосы пропускания и расходу энергии мобильных устройств, которым приходится слишком часто прослушивать широковещательные сообщения. И наоборот, если областей расположения слишком много и они небольшие, мобильному устройству придется часто обращаться к сети для обновления информации о местоположении, что также приведет к быстрому разряду аккумулятора. Поэтому важно найти баланс между размером области расположения и количеством пользователей мобильных устройств в этой области.

Район маршрутизации

Область маршрутизации – это эквивалент домена с коммутацией пакетов области местоположения. "Область маршрутизации" обычно является подразделением "области местоположения". Области маршрутизации используются мобильными устройствами, подключенными к GPRS. GPRS оптимизирована для "импульсных" служб передачи данных, таких как беспроводной интернет/интранет и мультимедийные сервисы. Она также известна как GSM IP ("протокол интернет"), поскольку обеспечивает прямое соединение пользователей с интернет-провайдерами. Импульсный характер пакетного трафика означает, что для каждого мобильного устройства ожидается большее количество страниц, поэтому важно знать его местоположение точнее, чем при традиционной коммутации каналов. Переход из области маршрутизации в область маршрутизации (называемый "обновлением области маршрутизации") выполняется почти так же, как переход из области местоположения в область местоположения. Основное различие заключается в том, что в этом процессе участвует "узел поддержки GPRS" (SGSN).

Область слежения

Область отслеживания является LTE-эквивалентом зоны местоположения и зоны маршрутизации. Область отслеживания представляет собой набор ячеек. Области отслеживания могут быть сгруппированы в списки областей отслеживания (списки ТА), которые могут быть сконфигурированы на пользовательском оборудовании (UE). Обновления области отслеживания выполняются периодически или когда UE перемещается в область отслеживания, не включенную в его список ТА. Операторы могут назначать различные списки ТА различным UE. Это позволяет избежать пиков сигнализации в определенных условиях: например, UE пассажиров поезда могут не выполнять обновления области отслеживания одновременно. На стороне сети участвующим элементом является сущность управления мобильностью (MME). MME конфигурирует списки ТА с использованием сообщений NAS, таких как Attach Accept, TAU Accept или GUTI Reallocation Command.