Sieć GSM - teoria i pojęcią powiązane

GSM (Global System for Mobile Communications) – najpopularniejszy obecnie standard telefonii komórkowej. Sieci oparte na tym systemie oferują usługi związane z transmisją głosu, danych (dostęp do internetu ) i wiadomości w formie tekstowej (sms) lub multimedialnej (mms) .

GSM jest obecnie najpopularniejszym systemem telefonii komórkowej na świecie . Liczba abonentów oraz obszar, na którym dostępne są usługi, sprawiają, że operatorzy nadal rozwijają sieci zbudowane w tym standardzie, mimo pojawienia się nowszych rozwiązań. Infrastruktura sieciowa rozbudowywana jest tak, aby obsłużyć zwiększającą się liczbę połączeń oraz ilość przesyłanych danych.

Ewolucja w telekomunikacji jest procesem ciągłym, cały czas trwają prace badawcze i wdrożenia związane z nowymi standardami. Obecnie działa już wiele sieci 3G, niektórzy operatorzy przymierzają się do uruchomienia pierwszych usług na bazie systemów czwartej generacji. Może minąć dużo czasu, zanim sieci te pokryją obszar, na którym znajduje się większość potencjalnych klientów, a to oznacza, że GSM ciągle będzie używany dla zapewnienia ciągłości usług. Z drugiej strony widać już pierwsze oznaki wypierania tego standardu przez nowsze rozwiązania.

Podstawowym założeniem podczas projektowania standardu GSM była pełna mobilność abonenta, aby ją uzyskać specyfikacja uwzględnia:

  • dodatkowe elementy infrastruktury sieci odpowiedzialne za przechowywanie informacji o aktualnym położeniu abonenta, śledzenie jego zmian i utrzymywanie odpowiedniej jakości transmisji nawet podczas przemieszczania się użytkownika telefonu;
  • roaming, czyli możliwość korzystania z obcych sieci GSM;
  • połączenie telefonu z siecią dzięki systemowi stacji bazowych. Jako dostęp do kanału radiowego wybrano cyfrową transmisję za pomocą technologii FDMA i TDMA. Oznacza to, że transmisje odbywają się na wielu częstotliwościach, z których każda jest podzielona na 8 tzw. Szczelin czasowych. Jedna rozmowa może zajmować całą szczelinę lub jej połowę (kosztem pogorszenia się jakości dźwięku) – w konsekwencji na jednej częstotliwości może być obsługiwanych do 16 rozmów.

Standardy GSM

Istnieje pięć głównych standardów GSM, różniących się przede wszystkim używanym pasmem radiowym i rozmiarami komórek: GSM 400, GSM 850, GSM 900, GSM-1800 (nazywany także DCS), i GSM 1900 (nazywany także PCS). GSM 850 i GSM 1900 wykorzystywane są w większości państw Ameryki Północnej i Południowej. W pozostałej części świata, używany jest standard GSM 900/1800.

Używane częstotliwości:

Cecha/System GSM 400
GSM 850
GSM 900
GSM 1800
GSM 1900
Uplink (MHz)  450.4 - 457.6
lub
 478.8 – 486.0
 824 - 849   880 - 915   1710 - 1785   1850 - 1910 
Downlink (MHz)  460.4 - 467.6
lub
 488.8 - 496.0
  869 - 894  925 – 960   1805 – 1880   1930 - 1990 
 Liczba częstotliwości   35   124   174  374  299

 
Architektura sieci GSM:

 Sieć GSM - teoria i pojęcią powiązane

Klasyczna budowa sieci szkieletowej związanej z komutacją łączy opartej na centralach MSC. Obecnie wiele sieci GSM migruje do architektury warstwowej, w której funkcjonalność MSC rozdzielona jest pomiędzy dwa rodzaje elementów sieciowych: MSC Server i Media Gateway.

Opis elementów sieci:

1. Komórka (ang. cell) jest obszarem obsługiwanym przez stację bazową. Jej maksymalny rozmiar opisany jest w specyfikacji GSM (zobacz rozdział "Standardy GSM"). Faktyczny rozmiar i kształt zależy od warunków zewnętrznych (ukształtowanie terenu, wysokość masztu, warunki propagacji fal radiowych) oraz od konfiguracji parametrów stacji bazowej (np. moc nadawania sygnału).

Location Area (LA) - obszar składający się zwykle z kilkudziesięciu lub kilkuset komórek sieci GSM. Każda z nich podczas definicji otrzymuje ten sam parametr Location Area Indentity (LAI). Za pomocą tego parametru VLR przechowuje informacje o położeniu Abonenta.

2. System stacji bazowych:

Stacja Bazowa (BTS) jest elementem sieci (tzw. stacją przekaźnikową), który jest interfejsem pomiędzy telefonem komórkowym a siecią GSM. Dzięki systemowi anten transmituje i odbiera na kilku częstotliwościach (liczba zależąca od konfiguracji sprzętowej i oprogramowania) zakodowany cyfrowo sygnał . Częstotliwości używane przez stacje bazowe obsługujące sąsiadujące komórki różnią się, aby nie dochodziło do interferencji fal radiowych. Zwykle od kilkudziesięciu do kilkuset stacji bazowych jest podłączonych do jednego Kontrolera Stacji Bazowych.

Kontroler Stacji Bazowych (BSC) jest elementem sieci, odpowiedzialnym za zarządzanie stacjami bazowymi, oraz transmisję danych pomiędzy stacjami bazowymi a resztą sieci. Z poziomu BSC Operator zarządza radiową częścią sieci, zmieniając parametry poszczególnych stacji bazowych. BSC odpowiedzialne też jest za przydzielanie telefonowi komórkowemu wolnej szczeliny czasowej na odpowiedniej częstotliwości oraz za śledzenie jakości rozmowy. W razie jej pogorszenia, np. gdy abonent oddala się od obsługującej go stacji bazowej, zostanie przydzielona mu inna częstotliwość obsługiwana przez inną stację bazową, oraz odpowiednia szczelina czasowa. Mechanizm ten nazywa się handover. Kilka BSC jest podłączonych do jednego MSC.

3. Część komutacyjno - sieciowa:

Mobile Switching Centre (MSC) jest cyfrową centralą telefoniczną przystosowaną do pracy w sieci GSM. Jest odpowiedzialna za zestawianie połączeń i koordynacje współpracy pomiędzy elementami sieci. Liczba MSC w sieci zależy od ilości abonentów i generowanego przez nich obciążenia sieci.

Gateway Mobile Switching Centre (GMSC) jest to centrala MSC z dodatkową funkcjonalnością odpowiedzialną za kontaktowanie się z HLR. Każda rozmowa podczas zestawiania połączenia do abonenta danej sieci musi być przeroutowana do jednego z GMSC należącego do niej (nawet gdy abonent jest w tym czasie w roamingu w innej sieci) w celu zebrania informacji o użytkowniku, którego numer wybrano w celu rozpoczęcia rozmowy. Od operatora zależy, które (np. wybrane MSC lub wszystkie MSC w sieci) będą działać jako GMSC (co zazwyczaj jest kwestią dodatkowej konfiguracji). Niektóre GMSC mogą działać jako centrale tranzytowe do innych sieci.

Home Location Register (HLR - rejestr stacji własnych) jest bazą danych, która przechowuje informacje o abonentach, którzy należą do danej sieci. Między innymi numer IMSI, MSISDN, informacje o wykupionych usługach, informacje o MSC, które aktualnie obsługuje abonenta, informacje o jego statusie (np. telefon jest wyłączony, telefon jest włączony do sieci). Ilość HLR w sieci zależy od ilości abonentów, na przykład sieć jednego z dużych europejskich operatorów jest obsługiwana przez około 20 HLR.

Authentication Centre (AuC) to element sieciowy przechowujący dane abonentów danej sieci, na bazie których dokonuje uwierzytelnienia numeru IMSI i zezwala danemu abonentowi logującemu się do sieci na korzystanie z zasobów radiowych. Authentication Centre powiązane jest z HLR, ich liczba zależy od ilości użytkowników danej sieci.

Visitor Location Register (VLR - rejestr abonentów przyjezdnych) - baza danych związana z MSC. W sieci istnieją zawsze pary MSC-VLR. Baza ta przechowuje informacje o abonentach, którzy w danym momencie znajdują się na obszarze obsługiwanym przez to MSC. Część z tych informacji jest kopiowana z HLR w momencie, gdy abonent pojawia się w "zasięgu" danego MSC, inne, takie jak jego lokalizacja są zmieniane już później.

Flexible Number Register (FNR) - opcjonalny element sieci wykorzystywany w mechanizmie Number Portability, znanym jako "przenoszenie numeru pomiędzy operatorami". Jest to baza danych wszystkich abonentów w sieciach GSM w danym kraju. Przechowuje informacje o numerze abonenta, który dzięki temu można zachować zmieniając sieć; aktualnym operatorze, którego abonent jest klientem; numer, pod który należy przekierować rozmowę (poprzez GMSC) do tego operatora.

SMS Center (SMSC) - element sieci biorący udział w przesyłaniu SMS-ów pomiędzy abonentami i przechowujący te wiadomości, które nie mogą być w danej chwili dostarczone.  Np. abonent jest poza zasięgiem lub ma wyłączony telefon.

4. Service Control Point (SCP) - element sieci, na którym oparte są sieci inteligentne. Działające na nim serwisy związane są z usługami dodanymi, które mogą być wykupione przez abonenta, np. Virtual Private Network lub Prepaid. SCP komunikuje się z MSC dzięki protokołom SS7 i może wpływać na zestawianą rozmowę: wpływ na sposób naliczania opłat, przekierowanie do innego numeru, dołączenie do rozmowy dodatkowego abonenta itp. MSC może informować SCP o różnych zdarzeniach związanych z rozmową (np. abonent, do którego kierowana jest rozmowa, jest zajęty, nie podnosi słuchawki itp.) i na tej podstawie, podejmowane są dalsze decyzje co do tej rozmowy.

5. Service Data Point (SDP) - baza danych, która zawiera informacje o abonentach wykorzystywane przez programy działające na platformie Sieci Inteligentnych. Np. program Prepaid przechowuje tam informacje o ilości dostępnych impulsów.

--------------------------------
Źródło: http://pl.wikipedia.org