Что такое хэндовер в менеджменте

Передача соединения (хэндовер)

В сотовой сети радиоресурсы и фиксированные линии связи в течение вызова не остаются занятыми постоянно. Хэндовер (передача соединения), или хэндофф (handoff), как его называют в Северной Америке, — это переключение каналов и линий по мере перемещения подвижного объекта по различным каналам или ячейкам сотовой сети. Обнаружение и измерение уровня радиосигналов для хэндовера составляют одну из основных функций уровня RRM (Radio Resources Management).

Хэндоверы принято разделять на четыре типа, указанных цифрами нарис.1.15:

1. Смена каналов в пределах одной базовой станции.

2. Смена канала одной базовой станции на канал другой станции, но находящейся под управлением того же BSC.

3. Переключение каналов между базовыми станциями, контролируемыми разными BSC, но одним MSC.

4. Переключение каналов между базовыми станциями, за которые отвечают не только разные BSC, но и разные MSC.

Рис. 1.15.Варианты хэндовера

В общем случае проведение хэндовера — задача MSC. Но в двух первых случаях, называемых внутренними хэндоверами, чтобы снизить нагрузку на коммутатор и служебные линии связи, процесс смены каналов управляется BSC, а MSC лишь информируется о происшедшем.

Первые два типа передачи соединения называются внутренними передачами соединения и включают только один контроллер базовой станции (BSC). Чтобы сохранять способность обмена сигналами, достаточно взаимодействия базовых станций (BSC), без использования управления центра коммутации мобильной связи (MSC). После окончания передачи соединения (хэндовера) необходимо уведомить об этом событии коммутации мобильной связи (MSC).

Последние два типа передачи соединения называются внешними передачами соединения и обрабатываются центрами коммутации мобильной связи (MSC), участвующими в соединении. Важный аспект — то, что первоначальный MSC (anchor MSC — анкерный центр ), который обеспечивает доступ к сети, остается ответственным за большинство переключений.

Передачи соединения (хэндовер) могут быть инициализированы или мобильной станцией, или центром коммутации мобильной связи (MSC). MS по широковещательному каналу управления (BCCH) проводит сканирование не менее 16 соседних сот, и формируется список шести лучших кандидатов на возможную передачу соединения, основанную на полученной напряженности поля сигналов. Эта информация передается к BSC и MSC не менее одного раза в секунду для использования алгоритмом передачи соединения (хэндовера).

Алгоритм момента времени, когда должно быть принято решение передачи соединения (хэндовер), не определен в рекомендациях GSM. Есть два основных используемых алгоритма, оба тесно связаны с управлением мощностью. Это объясняется тем, что базовая станция (BSC) обычно не знает, является ли плохое качество сигнала следствием замирания из-за многолучевости или следствием перемещения мобильной станции к другой ячейке. Особенно часто это происходит при маленьких городских ячейках.

Алгоритм «минимально допустимая характеристика» дает приоритет управлению мощностью, а не передаче соединения (хэндоверу). Когда сигнал ухудшился до некоторой заданной точки, уровень мощности мобильной станции увеличивается с помощью управления. Если дальнейшее увеличение мощности не улучшает сигнал, то начинают передачу соединения (хэндовер). Это наиболее простой и наиболее общий метод, но он создает эффект «расплывчатой границы» соты, когда мобильная станция передает сигналы, используя пиковую мощность, проходя некоторое расстояние вне границы ячейки исходной соты в другую соту.

«Метод бюджета мощности» предоставляет приоритет передаче соединения (хэндоверу). Целью является поддержание или улучшение качества сигнала при том же самом или более низком уровне мощности. В этом случае отсутствует проблема «расплывчатой границы» соты и уменьшаются межканальные помехи, но весьма усложняется алгоритм.

Рассмотрим процесс обмена сигналами, показанный нарис.1.16, как хэндовер 4-го типа (см. рис.1.15). Ниже приводится его описание.

Рис. 1.16.Обмен сигналами при хэндовере

1. Когда MS включена, она периодически извещает о качестве сигналов BTS1 с помощью сообщения об измерении. Эти сообщения передаются в каждом SACHH (низкоскоростной выделенный канал управления) с периодичностью 480 мсек. Сообщение об измерении содержит измерения качества сигналов соседних ячеек.

2. Если качество сигнала хорошее, то MS не предпринимает никаких действий. Когда MS достигает границы между зонами обслуживания MSC2 и MSC1, она извещает BTS1, что получает слабый сигнал.

3. BTS1 принимает решение об инициализации процесса хэндовер для того, чтобы улучшить качество обслуживания MS, и передает результаты измерений BSC1, включая измерения качества сигналов соседних ячеек BSC1.

4. BSC1 проводит анализ результатов измерения, чтобы определить зону обслуживания с лучшим качеством.

5. Если BSC1 решает запросить хэндовер, то он передает MSC1 номер используемой соты и список целевых сот с лучшими показателями, чем у используемой соты. При этом станция BTS2 включена в список целевых сот. На BSC1 включается таймер, чтобы ограничить время ожидания начала хэндовера (поступления сигнала от MSC1 о начале процесса хэндовера).

6. MSC1 передает запрос на хэндовер к MSC2. При этом из регистра MSC1 (это может быть VLR или HLR) передаются данные для маршрутизации и аутентификации. На MSC1 включается таймер, чтобы ограничить время ожидания начала хэндовера в зоне обслуживания MSC2 (время ответа от BCS2).

7. На MSC2 запрос на передачу соединения обрабатывается как новый исходящий вызов и выбирается канал для нового вызова. Новые данные записываются в VLR MSC2. VLR MSC2 обеспечивает присвоение номера «блуждающей» подвижной станции (MSRN — Mobile Station Roaming Number). Процедурами установления подлинности во время обработки вызова управляет VLR MSC2.

8. Передача подтверждения запроса хэндовера от MSC2 (начало хэндовера) к MSC1. На MSC1 отключается таймер, ограничивающий время ожидания начала хэндовера (см. п. 7), так как получена команда о начале хэндовера. Если MSC1 был центром визита, то данные на VLR MSC1 стираются. Если он был домашним центром, то текущий адрес VLR абонента, содержащийся в HLR, также обновляется.

9. MSC1 передает сообщение BSC1, что соединение закончено.

10. BSС1 освобождает канал и информирует MSC1, что разъединение закончено.

11. MSC1 освобождает оборудование и передает MSC2 сигнал окончания процедуры.

Роуминг

Роуминг — одна из самых важных функций сотовой связи. Необходимость в роуминге возникает каждый раз, когда абонент изменяет свое местоположение и перемещается в сеть, принадлежащую другому оператору. Роуминг бывает локальный (переезд внутри города или в пригород), национальный (в другой город или область) и международный (переезд в другую страну).

При перемещении абонента в другую сеть ее центр коммутации мобильной связи (MSC/VLR) запрашивает информацию в первоначальной сети (MSC/HLR) и при наличии подтверждения полномочий абонента регистрирует его. Данные о местоположении абонента постоянно обновляются в центре коммутации первоначальной сети (MSC/HLR), и все поступающие туда вызовы автоматически переадресовываются в ту сеть, где в данный момент находится абонент.

По способу регистрации различают следующие виды роуминга:

· автоматический, т. е. с возможностью провести процесс хэндовера;

· полуавтоматический, когда предварительно следует оповестить оператора о намерении посетить соответствующий регион;

· ручной, при котором абоненту вручается радиотелефон, включенный в сеть визита.

Для обеспечения роуминга необходимо выполнение следующих условий:

· наличие в требуемых регионах сотовых систем стандарта, совместимого со стандартом компании, у которой был приобретен радиотелефон;

· наличие соответствующих организационных и экономических соглашений о роуминговом обслуживании абонентов;

· наличие каналов связи между системами, обеспечивающих передачу звуковой, сигнальной и другой информации для роуминговых абонентов.

При организации роуминга недостаточно провести только технические мероприятия по соединению различных сетей сотовой связи. Очень важно еще решить проблему взаиморасчетов между операторами этих сетей.

Кроме того, для организации передачи сигнальных сообщений при автоматическом роуминге нужно создать соответствующие сигнальные каналы и программное обеспечение. Это требует определенных затрат. Поэтому между областями обслуживания различных операторов должна быть большая потребность в обслуживании роуминговой связи— больше, чем просто трафик от «случайно заехавших» абонентов.

Краткие выводы:

· GSM (Global System for Mobile Communication), глобальная система для мобильной связи — это стандарт европейской мобильной наземной системы.

· Основные услуги, поддерживаемые GSM: телефонная связь, передача коротких сообщений, доступ к службам «Видеотекст», «Телетекст», «Телефакс» (группа 3).

· Особенностью GSM, которая отсутствует в старых аналоговых системах, является служба передачи коротких сообщений (SMS — Short Message Service). SMS — двунаправленное обслуживание коротких алфавитно-цифровых (не свыше 160 байтов) сообщений.

· Сеть GSM может быть разделена на две больших части: мобильные станции (MS), которые перемещаются с абонентом; подсистема базовых станций, которая управляет радиолинией связи с мобильной станцией.

· Мобильная станция (MS) состоит из подвижной аппаратуры (терминал) и карточки с интегральной схемой, включающей микропроцессор, которая называется модуль абонентской идентификации (SIM — Subscriber Identification Module).

· Подсистема базовых станций содержит два вида оборудования: базовая приемопередающая станция (BTS — Base Transceiver Station) и контроллер базовой станции (BSC — Base Station Controller).

· Центральный компонент подсистемы сети — центр коммутации мобильной связи (MSC). Он работает как обычный узел коммутации общедоступной телефонной сети (PSTN — Public Switched Telephone Network) или цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN — Integrated Service Digital Network). Дополнительно он обеспечивает все функциональные возможности мобильного абонента, такие как регистрация, аутентификация, обновление местоположения, передачи соединения (хэндовер) и управление маршрутизацией при передвижении абонента. Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя регистры: регистр домашнего местоположения (HLR) и регистр визитного местоположения (VLR).

· В HLR хранится та часть информации о местоположении какой-либо подвижной станции, которая позволяет центру коммутации доставить вызов определенной мобильной станции.

· С помощью визитного регистра местоположения VLR достигается функционирование подвижной станции за пределами зоны, контролируемой HLR.

· В сети подвижной связи GSM соты группируются в географические зоны (LA — Location Area), которым присваивается свой идентификационный номер (LAC — Location Area Code). Каждый VLR содержит данные об абонентах в нескольких LA.

· VLR обеспечивает присвоение номера для услуг роуминга мобильной станции (MSRN — Mobile Station Roaming Number). Кроме того, VLR управляет распределением новых временных мобильных опознавательных кодов станции (TMSI — Temporary Mobile Subscriber Identity) и передает их в HLR.

· Для защиты и аутентификации используются два устройства: регистр идентификации оборудования (EIR — Equipment Identity Register) и центр аутентификации (AuC — Authentication Center). Регистр опознавательного кода оборудования (EIR) — база данных, которая содержит список всей допустимой к обслуживанию подвижной аппаратуры на сети, где каждая мобильная станция идентифицирована ее международным опознавательным кодом мобильного оборудования (IMEI — International Mobile Equipment).

· ОМС (Operations and Maintenance Center) — центр эксплуатации и технического обслуживания, является центральным элементом сети GSM, который обеспечивает контроль и управление другими компонентами сети и контроль качества ее работы.

· NMC (Network Management Center) — центр управления сетью, позволяет вести рациональное иерархическое управление сетью GSM. Он обеспечивает эксплуатацию и техническое обслуживание на уровне всей сети, поддерживаемой центрами ОМС, которые отвечают за управление региональными сетями. NMC занимается управлением трафиком во всей сети и принимает диспетчерское управление сетью при сложных аварийных ситуациях, как, например, выход из строя или перегрузка узлов.

· ADC (Administration Center) — административный центр. Сетевая служба, ответственная за организацию связи, административное управление сетью и соблюдение установленных правил доступа.

· ТСЕ (Transcoder Equipment) — транскодер, обеспечивает преобразование выходных сигналов передачи речи и данных MSC (64 Кбит/с ИКМ) к виду, соответствующему рекомендациям GSM по радиоинтерфейсу.

· А-интерфейс — интерфейс между MSC и BSS (подсистема базовых станций –BSC+BTS), обеспечивает передачу сообщений для управления BSS, передачи вызова (хэндовер), управления при изменении местоположения.

· В-интерфейс — интерфейс между MSC и VLR. Когда MSC необходимо определить местоположение подвижной станции, он обращается к VLR.

· С-интерфейс — интерфейс используется для обеспечения взаимодействия между MSC и HLR.

· D-интерфейс — интерфейс между HLR и VLR, используется для расширения обмена данными о положении подвижной станции и управления процессом связи.

· Е-интерфейс — интерфейс между MSC, обеспечивает взаимодействие между разными MSC в осуществлении процедуры handover — «передачи» абонента из зоны в зону при его движении в процессе сеанса связи без ее перерыва.

· A_bis-интерфейс — интерфейс между BSC и BTS, служит для связи BSC с BTS и определен Рекомендациями ETSI/GSM для процессов установления соединений и управления оборудованием.

· M-интерфейс — внутренний BSC-интерфейс контроллера базовой станции, обеспечивает связь между различным оборудованием BSC и оборудованием транскодирования.

· X-интерфейс — сетевой интерфейс между ОМС разных сетей и сетью, так называемый управляющий интерфейс между ОМС и элементами сети.

· Способ организации связи, при котором одни и те же частоты многократно используются в разных зонах обслуживания, называется повторным использованием частот. Применение частотно-территориального планирования с повторным использованием частот позволяет увеличить пропускную способность при ограниченном количестве частотных каналов.

· Расстояние повторного использования частот (Frequency reuse distance) — расстояние между центрами двух удаленных сот, начиная с которого допускается повторное использование.

· Группа из близко расположенных сот, в пределах которых недопустимо повторное использование из-за опасности превышения уровня взаимных помех, называется кластером.

· Сота, в которой обслуживание абонентов осуществляется базовой станцией с секторной антенной, называется секторизованной сотой. В системах сотовой связи обычно используют антенны с шириной диаграммы направленности 120° (трехсекторная антенна). Применяются шестисекторные антенны — с шириной диаграммы направленности 60°.

· Сигнальные каналы радиоинтерфейса используются для установления вызова, широковещательной рассылки коротких сообщений (paging), технического обслуживания вызова, синхронизации и т. д.

· Имеются 3 группы сигнальных каналов: широковещательные каналы (BCH — Broadcast Channel), общие каналы управления (CCCH — Common Control Channels), специализированные каналы управления (DCCH — Dedicated Control Channel).

· При первой установке абонента в сети выполняется операция закрепления международного опознавательного кода мобильной станции (IMSI — International Mobile Station Identity). Обратная закреплению процедура — открепление — позволяет сети знать, что передвижная станция недостижима, и устраняет необходимость напрасно распределять каналы и передавать широковещательные сообщения.

· При подвижной связи в случае включенной мобильной станции осуществляется постоянное слежение за местоположением даже в случае отсутствия соединения. В частности, это необходимо для установления входящей связи.

· Так как к радиосреде имеют доступ много устройств и абонентов, требуется аутентифицировать пользователей. Эта процедура устанавливает подлинность и принадлежность к сети абонента и оборудования, определяет права и полномочия абонента и право доступа к сетевым ресурсам.

· Хэндовер (передача соединения) — это переключение каналов и линий по мере перемещения подвижного объекта по различным каналам или ячейкам сотовой сети.

· Есть два основных используемых алгоритма: алгоритм «минимально допустимая характеристика» дает приоритет управлению мощностью, а не передаче соединения (хэндоверу), а «метод бюджета мощности» предоставляет приоритет передаче соединения (хэндоверу).

· Роуминг — одна из функций сотовой связи. Необходимость в роуминге возникает каждый раз, когда абонент изменяет свое местоположение и перемещается в сеть, принадлежащую другому оператору. Роуминг бывает локальный (переезд внутри города или пригород), национальный (в другой город или область) и международный (переезд в другую страну).

Источник

Мягкая передача вызова и управление мощностью в CDMA

4.1.3. Процедура совмещенного мягкого хэндовера

Отметим, что различают два типа хэндовера:

Ниже рассматривается метод MAHO.

Мобильная станция выполняет измерение интенсивности сигналов по пилотным каналам ( Pilot Channel — PICH), получаемых от соседних базовых станций, и рассылает сообщения, содержащие данные о тех PICH, которые пересекли некоторые пороговые значения. Нас интересуют в данном случае два пороговых значения:

Эти пороговые значения составляют гистерезисную петлю, которая обеспечивает устойчивость процесса. Это означает, что каналы порога оценки низкой интенсивности уровня несколько выше порога высокой интенсивности.

Основываясь на полученной информации, мобильная станция может добавлять или удалять PICH в активном наборе.

Такая же информация собирается от множества базовых станций. Информация, поступающая от станций, различных секторов антенны или сигналы, проходящие по множеству путей, могут объединяться в один сигнал с помощью RAKE-приемников (суммирующих приемников). Тогда оценка пилот-канала идет по суммарному значению объединенного потока от данной станции.

Динамические пороги мягкого хэндовера

Как правило, мягкий хэндовер улучшает характеристики системы, но может в некоторых ситуациях отрицательно воздействовать на пропускную способность системы и сетевые ресурсы. Для прямых линий связи при чрезмерно частом хэндовере уменьшается количество свободных линий и при этом расходуется больше сетевых ресурсов. Корректировка параметров хэндовера на базовых станциях не обязательно решает проблему.

Некоторые области в соте получают только слабые пилот-сигналы (требующие более низких порогов хэндовера), а другие области получают несколько сильных и доминирующих пилот-сигналов (требующих более высоких порогов передачи вызова). Для того чтобы добавлять в активный набор свободные пилот-сигналы, используются следующие принципы:

Условием выбора нового канала является неравенство

где — напряженность PICH выбираемого сигнала; — напряженность i-го PICH в активном наборе; — число PICH в активном наборе, а и — задаваемые системные параметры, регулирующие данные для конкретной системы.

Когда мощность в каналах PICH в активном наборе мала, то добавление даже слабого PICH улучшает рабочие характеристики. Однако когда есть один доминирующий PICH, появление дополнительного более слабого PICH выше не улучшит рабочие характеристики, но будет зря тратить ресурсы сети. Динамические пороги мягкой передачи вызова уменьшают и оптимизируют сетевое использование ресурса.

Действия при применении динамической мягкой передачи вызова (мягкого хэндовера) следующие.

Рис. 4.4 показывает временную диаграмму мягкой передачи вызова с применением динамических порогов и связанных с этим событий, когда мобильная станция покидает обслуживающую базовую станцию (PICH 1) к новой базовой станции (PICH 2). Комбинация статических и динамических порогов (по сравнению с только статическими порогами) позволяет в результате уменьшить время и использование ресурса при мягкой передаче вызова.

Обмен сигналами при процедуре мягкого хэндовера

Одно из главных преимуществ системы CDMA — способность мобильных станций установить связь более с чем с одной базовой станцией в течение одного и того же вызова. Эти функциональные возможности позволяют сети CDMA выполнить мягкий хэндовер. При мягком хэндовере вызова управляющая первичная базовая станция координирует свои действия с другими базовыми станциями. Каналы добавляются или удаляются из вызова. Это позволяет базовым станциям (общим количеством не свыше трех) получать/передавать пакеты речи от/к единственной мобильной станции для единственного вызова.

Процедура мягкого хэндовера повторяет процедуру жесткого хендовера. Исключение составляет заключительный этап. При мягком хэндовере подключение к новой станции BTS2 происходит до отключения текущей BTS1. Одновременная работа обеих станций в процессе хэндовера улучшает характеристики речевого тракта.

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Терминология

В сфере телекоммуникаций могут быть разные причины, по которым может проводиться передача обслуживания:

Возможен особый случай, когда источник и цель являются одной и той же сотой, и только используемый канал изменяется во время передачи обслуживания. Такой хэндовер, при котором ячейка не изменяется, называется внутрисотовым хэндовером. Целью внутрисотовой передачи обслуживания является изменение одного канала, который может испытывать помехи или затухание, на новый более четкий или менее затухающий канал.

В дополнение к вышеупомянутой классификации межсотовой и внутрисотовой классификации хэндоверов их также можно разделить на жесткие и мягкие хэндоверы:

Хэндовер также можно классифицировать на основе используемых методов хэндовера. В общих чертах их можно разделить на три типа:

Сравнение

Преимущество жесткой передачи обслуживания состоит в том, что в любой момент времени для одного вызова используется только один канал. Событие жесткого переключения действительно очень короткое и обычно не ощущается пользователем. В старых аналоговых системах это можно было услышать как щелчок или очень короткий звуковой сигнал; в цифровых системах это незаметно. Еще одним преимуществом жесткого переключения является то, что аппаратное обеспечение телефона не должно быть способно принимать два или более каналов параллельно, что делает его более дешевым и простым. Недостатком является то, что при сбое передачи обслуживания вызов может быть временно прерван или даже аварийно завершен. Технологии, которые используют жесткую передачу обслуживания, обычно имеют процедуры, которые могут повторно установить соединение с исходной сотой, если соединение с целевой сотой не может быть выполнено. Однако восстановление этого соединения не всегда возможно (в этом случае вызов будет прекращен), и даже когда это возможно, процедура может вызвать временное прерывание вызова.

Возможность

Реализации

Причины неудач

Бывают случаи, когда передача обслуживания оказывается неудачной. Этой проблеме посвящено много исследований. Источник проблемы был обнаружен в конце 1980-х годов. Поскольку частоты не могут быть повторно использованы в соседних ячейках, когда пользователь переходит из одной ячейки в другую, для вызова должна быть выделена новая частота. Если пользователь переходит в ячейку, когда все доступные каналы используются, вызов пользователя должен быть прерван. Кроме того, существует проблема интерференции сигналов, когда соседние соты подавляют друг друга, что приводит к снижению чувствительности приемника.

Вертикальная передача

Стандарт 3GPP UMA / GAN обеспечивает передачу обслуживания GSM / UMTS на Wi-Fi и наоборот.

Приоритизация передачи обслуживания

В разных системах используются разные методы обработки и управления запросом на передачу обслуживания. Некоторые системы обрабатывают передачу обслуживания таким же образом, как и новый исходящий вызов. В такой системе вероятность того, что передача обслуживания не будет выполнена, равна вероятности блокировки нового исходящего вызова. Но если вызов прерывается внезапно в середине разговора, это раздражает больше, чем блокирование нового исходящего вызова. Таким образом, чтобы избежать этого внезапного прекращения текущего запроса на передачу обслуживания, следует отдавать приоритет новому вызову, это называется приоритизацией передачи обслуживания.

Для этого есть два метода:

Концепция охранного канала В этом методе часть всех доступных каналов в соте резервируется исключительно для запроса передачи обслуживания от текущих вызовов, которые могут быть переданы в соту. Очередь Постановка в очередь передачи обслуживания возможна, потому что существует конечный временной интервал между моментом, когда уровень принятого сигнала упадет ниже порога передачи обслуживания, и моментом завершения вызова из-за недостаточного уровня сигнала. Размер задержки определяется из схемы трафика конкретной зоны обслуживания.

Источник