Архитектура сотовых сетей связи и сети абонентского доступа (стр. 3 из 16)
Персональный идентификатор пользователя UPI (User Personal Identity) длиной 16-32 бита. UPI не записывается в устройства памяти абонентской станции, а вводится вручную, когда это требуется для проведения процедуры аутентификации. Идентификатор UPI всегда используется вместе с ключом UAK.
Шифрование данных - обеспечивает криптографическую защиту пользовательских данных и управляющей информации, передаваемых по радиоканалам между БС и АС.
В АС и БС используется общий ключ шифрования СК (Cipher Key), на основе которого формируется шифрующая последовательность KSS (Key Stream Segments), накладываемая на поток данных на передающей стороне и снимаемая на приемной. KSS вычисляется в соответствии со стандартным алгоритмом шифрования DCS (DECT Standard Cipher) или любым другим алгоритмом, отвечающим требованиям криптографической стойкости. Алгоритм DSC является конфиденциальной информацией и поставляется по контракту с ETSI.
В зависимости от условий применения систем DECT могут использоваться ключи шифрования двух типов: вычисляемый – DCK (Derivation Cipher Key) - и статический – SCK (Static Cipher Key). Статические ключи SCK вводятся вручную абонентом, а вычисляемые DCK обновляются в начале каждой процедуры аутентификации и являются производной от аутентификационного ключа К. В ПЗУ абонентской станции может храниться до 8 ключей.
Статический ключ обычно используется в домашних системах связи. В этом случае SCK является уникальным для каждой пары ''абонентская /базовая станция'', формирующей домашнюю систему связи. Рекомендуется менять SCK один раз в 31 день (период повторения номеров кадров), иначе риск раскрытия информации существенно возрастает.
В Европе DECT является обязательным стандартом, частотный диапазон DECT во всех странах-участницах Европейской конференции администраций почт и электросвязи (CEPT) зарезервирован исключительно для систем поддерживающих этот стандарт.
Емкость (показатель, учитывающий напряженность абонентского трафика, ширину используемого частотного диапазона и площадь покрытия, в Эрланг/МГц/км2) систем DECT выше, чем у других цифровых систем мобильной связи и составляет 500 Эрланг/МГц/км2 (этот показатель для систем на базе стандартов GSM и DCS-1800 равен соответственно 10 и 100), другими словами, такая пропускная способность позволяет одновременно вести 10 000 разговоров на 1 квадратном километре .
Система RLL.
Использование радио в качестве альтернативы медному кабелю для доступа к сети обретает все большую популярность. Первые системы, основанные на сотовой технологии, начали эксплуатироваться в начале 90-х годов. Сегодня всем очевидны преимущества этого вида связи в отношении быстроты подключения абонентов, а также низкой стоимости установки и функционирования соответствующих систем. Похоже, в ближайшее время системы местной радиосвязи (Radio in the local loop - RLL) получат широкое распространение.
Системы RLL привлекательны как для относительно давно действующих операторов кабельных сетей, так и для новых конкурирующих с ними компаний, которые предоставляют услуги сетей связи.
Там, где кабельные сети не получили большого распространения, системы RLL могут быть использованы для подключения к глобальным сетям большого числа новых абонентов за значительно более короткое время по сравнению со временем, необходимым для развертывания кабельной сети. Но в то же время местная радиосвязь может играть значительную роль и в местах с развитой кабельной инфраструктурой связи. Давно действующие операторы кабельных сетей могут использовать системы RLL для предоставления своим абонентам дополнительных линий передачи данных, например для факсимильной или модемной связи, без наращивания кабельной системы связи.
Конкурирующие с ними новые поставщики услуг сетей связи также могли бы использовать технологию RLL для подключения абонентов. Основное преимущество здесь в том, что оператору нет необходимости знать, где будут находиться его клиенты. Недавно появившийся оператор может ожидать, что, скажем, 10-15% абонентов телефонных сетей, находящихся на данной территории, перейдут на новое обслуживание, однако точно определить их он не в состоянии. Используя технологию RLL, оператор способен минимизировать предварительные затраты на обеспечение обслуживания потенциальных абонентов. Весомая часть сетевой инфраструктуры может быть установлена (и оплачена) при подключении абонента к сети. В этой ситуации система RLL - наиболее экономичное средство, обеспечивающее обслуживание абонентов.
Системы RLL, соответствующие стандарту DECT, оптимизированы для городских и пригородных территорий, где плотность абонентов довольно высока. При использовании направленных антенн (на обоих концах радиоканала) эффективная дальность действия базовой станции увеличивается до 5 км. Узел доступа DECT (базовая станция RLL) содержит некоторое число направленных антенн обычно расположенных таким образом, чтобы охватить все направления (в горизонтальной плоскости). Вместо бесшнуровых телефонов абоненты системы RLL применяют стационарные устройства доступа, которые оснащены направленными антеннами, наведенными на ближайший узел доступа DECT. К стационарному устройству доступа могут быть подключены телефоны, факсимильные аппараты, модемы и другие средства.
Недавно ETSI были определены дополнения к стандарту DECT, включающие увеличенную преамбулу и улучшенный механизм синхронизации, благодаря которым повысится стабильность параметров сигналов DECT при их распространении на большие расстояния и при отражениях. Эти дополнения призваны сделать стандарт DECT более подходящим для систем связи, работающих вне помещений, включая средства RLL.
В условиях средней и большой плотности абонентов системы RLL, соответствующие стандарту DECT, становятся более экономически выгодными, чем сотовые. "Критической" точкой здесь является плотность 20 абонентов на 1 кв. км. Одна из причин этого кроется в формате TDMA, использованном в DECT, который позволяет одному радиопередатчику поддерживать одновременно до 12 соединений. Такого не предусматривает ни одна другая цифровая сотовая или бесшнуровая технология связи.
В целом можно сказать, что системы RLL, соответствующие стандарту DECT, лучше других подходят для работы в условиях средней или высокой плотности абонентов - либо в городах, либо в сельской местности, где число абонентов может быть и невелико, однако плотность их размещения довольно высока. Эти системы подойдут также абонентам, которые сейчас или в будущем захотят использовать линии связи для передачи данных или для работы с сетью ISDN.
Система WLL.
Для операторов, предоставляющих услуги связи особый интерес представляет использование DECT в беспроводных местных сетях связи (Wireless Local Loop - WLL). Речь идет об организации «последней мили» подключения абонентов к телекоммуникационным сетям общего пользования. Такое решение может быть использовано как в городских условиях, так и поселках и деревнях. При этом, для полноценного использования возможностей DECT, желательно наличие мест с достаточно высокой плотностью абонентов. Для WLL-систем не всегда удобно подключать устройства доступа в проводном варианте.
Важным свойством WLL-cистем является малое время развертывания. Это, в частности, связано с тем, что отпадает необходимость в рытье траншей, укладывании кабеля, а также внутренней разводке телефонных проводов в здании.
Структура DECT – систем.
Типовая архитектура простейшей DECT-системы приведена на рис. 2.
Рис. 2 Архитектура простейшей DECT-системы.
Контроллер предназначен для сопряжения системы DECT с внешними сетями, например, городской и/или учрежденческой АТС. При этом ЦКС, как правило, обеспечивает преобразование протоколов сигнализации между АТС и системой DECT. В некоторых случаях для этих целей используются специальные устройства – конвертеры протоколов. Кроме того, в ЦКС осуществляется преобразование речевой информации ADPCM Û PCM при сопряжении по цифровым интерфейсам и ADPCM Û аналоговый сигнал при сопряжении по аналоговым интерфейсам.
БС – Базовая станция (в иностранной литературе они называются – Radio Fixed Part) обеспечивают требуемое радиопокрытие. БС подключается к контроллеру по одной или двум парам проводов. Базовая станция представляет собой приемопередатчик, обеспечивающий одновременную работу по 4 – 12 каналам, работающий на две пространственно разнесенные антенны. БС выполняются в двух вариантах – для внутреннего и наружного размещения.
УД – Устройства доступа представляют собой мобильную трубку или стационарный абонентский терминал, который иногда именуется «радиорозеткой».
Для увеличения зоны покрытия базовой станции может также применятся ретранслятор (репитер).
Организация пикосотовой сети.
Как было сказано, в DECT отсутствует частотное планирование, но есть территориальное. Это значит, что необходимо рассчитать зону уверенного приёма сигналов БС и АС в зависимости от состояния и рельефа местности. DECT относится к пикосотовым системам, следовательно, радиусы сот в городе, как правило не превышают 300-500 м, а сами соты ограничены окружающими зданиями. Внутри зданий зона действия БС ещё меньше и обычно составляет несколько десятков метров (длина коридора). В сельской местности, где препятствий на пути распространения радиоволн меньше, дальность связи может возрасти до нескольких километров.
При развёртывании системы определяют необходимое число БС и места их размещения на местности. Количество БС влияет на общую стоимость системы, на качество радиопокрытия обслуживаемой территории и способность системы обеспечить требуемый трафик. Анализ двух последних параметров помогает определить оптимальное число БС, причём в одном случае главным параметром может оказаться зона охвата радителефонной связью, в другом – обеспечение трафика.
Структура пикосотовой сети включает в себя компоненты: базовые станции, управляющие работой всей системы в целом, абонентские терминалы (мобильные телефоны или стационарные аппараты). Базовые станции (БС) через соответствующий интерфейс подключаются к учрежденческой мини - АТС. При этом используется цифровой канал связи стандарта DECT. Учрежденческая АТС в свою очередь подключается к городской телефонной сети. При этом используется аналоговая абонентская линия либо цифровой канал связи. Для организации пикосотовой сети на определенной территории базовые станции устанавливаются с таким расчетом, чтобы они могли обеспечить радиосвязью всю территорию. Базовые станции устанавливаются последовательно на расстоянии от 100 до 600 метров друг от друга (в помещениях дальность действия базовой станции обычно около 50 метров). Такое расположение базовых станций позволяет абонентам сети всегда и в любом месте через ближайшую БС иметь доступ к радиосвязи. Во время связи абонент может перемещаться из зоны действия одной БС в зону действия другой БС, при этом связь не разрывается и трубка будет сама выбирать наименее зашумленный свободный канал. Развитие сети может планироваться произвольно: частотное планирование отсутствует, сеть расширяется путем включения новых базовых станций и трубок. Сеть DECT может охватывать территорию от квартиры до большого города. Аппаратура DECT наименее безопасна для здоровья. Максимальная излучаемая мощность-10мВт (для сравнения: в GSM мощность достигает 2Вт). В качестве примера на рисунке 3 показана карта зоны обслуживания города Тольятти. Телефонная компания "Аист" смонтировала и запустила в эксплуатацию сеть технологии DECT на 3000 абонентов. Для этого смонтировано 7 базовых станций на территории города Тольятти. До конца года будет смонтировано еще 10 базовых станций и количество абонентов будет доведено до 9000. Всего планируется установить 64 базовых станций на 32 000 абонентов.