GSM - Architettura

Una rete GSM comprende molte unità funzionali. Queste funzioni e interfacce sono spiegate in questo capitolo. La rete GSM può essere ampiamente suddivisa in:

  • La Mobile Station (MS)

  • Il sottosistema della stazione base (BSS)

  • Il sottosistema di commutazione di rete (NSS)

  • Sottosistema di supporto operativo (OSS)

GSM - La stazione mobile

L'MS è costituito dall'attrezzatura fisica, come il ricetrasmettitore radio, il display, i processori di segnale digitale e la scheda SIM. Fornisce l'interfaccia aerea all'utente nelle reti GSM. In quanto tali, vengono forniti anche altri servizi, che includono:

  • Teleservizi vocali

  • Servizi al portatore di dati

  • I servizi supplementari delle caratteristiche

La MS fornisce anche il ricevitore per i messaggi SMS, consentendo all'utente di alternare tra l'uso della voce e dei dati. Inoltre, il cellulare facilita l'accesso ai sistemi di messaggistica vocale. Lo Stato membro fornisce anche l'accesso ai vari servizi dati disponibili in una rete GSM. Questi servizi dati includono:

  • Commutazione di pacchetti X.25 tramite una connessione dial-up sincrona o asincrona al PAD a velocità tipicamente di 9,6 Kbps.

  • General Packet Radio Services (GPRS) che utilizzano un metodo di trasferimento dati basato su X.25 o IP alla velocità fino a 115 Kbps.

  • Dati a commutazione di circuito ad alta velocità a velocità fino a 64 Kbps.

Discuteremo di più sui servizi GMS in GSM - User Services.

Cos'è la SIM?

La SIM fornisce mobilità personale in modo che l'utente possa avere accesso a tutti i servizi sottoscritti indipendentemente sia dall'ubicazione del terminale che dall'uso di un terminale specifico. È necessario inserire la scheda SIM in un altro telefono cellulare GSM per ricevere chiamate su quel telefono, effettuare chiamate da quel telefono o ricevere altri servizi sottoscritti.

GSM - Il sottosistema della stazione base (BSS)

Il BSS è composto da due parti:

  • La Base Transceiver Station (BTS)

  • Il controller della stazione base (BSC)

Il BTS e il BSC comunicano attraverso l'interfaccia Abis specificata, consentendo operazioni tra componenti realizzati da diversi fornitori. I componenti radio di un BSS possono essere costituiti da quattro a sette o nove celle. Un BSS può avere una o più stazioni base. Il BSS utilizza l'interfaccia Abis tra BTS e BSC. Una linea ad alta velocità separata (T1 o E1) viene quindi collegata dal BSS al Mobile MSC.

La Base Transceiver Station (BTS)

Il BTS ospita i ricetrasmettitori radio che definiscono una cella e gestisce i protocolli di collegamento radio con l'MS. In una vasta area urbana può essere impiegato un gran numero di BTS.

Il BTS corrisponde ai ricetrasmettitori e alle antenne utilizzate in ogni cella della rete. Un BTS viene solitamente posizionato al centro di una cella. La sua potenza di trasmissione definisce la dimensione di una cella. Ogni BTS ha da 1 a 16 ricetrasmettitori, a seconda della densità di utenti nella cella. Ogni BTS funge da singola cella. Include anche le seguenti funzioni:

  • Codifica, crittografia, multiplexing, modulazione e alimentazione dei segnali RF all'antenna

  • Transcodifica e adattamento della velocità

  • Sincronizzazione dell'ora e della frequenza

  • Voce tramite servizi a tariffa intera o ridotta

  • Decodifica, decrittografia e equalizzazione dei segnali ricevuti

  • Rilevamento dell'accesso casuale

  • La tempistica avanza

  • Misurazioni del canale di uplink

Il controller della stazione base (BSC)

Il BSC gestisce le risorse radio per uno o più BTS. Gestisce la configurazione del canale radio, il salto di frequenza e il passaggio di consegne. Il BSC è la connessione tra il cellulare e l'MSC. Il BSC traduce anche il canale vocale a 13 Kbps utilizzato sul collegamento radio nel canale standard da 64 Kbps utilizzato dalla rete telefonica pubblica (PSDN) o ISDN.

Assegna e rilascia frequenze e fasce orarie per MS. Il BSC gestisce anche la consegna tra celle. Controlla la trasmissione di potenza di BSS e MS nella sua area. La funzione del BSC è quella di allocare le fasce orarie necessarie tra BTS e MSC. È un dispositivo di commutazione che gestisce le risorse radio.

Le funzioni aggiuntive includono -

  • Controllo del salto di frequenza

  • Esecuzione della concentrazione del traffico per ridurre il numero di linee dall'MSC

  • Fornire un'interfaccia al centro operativo e di manutenzione per BSS

  • Riallocazione delle frequenze tra i BTS

  • Sincronizzazione dell'ora e della frequenza

  • Gestione energetica

  • Misure di ritardo temporale dei segnali ricevuti dal MS

GSM - Il sottosistema di commutazione di rete (NSS)

Il Network Switching System (NSS), la cui parte principale è il Mobile Switching Center (MSC), esegue la commutazione delle chiamate tra il cellulare e altri utenti di rete fissa o mobile, nonché la gestione di servizi mobili come l'autenticazione.

Il sistema di commutazione comprende i seguenti elementi funzionali:

Registro posizione casa (HLR)

L'HLR è un database utilizzato per l'archiviazione e la gestione degli abbonamenti. L'HLR è considerato il database più importante, poiché memorizza dati permanenti sugli abbonati, inclusi il profilo di servizio di un abbonato, le informazioni sulla posizione e lo stato dell'attività. Quando un individuo acquista un abbonamento sotto forma di SIM, tutte le informazioni su questo abbonamento vengono registrate nell'HLR di quell'operatore.

Mobile Services Switching Center (MSC)

Il componente centrale del sottosistema di rete è l'MSC. L'MSC esegue la commutazione delle chiamate tra il cellulare e altri utenti di rete fissa o mobile, nonché la gestione di servizi mobili come registrazione, autenticazione, aggiornamento della posizione, passaggi di consegne e instradamento delle chiamate a un abbonato in roaming. Svolge anche funzioni come l'emissione di biglietti per pedaggi, l'interfacciamento di rete, la segnalazione del canale comune e altre. Ogni MSC è identificato da un ID univoco.

Registro della posizione dei visitatori (VLR)

Il VLR è un database che contiene informazioni temporanee sugli abbonati necessarie all'MSC per servire gli abbonati in visita. Il VLR è sempre integrato con MSC. Quando una stazione mobile si aggira in una nuova area MSC, il VLR connesso a tale MSC richiederà dati sulla stazione mobile dall'HLR. Successivamente, se la stazione mobile effettua una chiamata, il VLR avrà le informazioni necessarie per l'impostazione della chiamata senza dover interrogare l'HLR ogni volta.

Centro di autenticazione (AUC)

Il Centro di autenticazione è un database protetto che archivia una copia della chiave segreta memorizzata nella scheda SIM di ciascun abbonato, che viene utilizzata per l'autenticazione e la cifratura del canale radio. L'AUC protegge gli operatori di rete da diversi tipi di frode riscontrati nel mondo cellulare di oggi.

Registro di identità delle apparecchiature (EIR)

Il Equipment Identity Register (EIR) è un database che contiene un elenco di tutte le apparecchiature mobili valide sulla rete, dove la sua International Mobile Equipment Identity (IMEI) identifica ogni SM. Un IMEI è contrassegnato come non valido se è stato segnalato come rubato o non è omologato.

GSM - Sottosistema di supporto operativo (OSS)

Il centro operativo e di manutenzione (OMC) è collegato a tutte le apparecchiature del sistema di commutazione e al BSC. L'implementazione di OMC è chiamata sistema operativo e di supporto (OSS).

Ecco alcune delle funzioni OMC -

  • Amministrazione e operazioni commerciali (abbonamento, terminali, addebiti e statistiche).

  • Gestione della sicurezza.

  • Configurazione di rete, funzionamento e gestione delle prestazioni.

  • Attività di manutenzione.

Le funzioni di funzionamento e manutenzione si basano sui concetti di Telecommunication Management Network (TMN), standardizzato nella serie ITU-T M.30.

Di seguito la figura, che mostra come il sistema OMC copre tutti gli elementi GSM.

L'OSS è l'entità funzionale da cui l'operatore di rete monitora e controlla il sistema. Lo scopo di OSS è offrire al cliente un supporto economico per le attività operative e di manutenzione centralizzate, regionali e locali necessarie per una rete GSM. Una funzione importante di OSS è fornire una panoramica della rete e supportare le attività di manutenzione di diverse organizzazioni operative e di manutenzione.

Di seguito viene fornita una semplice vista pittorica dell'architettura GSM:

I componenti aggiuntivi dell'architettura GSM comprendono database e funzioni di sistemi di messaggistica:

  • Registro posizione casa (HLR)

  • Registro della posizione dei visitatori (VLR)

  • Registro di identità delle apparecchiature (EIR)

  • Centro di autenticazione (AuC)

  • Centro di servizio SMS (SMS SC)

  • Gateway MSC (GMSC)

  • Chargeback Center (CBC)

  • Transcoder e unità di adattamento (TRAU)

Il diagramma seguente mostra la rete GSM insieme agli elementi aggiunti:

L'MS e il BSS comunicano attraverso l'interfaccia Um. È anche noto come interfaccia aerea o collegamento radio . Il BSS comunica con il centro NSS (Network Service Switching) attraverso l' interfaccia A.

Aree della rete GSM

In una rete GSM, sono definite le seguenti aree:

  • Cell- Cell è l'area di servizio di base; un BTS copre una cella. A ogni cella viene assegnata una Cell Global Identity (CGI), un numero che identifica in modo univoco la cella.

  • Location Area- Un gruppo di celle forma una Location Area (LA). Questa è l'area che viene cercata quando un abbonato riceve una chiamata in arrivo. Ad ogni LA viene assegnata una Location Area Identity (LAI). Ogni LA è servita da uno o più BSC.

  • MSC/VLR Service Area - L'area coperta da un MSC è denominata area di servizio MSC / VLR.

  • PLMN- L'area coperta da un operatore di rete si chiama Public Land Mobile Network (PLMN). Un PLMN può contenere uno o più MSC.