Architektúra siete GSM
GSM tutoriál obsahuje:
- GSM tutoriál/ úvod
- Sieťová architektúra
- Rozhrania
- Radio access network
- Frames
- Frekvenčné pásma a alokácie
- Energetická trieda, kontrola a zosilňovače
- Fyzikálne a logické kanály
- Codecs/ vocoders
- Handover/ handoff
Technické špecifikácie GSM definujú rôzne prvky v architektúre siete GSM.
Definuje rôzne prvky a spôsoby interakcie, ktoré umožňujú zachovať celkovú prevádzku systému.
Architektúra siete GSM je teraz dobre zavedená a s ďalšími neskoršími bunkovými systémami, ktoré sa už zaviedli, a s inými novými systémami, bola základná architektúra siete GSM aktualizovaná na rozhranie so sieťovými prvkami požadovanými týmito systémami.
Napriek vývoju novších systémov bola zachovaná základná architektúra systému GSM a nižšie popísané sieťové prvky plnia rovnaké funkcie ako pri pôvodnom GSM systéme na začiatku 90. rokov.
Architektúra siete GSM definovaná v špecifikáciách GSM môže byť zoskupená do štyroch hlavných oblastí:
- Mobilná stanica (MS-Mobile station)
- Podsystém základňovej stanice (BSS- Base-Station Subsystem)
- Podsystém siete a prepínania (NSS- Network and Switching Subsystem)
- Subsystém prevádzky a podpory (OSS- Operation and Support Subsystem)
Rôzne prvky siete GSM fungujú spoločne a používateľ si nie je vedomý rôznych subjektov v systéme.
Základný diagram celkovej architektúry systému GSM s týmito štyrmi hlavnými prvkami je uvedený nižšie:
Zjednodušená schéma architektúry siete GSM
Mobilná stanica
Mobilné stanice (MS- Mobile stations), mobilné zariadenia (ME- mobile equipment) alebo najznámejšie mobily alebo mobilné telefóny, sú časťou celulárnej siete GSM, ktorú používateľ vidí a prevádzkuje.
V posledných rokoch ich veľkosť výrazne klesla, zatiaľ čo úroveň funkčnosti sa výrazne zvýšila.
Ďalšou výhodou je, že čas medzi nabíjaním sa výrazne zvýšil.
Existuje niekoľko prvkov na mobilných telefónoch, hoci dva prvky sú hlavné- základný hardvér a SIM.
Samotný hardvér obsahuje hlavné prvky mobilného telefónu vrátane displeja, puzdra, batérie a elektroniky, ktorá sa používa na generovanie signálu a úpravu prijímača dát a jeho prenos.
Obsahuje tiež číslo známe ako Medzinárodná identita mobilného zariadenia (IMEI).
Toto je nainštalované v telefóne pri výrobe a “nedá sa zmeniť”.
Je sprístupnené pri registrácii, aby sa skontrolovalo, či zariadenie nebolo nahlásené ako ukradnuté.
Modul SIM (Subscriber Identity Module)- účastnícky identifikačný modul obsahuje informácie o totožnosti používateľa v sieti.
Obsahuje množstvo informácií vrátane čísla známeho ako medzinárodná identita mobilného účastníka (IMSI– International Mobile Subscriber Identity).
Podsystém základňovej stanice (BSS- Base Station Subsystem)
Podsystém základnej stanice (BSS) architektúry siete GSM, ktorá je v podstate spojená s komunikáciou s mobilnými sieťami v sieti.
Skladá sa z dvoch prvkov:
- Základná stanica vysielača s prijímačom (BTS- Base Transceiver Station): BTS používané v sieti GSM obsahuje prijímače rádiového vysielača a ich pridružené antény, ktoré prenášajú a prijímajú, aby priamo komunikovali s mobilnými telefónmi.
BTS je prvok definujúci každú bunku.
BTS komunikuje s mobilnými telefónmi a rozhranie medzi nimi je známe ako Um rozhranie s priradenými protokolmi. - Riadiaca jednotka základňovej stanice (BSC- Base Station Controller): BSC tvorí ďalšiu časť obvodu späť do GSM siete.
Kontroluje skupinu BTS a často sa nachádza v jednej skupine BTS.
Spravuje rozhlasové prostriedky a riadi položky ako odovzdanie v rámci skupiny BTS, alokuje kanály a podobne.
Komunikuje s BTS nad tým, čo sa nazýva rozhranie Abis.{googleads left}
Subsystém prepínania siete (NSS- Network Switching Subsystem)
Architektúra systému GSM obsahuje rôzne prvky a často sa nazýva jadrová sieť.
Poskytuje hlavnú kontrolu a prepojenie pre celú mobilnú sieť.
Medzi hlavné prvky v rámci hlavnej siete patria:
- Spínacie centrum mobilných služieb (MSC- Mobile Services Switching Center): Hlavným prvkom v oblasti hlavnej siete celej architektúry siete GSM je Centrum pre prepájanie mobilných služieb (MSC).
MSC funguje ako normálny spínací uzol v rámci siete PSTN alebo ISDN, ale poskytuje aj ďalšie funkcie, ktoré umožňujú podporovať požiadavky mobilného používateľa.
Patria sem registrácia, autentifikácia, umiestnenie hovoru, odovzdávanie medzi MSC a smerovanie hovorov mobilnému účastníkovi.
Poskytuje tiež rozhranie PSTN, takže hovory môžu byť smerované z mobilnej siete do telefónu pripojeného k pevnej sieti.
Rozhrania s inými MSC sú poskytované, aby umožnili telefonovanie v mobilných telefónoch v rôznych sieťach. - Domovský register (HLR- Home Location Register): Táto databáza obsahuje všetky administratívne informácie o každom účastníkovi spolu s ich posledným známym miestom.
Týmto spôsobom je GSM sieť schopná smerovať hovory na príslušnú základňovú stanicu pre MS.
Keď používateľ zapne telefón, telefón sa zaregistruje v sieti a z toho je možné určiť, s ktorým komunikuje BTS, aby prichádzajúce hovory mohli byť správne smerované.
Dokonca aj vtedy, keď je telefón neaktívny (ale zapnutý), sa pravidelne registruje, aby si overil, či sieť (HLR) vie o svojej poslednej pozícii.
Pre každú sieť existuje jedna HLR, hoci môže byť z prevádzkových dôvodov rozdelená na rôzne podcentrá.
- Registrácia polohy návštevníka (VLR- Visitor Location Register): Obsahuje vybrané informácie z HLR, ktoré umožňujú poskytnúť vybrané služby pre jednotlivých účastníkov.
VLR môže byť implementovaný ako samostatný subjekt, ale je bežne realizovaný ako integrálna súčasť MSC, nie ako samostatná entita.
Týmto spôsobom je prístup rýchlejší a pohodlnejší.
- Register totožnosti zariadenia (EIR- Equipment Identity Register): EIR je subjekt, ktorý rozhoduje o tom, či sa dané mobilné zariadenie môže povoliť do siete.
Každé mobilné zariadenie má číslo známe ako Medzinárodná identita mobilného zariadenia.
Toto číslo, ako je uvedené vyššie, je inštalované v zariadení a je kontrolované sieťou počas registrácie.
V závislosti od informácií, ktoré sa nachádzajú v EIR, môže byť mobilnému zariadeniu pridelený jeden z troch stavov – povolený na sieť, zakázaný prístup alebo monitorovaný v prípade jeho problémov.
- Autentifikačné centrum (AuC- Authentication Centre ): AuC je chránená databáza, ktorá obsahuje tajný kľúč obsiahnutý aj v SIM karte používateľa.
Používa sa na autentifikáciu a šifrovanie na rádiovom kanáli.
- Brániace mobilné prepínacie centrum (GMSC- Gateway Mobile Switching Centre): GMSC je bod, ku ktorému je spočiatku spustený hovor ME, bez vedomia o polohe MS.
GMSC je teda zodpovedný za získanie MSRN (Mobile Roaming Number) od HLR na základe MSISDN (ISDN číslo mobilnej stanice, “telefónne číslo” členského štátu) a smerovanie hovoru do správne navštíveného MSC.
Časť “MSC” termínu GMSC je zavádzajúca, pretože prevádzka brány nevyžaduje žiadne spojenie s MSC.
- SMS brána (SMS-G- SMS Gateway): SMS-G alebo SMS brána je termín, ktorý sa používa na spoločné opisovanie dvoch Short Message Services Gateways (brán služieb pre krátke správy) definovaných v normách GSM.
Obe brány spracovávajú správy smerované v rôznych smeroch.
Služba SMS-GMSC (Short Message Service Gateway Mobile Switching Centre- Centrum pre prepájanie mobilných brán pre krátke správy) slúži na odosielanie krátkych správ na ME.
Služba SMS-IWMSC (Short Message Service Inter-Working Mobile Switching Centre- Centrum pre prepínanie medzi mobilnými telefónmi pre krátke správy) sa používa pri krátkych správach z mobilným telefónom v tejto sieti. Úloha SMS-GMSC je podobná ako v GMSC, zatiaľ čo SMS-IWMSC poskytuje pevný prístupový bod do Short Message Service Centre (centrum služieb krátkych správ).
Subsystém prevádzky a podpory (OSS- Operation and Support Subsystem)
OSS alebo subsystém prevádzky a podpory je súčasťou celkovej architektúry siete GSM, ktorá je pripojená k súčastiam NSS a BSC.
Používa sa na riadenie a monitorovanie celkovej siete GSM a používa sa aj na kontrolu zaťaženia prenosu BSS.
Treba poznamenať, že s tým, ako rastie počet BS s mierou počtu účastníkov, niektoré úlohy údržby sa prenášajú na BTS, čo umožňuje ušetriť náklady na vlastníctvo systému.
