GSM - Architektur
Ein GSM-Netz besteht aus vielen Funktionseinheiten. Diese Funktionen und Schnittstellen werden in diesem Kapitel erläutert. Das GSM-Netz kann grob unterteilt werden in -
Die Mobilstation (MS)
Das Basisstations-Subsystem (BSS)
Das Network Switching Subsystem (NSS)
Das Operation Support Subsystem (OSS)
GSM - Die Mobilstation
Die MS besteht aus den physischen Geräten wie dem Funk-Transceiver, den Anzeige- und digitalen Signalprozessoren und der SIM-Karte. Es bietet dem Benutzer die Luftschnittstelle in GSM-Netzen. Als solche werden auch andere Dienstleistungen angeboten, darunter -
Voice-Teleservices
Datenträgerdienste
Die Zusatzleistungen der Funktionen
Die MS stellt auch den Empfänger für SMS-Nachrichten bereit, so dass der Benutzer zwischen Sprach- und Datennutzung wechseln kann. Darüber hinaus erleichtert das Mobiltelefon den Zugriff auf Sprachnachrichtensysteme. Die MS bietet auch Zugriff auf die verschiedenen Datendienste, die in einem GSM-Netz verfügbar sind. Diese Datendienste umfassen -
X.25-Paketvermittlung über eine synchrone oder asynchrone DFÜ-Verbindung zum PAD mit Geschwindigkeiten von typischerweise 9,6 Kbit / s.
Allgemeine Paketfunkdienste (General Packet Radio Services, GPRS), die entweder eine X.25- oder eine IP-basierte Datenübertragungsmethode mit einer Geschwindigkeit von bis zu 115 Kbit / s verwenden.
Hochgeschwindigkeitsschaltdaten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 64 Kbit / s.
Wir werden mehr über GMS-Dienste in diskutieren GSM - User Services.
Was ist SIM?
Die SIM-Karte bietet persönliche Mobilität, sodass der Benutzer unabhängig vom Standort des Terminals und der Verwendung eines bestimmten Terminals auf alle abonnierten Dienste zugreifen kann. Sie müssen die SIM-Karte in ein anderes GSM-Mobiltelefon einlegen, um Anrufe an diesem Telefon entgegenzunehmen, Anrufe von diesem Telefon aus zu tätigen oder andere abonnierte Dienste zu empfangen.
GSM - Das Basisstations-Subsystem (BSS)
Das BSS besteht aus zwei Teilen -
Die Basis-Transceiver-Station (BTS)
Der Basisstationscontroller (BSC)
Die BTS und die BSC kommunizieren über die angegebene Abis-Schnittstelle und ermöglichen den Betrieb zwischen Komponenten, die von verschiedenen Lieferanten hergestellt werden. Die Funkkomponenten eines BSS können aus vier bis sieben oder neun Zellen bestehen. Ein BSS kann eine oder mehrere Basisstationen haben. Das BSS verwendet die Abis-Schnittstelle zwischen der BTS und der BSC. Eine separate Hochgeschwindigkeitsleitung (T1 oder E1) wird dann vom BSS mit dem mobilen MSC verbunden.
Die Basis-Transceiver-Station (BTS)
Die BTS beherbergt die Funk-Transceiver, die eine Zelle definieren, und verwaltet die Funkverbindungsprotokolle mit der MS. In einem großen städtischen Gebiet kann eine große Anzahl von BTS eingesetzt werden.
Die BTS entspricht den in jeder Zelle des Netzwerks verwendeten Transceivern und Antennen. Eine BTS wird normalerweise in der Mitte einer Zelle platziert. Seine Sendeleistung definiert die Größe einer Zelle. Jede BTS verfügt je nach Benutzerdichte in der Zelle über 1 bis 16 Transceiver. Jede BTS dient als einzelne Zelle. Es enthält auch die folgenden Funktionen -
Codieren, Verschlüsseln, Multiplexen, Modulieren und Zuführen der HF-Signale zur Antenne
Transcodierung und Ratenanpassung
Zeit- und Frequenzsynchronisation
Sprache über Dienste mit voller oder halber Rate
Empfangene Signale entschlüsseln, entschlüsseln und entzerren
Direktzugriffserkennung
Timing-Fortschritte
Uplink-Kanalmessungen
Der Basisstationscontroller (BSC)
Die BSC verwaltet die Funkressourcen für eine oder mehrere BTS. Es übernimmt die Einrichtung von Funkkanälen, das Frequenzspringen und die Übergabe. Die BSC ist die Verbindung zwischen dem Mobiltelefon und der MSC. Die BSC übersetzt auch den über die Funkverbindung verwendeten 13-Kbit / s-Sprachkanal in den Standard-64-Kbit / s-Kanal, der vom Public Switched Telephone Network (PSDN) oder ISDN verwendet wird.
Es weist der MS Frequenzen und Zeitschlitze zu und gibt sie frei. Die BSC übernimmt auch die Übergabe zwischen Zellen. Es steuert die Energieübertragung von BSS und MS in seinem Bereich. Die Funktion der BSC besteht darin, die erforderlichen Zeitschlitze zwischen der BTS und der MSC zuzuweisen. Es ist ein Schaltgerät, das die Funkressourcen verwaltet.
Die zusätzlichen Funktionen umfassen−
Kontrolle des Frequenzsprungs
Durchführen einer Verkehrskonzentration, um die Anzahl der Leitungen von der MSC zu verringern
Bereitstellung einer Schnittstelle zum Operations and Maintenance Center für das BSS
Neuzuweisung von Frequenzen zwischen BTS
Zeit- und Frequenzsynchronisation
Energieverwaltung
Zeitverzögerungsmessungen von empfangenen Signalen von der MS
GSM - Das Network Switching Subsystem (NSS)
Das Network Switching System (NSS), dessen Hauptteil das Mobile Switching Center (MSC) ist, führt die Vermittlung von Anrufen zwischen dem Mobilfunknetz und anderen Festnetz- oder Mobilfunknetzbenutzern sowie die Verwaltung von Mobilfunkdiensten wie der Authentifizierung durch.
Das Vermittlungssystem enthält folgende Funktionselemente:
Heimatregister (HLR)
Das HLR ist eine Datenbank zur Speicherung und Verwaltung von Abonnements. Das HLR wird als die wichtigste Datenbank angesehen, da es permanente Daten über Abonnenten speichert, einschließlich des Dienstprofils eines Abonnenten, der Standortinformationen und des Aktivitätsstatus. Wenn eine Person ein Abonnement in Form einer SIM-Karte kauft, werden alle Informationen zu diesem Abonnement in der HLR dieses Betreibers registriert.
Mobile Services Switching Center (MSC)
Die zentrale Komponente des Netzwerksubsystems ist die MSC. Die MSC führt die Vermittlung von Anrufen zwischen dem Mobilfunknetz und anderen Festnetz- oder Mobilfunknetzbenutzern sowie die Verwaltung von Mobilfunkdiensten wie Registrierung, Authentifizierung, Standortaktualisierung, Übergaben und Anrufweiterleitung an einen Roaming-Teilnehmer durch. Es führt auch Funktionen wie Maut-Ticketing, Netzwerkschnittstellen, Common-Channel-Signalisierung und andere aus. Jede MSC wird durch eine eindeutige ID identifiziert.
Besucherregister (VLR)
Die VLR ist eine Datenbank, die temporäre Informationen über Teilnehmer enthält, die von der MSC benötigt werden, um besuchende Teilnehmer zu bedienen. Das VLR ist immer in das MSC integriert. Wenn eine Mobilstation in einen neuen MSC-Bereich wandert, fordert das mit dieser MSC verbundene VLR Daten über die Mobilstation vom HLR an. Wenn die Mobilstation später einen Anruf tätigt, verfügt die VLR über die Informationen, die für den Anrufaufbau erforderlich sind, ohne dass die HLR jedes Mal abgefragt werden muss.
Authentifizierungscenter (AUC)
Das Authentifizierungscenter ist eine geschützte Datenbank, in der eine Kopie des geheimen Schlüssels gespeichert ist, der auf der SIM-Karte jedes Teilnehmers gespeichert ist und zur Authentifizierung und Verschlüsselung des Funkkanals verwendet wird. Die AUC schützt Netzbetreiber vor verschiedenen Arten von Betrug in der heutigen Mobilfunkwelt.
Geräteidentitätsregister (EIR)
Das Equipment Identity Register (EIR) ist eine Datenbank, die eine Liste aller gültigen mobilen Geräte im Netzwerk enthält, wobei die International Mobile Equipment Identity (IMEI) jede MS identifiziert. Eine IMEI wird als ungültig markiert, wenn sie als gestohlen gemeldet wurde oder nicht typgenehmigt ist.
GSM - Das Operation Support Subsystem (OSS)
Das Betriebs- und Wartungszentrum (OMC) ist an alle Geräte im Vermittlungssystem und an die BSC angeschlossen. Die Implementierung von OMC wird als Betriebs- und Unterstützungssystem (OSS) bezeichnet.
Hier sind einige der OMC-Funktionen
Verwaltung und kommerzieller Betrieb (Abonnement, Endterminals, Gebühren und Statistiken).
Sicherheitsmanagement.
Netzwerkkonfiguration, Betrieb und Leistungsmanagement.
Wartungsaufgaben.
Die Betriebs- und Wartungsfunktionen basieren auf den Konzepten des Telecommunication Management Network (TMN), das in der ITU-T-Serie M.30 standardisiert ist.
Die folgende Abbildung zeigt, wie das OMC-System alle GSM-Elemente abdeckt.
Das OSS ist die funktionale Einheit, von der aus der Netzbetreiber das System überwacht und steuert. Der Zweck von OSS besteht darin, dem Kunden kostengünstigen Support für zentralisierte, regionale und lokale Betriebs- und Wartungsaktivitäten anzubieten, die für ein GSM-Netz erforderlich sind. Eine wichtige Funktion von OSS besteht darin, einen Netzwerküberblick bereitzustellen und die Wartungsaktivitäten verschiedener Betriebs- und Wartungsorganisationen zu unterstützen.
Eine einfache bildliche Darstellung der GSM-Architektur finden Sie unten -
Die zusätzlichen Komponenten der GSM-Architektur umfassen Datenbanken und Funktionen von Nachrichtensystemen -
Heimatregister (HLR)
Besucherregister (VLR)
Geräteidentitätsregister (EIR)
Authentifizierungscenter (AuC)
SMS Serving Center (SMS SC)
Gateway MSC (GMSC)
Chargeback Center (CBC)
Transcoder und Anpassungseinheit (TRAU)
Das folgende Diagramm zeigt das GSM-Netz zusammen mit den hinzugefügten Elementen -
Die MS und das BSS kommunizieren über die Um-Schnittstelle. Es ist auch als Luftschnittstelle oder Funkverbindung bekannt . Das BSS kommuniziert mit dem NSS-Zentrum (Network Service Switching) über die A- Schnittstelle.
GSM-Netzbereiche
In einem GSM-Netz sind folgende Bereiche definiert:
Cell- Zelle ist der Basisdienstbereich; Eine BTS deckt eine Zelle ab. Jede Zelle erhält eine Cell Global Identity (CGI), eine Nummer, die die Zelle eindeutig identifiziert.
Location Area- Eine Gruppe von Zellen bildet einen Location Area (LA). Dies ist der Bereich, der angerufen wird, wenn ein Teilnehmer einen eingehenden Anruf erhält. Jeder LA wird eine Location Area Identity (LAI) zugewiesen. Jede LA wird von einer oder mehreren BSCs bedient.
MSC/VLR Service Area - Der von einer MSC abgedeckte Bereich wird als MSC / VLR-Servicebereich bezeichnet.
PLMN- Das von einem Netzbetreiber abgedeckte Gebiet wird als Public Land Mobile Network (PLMN) bezeichnet. Ein PLMN kann eine oder mehrere MSCs enthalten.