Concetti cellulari - Architettura GSM

La rete GSM è suddivisa in quattro sistemi principali:

  • Sistema di commutazione (SS)

  • Sistema stazione base (BSS)

  • Stazione mobile (MS)

  • Centro di funzionamento e manutenzione (OMC)

Il sistema di commutazione, chiamato anche Network and Switching System (NSS), è responsabile dell'esecuzione dell'elaborazione delle chiamate e delle funzioni relative all'abbonato. Il sistema di commutazione comprende le seguenti unità funzionali:

  • Centro di commutazione mobile

  • Registro posizione casa

  • Registro della posizione dei visitatori

  • Registro di identità dell'attrezzatura

  • Centro di autenticazione

Centro di commutazione mobile

Mobile Switching Center (MSC) svolge tutte le funzioni di commutazione per tutte le stazioni mobili, situate nell'area geografica controllata dai suoi BSS assegnati. Inoltre, si interfaccia con PSTN, con altri MSC e altre entità di sistema.

Funzioni di MSC

  • Gestione delle chiamate che fa fronte alla natura mobile degli abbonati considerando la registrazione della posizione, l'autenticazione degli abbonati e delle apparecchiature, il servizio di consegna e prepagato.

  • Gestione del canale di collegamento radio logico richiesto durante le chiamate.

  • Gestione del protocollo di segnalazione MSC-BSS.

  • Gestire la registrazione della posizione e garantire l'interazione tra la stazione mobile e il VLR.

  • Controlla le consegne inter-BSS e inter-MSC.

  • Agendo come un gateway MSC per interrogare HLR. L'MSC che è connesso alla rete PSTN / ISDN è chiamato GMSC. Questo è l'unico MSC nella rete connesso all'HLR.

  • Funzioni standard di un interruttore come la ricarica.

Registro posizione casa (HLR)

Il registro della posizione di casa contiene:

  • L'identità dell'abbonato di telefonia mobile chiamata International Mobile Sub Identity (IMSI).

  • Numero di elenco ISDN della stazione mobile.

  • Informazioni sull'abbonamento ai servizi.

  • Restrizioni del servizio.

  • Informazioni sulla posizione per l'instradamento delle chiamate.

Si consiglia un HLR per rete GSM e potrebbe essere un database distribuito. I dati permanenti in HLR vengono modificati dall'interfaccia uomo-macchina. I dati temporanei come le informazioni sulla posizione cambiano dinamicamente in HLR.

Registro della posizione dei visitatori (VLR)

Il VLR è sempre integrato con MSC. Quando una stazione mobile si aggira in una nuova area MSC, il VLR connesso a quel MSC richiederebbe dati sulla stazione mobile dall'HLR. Successivamente, se la stazione mobile effettua una chiamata, il VLR dispone delle informazioni necessarie per l'impostazione della chiamata senza dover interrogare ogni volta l'HLR. VLR contiene informazioni come le seguenti:

  • Identità del sottomarino mobile,

  • Qualsiasi identità secondaria mobile temporanea,

  • Numero di elenco ISDN del cellulare,

  • Un numero di elenco per instradare la chiamata alla stazione di roaming,

  • Parte dei dati di HLR per i cellulari che si trovano attualmente nell'area di servizio MSC.

Registro di identità dell'attrezzatura

Il registro di identità delle apparecchiature consiste nell'identità dell'apparecchiatura della stazione mobile denominata IMEI (International Mobile Equipment Identity), che può essere valida, sospetta e vietata. Quando una stazione mobile accede al sistema, la procedura di convalida dell'apparecchiatura viene evocata prima di fornire i servizi.

Le informazioni sono disponibili sotto forma di tre elenchi.

  • White List: il terminale può connettersi alla rete.

  • Gray List - Il terminale è sotto osservazione dalla rete per eventuali problemi.

  • Lista nera - I terminali segnalati come rubati non sono omologati. Non sono autorizzati a connettersi alla rete. EIR informa il VLR sulla lista, il particolare IMEI è in.

Centro di autenticazione

È associato a un HLR. Memorizza una chiave di identità chiamata chiave di autenticazione (Ki) per ogni abbonato Mobile. Questa chiave viene utilizzata per generare le terzine di autenticazione.

  • RAND (numero casuale),

  • SRES (risposta firmata) -Per autenticare IMSI,

  • Kc (Cipher Key) - Per cifrare la comunicazione sul percorso radio tra l'MS e la rete.

Centro di funzionamento e manutenzione (OMC)

È l'entità funzionale attraverso la quale l'operatore di rete può monitorare e controllare il sistema eseguendo le seguenti funzioni:

  • Installazione software

  • Gestione del traffico

  • Analisi dei dati sulle prestazioni

  • Tracciabilità degli abbonati e delle apparecchiature

  • Gestione della configurazione

  • Amministrazione degli abbonati

  • Gestione delle apparecchiature mobili

  • Gestione addebiti e fatturazione

Sistema stazione base (BSS)

BSS collega la MS e la NSS. È composto da:

  • Base Transceiver Station (BTS), chiamata anche stazione base.

  • Controller stazione base (BSC).

BTS e BSC comunicano attraverso l'interfaccia Abis standardizzata. BTS è controllato da BSC e un BSC può avere molti BTS sotto il suo controllo.

Stazione ricetrasmittente base (BTS)

BTS ospita i ricetrasmettitori radio e gestisce i protocolli di collegamento radio con la Mobile Station. Ciascun BTS comprende dispositivi di trasmissione e ricezione radio, tra cui antenna, processori di segnale, ecc. Ciascun BTS può supportare da 1 a 16 portanti RF. I parametri che differenziano i BTS sono il livello di potenza, l'altezza dell'antenna, il tipo di antenna e il numero di portanti.

Funzioni di BTS

  • È responsabile della sincronizzazione dell'ora e della frequenza.

  • Devono essere eseguiti il ​​processo di codifica dei canali, crittografia, multiplexing e modulazione per la trasdirezione e inversione per la ricezione.

  • Deve predisporre la trasmissione in anticipo dai cellulari a seconda della loro distanza dal BTS (Timing Advance).

  • Deve rilevare le richieste di accesso casuale da cellulari, misurare e monitorare i canali radio per il controllo dell'alimentazione e la consegna.

Controller della stazione base

BSC gestisce le risorse radio per uno o un gruppo di BTS. Gestisce la configurazione del canale radio, il salto di frequenza, il passaggio di consegne e il controllo dei livelli di potenza RF. BSC fornisce i segnali di riferimento per la sincronizzazione dell'ora e della frequenza trasmessi dai suoi BTS. Stabilisce la connessione tra la stazione mobile e l'MSC. BSC è collegato tramite interfacce a MSC, BTS e OMC.

Mobile Station

Si riferisce all'apparecchiatura terminale utilizzata dagli abbonati wireless. Si compone di:

  • SIM -Modulo di identità dell'abbonato

  • Attrezzatura mobile

La SIM è rimovibile e con apposita SIM è possibile accedere alla rete utilizzando varie apparecchiature mobili.

L'identità dell'apparecchiatura non è collegata all'abbonato. L'apparecchiatura è convalidata separatamente con IMEI ed EIR. La SIM contiene un chip a circuito integrato con un microprocessore, memoria ad accesso casuale (RAM) e memoria di sola lettura (ROM). La SIM dovrebbe essere valida e dovrebbe autenticare la validità di MS durante l'accesso alla rete.

La SIM memorizza anche le informazioni relative all'abbonato come IMSI, identità della posizione della cella ecc.

Funzioni di Mobile Station

  • Trasmissione e ricezione radio

  • Gestione dei canali radio

  • Codifica / decodifica vocale

  • Protezione da errori di collegamento radio

  • Controllo del flusso di dati

  • Velocità di adattamento dei dati utente al collegamento radio

  • Gestione della mobilità

Misurazioni delle prestazioni fino a un massimo di sei BTS circostanti e reporting al BSS, MS può memorizzare e visualizzare brevi messaggi alfanumerici ricevuti sul display a cristalli liquidi (LCD) utilizzato per mostrare la composizione delle chiamate e le informazioni sullo stato.

Esistono cinque diverse categorie di unità di telefonia mobile specificate dal sistema GSM europeo: 20 W, 8 W, 5 W, 2 W e 0,8 W. Questi corrispondono a livelli di potenza di 43 dBm, 39 dBm, 37 dBm, 33 dBm e 29 dBm. Le unità da 20 W e 8 W (potenza di picco) possono essere montate su veicoli o su stazioni portatili. La potenza MS è regolabile in passi di 2 dB dal suo valore nominale fino a 20 mW (13 dBm). Questo viene fatto automaticamente sotto controllo remoto dal BTS.

Transcodificatori

I transcodificatori sono entità di rete inserite per interfacciare il lato MSC con il lato Mobile. La velocità di codifica vocale sul lato PSTN è di 64 Kbps e in GSM over the air la voce è codificata come 13 Kbps. Per ridurre la velocità dei dati sull'interfaccia aerea e per ridurre il carico del collegamento terrestre (4: 1), i transcodificatori vengono introdotti in un luogo appropriato, principalmente con MSC.

Il transcoder è il dispositivo che accetta i multiplex di dati a 13 Kbps o 3,6 / 6/12-Kbps e quattro di essi per la conversione in dati standard a 64 Kbps. Innanzitutto, i 13 Kbps oi dati a 3,6 / 6/12 Kbps vengono portati al livello di 16 Kbps inserendo dati di sincronizzazione aggiuntivi per compensare la differenza tra un parlato a 13 Kbps o dati a velocità inferiore e quindi quattro di loro sono combinato nel transponder per fornire un canale a 64 Kbps all'interno del BSS. Quattro canali di traffico possono quindi essere multiplexati in un circuito da 64 Kpbs. Pertanto, la velocità dei dati in uscita di TRAU è di 64 Kbps.

Quindi, fino a 30 di tali canali da 64 Kpbs vengono multiplexati su un 2.048 Mbps se un canale CEPT1 è fornito sull'interfaccia A-bis. Questo canale può trasportare fino a 120 (16x 120) segnali di traffico e di controllo. Poiché la velocità di trasmissione dati alla rete PSTN è normalmente di 2 Mbps, che è il risultato della combinazione di canali da 30 per 64 Kbps o da 120 Kbps per 16 Kpbs.

Altri elementi di rete

Altri elementi di rete includono componenti come Centro servizi SMS, Casella vocale e Flusso SMS.

Centro servizi SMS

Si interfaccia con MSC con funzionalità di interworking per fornire Short Message Service (SMS) agli abbonati mobili. Gli SMS possono essere destinati al fax, al PC su Internet o ad un altro MS. La posizione del destinatario MS viene interrogata da MSC e consegnata.

Casella di posta vocale

Quando l'abbonato mobile non è in grado di rispondere alle chiamate in arrivo a causa di area occupata / fuori servizio, la chiamata viene deviata a una casella di posta che è già stata attivata dall'abbonato. Per questo, è stata stabilita una connettività separata da MSC. L'abbonato verrà avvisato tramite SMS in un secondo momento e potrà recuperare il messaggio.

Flusso SMS

  • Quando un utente invia un SMS, la richiesta viene effettuata tramite MSC.

  • L'MSC inoltra l'SMS all'SMSC dove viene memorizzato.

  • L'SMSC interroga l'HLR per scoprire dove si trova il cellulare di destinazione e inoltra il messaggio all'MSC di destinazione se il cellulare di destinazione è disponibile.

  • Se il cellulare non è disponibile, il messaggio viene memorizzato nell'SMSC corrente stesso. Nella maggior parte delle installazioni, se un cellulare non è disponibile per la consegna di SMS, l'SMSC non riprova. Invece, l'MSC di destinazione informa l'SMSC quando il cellulare torna nel raggio d'azione. La gestione degli SMS è un'operazione di archiviazione e inoltro a differenza di USSD.

  • L'SMS ha un periodo di validità per il quale aspetterà che il cellulare di destinazione sia disponibile. Trascorso questo tempo, l'SMSC cancellerà il messaggio. Il periodo di validità può essere impostato dall'utente. La validità normale è di 1 giorno.