Маршрутизация вызовов в сотовых сетях¶

Маршрутизация вызовов в сотовых сетях — это процесс установления соединения между абонентами мобильной связи, включающий определение местоположения вызываемого абонента, выбор оптимального пути прохождения сигнала через элементы инфраструктуры сети и передачу управляющей информации. В отличие от маршрутизации в проводных сетях, где терминал привязан к конкретной точке подключения, в сотовых сетях абонент мобилен, что требует динамического отслеживания его позиции и обновления маршрутной информации.

¶Архитектура и участники процесса

Маршрутизация вызовов в сотовой сети невозможна без взаимодействия нескольких ключевых элементов:

• Базовая станция (BTS/eNodeB/gNodeB) — обеспечивает радиодоступ и связывает мобильное устройство с сетью.
• Центр коммутации мобильной связи (MSC) — в сетях 2G/3G выполняет функции коммутации каналов и управления вызовами.
• Реестр местоположения (HLR/HSS) — централизованная база данных, хранящая профиль абонента и данные о его текущем местоположении.
• Реестр посетителей (VLR) — временное хранилище данных об абонентах, находящихся в зоне обслуживания конкретного MSC.
• Шлюзы (GMSC, IMS-MGW, SBC) — обеспечивают сопряжение с другими сетями (ТфОП, другими операторами, интернетом).

¶Этапы маршрутизации

Процесс маршрутизации вызова можно разделить на два основных этапа: поиск абонента и установление соединения.

¶1. Поиск абонента (роуминг-запрос)

Когда вызывающий абонент набирает номер, вызов поступает на GMSC (шлюзовой центр коммутации) сети вызываемого абонента. Поскольку абонент может находиться в любой точке, GMSC отправляет запрос в HLR (Home Location Register). HLR, зная, в каком VLR (Visitor Location Register) в данный момент зарегистрирован абонент, возвращает так называемый роуминг-номер (MSRN — Mobile Subscriber Roaming Number). Этот номер временно присваивается абоненту в гостевой сети и используется исключительно для маршрутизации вызова к нужному MSC.

¶2. Установление соединения

Получив MSRN, GMSC устанавливает соединение с MSC гостевой сети. Далее MSC через VLR определяет точное местоположение абонента в пределах своей зоны (номер соты) и передает команду на базовую станцию о вызове. Параллельно запускается процедура пейджинга — поиск мобильного устройства в заданной группе сот.

¶Особенности в сетях разных поколений

¶2G/3G (коммутация каналов)

В сетях этих поколений маршрутизация осуществляется с помощью сигнального протокола ISUP и базируется на коммутации каналов. Для каждого вызова выделяется выделенный канал на время разговора. HLR/VLR-архитектура является классической и хорошо изученной.

¶4G (VoLTE)

В сетях LTE изначально не было предусмотрено коммутации каналов. Голосовая связь реализуется через технологию VoLTE (Voice over LTE), которая использует архитектуру IMS (IP Multimedia Subsystem). Маршрутизация в этом случае осуществляется на уровне IP-пакетов, а для управления вызовами применяются протоколы SIP (Session Initiation Protocol). HLR заменяется на HSS (Home Subscriber Server), который выполняет аналогичные функции, но в контексте IP-мультимедийных услуг.

¶5G (VoNR)

В сетях пятого поколения используется технология VoNR (Voice over New Radio). Архитектура маршрутизации становится еще более гибкой и программно-определяемой (SDN). Управление вызовами полностью отделено от передачи данных, что позволяет оптимизировать маршруты в реальном времени и внедрять сетевые слайсы (slice) — виртуальные сегменты сети с различными характеристиками.

¶Дополнительные аспекты

¶Хэндовер (эстафетная передача)

В процессе разговора абонент может перемещаться между сотами. В этом случае сеть выполняет хэндовер — передачу активного соединения от одной базовой станции к другой без разрыва связи. Маршрутизация при этом корректируется динамически. Хэндовер может быть «мягким» (в сетях 3G, когда устройство одновременно связывается с несколькими станциями) или «жестким» (в 2G и 4G, когда происходит переключение с одной станции на другую).

¶Маршрутизация в роуминге

При нахождении абонента в сети другого оператора (национальный или международный роуминг) маршрутизация усложняется. Вызов может направляться через домашнюю сеть (home routing) или через сеть, в которой находится абонент (local breakout). Выбор способа зависит от договоренностей между операторами и тарифных планов.

¶Экстренные вызовы

Для экстренных служб (112, 101, 102, 103) маршрутизация имеет приоритетный характер. Вызов направляется в ближайший центр обработки экстренных вызовов независимо от оператора и наличия SIM-карты. Сеть передает диспетчеру данные о местоположении абонента, полученные на основе информации о базовой станции и, при наличии, данных GPS.

¶Заключение

Маршрутизация вызовов в сотовых сетях представляет собой сложный многоуровневый процесс, объединяющий радиотехническую часть, базы данных и сигнальные протоколы. С переходом к сетям 5G и развитием технологий виртуализации этот процесс становится все более гибким и программно-управляемым, однако базовые принципы поиска абонента и установления соединения, заложенные в архитектуре HLR/VLR, остаются неизменными.

¶Источники

• Сети мобильной связи. Технологии и архитектура / под ред. В. Ю. Бабкова.
• 3GPP TS 23.002 — Network Architecture.
• Телекоммуникационные системы и сети: учебник для вузов / В. П. Шувалов и др.