4.17M

Category:

electronics

Классификация систем подвижной связи

2.

геостационарные
наземные
среднеорбитальные
низкоорбитальные
сотовые
транкинговые
зоновые
простые
Системы подвижной радиосвязи
космические

3.

Наземные сети связи
сети связи инфраструктура которых
расположена вблизи земной поверхности

4.

Космические системы связи
• Сети связи абонентское оборудование
которых расположено в близи земной
поверхности, а часть сетевого
оборудования располагается в
околоземном пространстве.

5.

Простые системы связи
Под простыми системами связи
подразумевают системы связи
осуществляющие непосредственную связь
между абонентами с использование только
абонентского оборудования.

Зоновые системы связи
Под зоновыми системами связи
подразумеваются системы связи,
обеспечивающие связь между абонентами в
пределах пространственной зоны,
формируемой о окрестности центральной
(базовой) станции не зависимой от
абонентов.

7.

Транкинговые системы связи
Разновидность зоновых систем связи,
характеризующихся отсутствием жесткого
закрепления канального ресурса за
абонентами (динамическим распределение
каналов закрепленных за системой между
активными абонентами в процессе сеанса
связи)

8.

Сотовые системы связи
Разновидность зоновых систем связи
характеризующаяся как динамическим
распределением канального ресурса между
активными абонентами, так и многократным
повторным использованием выделенного
канального ресурса на значительной
территории с автоматическим поиском и
переключением абонента между различными
элементами (базовыми станциями) сети

9.

Космические системы связи
классифицируются по расположению высоты
орбиты используемой космической
группировки относительно околоземных
радиационных поясов (поясов Ван Алена)

10.

Пояса Ван Аллена

11.

Характеристики внутреннего
радиационного пояса:
• Располагается на высоте от 1 тыс. км до 24 тыс. км
от поверхности планеты;
• Во время высокой солнечной активности и в
некоторых географических областях (например,
Бразильская магнитная аномалия) нижняя граница
может спуститься до 200 км от Земли;
• Состоит из электронов и протонов, энергия которых
превышает 100 электронвольт. Считается, что
протоны здесь образуются благодаря бета-распаду
из нейтронов в результате воздействия космических
лучей;

12.

Характеристики внешнего
радиационного пояса:
• Располагается на высоте от 13 000 до 60 000 километров и
обладает почти тороидальной формой (другими словами, в
виде бублика);
• Состоит преимущественно из электронов, значение энергий
которых колеблется в пределах от 0,1 до 10 мегаэлектронвольт;
• В 2014 году было обнаружено, что внутренняя граница
внешнего РП является достаточно резкой. Ниже ее электроны
проникнуть не могут. В чем причина образования такого щита,
до конца не понятно;
• По размеру он гораздо больше, чем внутренний РП. Количество
частиц в нем колеблется в зависимости от геомагнитных бурь и
плазменных возмущений, производимых Солнцем;

13.

Геостационарноя орбита
Геостациона́рная орби́ та (ГСО) —
круговая орбита, расположенная
над экватором Земли (0° широты), находясь на
которой, искусственный спутник обращается
вокруг планеты с угловой скоростью, равной
угловой скорости вращения Земли вокруг оси.
В горизонтальной системе
координат направление на спутник не
изменяется ни по азимуту, ни по высоте над
горизонтом — спутник «висит»
в небе неподвижно.

14.

Спутник должен обращаться в направлении
вращения Земли, на высоте 35 786 км над
уровнем моря. Именно такая высота
обеспечивает спутнику период обращения,
равный периоду вращения Земли
относительно звёзд (Звёздные сутки: 23 часа
56 минут 4,091 секунды).

15.

Геостационарные системы связи
Системы связи, использующие космические
аппараты расположенные на
геостационарной орбите

16.

Среднеорбитальные системы связи
Системы связи использующие группировки
космических аппаратов на орбитах, лежащих
между внутреним и внешним поясом Ван
Аллена

17.

Низкоорбитальные системы связи
Системы связи использующие группировки
космических аппаратов на орбитах, лежащих
ниже внутреннего пояса Ван Аллена

18.

Для информации
Обитаемая космонавтика использует только
низкоорбитальные космические аппараты
(средняя высота орбиты около 400 км)
Человеческие существа (если верить
американцам) пересекали радиационные
пояса только при посещении Луны!!!

19.

Основные проблемы,
возникающие в системах
подвижной связи

20.

• Покрытие территории надежной
радиосвязью
• Обеспечение достаточной абонентской
емкости
• Организация поиска и сопровождения
абонентов
• Формирование надежного
высокоэффективного канала связи
• Обеспечение информационной
безопасности

21.

• Организация интерфейса (транспортной
сети между ядром (core) сети и базовыми
станциями (узлами сети)
• Организация интерфейса между ядром сети
и сетями общего пользования
• Обеспечение коммутации вызова, каналов
и пакетов
• Организация роумига (переключения
абонента между различными сетями)
• Организация аутентификации абонентов и
абонентского оборудования

22.

• Обеспечение низкого энергопотребления
абонентского оборудования
• Обеспечение экологической безопасности
• Обеспечение биллинга и выставления
счетов

23.

Основные способы реализации
мобильной связи

24.

Простая симплексная сеть
f1
МС
МС
f1
f1
БС

25.

Сложная симплексная сеть
МС
f2
f1
МС
МС
МС
f1
f2
f1
f2
БС

26.

Двухчастотная симплексная сеть
f1
f2
f1
f2

27.

Простая дуплексная сеть
f1
f2
f1
f1
f2
f2

28.

Сложная дуплексная сеть
f1
f3
f2
f4

29.

Типовая структура сети
мобильной голосовой связи

30.

31.

• MS Mobile Station (мобильная станция) - состоит из
оборудования, которое предназначено для
организации доступа абонента GSM к существующим
сетям связи.
• BTS Base Transceiver Station (базовая
приемопередающая станция) - многоканальный
приёмопередатчик, работающий на ряде радиоканалов,
отличных от используемых в соседних ячейках (сотах),
легко расширяемая конфигурация обеспечивает
удовлетворение требования как к необходимой ёмкости
связи, так и к экономичности.
• BSC Base Station Controller (контроллер базовой
станции) - управляет процедурой “эстафетной
передачи” (handover) между разными BTS (ячейками)
сотовой сети, контролирует качество связи в каждой
ячейке (соте), управляет одной или несколькими BTS.

32.

• BSS Base Station System (система базовых станций) Обеспечивает радио интерфейс в одной или нескольких
ячейках (сотах) с находящимися в зоне их функционирования
сотовыми телефонами. Возможные виды конфигурации BSS: размещённые вместе BCS и одна или несколько BTS; конструктивно объединённые BTS и BSC. - разнесённые BTS и
BSC.
• MSC Mobile Services Switching Center (центр коммутации с
обслуживанием мобильных абонентов) – обеспечивает все
виды соединений, обеспечивает регистрацию местоположения
MS, управляет процедурами установления вызова и
маршрутизации, процедурой “эстафетной передачи” (handover)
между ячейками сотовой сети, относящимся к разным BSS,
осуществляет сервисные функции сотовой сети (переадресация
вызовов, запрет на входящие и исходящие вызовы, конференцсвязь), - формирует данные, необходимые для выписки счетов
за предоставленные сетью услуги связи, обеспечивает
интерфейс между сотовой сетью и фиксированными сетями
(PSTN, PDN, ISDN).

33.

• HLR Home Location Register (домашний регистр) - Справочная
база данных о постоянно прописанных в сети абонентах.
Содержит опознавательные номера и текущие адреса,
параметры подлинности и состав предоставляемых абонентах
услуг связи, специальную информацию о маршрутизации.
• VLR Visited Location Register (гостевой регистр) - Справочная
база данных об абонентах, постоянно прописанных в зоне
действия других MSC. Информация храниться только во время
нахождения “ЧУЖОГО” абонента в зоне действия данной MSC.
• AUC Authentisication Centre (центр аутентификации) Обеспечивает процедуру аутентификации абонентов сотовой
сети.
• EIR Equipment Identity Register (регистр идентификации
оборудования) - Содержит базу данных для подтверждения
подлинности международного идентификационного номера
оборудования абонентов (сотовых телефонов) и осуществления
доступа абонентов в сеть.

34.

• NMС Network Management Center (центр управления сетью) Контролирует, формирует и отображает информацию о
состоянии сотовой сети, Обеспечивает управление трафиком во
всей сети.
• IWF InterWorking Function and Modems (контроллер
межсетевого обмена) - Формирует информацию, необходимую
для адаптации процесса взаимодействия сотовой сети с
фиксированными сетями (PSTN, PDN, ISDN).
• EC Echo Canceller (эхоподавитель) - Необходим для всех
речевых каналов связи с PSTN, построенной по двухпроводной
схеме, вследствие присущих сотовой cети GSM, построенной по
четырехпроводной схеме, задержек сигнала в тракте
распространения, включая радиоканал.
• OMC Operations and Maintenance Center (центр управления и
обслуживания) - Центральный элемент сотовой сети,
обеспечивающий контроль и управление другими
компонентами сети и контроль качества её работы.

35.

• XCDR Speech Transcoder (транскодер
голосового сигнала) - Обеспечивает
преобразование выходных сигналов MSC
(64 кБит/с) к виду, соответствующему
стандарту радиоинтерфейса GSM (13
кБит/с), и обратное преобразование.
• PSTN Коммутируемая телефонная сеть
общего пользования
• PDN Сеть пакетной передачи
• ISDN Цифровая сеть с интеграцией услуг

36.

Типовая структура мобильной
сети передачи данных

37.

LTE включает в себя сеть радиодоступа
(Evolved Universal Terrestrial Radio Access
Network, E-UTRAN) и усовершенствованное
пакетное ядро (Evolved Packet Core, EPC).

38.

39.

HSS (Home Subscriber Server) - сервер абонентских
данных сети сотовой связи стандарта
HSS служит для хранения следующей информации:
• пользовательских идентификаторов, номеров и
адресной информацииданные безопасности абонентов:
информация для контроля доступа в сеть,
аутентификации и авторизации
• информация о местоположении абонента на
межсетевом уровне, т.е. если даже абонент покинет
текущую сеть LTE оператора, то в HSS сохранится
информация о том в какую сеть он перешел для его
поиска в случае входящего звонка
• информация о профиле абонента
• кроме того, HSS генерирует данные, необходимые для
осуществления процедур шифрования, аутентификации
и т.п.

40.

Ядро сети EPC (Evolved Packet Core) состоит из
обслуживающего шлюза S-GW (Serving
Gateway), шлюза для выхода на пакетные
сети P-GW (Packet Data Network Gateway),
структуры управления по протоколу Mobility
Management MME (Mobility Management
Entity), связанной с S-GW и eNodeB
сигнальными интерфейсами.

41.

eNodeB (Evolved NodeB) объединяет в себе функции
базовых станций и контроллеров сетей 3-го поколения:
• - обеспечивает передачу трафика и сигнализации по
радиоканалу,
• - управляет распределением радиоресурсов,
• - обеспечивает сквозной канал трафика к S-GW,
• - поддерживает синхронизацию передач и
контролирует уровень помех в соте,
• - обеспечивает шифрацию и целостность передачи по
радиоканалу,
• - выбирает MME и организует сигнальный обмен с ним,
• - производит сжатие заголовков IP-пакетов,
• - поддерживает услуги мультимедийного вещания,

42.

Интерфейс S1, как показано на рис.2,
поддерживает передачу данных с S-GW и
сигнализации через ММЕ. Отметим, что eNB
может иметь соединения с несколькими S-GW.
Интерфейсы X2 используют для организации
хэндоверов между соседними базовыми
станциями, в том числе и при балансировке
нагрузки между ними. При этом интерфейсы Х2
могут быть логическими, т.е. для их организации
не обязательно реальное физическое
соединение между eNB.

43.

Функции обслуживающего шлюза S-GW (Serving
Gateway):
• - маршрутизация передаваемых пакетов данных,
• - установка качественных показателей (Quality of
Service, QoS) предоставляемых услуг,
• - буферизация пакетов для UE, пребывающих в
состоянии Idle Mode,
• - предоставление учетных данных для тарификации
и оплаты выполненных услуг.
• S-GW является якорной структурой,
обеспечивающей мобильность абонентов. Каждую
работающую UE обслуживает определенный S-GW.
Теоретически UE может быть связана с несколькими
пакетными сетями; тогда ее будут обслуживать
несколько серверов S-GW.

44.

Функции P-GW (Packet Data Network Gateway)
• Шлюз для выхода на пакетные сети PGW организует точку доступа к внешним IP-сетям.
Соответственно P-GW является якорным шлюзом
для обеспечения трафика. Если абонент имеет
статический IP-адрес, то P-GW его активизирует. В
случае, если абонент должен получить на время
сеанса связи динамический IP-адрес, P-GW
запрашивает его с сервера DHCP (Dynamic Host
Configuration Protocol) или сам выполняет
необходимые функции DHCP, после чего
обеспечивает доставку IP-адреса абоненту. При
обслуживании абонента в домашней сети функции
P-GW и S-GW могут выполнять как два разных, так и
одно устройство.

45.

Функции MME (Mobility Management Entity)
• Управляющий блок ММЕ прежде всего
поддерживает выполнение процедур
протокола Mobility Management:
обеспечение безопасности работы в сети
при подключении UE и выбор S-GW, PGW. ММЕ связан с HSS своей сети.
Интерфейс S10, соединяющий различные
ММЕ, позволяет обслуживать UE при
перемещениях абонента, а также при его
нахождении в роуминге.

46.

Функции PCRF
• Policy and Charging Resource Function (PCRF) по
сути представляет собой управляющий
сервер, обеспечивающий централизованное
управление ресурсами сети, учет и
тарификацию предоставляемых услуг. Как
только появляется запрос на новое активное
соединение, эта информация поступает на
PCRF. Он оценивает имеющиеся в его
распоряжении ресурсы сети и направляет в PGW команды, устанавливающие требования к
качеству услуг и к их тарификации.

47.

Мера количества информации
в дискретном сообщении

48.

Не всякое сообщение содержит информацию.
Информация – это совокупность сведений об
объекте или явлении, которые увеличивают
знания потребителя об этом объекте или
явлении

49.

В математической теории информации
исходят из того, что в некотором событии
(сообщении) количество информации
зависит не от его конкретного содержания,
степени важности и т. д., а от того, каким
образом выбирается (совершается) данное
событие из общей совокупности возможных
событий

50.

При определении количества информации
исходят из следующих требований:
• Количественная мера информации должна
обладать свойством аддитивности: количество
информации в нескольких независимых
сообщениях должно равняться сумме
количества информации в каждом сообщении.
• Количество информации о достоверном
событии должно равняться нулю, так как такое
сообщение не увеличивает наших знаний о
данном объекте или явлении.

51.

В реальных условиях выбор конкретного
события производится с некоторой
априорной вероятностью совершения
данного события. Чем меньше эта
вероятность, тем больше информации
содержится в данном сообщении.

52.

В теории информации за меру количества
информации содержащейся в событии xi
принято использовать следующую величину:
1
I ( xi ) log m
P( xi )
P( xi ) - вероятность наступления события xi
чаще всего логарифм берется с основанием 2,
реже - с основанием е=2,718281828459045…