Используя систему Alcatel внедрение GPRS

Содержание
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................ 11
1 ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАКЕТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ GPRS ............. 12
1.1 Особенности применения и построения системы GPRS......................... 12
1.2 Применение физических и логических каналов в GPRS......................... 17
1.3 Обработка данных на физическом уровне ................................................ 23
1.4 Канальное кодирование .............................................................................. 23
2 ИСПОЛЬЗУЯ СИСТЕМУ ALCATEL ВНЕДРЕНИЕ GPRS .......................... 27
2.1 Организация внедрения GPRS в существующую сеть GSM .................. 27
2.2 Внедрение биллинга службы GPRS........................................................... 36
2.3 Обоснование применения оборудования Alcatel...................................... 41
3 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ GPRS УСЛУГ ................................ 58
3.1 Расчет зоны покрытия услуги GPRS ......................................................... 58
3.2 Обеспечение бесперебойного функционирования системы GPRS ........ 62
3.3 Разработка программы для подсчета выделяемых TS под GPRS........... 64
4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ...................................... 67
4.1 Описание проекта ........................................................................................ 67
4.2 Цель проекта................................................................................................. 68
4.3 Маркетинг..................................................................................................... 68
4.4 Услуги ........................................................................................................... 69
4.5 Расчёт технико-экономических показателей ............................................ 70
4.5.1 Расчёт капитальных затрат на приобретение оборудования и ввода его
в эксплуатацию. ................................................................................................. 70
4.5.2 Расчет эксплуатационных расходов. ...................................................... 72
4.5.3 Оценка доходов. ........................................................................................ 74
4.5.4 Расчет срока окпуаемости и абсолютного экономического эффекта. 74
5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ................................................ 79
5.1 Анализ помещения используемого для оборудования GPRS. ................ 79
5.1.1 Вентиляция, отопление и кондиционирование воздуха ...................... 80
5.1.2 Оценка электробезопасности................................................................... 80
5.1.3 Пожарная безопасность............................................................................ 81
5.2 Расчет технического обеспечения безопасности жизнедеятельности ... 82
5.2.1 Расчет искусственного освещения.......................................................... 82
5.2.2 Расчет системы кондиционирования ..................................................... 86
5.2.3 Расчет защитного заземления.................................................................. 90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 92
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................... 93
ПРИЛОЖЕНИЕ А ................................................................................................. 9

1 ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАКЕТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ GPRS

1.1 Особенности применения и построения системы GPRS
Передачу данных в классических сетях GSM производят с использова-
нием технологии коммутации каналов. При этом на время всего сеанса связи
между мобильной станцией и другим абонентом организуют дуплексный ка-
нал. Он находится в исключительном пользовании данной пары абонентов в
течении всего сеанса связи, независимо от реальной загруженности канала.
Однако, работа в сети Internet, передача факсимильных сообщений,
электронная почта и другие приложения характеризуются асимметричным
трафиком и неравномерной передачей пакетов информации. Поэтому, пере-
дача данных на основе технологии коммутации каналов может оказаться
крайне неэффективной с точки зрения использования ресурсов.
Низкая эффективность использования выделенных ресурсов особенно
ощутима при необходимости работы с высокой скоростью передачи данных,
когда мобильной станции выделяется несколько физических каналов – вре-
менных слотов (HSCSD).
Неэффективное использование ресурсов, в свою очередь, приводит к
высокой стоимости сеанса связи: при передаче данных с использованием
технологии коммутации каналов абонент платит за время занятия канала, а
не за объем переданной информации.
Из сказанного не следует, что технология коммутации каналов лишена
достоинств и не будет использоваться в будущем. Основная положительная
черта технологии коммутации каналов – малое время задержки передаваемой
информации. Основная сфера использования технологии коммутации кана-
лов – передача телефонных сообщений. Для передачи данных коммутация
каналов найдет применение при необходимости передачи однородного сим-
метричного трафика с малой задержкой. Примером может служить передача
данных в процессе видеоконференций.
Для повышения эффективности передачи данных в сетях GSM Евро-
пейским институтом стандартов в области телекоммуникаций (ETSI) была
проведена принципиальная модернизация стандарта GSM, позволившая ор-
ганизовать новую базовую услугу передачи данных в пакетном режиме GPRS
(General Packet Radio Service). В общей классификации услуг GSM GPRS
имеет обозначение BS70. Основными документами, определяющими постро-
ение сетей GSM с поддержкой GPRS (GSM/GPRS), являются спецификации
GSM. Базовый документ – спецификация GSM 03.60. Реализация GPRS ин-
терфейсов и другие вопросы рассмотрены в спецификациях 02.60, 03.64,
04.60, 04.64, 04.65, 07.60, 08.14, 08.16, 08.18, 09.16, 09.18, 09.60, 09.61, 01.61,
12.15.
В сетях с коммутацией пакетов передаваемую информацию разбивают
на отдельные пакеты, которые могут быть доставлены от отправителя к по-
лучателю различными маршрутами и с различной задержкой. При обнаруже-
нии ошибок неверно принятые пакеты передают еще раз. На приемной сто-
роне из полученных пакетов конструируют исходное сообщение. Принципи-
альное отличие передачи данных в сетях с коммутацией пакетов от передачи
данных в сетях с коммутацией каналов заключается в том, что необходимый
канальный ресурс выделяется лишь на время передачи соответствующих ин-
формационных пакетов. Остальное время он находится в распоряжении сети.
Это позволяет в сетях GSM/GPRS один физический канал использовать
для передачи пакетов нескольких абонентов, а для передачи пакетов одного
абонента выделять одновременно несколько физических каналов. Пакеты в
различных направлениях передают независимо.
Можно отметить следующие преимущества GPRS, позволяющие счи-
тать, что в ближайшее время именно этот метод передачи данных станет до-
минирующим:
1. Значительно большая эффективность использования канального ре-
сурса при передаче асимметричного неоднородного трафика в виде относи-
тельно коротких пакетов. Выигрыш в эффективности использования ресурса
при GPRS зависит от того, какая часть времени сеанса связи фактически ис-
пользована для передачи информации. Чем меньше доля активной работы,
тем выше выигрыш от использования GPRS. Реально значение выигрыша
может достигать десятков раз.
2. GPRS позволяет организовать передачу данных в широком диапа-
зоне скоростей. При выделении одного физического канала (одного TS) дан-
ные можно передавать со скоростью 9.05, 13.4, 15.6, 21.4 кбит/с. Аналогично
HSCSD можно использовать до восьми TS. В этом случае теоретический
предел скорости составляет 171.2 кбит/с. При использовании нового метода
модуляции (технология EDGE) теоретическое верхнее значение скорости пе-
редачи информации доходит до 553.6 кбит/с. Таким образом, реализуемые
GPRS скорости передачи данных удовлетворяют требованиям, предъявляе-
мым к сетям подвижной связи 3-го поколения.
3. GPRS использует новый метод учета стоимости, основанный на
объеме переданной информации. Предполагается, что при переходе к GPRS
средняя стоимость передачи данных в сетях GPRS снизится в несколько раз.
4. Абонент сети GSM/GPRS получает непосредственный доступ к се-
тям пакетной передачи данных (IP, X.25), минуя сети PSTN/ISDN. Это, в
частности, позволяет снизить время доступа до 0.5 - 1 с.
5. При GPRS снимаются ограничения на длину SMS-сообщения. В
классических сетях GSM сообщение ограничено 160 символами.
6. Базовая структура сети GSM после установления оборудования и
программного обеспечения, поддерживающих GPRS, представляет основу
для развертывания в будущем (2002 - 2009 г.) сетей подвижной связи 3-го
поколения стандарта UMTS. Сети UMTS будут развиваться на основе дей-
ствующих сетей GSM/GPRS и операторам, вложившим средства в модерни-
зацию ныне действующих сетей GSM, обеспечены доходы в течении дли-
тельного срока эксплуатации.
Для реализации услуги GPRS действующая сеть GSM должна быть
подвергнута существенной модернизации: развернуты принципиально новые
узлы, модернизировано действующее оборудование, модернизировано про-
граммное обеспечение действующих узлов. Эти изменения очень существен-
ны. Фактически параллельно действующей сети будет создана новая сеть,
тесно связанная со старой и частично использующая общие ресурсы.
Сеть GSM/GPRS отличается от классической в первую очередь нали-
чием узлов поддержки услуги GPRS (GPRS Support Node - GSN). В сети воз-
можны GSN двух видов: обслуживающий GSN (Serving GSN - SGSN) и шлю-
зовой (Gateway GSN - GGSN). Сеть может содержать несколько SGSN и
GGSN. Возможен вариант, когда узлы SGSN и GGSN объединены в один
узел.
SGSN относится к тому же иерархическому уровню, что и MSC/VLR
классической сети. Их функции в определенной мере схожи. Задачами SGSN
являются:
• обслуживание всех GPRS MS в зоне данного SGSN;
• отслеживание местоположения GPRS MS (Mobility Management);
• организация вызова MS (paging);
• осуществление функций безопасности и управления доступом (в
частности функции аутентификации, шифрования);
• маршрутизация пакетов;
• сбор данных, необходимых для начисления оплаты;
• реализация интерфейсов к GGSN (Gn интерфейс), BSS (Gb интер-
фейс), другим PLMN (Gp интерфейс), а также интерфейсов к HLR,
MSC/VLR, EIR, (Gr, Gs, Gf интерфейсы).
Рисунок 1.1 – Логическая структура сети GSM/GPRS
GGSN по своим задачам близок к GMSC. Он:
• осуществляет межсетевое взаимодействие сети GSM и сетей пакет-
ной передачи данных (Packet Date Network - PDN), поддерживающих прото-
колы IP и X.25 через Gi интерфейс;
• содержит информацию для маршрутизации пакетов к GPRS абонен-
там в зоне обслуживания PLMN. Эта информация необходима для установ-
ления соединения с тем SGSN, в зоне обслуживания которого MS находится
в данный момент;
• выполняет функции фильтрации (screening function);
• может запрашивать HLR о местоположении MS через необязатель-
ный Gc интерфейс;
• собирает необходимые для начисления оплаты данные.
• Если SGSN и GGSN выполнены в виде двух самостоятельных узлов,
то обмен информации между ними происходит на основе IP протоколов по
Gn интерфейсу.
Для реализации услуги GPRS базу данных HLR дополняют абонент-
скими данными, относящимися к поддержанию GPRS. На рисунке 1 это от-
ражено регистром GPRS (GPRS Register - GR). Таким образом, GR - это часть
базы данных HLR.
Модернизации подвергают и подсистему базовых станций BSS, в со-
став которой должны быть включены дополнительные блоки контроллера
обработки пакетов (Packet Control Unit – PCU). Обычно блоки PCU устанав-
ливают вместе с оборудованием контроллера базовых станций BSC, однако
возможны варианты его размещения на базовых станциях BTS или на SGSN.
Задачи PCU:
• управление использованием радиоканалов (Radio Channel Manage-
ment), в частности, управление адаптивной регулировкой мощности передат-
чиков MS и BTS, управление системной информацией, передаваемой BTS;
• организация передачи пакетов на линиях вверх и вниз;
• управление доступом на радиоинтерфейсе;
• конвертирование протоколов передачи данных на интерфейсе
SGSN-BSS (Gb-интерфейс) и на радиоинтерфейсе (Um-интерфейс).
Кроме того, необходимо модернизировать программное обеспечение
BTS в первую очередь для поддержания новых схем канального кодирова-
ния. Соответствующий программный модуль принято называть блоком ка-
нального кодирования (Channel Codec Unit - CCU). Помимо канального ко-
дирования, перемежения, исправления ошибок, CCU выполняет также функ-
ции обработки результатов измерений при использовании GPRS.
Для того, чтобы абонент мог воспользоваться услугами GPRS, необхо-
дима соответствующая мобильная станция MS.
Спецификации GSM предусматривают возможность использования
трех классов MS в зависимости от их способности поддерживать GPRS и
другие услуги GSM:
• MS класса A способна одновременно и независимо поддерживать
GPRS и другие GSM услуги;
• MS класса B также способна поддерживать как GPRS, так и другие
GSM услуги, но не одновременно;
• MS класса C способна поддерживать лишь GPRS. Услуги с комму-
тацией каналов она не поддерживает.
Можно предположить, что в будущем большинство MS будут отно-
ситься к классу A или B.
GPRS может быть использована для более эффективного доставки ко-
ротких сообщений (SMS). С этой целью организуют Gd интерфейс между
SGSN и шлюзовым MSC, выполняющим функции межсетевого взаимодей-
ствия сети GSM и сервис-центра коротких сообщений (Short Message Service
Center SM-SC) при передаче входящих (SMS-GMSC) и исходящих (SMS-
IWMSC) сообщений.
Наконец, при GPRS имеются существенные отличия в сборе информа-
ции для начисления платы. Учетные записи генерируют SGSN и GGSN и пе-
редают их в шлюз сбора учетных записей (Charging Gateway Functionality -
CGF). CGF собирает информацию для начисления оплаты и отправляет ее в
биллинговую систему (Billing System).
Таким образом, для поддержания услуги GPRS необходима реализация
новых интерфейсов, которые отсутствуют в классической GSM:
• Ga – интерфейсы между SGSN и GGSN с одной стороны и шлюзом
CGF с другой;
• Gb – интерфейс между SGSN и BSS; Gb интерфейс поддерживает
обмен как сигнальной, так и абонентской информацией. В отличии от A-
интерфейса, на котором пользователю выделяют определенный физический
канал на все время вызова, на Gb-интерфейсе физический ресурс предостав-
ляют только в случае приема или передачи данных (в случае активности).
Несколько абонентов используют один и тот же физический ресурс. Это
справедливо и для интерфейсов Gi, Gn и Gp;
• Gc - интерфейс между GGSN и HLR;
• Gd - интерфейс между SMS-GMSC / SMS-IWMSC и SGSN;
• Gf - интерфейс между SGSN и EIR;
• Gi - интерфейс между GPRS и внешней сетью пакетной передачи
данных PDN;
• Gn - между двумя GSN одной сети;
• Gp - между двумя GSN различных сетей. Gp-интерфейс обеспечива-
ет поддержку GPRS при перемещении MS из одной сети в другую. Gp ин-
терфейс функционирует подобно интерфейсу Gn. Однако на него дополни-
тельно возложены функции поддержания процедур безопасности при межсе-
тевом взаимодействии в соответствии с соглашением о роуминге;
• Gs - между SGSN и MSC/VLR; этот интерфейс используют, если MS
поддерживает как GPRS, так и услуги на основе коммутации каналов
(например, SGSN может получить запрос на пейджинг MS с поддержкой
GPRS от MSC/VLR при поступлении входящего телефонного вызова).
Интерфейсы Gi, Gn, Gp, Gb, Gd предназначены для передачи как сиг-
нализации, так и абонентских данных. Интерфейсы Ga, Gf, Gc, Gs, Gr служат
для передачи исключительно сигнальной информации. Абонентские данные
через эти интерфейсы не передают. Для передачи сигнальной информации
GPRS используют также интерфейсы A, C, E, D.

1.2 Применение физических и логических каналов в GPRS

Для передачи абонентских пакетов и пакетов различной сигнальной
информации через радиоинтерфейс организуют логические каналы, отлич-
ные от каналов классической GSM. Эти логические каналы размещают в фи-
зических каналах, выделенных для GPRS из общего частотно-временного ре-
сурса.
Напомним, что физический канал представляет собой временное окно
TS на соответствующем частотном канале. В GSM на одном частотном кана-
ле размещают восемь физических каналов. Если в некоторой соте использу-
ют NЧК частотных каналов, то общее число физических каналов в этой соте
составляет 8*NЧК. Эти физические каналы распределяют между GPRS и
услугами на основе коммутации каналов, причем, как уже отмечалось, это
распределение может быть как статическим, так и динамическим.
Физические каналы, выделенные для GPRS (постоянно или временно),
называют каналами передачи пакетированных данных (Packet Data Channel -
PDCH).
Структура логических GPRS каналов в определенной степени сходна
со структурой логических каналов классической GSM, хотя и имеются суще-
ственные различия. В GPRS используют следующие логические каналы:
Канал трафика пакетированных данных (Packet Data Traffic Channel -
PDTCH). Его выделяют MS для передачи абонентских данных. В мультисло-
товом режиме одна MS может параллельно использовать до восьми PDTCH
на одном частотном канале. Все PDTCH однонаправленные: для исходящей
передачи данных (вверх) используют PDTCH/U (uplink), для входящей (вниз)
- PDTCH/D (downlink). В отличии от классической GSM при GPRS канал
трафика PDTCH используют и для передачи сигнальной информации, отно-
сящейся к управлению мобильностью и к управлению сеансом связи
(GMM/SM). В классической GSM для передачи соответствующей информа-
цией используют логический канал SDCCH.
Вещательный канал управления GPRS (Packet Broadcast Control Chan-
nel - PBCCH). Однонаправленный канал вниз. Действует по принципу точка -
многоточие. Передает системную информацию, сходную с информацией, пе-
редаваемой в классической GSM. PBCCH может быть не выделен. В этом
случае GPRS MS получает необходимую системную информацию, принимая
BCCH.
Общие каналы управления GPRS (Packet Common Control Channel -
PCCCH). Под этим наименованием объединена группа однонаправленных
логических каналов, передающих сигнальную информацию. Каналы PCCCH
могут отсутствовать в соте. В этом случае GPRS MS получает необходимую
сигнальную информацию по обычным общим каналам управления.
Следующие логические каналы относят к PCCCH:
Канал случайного доступа GPRS (Packet Random Access Channel -
PRACH). Используя этот канал, MS производит первое обращение к сети при
необходимости передачи абонентских данных или сигнальной информации.
Канал в направлении вверх. Для PRACH используют короткую пачку слу-
чайного доступа (Random Access Burst), состоящую из 88 бит.
Канал пейджинга GPRS (Packet Paging Channel - PPCH). PPCH исполь-
зуют для вызова MS перед передачей пакетов на линии вниз, когда MS нахо-
дится в состоянии ожидания (STANDBY). С целью экономии энергопотреб-
ления мобильных станций, каждый абонент отнесен к одной из пейджинго-
вых групп. MS включает свой приемник только для приема пейджинговой
информации своей группы. Такой режим работы принято называть режимом
прерывистого приема (Discontinuous Reception - DRX mode). PPCH может
быть использован для передачи пейджинга как при GPRS, так и при услугах,
основанных на коммутации каналов (в случае MS классов A или B).
Канал разрешения доступа GPRS (Packet Access Grant Channel -
PAGCH). Канал в направлении вниз. Используя этот канал, сеть, в ответ на
обращение MS по каналу PRACH, выделяет MS ресурсы для передачи паке-
тов.
Канал нотификации GPRS (Packet Notification Channel - PNCH). Канал
в направлении вниз. Предназначен для предупреждения (нотификации)
группы MS перед началом передачи пакетов в режиме точка - многоточие.
Для наблюдения PNCH может быть использован режим прерывистого прие-
ма DRX. Более того, соответствующие мобильные станции могут быть про-
информированы о необходимости слушать PNCH по индивидуальным пей-
джинговым каналам.
Группа выделенных каналов управления (Packet Dedicated Control
Channels) объединяет группу из следующих логических каналов:
Ассоциированный канал управления GPRS (Packet Associated Control
Channel - PACCH). PACCH передает сигнальную информацию, предназна-
ченную конкретной MS. Эта информация включает, например, сообщение об
изменении мощности и соответствующие подтверждения. PACCH использу-
ют также для передачи сообщений о назначении и переназначении ресурса,
включая назначение ресурсов для каналов трафика PDTCH. PACCH разделя-
ет ресурсы с каналами PDTCH, которые выделены в настоящее время данной
MS. В отличии от классической GSM при GPRS одной MS могут быть выде-
лены несколько каналов трафика, но их поддержку осуществляет один общий
канал PACCH. Особенность канала PACCH в том, что он двунаправленный,
хотя каналы трафика, с которыми ассоциирован PACCH, однонаправленные.
Канал PACCH не является жестко фиксированным. Его сообщения идут по
мере необходимости.....