Сотовая сеть (рис. 1.8) состоит из множества сот (секторов), в каждой из которых расположена базовая станция. Здесь и далее будем придерживаться общепринятых в настоящее время обозначений компонентов сотовых сетей латинскими аббревиатурами. В частности, абонентскую станцию будем обозначать MS (Mobile Station), а базовую станцию - BTS (Base Transceiver Station). Связи между BTS и MS поддерживают по радиоканалу. BTS соединены с определенным центром коммутации подвижной связи MSC (Mobile Services Switching Center) посредством кабельных или радиорелейных линий связи.
Каждому MSC соответствует база данных всех MS, находящихся в его зоне обслуживания. Эту базу данных называют визитным регистром VLR (Visitor Location Register). MSC и VLR представляют неразрывное целое, поэтому их часто обозначают MSC/VLR. Кроме того, сеть каждого оператора включает базу данных обо всех абонентах этой сети, независимо от их местонахождения в данный момент. Эту базу данных называют домашним или адресным регистром HLR (Home Location Register).
Связь между ТФОП и сотовой сетью осуществляют через шлюзовые коммутаторы GMSC (Gateway MSC). В соответствии с принятой в России федеральной нумерацией абонентов сотовых сетей1 при наборе корреспондентом вызывного номера вызов следует через местную АТС (К) на междугородный коммутатор (МК) и далее через шлюз GMSC на соответствующий MSC. На рис. 1.8 показаны два MSC. Пусть для примера MSC1 находится в городе А, а MSC2 в городе Б. Если между городами А и Б организован междугородный роуминг, то абонент будет обслужен в обоих городах. Обычно каждый оператор имеет один HLR и несколько MSC/VLR (на рис.1.8 показано по одному MSC/VLR). Функции GMSC могут быть возложены на один из MSC.
При рассмотрении работы сотовой сети возникает ряд принципиальных вопросов:
- каким образом входящий вызов, т.е. вызов, адресованный абоненту сотовой сети из ТФОП, достигает MS;
- в чем состоит обслуживание абонентов в сотовой сети;
- чем отличается обслуживание абонентов, находящихся в зоне действия своего оператора, и при междугородном роуминге, включая оплату предоставляемых услуг.
При обслуживании абонентов в любой сотовой сети используют несколько общих правил (процедур).
Рис. 1.8. Структура взаимодействия сотовой сети с ТФОП
Абонент, приобретая сотовый телефон, подписывает договор на обслуживание с оператором сотовой сети. При этом абонент получает два постоянных номера. Один, внешний, вызывной, известный абоненту, по которому его вызывают, например, из ТФОП. Другой номер - внутренний, системный. Оба номера и данные об абоненте оператор заносит в HLR. Все MSC/VLR, действующие в зоне обслуживания оператора, связаны с соответствующим HLR каналами сигнализации. Номера абонента: вызывной и системный, включают в себя код оператора сети, что позволяет выяснить, где зарегистрирован абонент, и установить сигнальное соединение с его HLR.
- возможности междугородного и международного роуминга;
- адрес того MSC/VLR (и пакетного коммутатора), в зоне обслуживания которого находится абонент в данный момент.
При любом входящем вызове по вызывному номеру абонента GMSC определяют адрес HLR, в котором зарегистрирован абонент, независимо от его местонахождения в данное время.
При первом включении MS ее регистрируют в сети, о чем делают запись в VLR того MSC, в зоне обслуживания которого MS находится. При регистрации MS обслуживающий ее MSC/VLR по внутрисистемному номеру определяет адрес HLR, в котором прописана MS, и запрашивает его об информации, необходимой для проверки идентичности абонента (аутентификации) и для его дальнейшего обслуживания. Так MS получает временную прописку в VLR того MSC, где она вышла на связь. VLR содержит:
- системный номер MS и временный номер, который MS получает на время сеанса связи;
- перечень услуг, предоставленных абоненту; этот перечень пересылают в процессе регистрации MS из HLR в VLR обслуживающего MSC;
- данные о местоположении MS с точностью до зоны; пейджинг MS осуществляют одновременно по всем сотам (секторам) зоны;
- флажок, указывающий на то, включена или выключена MS в данный момент.
При выключении MS флажок активности вVLR сбрасывают и корреспондент, вызывающий MS, получает стандартный ответ типа "Абонент в данный момент недоступен", либо происходит переадресация вызова на другой телефон или речевую почту.
Рассмотрим несколько возможных сценариев прохождения входящих вызовов.
Вариант 1. Абонент с MS1 постоянно прописан в сети оператора города А в HLR1. MS1 включена и зарегистрирована в городе А в MSC/VLR1 (рис.1.8). Местный входящий вызов к MS1 из ТФОП города А от корреспондента Кор1 проходит через местную АТС ТФОП К1, междугородный коммутатор МК1 и поступает в шлюзовый коммутатор подвижной связи GMSC1. В GMSC1 нет информации о местоположении MS1, неизвестно даже, в зоне обслуживания какого MSC/VLR находится MS1 в данный момент. GMSC1 по номеру MS1 определяет адрес HLR1 и по каналу сигнализации делает запрос в HLR1 с просьбой предоставить информацию о местоположении MS1. В HLR1 имеется запись, что MS1 находится в зоне действия MSC/VLR1. HLR1 направляет запрос в VLR1 о выделении так называемого роумингового номера. Этот номер имеет структура обычного телефонного номера, его первые цифры позволяют маршрутизировать вызов в телефонной сети. Роуминговый номер необходим только на этапе установления соединения, он носит временный характер. VLR1 выделяет такой номер и связывает его с системным номером абонента. VLR1 отправляет роуминговый номер в HLR1, а тот в свою очередь транслирует его в GMSC1. Подчеркнем еще раз, что обмен информацией между GMSC, HLR и VLR происходит по каналам сигнализации без проключения каналов трафика.
Теперь, используя роуминговый номер вместо вызывного, GMSC1 устанавливает соединение с MSC1. MSC1 анализирует поступивший роуминговый номер и определяет, что он ранее был предоставлен абоненту с определенным системным номером, т.е. в нашем случае MS1. Далее MSC1 просматривает базу данных VLR1 и определяет зону местонахождения MS1. Через все базовые станции этой зоны посылают сигнал пейджинга. MS1 отвечает на пейджинг, что позволяет сети установить в какой соте находится MS1 (на рис.1.8 - это сота, обслуживаемая BTS1) и создать, с одной стороны, канал трафика между MSC1 и BTS1, а с другой, между BTS1 и MS1.
Таким образом, канал трафика установлен по маршруту: Кор1-К1-МК1-GMSC1-MSC1-BTS1-MS1. Корреспондент Кор1 оплачивает разговор по выбранному им тарифному плану, а абонент MS1 по существующему законодательству не должен платить за входящий вызов.
Вариант 2. При междугородном вызове абонента MS1 корреспондентом Кор2, находящимся, например, в городе Б, вызов проходит через коммутаторы К2 и МК2 на шлюз GMSC2. GMSC2 по номеру MS1 определяет адрес HLR1 и по каналу сигнализации запрашивает у него информацию о местоположении абонента MS1. HLR1 анализирует базу данных, определяет, что MS2 находится в зоне обслуживания MSC/VLR1, по каналу сигнализации делает запрос в VLR1 о предоставлении роумингового номера. VLR1 выделяет такой номер, ассоциирует его с системным номером абонента MS1 и возвращает в HLR1, а тот, в свою очередь, пересылает в GMSC2.
Используя роуминговый номер вместо вызывного, GMSC2 проключает вызов в MSC1. В итоге будет установлен канал трафика Кор2-К2-МК2-GMSC2-МК2-МК1-GMSC1-MSC1-BTS1-MS1. Корреспондент Кор2 оплачивает междугородный разговор, а абонент MS1 не должен платить за входящий вызов.
Теперь рассмотрим ситуации, когда абонент с MS2, прописанный в HLR1 (город А), находится в зоне обслуживания MSC/VLR2 (город Б), о чем сделаны записи в VLR2 и HLR1.
Вариант 3. Кор1 вызывает абонента MS2. Вызов поступает от Кор1 на GMSC1, который делает запрос в HLR1. HLR1 определяет, что абонент находится в зоне обслуживания MSC/VLR2 и запрашивает у VLR2 роуминговый номер. VLR2 выделяет такой номер и возвращает его в HLR1, а тот пересылает в GMSC1. Первые цифры предоставленного роумингового номера используют для маршрутизации вызова от GMSC1 к MSC2.
Канал трафика устанавливают по маршруту Кор1-К1-МК1-GMSC1- МК1-МК2-GMSC2-MSC2-BTS2-MS2. Кор1 оплачивает исходящий вызов (возможно, как междугородный или международный), а абонент MS2 оплачивает роуминговый входящий вызов.
Вариант 4. Кор2 вызывает абонента MS2. Как и в варианте 2, вызов проходит через коммутаторы К2 и МК2 на шлюз GMSC2. GMSC2 запрашивает у HLR1 информацию о местоположении абонента MS2. HLR1 определяет, что MS2 находится в зоне обслуживания MSC/VLR2. По каналу сигнализации HLR1 запрашивает у VLR2 роуминговый номер. VLR2 его выделяет и возвращает в HLR1, а тот пересылает в GMSC2. Используя роуминговый номер, GMSC2 проключает вызов в MSC2. В итоге будет установлен канал трафика Кор2-К2-МК2-GMSC2-MSC2 -BTS1-MS1. Как видно при такой маршрутизации по междугородним каналам передают только короткие сообщения сигнализации, а маршрут каналов трафика локализован в городе Б.
Возможность такой оптимальной маршрутизации появилась только с введением федеральных номеров. Если абонент MS2 не имеет федерального номера, то вызов поступит в МК2, оттуда в МК1, а затем в GMSC1. GMSC1 делает запрос в HLR1. HLR1 запрашивает у VLR2 роуминговый номер. Выделенный номер по каналам сигнализации возвращают в GMSC1. Далее канал трафика проключают в МК1, МК2, GMSC2, MSC2. Таким образом, соединение устанавливается по маршруту Кор2-К2-МК2-МК1-GMSC1-МК1-МК2-GMSC2-MSC2-BTS2-MS2. Корреспондент Кор2 и абонент MS2 вынуждены будут оплачивать междугородные вызовы.
Таким образом, отличие оптимальной маршрутизации вызовов от обычной состоит в следующем. В первом случае вызов поступает в ближайший к вызывающему абоненту GMSC, который запрашивает HLR о местонахождении вызываемого абонента. Получив роуминговый номер, этот GMSC маршрутизирует далее вызов в обслуживающий вызываемого абонента MSC. Во втором случае вызов поступает в GMSC в домашней сети вызываемого абонента и уже этот GMSC запрашивает HLR и маршрутизирует вызов в обслуживающий MSC. При международных вызовах всегда используют второй сценарий.
