Что такое центр коммутации мобильной связи MSC. Какие функции выполняет MSC в сотовых сетях. Как MSC взаимодействует с другими элементами сети. Какие типы MSC существуют. Как MSC обеспечивает маршрутизацию вызовов и SMS. Почему MSC играет критически важную роль в работе мобильной связи.
Что представляет собой центр коммутации мобильной связи (MSC)
Центр коммутации мобильной связи (Mobile Switching Center, MSC) — это ключевой элемент сотовой сети, отвечающий за маршрутизацию вызовов и SMS-сообщений. MSC играет роль «мозгового центра» сети, обеспечивая взаимодействие всех ее компонентов.
MSC выполняет следующие основные функции:
- Коммутация голосовых вызовов и передача SMS между абонентами
- Маршрутизация вызовов в другие сети (фиксированную телефонную сеть, другие мобильные сети)
- Управление процедурами хэндовера при перемещении абонента
- Аутентификация абонентов в сети
- Тарификация услуг связи
Таким образом, MSC обеспечивает базовую работу сотовой сети, позволяя абонентам совершать звонки и отправлять сообщения.
Взаимодействие MSC с другими элементами сети
MSC тесно взаимодействует с другими компонентами инфраструктуры сотовой сети:
- Базовыми станциями (BTS) и контроллерами базовых станций (BSC) для обеспечения радиопокрытия
- Домашним регистром местоположения (HLR) для получения информации об абонентах
- Визитным регистром местоположения (VLR) для обслуживания роуминговых абонентов
- Центром аутентификации (AuC) для проверки подлинности абонентов
- Другими MSC для обеспечения межсетевого взаимодействия
Такое взаимодействие позволяет MSC получать всю необходимую информацию для обслуживания абонентов и маршрутизации вызовов.
Типы центров коммутации MSC
Выделяют несколько типов MSC, выполняющих различные функции в сети:
Шлюзовой MSC (GMSC)
Шлюзовой MSC (Gateway MSC) обеспечивает связь сотовой сети с внешними сетями — фиксированной телефонной сетью, сетями других операторов. Через GMSC проходят все входящие в сеть вызовы.
Визитный MSC (VMSC)
Визитный MSC (Visited MSC) обслуживает абонентов, находящихся в зоне его действия, включая роуминговых абонентов из других сетей.
Якорный MSC
Якорный MSC — это коммутатор, через который был установлен вызов. При перемещении абонента якорный MSC обеспечивает непрерывность соединения.
Целевой MSC
Целевой MSC — это коммутатор, в зону действия которого перемещается абонент во время вызова. Обеспечивает прием и обслуживание переходящего вызова.
Принцип работы MSC при обслуживании вызовов
Рассмотрим, как работает MSC при обработке входящего вызова:
- Входящий вызов поступает на шлюзовой MSC (GMSC)
- GMSC запрашивает у HLR информацию о местоположении вызываемого абонента
- HLR сообщает адрес визитного MSC (VMSC), в зоне которого находится абонент
- GMSC перенаправляет вызов на VMSC
- VMSC запрашивает у VLR данные для маршрутизации вызова
- Вызов направляется через BSC на базовую станцию, обслуживающую абонента
- Устанавливается соединение с мобильным устройством абонента
Таким образом, MSC обеспечивает весь процесс обработки и маршрутизации вызова внутри сотовой сети.
Функции MSC по обеспечению мобильности абонентов
Одна из важнейших задач MSC — обеспечение мобильности абонентов, то есть возможности перемещаться в пределах сети без разрыва соединения. Для этого MSC выполняет следующие функции:
- Отслеживание местоположения абонентов через регистры HLR и VLR
- Управление процедурами хэндовера при перемещении между сотами
- Перенаправление вызовов при смене обслуживающего MSC
- Обновление данных о местоположении в HLR
Благодаря этим механизмам абоненты могут свободно перемещаться в зоне покрытия сети, сохраняя возможность совершать и принимать вызовы.
Роль MSC в обеспечении безопасности сети
MSC играет важную роль в обеспечении безопасности сотовой сети и защите от несанкционированного доступа:
- Выполняет аутентификацию абонентов при каждом подключении к сети
- Запрашивает у центра аутентификации (AuC) параметры для проверки подлинности SIM-карты
- Контролирует доступ к услугам сети на основе профиля абонента
- Проверяет разрешение на роуминг для абонентов других сетей
Эти механизмы позволяют предотвратить несанкционированное использование ресурсов сети и защитить персональные данные абонентов.
Эволюция MSC в современных сетях связи
С развитием технологий мобильной связи архитектура MSC также претерпевает изменения:
- Внедряется концепция программных коммутаторов (Softswitch)
- Функции управления вызовами отделяются от транспортной составляющей
- Реализуется поддержка пакетной передачи данных и IP-мультимедийных услуг
- Обеспечивается совместимость с сетями LTE и 5G
Это позволяет операторам гибко масштабировать сети и внедрять новые услуги при сохранении базовой функциональности MSC.
Заключение: ключевая роль MSC в работе сотовых сетей
Центр коммутации мобильной связи MSC выполняет критически важные функции в инфраструктуре сотовых сетей:
- Обеспечивает базовые услуги голосовой связи и передачи сообщений
- Управляет мобильностью абонентов и процедурами хэндовера
- Реализует механизмы безопасности и аутентификации
- Обеспечивает взаимодействие с внешними сетями
Без MSC невозможно функционирование современных систем мобильной связи. Поэтому операторы уделяют особое внимание развитию и модернизации центров коммутации для поддержки новых технологий и сервисов.
Что такое сетевой коммутатор и для чего он нужен?
Сетевой коммутатор — это электронный прибор, объединяющий несколько компьютеров и/или других цифровых устройств в локальную сеть и позволяющий им обмениваться данными. Имеет ещё одно распространённое название — свитч, которое происходит от английского слова switch (коммутатор, переключатель).
Содержание
-
Что такое свитч простыми словами
-
Принцип работы коммутатора
-
Режимы коммутации
-
Отличие коммутатора (switch) от концентратора (hub)
-
Отличие коммутатора (switch) от маршрутизатора (router)
-
Как выбрать коммутатор
-
Базовая скорость передачи
-
Количество портов
-
Исполнение (способ установки)
-
Возможность управления
-
Поддержка PoE
-
Наличие портов SFP
-
Наличие функции энергосбережения
-
Поддержка VLAN
-
Наличие функции сегментации трафика
-
Поддержка стекирования
-
Наличие защиты от широковещательного шторма
Что такое свитч простыми словами
С каждым годом нас окружает всё больше и больше компьютеров, ноутбуков, мобильных и других цифровых устройств.
Они используются дома, в офисах, административных и многих других помещениях. Становится всё более актуальной проблема их соединения для передачи данных — такого, которое избавило бы от необходимости переносить информацию, например, на USB-флешке. В недавнем прошлом её решали с помощью концентраторов, но к настоящему моменту их почти вытеснили более интеллектуальные устройства — сетевые коммутаторы, или свитчи. Говоря простыми словами, это — устройства, позволяющие объединить несколько компьютеров в сеть и играющие в ней роль её ядра. Это действительно удобно, причём в самых разных ситуациях:
-
на предприятии или в офисе, в котором установлено большое количество компьютеров, сетевых принтеров и другой цифровой техники;
-
в небольшой домашней локальной сети — к примеру, состоящей из нескольких компьютеров, ноутбука и современного телевизора;
-
в составе масштабной системы видеонаблюдения с большим количеством камер;
в промышленной сети с многочисленными датчиками, контролирующими техпроцессы и передающими данные на диспетчерский пункт;
-
вомногих других случаях.
Принцип работы коммутатора
За вопросом о том, что такое коммутатор, закономерно следует ещё один: по какому принципу он работает? Всё одновременно и просто, и сложно. Свитч получает данные от обращающихся к нему устройств и постепенно заполняет таблицу коммутации их MAC-адресами. При последующих обращениях коммутатор считывает адрес устройства-отправителя, анализирует таблицу коммутации и определяет по ней, на какое устройство нужно переслать данные. Прочие компьютеры при этом не «знают» о факте передачи информации, поскольку она не имеет к ним отношения. Благодаря этому обеспечивается работа сети в так называемом полнодуплексном (full duplex) режиме.
Новый коммутатор на этапе обучения, не обнаруживая в своей таблице MAC-адрес получателя, рассылает данные на все подключенные к нему устройства (разумеется, кроме отправителя). Правильный получатель отвечает коммутатору, и последний создаёт новую запись в таблице коммутации.
В дальнейшем свитч, принимая данные с этим же MAC-адресом, «понимает», куда именно их нужно направить, и производит уже не массовую рассылку, но строго адресную отправку. Трафик, таким образом, локализуется, а сеть — разгружается.
Выше был описан принцип действия так называемого неуправляемого коммутатора, который работает на втором (канальном) уровне OSI. Помимо таких, существуют более продвинутые модели, работающие на третьем и четвёртом уровнях. Они значительно функциональнее, поскольку допускают ручное управление (в частности, через интерфейс командной строки), поддерживают QoS, VLAN, зеркалирование, обнаружение штормов трафика, ограничение скоростей передачи данных для разных портов и многие другие полезные функции. Такие устройства включают в состав сложных и разветвлённых сетей — в частности, тех, что развёрнуты на больших предприятиях.
Режимы коммутации
Есть три режима, в которых свитч передаёт данные узлам-адресатам. Ключевые особенности каждого режима — степень надёжности передачи и связанное с ней время ожидания.
Первый режим называется Cut-Through — сквозной. Свитч принимает данные, считывает из них только адрес узла-получателя и без каких-либо дополнительных проверок отправляет их по назначению. Время ожидания в этом случае минимально, но возникает вероятность передачи данных с ошибками.
Второй режим называется Store and Forward — с промежуточным хранением. Коммутатор не только считывает адрес получателя, но и анализирует всю поступившую информацию с целью поиска ошибок. Лишь после этого данные передаются по назначению. Время ожидания в сравнении с предыдущим режимом увеличивается — оно необходимо свитчу для проверки.
Третий режим называется Fragment-Free — бесфрагментный, или гибридный. Он представляет собой сочетание двух описанных выше режимов. Коммутатор принимает кадр данных, считывает адрес получателя, а затем проверяет информацию на предмет ошибок, но не всю, а лишь первые 64 байта. После проверки свитч отправляет данные получателю.
Условия передачи данных непостоянны — они меняются со временем. Полезно иметь коммутатор, в котором реализована адаптивная подстройка под эти условия. В начале работы такое устройство включает сквозной режим коммутации для всех портов. Затем те порты, на которых появляется слишком много ошибок, автоматически переводятся в гибридный (бесфрагментный) режим. Наконец, если и после этого ошибок остаётся слишком много, порты переводятся в режим с промежуточным хранением данных.
Отличие коммутатора (switch) от концентратора (hub)
В недавнем прошлом были широко распространены концентраторы (hub). Эти устройства работают на основе широковещательной модели. Выражаясь проще, концентратор, принимая сетевой трафик, просто рассылает его всем без исключения подключенным к нему устройствам. Функция определения адресата, которая есть в коммутаторе, в нём не реализована, и в этом — основное отличие hub от switch. Широковещательная передача данных таит как минимум два подводных камня: во-первых, она сильно загружает сеть и заметно замедляет передачу данных, во-вторых, она влечёт риск появления большого количества ошибок, особенно — при добавлении в сеть новых компьютеров.
Использование сетевых коммутаторов избавляет от этих проблем — и именно поэтому эти устройства к настоящему времени почти вытеснили собой концентраторы.
Отличие коммутатора (switch) от маршрутизатора (router)
Коммутатор более функционален, чем концентратор, но ещё больше функций реализовано в маршрутизаторе (или, как его ещё называют, роутере). Это устройство работает на третьем уровне OSI и отвечает не только за распределение трафика по узлам-адресатам, но и за связь между разными сетями с отличающимися архитектурами. В его память записана таблица маршрутизации, на основе данных из которой router решает, куда следует переслать поступивший пакет данных. Пересылка выполняется в соответствии с правилами, заданными администратором при настройке маршрутизатора.
Роутер позволяет снизить загрузку сети, разделяя её на широковещательные домены и фильтруя пакеты. Он даёт возможность объединить Ethernet-сеть и соединения WAN — например, для организации выхода в Интернет.
В этом случае маршрутизатор не только транслирует адреса, но и играет роль межсетевого экрана, обеспечивая тем самым информационную безопасность. По сути, любой маршрутизатор — это миниатюрный компьютер с большим количеством настраиваемых параметров. К слову, именно поэтому роль роутера может играть любой персональный компьютер — при условии, что на нём установлено и настроено специализированное программное обеспечение для маршрутизации.
Как выбрать коммутатор
В продаже представлено великое множество моделей коммутаторов, которые существенно отличаются друг от друга как по функциональности, так и по цене. IT-специалисту нужно знать основные характеристики свитчей (читай — критерии выбора).
Базовая скорость передачи
В большинстве случаев в характеристиках коммутаторов указано сразу несколько значений скорости (пример записи — 10/100 Мбит/сек). Нужно ориентироваться на высшее значение — это максимум для данного устройства. Если данные будут поступать на свитч со скоростью меньшей, чем этот максимум, он автоматически подстроится под неё.
Модели верхнего ценового диапазона могут работать на скоростях 10/20/100/200/1000/2000Мбит/сек. Принимайте во внимание особенности вашей сети и характеристики входящих в неё устройств и делайте правильный выбор.
Количество портов
В продаже представлены модели с количеством портов от 5 до 48. Выбирайте свитч с учётом не только фактического количества устройств, которые будут к нему подключены немедленно, но и перспективы расширения сети в будущем. Опыт показывает, что для сетей, развёрнутых дома и в небольших офисах, оптимальны коммутаторы с количеством портов от 5 до 15. Для предприятия подойдёт устройство с количеством портов от 15 до 48.
Исполнение (способ установки)
Производители предлагают:
-
настольные коммутаторы. Это — компактные модели для небольших сетей. Они не вызывают ни малейших сложностей при установке — их можно просто положить на стол;
-
настенные модели.
Также сравнительно компактны, однако имеют специальные пазы, позволяющие зафиксировать их на стене. Как показывает опыт, многие настенные свитчи можно и не крепить на вертикальном основании, а просто положить на стол;
-
стоечные коммутаторы. В эту категорию входят наиболее продвинутые модели для предприятий, которые устанавливаются в стандартную 19-дюймовую стойку для телекоммуникационного оборудования.
Также сравнительно компактны, однако имеют специальные пазы, позволяющие зафиксировать их на стене. Как показывает опыт, многие настенные свитчи можно и не крепить на вертикальном основании, а просто положить на стол;
Возможность управления
Одну категорию образуют неуправляемые коммутаторы. Они не позволяют выполнить тонкую настройку, что минус для крупного предприятия, но плюс для использования дома или в небольшом офисе. Неуправляемые модели, как правило, компактны и имеют невысокую стоимость.
Ко второй категории относятся управляемые модели. Они допускают гибкую настройку с помощью специализированного ПО или web-интерфейса. Администратор может менять многочисленные параметры управляемого коммутатора — приоритеты подключенных устройств, общие параметры сети и другие.
Такие модели хорошо подходят для использования в сложных и разветвлённых сетях, однако для их настройки нужны специальные познания и определённый опыт.
Поддержка PoE
Выбирайте коммутатор с этой функцией, если вам нужна подача питания к устройствам непосредственно по сетевому кабелю (витой паре). Один из возможных примеров — IP-камеры, включенные в локальную сеть. PoE (Power over Ethernet) — очень удобная функция: она избавляет от необходимости использовать силовые кабели, нисколько не снижая качество передачи данных.
Наличие портов SFP
Свитч с такими портами понадобится, если нужно соединить его с другими коммутаторами или устройствами более высокого уровня. Обратите внимание: SFP — это лишь порт, в него нужно предварительно установить специальный модуль, который, в свою очередь, даст возможность нестандартного подключения (например, по оптоволокну).
Наличие функции энергосбережения
Коммутаторы с такой функцией становятся всё более востребованными — играет роль растущий интерес к защите экологии.
Эти интеллектуальные модели следят за подключенными к ним устройствам, выявляют неактивные порты и временно переводят их в спящий режим. Производители утверждают, что функция энергосбережения, реализованная в свитчах, позволяет сэкономить до 80% (!) электроэнергии.
Поддержка VLAN
Выбирайте модель с такой функцией, если нуждаетесь в логическом разграничении отдельных участков локальной сети. Вы сможете создать свои сегменты для разных отделов, подразделений и филиалов компании, организовать сеть общего доступа.
Наличие функции сегментации трафика
Коммутаторы с такой функцией позволяют настраивать порты или их группы так, чтобы они были полностью отделены друг от друга, но при этом имели доступ к серверу.
Поддержка стекирования
Устройство с такой функцией понадобится, если вам нужно создать единый логический коммутатор с количеством портов большим, чем 48. Несложно понять, что поддержка стекирования требуется в масштабных, разветвлённых сетях, развёрнутых на крупных предприятиях.
Наличие защиты от широковещательного шторма
Одно из частных проявлений такого шторма — DDoS-атака на локальную сеть. Если в последнюю входит обычный коммутатор без защиты от широковещательного шторма, в результате атаки вся сеть может попросту «лечь». Модели, в которых такая защита реализована, выявляют флуд и своевременно отсекают его, благодаря чему сеть остаётся стабильной.
Структура системы сотовой связи стандарта gsm
Сеть GSM делится на 2 системы. Каждая из этих систем включает в себя ряд функциональных устройств, которые, в свою очередь являются компонентами сети мобильной радиосвязи.
Данными системами являются:
Система коммутации – Network Switching System (NSS)
Система базовых станций — Base Station System (BSS)
Система NSS выполняет функции обслуживания вызовов
и установления соединений, а также
отвечает за реализацию всех назначенных
абоненту услуг.
NSS включает в себя следующие функциональные
устройства:
Центр коммутации мобильной связи (MSC)
Домашний регистр местоположения (HLR)
Визитный регистр местоположения (VLR)
Центр аутентификации (AUC)
Регистр идентификация абонентского оборудования (EIR).
Система ВSS отвечает за все функции, относящиеся к радиоинтерфейсу. Эта система включает в себя следующие функциональные блоки:
Контроллер базовых станций (BSC)
Базовую станцию (BTS)
MS (т.е. телефон абонента) не принадлежит ни к одной из этих систем, но рассматривается как элемент сети.
Теперь рассмотрим перечисленные элементы более подробно:
Состав системы коммутации NSS
Центр коммутации мобильной связи (MSC)
MSC является главным элементом системы
GSM, он осуществляет контроль за BTS и BSC,
расположенные в его зоне обслуживания.
Основная функция MSC заключается в установлении соединения
между абонентами сети. Через него также
осуществляется выход на другие сети
связи: стационарную телефонную сеть,
сети междугородной связи, другие сотовые
сети.
Домашний регистр местоположения (HLR)
HLR содержит информацию об абонентах, которые приписаны к данному MSC. В нем хранится информация о подключенных услугах, о его состоянии (включен, выключен, активное соединение), местоположении абонента и некоторая другая информация. Информация о каждом абоненте храниться лишь в одном HLR.
Визитный регистр местоположения (VLR)
В VLR хранится информация об активных
абонентах, которые находятся в зоне
обслуживания данного MSC.
В него занесены данные и о домашних
абонентах, приписанных к данному MSC и о так называемых роумерах – абонентах,
для которых данный MSC гостевой. Это могут быть абоненты других
операторов связи, либо абоненты того
же оператора, но из других регионов.
В VLR информация поступает из HLR.
Центр аутентификации (AUC)
AUC предназначен для аутентификации абонентов. Эта процедура предназначена для предотвращения несанкционированного доступа в сеть. Каждый раз, когда абонент включает свой телефон, совершает голосовой вызов, отправляет SMS и т.п. сеть предлагает пройти процедуру аутентификации. Ее осуществляет MSC на основании данных полученных из AUC и от MS.
Регистр идентификации абонентского оборудования (EIR)
EIR – это база данных, содержащая информацию о идентификационных номерах мобильных телефонов GSM. Данная информация необходима для осуществления блокировки краденых трубок. EIR не является обязательным элементом сети. В мире существует лишь несколько операторов, которые внедрили его в своей сети.
Состав системы базовых станций BSS
Контроллер базовых станций (BSC)
BSC управляет всеми функциями, относящимися
к работе радиоканалов в сети GSМ.
Это
коммутатор большой емкости, который
обеспечивает такие функции, как хэндовер MS,
назначение радиоканалов и сбор данных
о конфигурации сот. Каждый MSC может управлять несколькими BSC.
Базовая станция (BTS)
BTS управляет радиоинтерфейсом с MS. BTS включает в себя такое радиооборудование, как трансиверы (приемо-передатчики) и антенны, которые необходимы для обслуживание каждой соты в сети.
Элементы сети относящиеся к пакетной передаче данных
Узел обслуживания абонентов GPRS (SGSN)
Пакетные данные в отличии от голосового трафика передаются от подсистемы базовых станций не в сторону MSC, а в сторону SGSN. Этот элемент представляет собой маршрутизатор с раширенными функциями. На него возложены функции установления сессии пакетной передачи данных, маршрутизации пакетов, начисления платы за предоставленные услуги.
Шлюзовой узел GPRS
(GGSN(GGSN
(Gateway GPRS Support Node) – шлюзовой узел поддержки GPRS.
))
GGSN представляет собой шлюз сети(Шлюз (Gateway) – это сетевое устройство, предназначенное для объединения двух сетей (передачи между ними пользовательского трафика), которые обладают различными характеристиками, используют различные протоколы или технологии.). Если пакеты маршрутизируются за пределы сети оператора, то они попадают именно в GGSN. Этот элемент часто конструктивно объединяется вместе с SGSN(SGSN (Serving GPRS Support Node) — узел обслуживания абонентов пакетной сети передачи данных сетей GSM и UMTS для технологий GPRS, EDGE, HDPA. Это аналог MSC для пакетной сети передачи данных. Функции, которые выполняет SGSN) в одном устройстве.
3G. UMTS — Universal Mobile Telecommunications System
Стандарты третьего поколения пришли
на смену стандартам 2G.
В первую очередь их появление обусловлено
возросшими потребностями абонентов в
скорости передачи
данных. Стандарт UMTS (Universal Mobile
Telecommunications System — Универсальная система
мобильной связи) нашел наибольшее
распространение среди других стандартов
этого поколения на территории Европы,
в том числе и России.
Разработка стандарта UMTS началась в 1992 году организацией по стандартизации IMT-2000. Впоследствии разработка этого стандарта была поручена 3GPP. Первая сеть UMTS была запущена в коммерческую эксплуатацию 1 декабря 2001 года в Норвегии. К маю 2010 года число абонентов переваливает за 540 миллионов по всему миру.
Скорость передачи данных для сетей UMTS может достигать 2Мбит/сек. Благодаря технологии HSDPA-High Speed Downlink Packet Access (3.5G), которая была внедрена в 2006 году максимальная скорость возрасла до 14 Мбит/сек. Эти и другие преимущества UMTS позволяют предоставлять абонентам широкий перечень услуг: видеозвонки, видеоконференции, высококачественные голосовые звонки, загрузка файлов с высокой скоростью, сетевые игры, мобильная комерция и мн. др.
Рассмотрим структуру системы UMTS и ее основные отличия от стандарта второго поколения GSM.
Мобильный коммутационный центр
Описание
Мобильный коммутационный центр (MSC) является основным узлом предоставления услуг для GSM/CDMA, отвечающим за маршрутизацию голосовых вызовов и SMS, а также других услуг (таких как конференц-связь, факс и переключаемые данные).
MSC устанавливает и освобождает сквозное соединение , обрабатывает требования к мобильности и передаче обслуживания во время вызова, а также заботится о начислении платы и мониторинге предоплаченного счета в режиме реального времени.
В системе мобильной связи GSM, в отличие от более ранних аналоговых услуг, факсимильная информация и данные отправляются непосредственно в цифровом коде на MSC. Только в MSC это перекодируется в «аналоговый» сигнал (хотя на самом деле это почти наверняка будет означать звук, закодированный в цифровом виде как сигнал PCM во временном интервале 64 кбит / с, известном в Америке как DS0).
Существуют разные названия для MSC в разных контекстах, которые отражают их сложную роль в сети, хотя все эти термины могут относиться к одному и тому же MSC, но в разное время выполняют разные действия.
Шлюз MSC (G-MSC) — это MSC, который определяет, в каком посещаемом MSC в настоящее время находится вызываемый абонент.
Он также взаимодействует с PSTN. Все вызовы с мобильных устройств на мобильные и вызовы из PSTN на мобильные телефоны направляются через G-MSC. Этот термин действителен только в контексте одного вызова, поскольку любой MSC может обеспечивать как функцию шлюза, так и функцию посещаемого MSC, однако некоторые производители проектируют выделенные MSC с высокой пропускной способностью, к которым не подключены какие-либо BSS. Затем эти MSC будут шлюзовыми MSC для многих вызовов, которые они обрабатывают.
посещенный MSC (V-MSC) — это MSC, в котором в настоящее время находится клиент. VLR, связанный с этим MSC, будет содержать данные абонента.
Якорный MSC — это MSC, с которого была инициирована передача обслуживания. Целевой MSC — это MSC, к которому должна быть осуществлена передача обслуживания. Сервер центра коммутации мобильных устройств является частью переработанной концепции MSC, начиная с версии 4 3GPP.
Сервер центра коммутации мобильной связи (MSC-Server, MSCS или MSS)
Основная статья: Сервер центра коммутации мобильной связи
Сервер мобильного коммутационного центра представляет собой вариант с программным переключением (поэтому он может называться Mobile Soft Switch, MSS) мобильного коммутационного центра, который обеспечивает управление мобильностью вызовов с коммутацией каналов и услуги GSM для мобильных телефонов.
роуминг в пределах территории, которую он обслуживает. Функциональность MSS обеспечивает разделение между плоскостью управления (сигнализация) и плоскостью пользователя (канал-носитель в сетевом элементе, называемом медиашлюзом/MG), что гарантирует лучшее размещение сетевых элементов в сети.
Медиашлюз MSS и MGW позволяет осуществлять перекрестное соединение вызовов с коммутацией каналов, коммутируемых с использованием IP, ATM AAL2, а также TDM. Дополнительная информация доступна в 3GPP TS 23.205.
Используемый здесь термин коммутация каналов (CS) происходит от традиционных телекоммуникационных систем. Однако современные устройства MSS и MGW в основном используют общие Интернет-технологии и образуют телекоммуникационные сети нового поколения. Программное обеспечение MSS может работать на обычных компьютерах или виртуальных машинах в облачной среде.
Другие элементы опорной сети GSM, подключенные к MSC
MSC подключается к следующим элементам:
- Домашний регистр местоположения (HLR) для получения данных о SIM-карте и номере ISDN мобильных услуг (MSISDN; т. е. номер телефона) ).
- Подсистема базовой станции (BSS), обеспечивающая радиосвязь с мобильными телефонами 2G и 2.5G.
- Наземная сеть радиодоступа UMTS (UTRAN), обеспечивающая радиосвязь с мобильными телефонами 3G.
- Регистр местоположения посетителей (VLR) предоставляет информацию о подписчике, когда он находится за пределами своей домашней сети.
- Другие MSC для таких процедур, как передача обслуживания.
е. номер телефона) ).Внедрены процедуры
Задачи MSC включают:
- Доставка вызовов абонентам по мере их поступления на основе информации от VLR.
- Подключение исходящих вызовов к другим абонентам мобильной связи или ТфОП.
- Доставка SMS от абонентов в центр обслуживания коротких сообщений (ЦМСС) и наоборот.
- Организация передачи от BSC к BSC.
- Проведение хендоверов от этого MSC к другому.
- Поддержка дополнительных услуг, таких как конференц-связь или удержание вызова.
- Создание платежной информации.
Регистр домашнего местоположения (HLR)
Регистр домашнего местоположения (HLR) представляет собой центральную базу данных, содержащую сведения о каждом абоненте мобильного телефона, которому разрешено использовать базовую сеть GSM. В каждой наземной сети мобильной связи общего пользования (PLMN) может быть несколько логических и физических HLR, хотя одна пара международного идентификатора мобильного абонента (IMSI)/MSISDN может быть связана только с одним логическим HLR (который может охватывать несколько физических узлов) одновременно. .
HLR хранит информацию о каждой SIM-карте, выпущенной оператором мобильной связи. Каждая SIM-карта имеет уникальный идентификатор, называемый IMSI, который является первичным ключом для каждой записи HLR.
Еще одним важным элементом данных, связанных с SIM-картой, являются MSISDN, которые представляют собой телефонные номера, используемые мобильными телефонами для совершения и приема вызовов.
Основной MSISDN — это номер, используемый для совершения и приема голосовых вызовов и SMS, но SIM-карта может иметь другие вторичные MSISDN, связанные с ней для факсимильных вызовов и вызовов данных. Каждый MSISDN также является первичным ключом к записи HLR. Данные HLR хранятся до тех пор, пока абонент остается у оператора мобильной связи.
Примеры других данных, хранящихся в HLR относительно записи IMSI:
- Услуги GSM, которые абонент запросил или получил.
- Настройки GPRS для предоставления абоненту доступа к пакетным услугам.
- Текущее местоположение абонента (VLR и обслуживающий узел поддержки GPRS/SGSN).
- Настройки переадресации вызовов применимы для каждого связанного MSISDN.
HLR — это система, которая напрямую получает и обрабатывает MAP-транзакции и сообщения от элементов в сети GSM, например, сообщения об обновлении местоположения, полученные при перемещении мобильных телефонов.
Другие элементы опорной сети GSM, подключенные к HLR
HLR подключается к следующим элементам:
- G-MSC для обработки входящих вызовов
- VLR для обработки запросов от мобильных телефонов на подключение к сети
- SMSC для обработки входящих SMS
- Система голосовой почты для доставки уведомлений на мобильный телефон об ожидании сообщения
- AuC для аутентификации и шифрования и обмена данными (триплеты)
Внедрены процедуры
Основная функция HLR заключается в том, чтобы управлять тем фактом, что SIM-карты и телефоны часто перемещаются.
Для решения этой проблемы реализованы следующие процедуры:
- Управление мобильностью абонентов путем обновления их положения в административных областях, называемых «зонами местоположения», которые идентифицируются с помощью LAC. За действием пользователя по переходу из одного LA в другой следует HLR с процедурой обновления области местоположения.
- Отправлять данные абонента в VLR или SGSN, когда абонент впервые перемещается туда.
- Посредник между G-MSC или SMSC и текущим VLR абонента для обеспечения доставки входящих вызовов или текстовых сообщений.
- Удалять данные абонента из предыдущего VLR, когда абонент ушел от него.
- Отвечает за все запросы, связанные с SRI (т. е. для вызова SRI HLR должен дать ответ sack SRI или SRI).
Центр аутентификации (AuC)
Описание
Центр аутентификации (AuC) — это функция для аутентификации каждой SIM-карты, которая пытается подключиться к базовой сети GSM (обычно при включенном телефоне).
После успешной аутентификации HLR разрешается управлять SIM-картой и услугами, описанными выше. Также генерируется ключ шифрования, который впоследствии используется для шифрования всей беспроводной связи (голос, SMS и т. д.) между мобильным телефоном и базовой сетью GSM.
Если аутентификация не удалась, то использование этой конкретной комбинации SIM-карты и мобильного оператора невозможно. Существует дополнительная форма проверки идентификации, выполняемая по серийному номеру мобильного телефона, описанная в разделе EIR ниже, но она не имеет отношения к обработке AuC.
Надлежащее обеспечение безопасности внутри и вокруг AuC является ключевой частью стратегии оператора по предотвращению клонирования SIM-карты.
AuC не участвует напрямую в процессе аутентификации, а вместо этого генерирует данные, известные как тройки для использования MSC во время процедуры. Безопасность процесса зависит от общего секрета между AuC и SIM-картой, который называется K i .
K i надежно встраивается в SIM-карту во время производства, а также надежно копируется на AuC. Этот K i никогда не передается между AuC и SIM, но объединяется с IMSI для создания запроса/ответа в целях идентификации и ключа шифрования, называемого K c для использования в воздушной связи.
Другие элементы базовой сети GSM, подключенные к AuC
AuC подключается к следующим элементам:
- MSC, который запрашивает новый пакет триплетных данных для IMSI после того, как предыдущие данные были использованы. Это гарантирует, что одни и те же ключи и ответы на вызовы не будут использоваться дважды для конкретного мобильного телефона.
Реализованные процедуры
AuC хранит следующие данные для каждого IMSI:
- K i
- Идентификатор алгоритма. (стандартные алгоритмы называются A3 или A8, но оператор может выбрать собственный).
Когда MSC запрашивает у AuC новый набор триплетов для определенного IMSI, AuC сначала генерирует случайное число, известное как RAND .
Этот RAND затем объединяется с K i для получения следующих двух чисел:
- K i и RAND вводятся в алгоритм A3 и вычисляется подписанный ответ (SRES).
- K i и RAND вводятся в алгоритм A8, и вычисляется сеансовый ключ с именем K c .
Числа ( RAND , SRES, K c ) образуют тройку, отправленную обратно в MSC. Когда конкретный IMSI запрашивает доступ к базовой сети GSM, MSC отправляет RAND часть триплета на SIM. Затем SIM-карта вводит этот номер и K i (которые записываются на SIM-карту) в алгоритм A3 соответствующим образом, после чего вычисляется SRES и отправляется обратно в MSC. Если этот SRES совпадает с SRES в триплете (что должно быть, если это действующая SIM-карта), то мобильному телефону разрешается подключиться и продолжить работу с услугами GSM.
После успешной аутентификации MSC отправляет ключ шифрования K c на контроллер базовой станции (BSC), чтобы можно было шифровать и расшифровывать все сообщения.
Конечно, мобильный телефон может генерировать K c , вводя тот же RAND, который был предоставлен во время аутентификации, и K i в алгоритм A8.
AuC обычно совмещен с HLR, хотя это не обязательно. Хотя процедура безопасна для повседневного использования, она ни в коем случае не защищена от взлома. Поэтому для телефонов 3G был разработан новый набор методов защиты.
Алгоритм A3 используется для шифрования сотовой связи Глобальной системы мобильной связи (GSM). На практике алгоритмы A3 и A8 обычно реализуются вместе (известные как A3/A8, см. COMP128). Алгоритм A3/A8 реализован в картах модуля идентификации абонента (SIM) и в центрах аутентификации сети GSM. Он используется для аутентификации клиента и генерации ключа для шифрования трафика голоса и данных, как определено в 3GPP TS 43.020 (03.20 до Rel-4). Разработка алгоритмов A3 и A8 считается делом отдельных операторов сетей GSM, хотя доступны примеры реализации.
Регистр местоположений посетителей (VLR)
Описание
Регистр местоположений посетителей (VLR) представляет собой базу данных абонентов, которые перемещались в пределах юрисдикции MSC (Центра коммутации мобильной связи), который он обслуживает.
Каждая основная базовая станция в сети обслуживается ровно одним VLR (одна BTS может обслуживаться многими MSC в случае MSC в пуле), поэтому абонент не может одновременно находиться более чем в одном VLR.
Данные, хранящиеся в VLR, были либо получены от HLR, либо собраны с MS (мобильной станции). На практике из соображений производительности большинство поставщиков интегрируют VLR непосредственно в V-MSC, а там, где этого не делается, VLR очень тесно связан с MSC через собственный интерфейс. Всякий раз, когда MSC обнаруживает новую MS в своей сети, помимо создания новой записи в VLR, он также обновляет HLR мобильного абонента, уведомляя его о новом местонахождении этой MS. Если данные VLR повреждены, это может привести к серьезным проблемам со службами обмена текстовыми сообщениями и вызовами.
Сохраняемые данные включают:
- IMSI (идентификационный номер абонента).
- Данные аутентификации.
- MSISDN (номер телефона абонента).
- Услуги GSM, к которым разрешен доступ абоненту.
- точка доступа (GPRS) подписана.
- HLR-адрес абонента.
- Адрес SCP (для абонентов с предоплатой).
Внедрены процедуры
Основными функциями VLR являются:
- Для информирования HLR о том, что абонент прибыл в конкретную область, охватываемую VLR.
- Для отслеживания того, где находится абонент в пределах зоны VLR (зоны местоположения), когда не ведется вызов.
- Разрешить или запретить, какие услуги может использовать абонент.
- Для выделения роуминговых номеров при обработке входящих вызовов.
- Для очистки записи о подписчике, если подписчик становится неактивным, находясь в зоне VLR. VLR удаляет данные абонента после фиксированного периода бездействия и информирует об этом HLR (например, когда телефон был выключен и оставлен выключенным или когда абонент переместился в зону без покрытия в течение длительного времени).
- Для удаления записи о подписчике, когда один подписчик явным образом переходит к другому в соответствии с инструкциями HLR.
Реестр идентификации оборудования (EIR)
Реестр идентификации оборудования часто интегрируется в HLR. EIR хранит список мобильных телефонов (идентифицируемых по их IMEI), которые должны быть запрещены в сети или контролироваться. Это сделано для того, чтобы отслеживать украденные мобильные телефоны. Теоретически все данные обо всех украденных мобильных телефонах должны распространяться во все EIR в мире через центральный EIR. Однако ясно, что есть некоторые страны, где это не работает. Данные EIR не должны изменяться в реальном времени, а это означает, что эта функция может быть менее распределенной, чем функция HLR. EIR представляет собой базу данных, содержащую информацию об идентификации мобильного оборудования, которая предотвращает вызовы с украденных, несанкционированных или неисправных мобильных станций. Некоторые EIR также имеют возможность регистрировать попытки подключения телефона и сохранять их в файле журнала.
Другие вспомогательные функции
Многие другие функции связаны более или менее напрямую с базовой сетью GSM.
Центр выставления счетов (BC)
Центр выставления счетов отвечает за обработку платных билетов, генерируемых VLR и HLR, и выставление счетов для каждого абонента. Он также отвечает за формирование биллинговых данных абонента в роуминге.
Центр службы мультимедийных сообщений (MMSC)
Центр службы мультимедийных сообщений поддерживает отправку мультимедийных сообщений (например, изображений, аудио, видео и их комбинаций) на (или с) мобильных телефонов с поддержкой MMS.
Система голосовой почты (VMS)
Система голосовой почты записывает и хранит сообщения голосовой почты.
Функции законного перехвата
Основная статья: Законный перехват
В соответствии с законом США, который также был скопирован во многих других странах, особенно в Европе, все телекоммуникационное оборудование должно обеспечивать средства для мониторинга вызовов выбранных пользователей.
Должен быть какой-то уровень поддержки для этого, встроенный в любой из различных элементов. Концепция законный перехват также известен в соответствии с соответствующим законодательством США как CALEA. В целом реализация законного перехвата аналогична реализации конференц-связи. Пока A и B разговаривают друг с другом, C может присоединиться к разговору и молча слушать.
Что такое центр коммутации мобильной связи?
Когда устройство пытается получить доступ к сети на базе GSM или CDMA, оно подключается к ближайшей базовой приемопередающей станции сети. Контроллер базовой станции затем ретранслирует соединение с MSC, который является частью подсистемы коммутации сети.
MSC использует регистр домашних местонахождений (HLR) или регистр местоположений посетителей (VLR) и SIM-карту устройства для аутентификации абонента, определения наличия у него разрешения на доступ к сети и обеспечения надлежащей оплаты абонентом любых услуг. они используют.
HLR и VLR — это базы данных, которые содержат информацию об абонентах, которым разрешено использовать сеть, включая их местоположение, международный номер абонента мобильной станции (MSISDN) и международный идентификатор мобильного абонента (IMSI).
MSISDN — это номер телефона, связанный с устройством и подписчиком, а IMSI — уникальный номер, идентифицирующий подписчика.
MSC действует как привратник в сеть, проверяя идентификаторы устройств и определяя, кто может и кто не может получить доступ к сетевым службам. После подключения устройства MSC передает свою передачу и информацию в MSC устройства, к которому они пытаются подключиться, а затем отслеживает используемые ими услуги и записывает сведения об использовании сети для целей выставления счетов.
Этот процесс аутентификации зависит от секретного ключа SIM-карты устройства и общего ресурса HLR сети. Используя ключ, HLR создает подписанный ответ (SRES) для случайного числа. MSC пересылает случайное число на устройство, и если устройство отвечает тем же SRES, что и HLR, MSC аутентифицирует его.
Например, Устройство 1 находится в роуминге и хочет отправить сообщение на Устройство 2. Локальный MSC (MSC 1), контролирующий соту, в которой находится Устройство 1, распознает оператора мобильной сети (MNO), с которым связан абонент, и предполагая, что оператор мобильной связи имеет соглашение о роуминге с местным оператором мобильной связи, MSC 1 одобрит соединение.
Затем MSC 1 передает запрос на передачу MSC, контролирующему соту. Устройство 2 находится внутри (MSC2). Если Устройство 2 авторизовано для подключения к сети, связанной с MSC 2, MSC 2 одобрит подключение. Оба MSC отслеживают потребление данных связанными с ними устройствами и правильную плату за услугу (включая плату за роуминг для Устройства 1).
Как MSC помогают облегчить передачу обслуживания
Ячеистая структура сотовых сетей позволяет мобильным устройствам оставаться подключенными к сети, даже когда они перемещаются через большие географические области. Это стало возможным благодаря тому, что соты могут эффективно «передавать» соединение соседней соте, когда устройство пересекает границу между ними.
Каждая ячейка имеет MSC, который контролирует несколько контроллеров базовых станций, которые могут контролировать сотни базовых приемопередающих станций. В ячейке BSC каждая BTS имеет свою собственную ячейку, которая может пересекаться с ячейками нескольких MSC, BSC и BTS.
[Вставьте изображение, показывающее перекрывающиеся ячейки BTS в перекрывающихся ячейках BSC, в перекрывающихся ячейках MSC. Две большие соты BSC, которые перекрываются, заполнены меньшими ячейками BTS, некоторые из которых находятся в пределах зоны перекрытия ячеек BSC.]
Кроме того, полосы частот, по существу, образуют отдельные слои соты BTS. Эти перекрывающиеся структуры создают четыре возможных сценария, в которых мобильная станция (устройство с SIM-картой) должна быть «переключена»:
- Передача внутри BTS: Переключает частоты или слоты в одной и той же BTS.
- Передача внутри BSC/передача между BTS: Он входит в ячейку другой BTS, которая принадлежит тому же BSC.
- Хэндовер между BSC/внутри MSC: Он входит в ячейку другой BTS, которая принадлежит другому BSC, но тому же MSC.
- Хэндовер между MSC: Он входит в ячейку другой BTS, которая принадлежит другому BSC и другому MSC.
