Arhitecturi de interconectare intre retelele mobile GSM si retele fixe
1. Introducere
Un aspect important in proiectarea arhitecturii GSM 1-a constituit gasirea de solutii optime de interconectare cu retelele fixe existente (ISDN, PSTN etc.). Deoarece particularitatile diverselor tipuri de retele fixe (relativ la modul de realizare al echipamentelor de transmisie in retea), precum si varietatea serviciilor introduse de GSM, se reflecta in structura echipamentului de interconectare, fiecare segment GSM a fost prevazut cu doua interfete (functii generice) specifice: IWF, respectiv TAF (fig. 1).
Fig. 1. Interfete specifice GSM pentru interconectarea cu retelele fixe
IWF (Networking Interworking Functions) este o functie inclusa in fiecare MSC si realizeaza functii specifice de interconectare a MSC la retelele fixe. IWF determina utilizatorul GSM care comunica cu reteaua sa apara ca utilizator al retelei fixe si, respectiv, utilizatorul din reteaua fixa ce realizeaza o comunicatie cu un utilizator GSM sa poata fi privit ca utilizator GSM. Cu alte cuvinte, IWF asigura o compatibilitate la nivel de structura si servicii intre GSM si retelele fixe.
TAF (Terminal Adaptor Functions) realizeaza functii specifice de adaptare intre un anumit tip de terminal si mediul propriu zis de transmisie radio.
Avantajul acestei structuri consta mai ales in faptul ca, indiferent de reteaua cu care se interconecteaza reteaua mobila GSM, modul de transmisie (modulatie, codare etc.) in interiorul retelei mobile GSM ramane acelasi.
Deci, pentru structura din figura 1, adaptarea la serviciu in interiorul retelei GSM este asigurata de TAF, iar adaptarea GSM la reteaua cu care se interconecteaza se realizeaza prin intermediul IWF. Astfel, modul de transmisie in interiorul retelei mobile GSM ramane independent de serviciile asigurate si de tipurile de retele cu care se interconecteaza reteaua mobila GSM. Aceasta are ca rezultat o simplificare a arhitecturii interne a retelei mobile GSM. Interconectarea cu retelele fixe se va reduce la includerea in IWF a unor functii specifice de interconectare, intre reteaua mobila GSM si reteaua fixa. In acest cadru, vom prezenta in continuare cateva din solutiile de interconectare a retelei mobile GSM la retelele fixe de telecomunicatii existente, adoptate de standardul si echipamentele GSM.
2. Interconectarea retelei mobile GSM cu reteaua telefonica comutata (interconectare GSM - PSTN)
2.1. Interconectarea intre utilizatori ai serviciului de date
Traficul de date (digital) poate fi transportat de PSTN utilizand modemuri, care transforma fluxul digital in semnal analogic in banda de baza utilizata in PSTN (300 - 3400 Hz). Dintre serviciile de date care pot fi asigurate in prezent utilizand mediul fizic al PSTN amintim: fax, videotext, etc.
Conexiunea prin PSTN a doi utilizatori ai serviciilor de tip date este prezentata in fig.2.a.
Pentru a realiza conexiunea intre un utilizator GSM si un utilizator conectat la PSTN (pentru servicii de date) este evident ca nu trebuie modificata conectarea utilizatorului fix la PSTN. De asemenea, este la fel de clar ca al doilea modem (din schema anterioara) nu poate fi plasat decat:
- in echipamentul TAF (la utilizatorul mobil);
- in echipamentul IWF (in echipamentul de interconectare intre reteaua GSM si retelele fixe).
a) Conexiune intre doi utilizatori ficsi (serviciu de date) in reteaua publica telefonica
b) Conexiune utilizator mobil-utilizator fix din reteaua publica telefonica comutata
Fig. 2. Interconectare GSM - PSTN (intre utilizatori ai serviciului de date)
Alegerea primei solutii ar avea ca rezultat:
- necesitatea proiectarii unor modemuri analogice adaptate la caracteristicile mediului radio (rata de erori ridicata, deci coduri detectoare si corectoare de erori adecvate);
- utilizarea transmisiei analogice in interiorul retelei GSM.
Deoarece prima problema nu a putut fi rezolvata corespunzator, iar cea de a doua ar fi complicat tehnicile de transmisie in interiorul retelei GSM, s-a ales cea de a doua solutie, rezultand schema de interconectare din figura 2.b.
Un astfel de modem audio poate fi inclus in fiecare MSC si poate fi atat sincron cat si asincron (cu 7,8 sau 9 biti, functie de protocolul asincron utilizat).
Dezvoltarea retelelor mobile de telecomunicatii s-a realizat atat prin extinderea ariei lor geografice (si totodata a numarului de abonati), cat si prin diversificarea gamei de servicii implementate. Implementarea standardului de comunicatii celulare digitale GSM a permis introducerea serviciilor de fax mobil, mesagerie electronica mobila, transfer de date intre terminale mobile si/sau terminale fixe etc. Schema din figura 2 determina mediul de transmisie GSM sa apara ca ,,inserat' intre echipamentul terminal si modem. Tipurile de modemuri de debit mai mic ca 9600 b/s, admise conform specificatiilor, sunt:
- asincrone: V.21 (300 b/s), V.22 (1200 b/s);
- sincrone: V.22(1200 b/s), V.22bis (2400 b/s),V.32 (4800 si 9600 b/s).
Problema adaptarii ratei de 9600, de exemplu la rata de 13000 b/s, precum si includerea formatului asincron intr-un sistem sincron de tipul GSM, sunt doua exemple de functii realizate de TAF si IWF in cazul acestei interconexiuni. Exista probleme si in cazul transmisiei sincrone, deoarece modemul si terminalul nu sunt sincronizate.
Aceasta conduce la o deviatie de frecventa, care nu poate fi neglijata dupa un anumit timp, fenomen numit si 'nesincronism cu ceasul retelei' (Network Independent Clocking). Problemele legate de interconectarea GSM - PSTN nu sunt noi; ele au aparut si la interconectarea PSTN cu ISDN.
Solutiile adoptate in GSM pentru aceste probleme deriva din cele folosite in specificatia ISDN (GSM a aparut ulterior ISDN-ului), multe dintre ele fiind folosite aici fara modificari fata de cazul ISDN, atat din dorinta de simplitate, cat si pentru a asigura o tranzitie usoara intre GSM si ISDN.
2.2. Interconectarea a doi utilizatori ai serviciului de facsimil
Serviciul de facsimil, considerat ca o cheie a succesului pe piata pentru GSM, a produs mari dificultati proiectantilor retelei GSM, deoarece protocoalele utilizate de Grup 3 fax nu au fost concepute pentru particularitatile mediului radio (intarzieri mari), iar singura interfata standardizata de conectare cu utilizatorul la PSTN este cea clasica, pe doua fire. La aceste restrictii s-a adaugat necesitatea ca in interiorul retelei GSM tehnica de transmisie sa ramana digitala.
Schema de interconectare dintre doi utilizatori ai serviciului de facsimil, unul din reteaua GSM, iar celalalt din reteaua fixa, este prezentata in figura 3.
Fig. 3. Configuratie de referinta pentru conectarea unui terminal facsimil mobil la PSTN
Se remarca existenta functiilor de adaptare atat in terminalul mobil, cat si la nivelul IWF (la nivelul IWF a fost prevazut un modem audio).
Modul de transmisie intern retelei GSM a ramas cel digital, iar in functiile TAF (functii de adaptare terminal), a fost inclus un echipament complex numit fax adaptor.
Cateva din functiile fax adaptorului sunt:
- conversia semnalului analogic furnizat de modemul audio inclus in fax in semnal digital, impachetat in format specific retelei GSM;
- conversia inversa a semnalului digital provenit din reteaua GSM in semnal analogic in banda de baza, semnal trimis modemului inclus in fax;
- realizarea unor servicii specifice tip apel si raspuns automat etc. Deci fax adaptorul apare ca un echipament complex, de cele mai multe ori integrat in interiorul faxului mobil.
3. Interconectarea retelei mobile GSM cu reteaua ISDN
Posibilitatea de conectare la ISDN este o cerinta esentiala a oricarui tip de retea de telecomunicatii. ISDN utilizeaza pentru transmisie capacitatea unui canal bidirectional de 64 kb/s, ceea ce a creat probleme si pentru conectarea PSTN-urilor la ISDN. Arhitectura de interconectare PSTN - ISDN este prezentata in figura 4.a. Fata de arhitecturile anterioare, apar circuitele 'adaptoare de rata de transmisie', (conforme recomandarilor CCITT V.110), care au rol in adaptarea ratei specifice fiecarui terminal la rata de transmisie pe linie.
a) Conexiune intre un utilizator din reteaua telefonica publica comutata (PSTN) si un utilizator din reteaua ISDN
Fig. 4. Configuratie de referinta pentru conectare la ISDN (PSTN si GSM)
Asemanator se va realiza si conectarea GSM-ISDN, prin utilizarea unor circuite adaptoare de rata de transmisie (RA - Rate Adaptor) pentru conectare la liniile ISDN. Pentru realizarea interconexiunii retea GSM - retea ISDN, intrucat amandoua tipurile de retele utilizeaza modul digital de transmitere a informatiei, nu sunt necesare modemuri audio intre terminalul GSM si terminalul fix ISDN. Terminalul GSM apare ca si cum ar fi conectat direct in circuitul RA din ISDN.
De remarcat ca primul circuit de adaptare de rata va adapta viteza de transmisie GSM la debitul in linie al ISDN, iar cel de-al doilea RA va realiza operatia inversa de ,,reconstituire' a mesajului transmis din debitul liniei ISDN. Functionarea circuitelor de adaptare de rata va fi descrisa intr-un paragraf ulterior.
4. Interconectarea retelei mobile GSM cu reteaua de date cu comutatie de circuite (GSM-CSPDN)
GSM se poate interconecta la CSPDN - reteaua publica de date comutata - in doua moduri:
prin ISDN sau direct. In
ambele cazuri, transportul fluxului de date intre IWF si BSS se face conform
specificatiilor ISDN. In cazul a) de interconectare, IWF va realiza si functia
de translatie a
formatului de transmisie, X.30, in format specific CSPDN (CCITTX.71).
Evident, in cazul conexiunii prin ISDN (fig.5,b) aceasta adaptare este realizata cu functia dedicata din ISDN.
5. Interconectarea retelei mobile GSM cu reteaua de date cu comutatie de pachete (interconectarea GSM-PSPDN)
Interconectarea GSM-PSPDN se poate realiza conform uneia din figurile 6 a, b. Exista mai multe modalitati de accesare a PSPDN de catre un terminal fix, moduri derivate din tehnicile (metodele) de acces la PSPDN ale abonatilor ficsi. Vom prezenta pe scurt aceste tehnici de acces.
Accesul in mod pachet sau accesul direct se poate face dupa scheme generale de principiu, indicate in figurile 6,a, respectiv 6,b.
In figura 6,a abonatul este identificat printr-o linie de acces, iar conectarea la PSPDN se face prin intermediul unui dispozitiv numit ,,distribuitor' de pachete (PH = packet handler). Acest acces se mai numeste si acces X.25, deoarece intre PH si abonat comunicatia se realizeaza conform X.25 (pe nivelele 2 si 3). Modemul utilizat nu este un modem audio si este componenta a PSTN.
In figura 6,b schema de conectare este asemanatoare cu precedenta, numai ca in acest caz comunicatia abonat « PH se realizeaza cu traversarea PSTN. Se remarca utilizarea modemurilor audio (datorita traversarii PSTN), dar si aparitia numerotarii duble.
In cazul unei comunicatii de date intre un abonat PSTN si un abonat PSPDN, va fi accesat intai portul de intrare in PSPDN (numarul PSTN al acestuia). Apoi, cel de-al doilea numar este folosit pentru identificarea terminalului apelat.
Deci, daca in primul caz abonatul era identificat prin linia de acces la PSPDN, in cel de-al doilea el este identificat printr-un numar separat.
In consecinta, protocolul de comunicatie abonat « PH va fi diferit in cele doua cazuri. In cazul prezentat in figura 6,b protocolul este X.32.
A treia metoda utilizeaza pentru acces o functie PAD (PAD = packet assembler disassembler). Abonatul poate folosi un terminal care nu trebuie sa ,,cunoasca' un protocol de comunicatie in mod pachet.
Aceasta simplificare are doua dezavantaje foarte importante:
- accesul unui terminal la PSPDN printr-o functie PAD limiteaza rata acestuia;
- o legatura se poate stabili numai la initiativa abonatului (utilizatorului) conectat la PSPDN (daca acesta este conectat printr-o functie PAD). Accesul la PSPDN prin PAD poate fi direct, dar si prin PSTN (caz in care se utilizeaza protocolul X.28 pentru comunicatia terminal « PAD si X.25 pentru comunicatia PAD « terminal apelat).
Fig. 7. Accesul prin PAD la PSPDN
A patra metoda este de a accesa PSPDN prin ISDN (fig.8) (acces ISDN). Si aceasta metoda are doua variante:
- prima utilizeaza schema din figura 6,b inlocuind PSTN cu ISDN (acces X.32);
-a doua utilizeaza schema din figura In acest caz, interfata utilizator-retea (UNI) intre ISDN si abonat include X.25. Apelantul acceseaza PSPDN printr-un PH, iar accesul la PH se face prin ISDN (ISDN va prelua sarcinile legate de identificarea abonatului). Abonatul apelant formeaza in acest caz un singur numar, singura conditie fiind ca acesta sa fie utilizator ISDN (pentru a putea fi identificat de PH).
Fig. Accesul X.25 ISDN
Schemele folosite pentru interconectarea abonat GSM « abonat PSPDN sunt adaptari ale schemelor prezentate anterior. Astfel, se pot folosi urmatoarele configuratii:
- interconectare in mod pachet (X.32) si acces prin PAD;
- interconectare prin ISDN (se conecteaza abonatul GSM la ISDN, de unde acesta acceseaza PSPDN ca abonat ISDN);
- acces dedicat prin functie PAD (fig.9,a);
- acces in mod pachet (fig.9,b). Terminalul mobil se leaga printr-un modem audio la un PH din PSPDN.
Atat accesul ISDN, cat si accesul PSPDN utilizeaza un singur numar de identificare (functia de identificare este asigurata de PH).
De asemenea, este posibila interconectarea digitala directa (se suprima modemurile audio). Functia de interconectare cu PSPDN va fi plasata in modulul IWF.
In concluzie, considerand toate cazurile de interconectari, avem doua mari categorii de scheme de transmisie a datelor din punct de vedere al GSM, in functie de prezenta sau absenta modemului in IWF. Totusi, transmisia in zona interna a GSM exclusiv IWF este aceeasi in ambele cazuri.
Aceasta permite existenta unei independente de tipurile de retele exterioare si de prezenta sau absenta modemului in IWF.
