Продолжение 11-3А. Про 1G — здесь, про 2G — здесь. 

3G – технологии и архитектура

Технически корректно группа технология третьего поколения сотовой связи 3G называется IMT-2000, и к ней относятся следующие стандарты:

• EDGE, со скоростью передачи данных до 473Kbps, имеющий обратную совместимость со стандартом 2G GSM/IS-136. Хотя во многих источниках технологию EDGE к 3G не относят, и называют её 2.5G;
• CDMA2000 (с улучшением EV-DO), обеспечивает скорость доступа радиосети до 2 Мбит/с, который имеет обратную совместимость с исходным стандартом IS95, получил распространение в основном на американском континенте;
• WCDMA (Wide Band CDMA), или UMTS (Universal Mobile Telecommunication Service), получивший распространение в Европе, в котором была введена ширина пропускания канала 5 Мгц, и также имеющий скорость доступа радиосети 2 Мбит/с;
• TD-SCDMA, CDMA с временным мультиплексированием каналов TDD (Time Division Duplex), который используется в Китае.
• HSPA и HSPA+, которые являются дальнейшим развитием WCDMA с влиянием EV-DO, и позволили достичь скорости доступа до 63 Мбит/с. Эту группу технологий называют ещё 3.5G, поскольку она представляет собой промежуточное звено между 3G и 4G.

В дальнейшем мы увидим, что эти технологии плавно эволюционировали в поколение 4G.

Рисунок 1. Генезис технологий 3G (источник: Qualcomm).

Суть EV-DO в том, что для одного пользователя выделяется целый канал 1,25 МГц для мультимедийных услуг.

Рисунок 2. Улучшение EV-DO (источник: Qualcomm).

В HSPA с каналом 5 МГц сделано по-другому:

Рисунок 3. Канал данных в WCDMA (источник: Qualcomm).

Здесь можно гибко регулировать заполненность полосы 5 МГц данными или голосом. Если вся полоса в данный момент занята речевыми вызовами, то полоса под данные не выделяется и для них может использоваться другой канал 5 МГц.

Архитектура сети 3G

В целом, архитектура сети 3G является развитием архитектура сети 2/2.5G (с узлами GGSN и SGSN).

Рисунок 4. Архитектура сетей 2G/3G/4G (источник: 3g4gUK).

Справа на рисунке красным цветом показана уже рассмотренная нами ранее сеть 2G, которая использует в качестве опорной сети обычную телефонную сеть ТфОП/PSTN. Центр мобильной коммутации MSC (Mobile Switching Center) управляет как контроллером(ами) базовых станций BSC сети 2G, так к контроллерами радиосети RNC (Radio Network Controller) сети 3G.

К базовым станциям BTS (Base Transciever Station) подключаются мобильные телефоны MS (Mobile Station). Это обычные «кнопочные» телефоны GSM. Смартфоны и другие пользовательские устройства UE (User Equipment: планшеты, модемы 3G и пр.) подключаются к базовым станциям сети 3G.

Базовые станции 3G называются почему-то Node B. Почему они так называются, может быть кто-то и знает. Но нигде на просторах Интернета нет никаких объяснений этого названия. Возможно, в какой-то статье, ранней версии рекомендации RFC, или ещё где-то, базовые станции GSM кто-то назвал Node A. Поэтому, потом базовые станции 3G стали называть Node B. Но это только предположение.

Сеть 3G на рисунке показана красно-фиолетовым цветом и обозначена как RNS (Radio Network System). Поэтому, сеть 3G – это, собственно, только сеть радиодоступа RAN (Radio Access Network). Через уже упомянутые в статье о 2G узлы GGSN и SGSN сеть 3G взаимодействует с пакетной IP-сетью, т.е. попросту говоря, с Интернет.

С сетью 2G (MSC) RNC сети 3G тоже взаимодействует, для передачи речевых каналов для обычных телефонных звонков через сеть GSM и ТфОП.

Сеть радиодоступа 2G ещё называют GERAN (GSM EDGE Radio Access Network). А сеть радиодоступа 3G называют UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network).

GGSN и SGSN показаны на рисунке как сеть 2.5G. Часто их относят непосредственно к 3G. Это ещё одно свидетельство того, что деление на поколения «G» — весьма условно, и, вообще говоря, развитие мобильных сетей происходит эволюционным путём.

GGSN и SGSN

Теперь немного подробнее о функциях этих важных элементов сети 2.5/3G.

SGSN (Serving GPRS Support Node) имеет следующий функционал:

• Маршрутизация IP-пакетов и отправка их в IP-сеть;
• Управление мобильностью устройств пользователя UE, т.е., когда UE покидает зону покрытия одной базовой станции BTS или NodeB, и переходит в зону покрытия другой базовой станции, то именно SGSN отслеживает все связанные с этим изменения в маршрутизации IP-пакетов для текущей сессии UE;
• Подключение и отключение UE к текущему маршрутизатору NodeB (Attach/detach)
• Аутентификация UE в сети;
• Формирование и передача данных о тарификации сессии UE по передаче данных.

В SGSN есть регистр местоположения и именно он хранит и обрабатывает информацию о местоположении мобильного устройства. Когда какой-то сайт, при просмотре его на мобильном устройстве, запрашивает вас об отправке ему данных о вашем местоположении, эту информацию ему отправляет именно SGSN (с вашего разрешения).

GGSN (Gateway GPRS Support Node) организует взаимодействие между сетью 2.5/3G и внешней IP-сетью. Он может также работать с сетью с довольно старым протоколом X.25, но такое случается очень редко.

GGSN – это устройство, сочетающее в себе функции шлюза, маршрутизатора и файрволла, поскольку он маскирует топологию сети доступа от внешней сети. При получении пакета данных, адресованных конкретному пользователя (точнее, его UE), GGSN проверяет, активно ли устройство UE (включено и подключено к мобильной сети), и затем отправляет на него данные. И наоборот, данные от мобильного устройства UE, отправляемые в сеть, маршрутизируются в GGSN.

Так, в самых общих чертах, выглядит архитектура и работа сети 3G.