Conceitos celulares - Arquitetura GSM

A rede GSM é dividida em quatro sistemas principais -

Sistema de comutação (SS)
Sistema de estação base (BSS)
Estação Móvel (MS)
Centro de Operação e Manutenção (OMC)

O sistema de comutação, também denominado Network and Switching System (NSS), é responsável por realizar o processamento de chamadas e as funções relacionadas ao assinante. O sistema de comutação inclui as seguintes unidades funcionais -

Centro de comutação móvel
Registro de localização de casa
Registro de localização do visitante
Registro de identidade do equipamento
Centro de autenticação

Centro de comutação móvel

O Mobile Switching Center (MSC) executa todas as funções de comutação para todas as estações móveis, localizadas na área geográfica controlada por seus BSSs atribuídos. Além disso, ele faz interface com o PSTN, com outros MSCs e outras entidades do sistema.

Funções do MSC

Tratamento de chamadas que lida com a natureza móvel dos assinantes, considerando Registro de Localização, Autenticação de assinantes e equipamentos, Serviço de Transferência e Pré-pago.
Gerenciamento do canal de link de rádio lógico necessário durante as chamadas.
Gerenciamento do protocolo de sinalização MSC-BSS.
Lidar com o registro de localização e garantir a interoperabilidade entre a estação móvel e o VLR.
Controla as transferências inter-BSS e inter-MSC.
Atuando como um gateway MSC para interrogar HLR. O MSC conectado à rede PSTN / ISDN é denominado GMSC. Este é o único MSC da rede conectado ao HLR.
Funções padrão de um interruptor, como carregamento.

Registro de localização de casa (HLR)

O registro de localização de residência contém -

A identidade do assinante móvel chamada International Mobile Sub Identity (IMSI).
Número do diretório ISDN da estação móvel.
Informações de assinatura em serviços.
Restrições de serviço.
Informações de localização para roteamento de chamadas.

Um HLR por rede GSM é recomendado e pode ser um banco de dados distribuído. Os dados permanentes no HLR são alterados pela interface homem-máquina. Dados temporários, como informações de localização, mudam dinamicamente no HLR.

Registro de localização do visitante (VLR)

O VLR está sempre integrado ao MSC. Quando uma estação móvel faz roaming em uma nova área MSC, o VLR conectado a esse MSC solicitaria dados sobre a estação móvel do HLR. Posteriormente, se a estação móvel fizer uma chamada, o VLR terá as informações necessárias para a configuração da chamada sem ter que interrogar o HLR todas as vezes. VLR contém informações como as seguintes -

Identidade do sub móvel,
Qualquer subidentidade móvel temporária,
Número de diretório ISDN do celular,
Um número de diretório para encaminhar a chamada para a estação de roaming,
Parte dos dados do HLR para os celulares que estão atualmente localizados na área de serviço da MSC.

Registro de identidade do equipamento

O Registro de Identidade do Equipamento consiste na identidade do equipamento da estação móvel denominado International Mobile Equipment Identity (IMEI), que pode ser válido, suspeito e proibido. Quando uma estação móvel acessa o sistema, o procedimento de validação do equipamento é acionado antes de prestar os serviços.

A informação está disponível em três listas.

Lista Branca- O terminal tem permissão para se conectar à rede.
Lista cinza- O terminal está sob observação da rede para os possíveis problemas.
Lista Negra - Os terminais relatados como roubados não são de tipo aprovado. Eles não têm permissão para se conectar à rede. EIR informa o VLR sobre a lista, o IMEI particular está em.

Centro de Autenticação

Está associado a um HLR. Ele armazena uma chave de identidade chamada chave de autenticação (Ki) para cada assinante móvel. Essa chave é usada para gerar os triplos de autenticação.

RAND (número aleatório),
SRES (Resposta Assinada) - Para autenticar IMSI,
Kc (Cipher Key) - Para cifrar a comunicação pelo caminho de rádio entre o MS e a rede.

Centro de Operação e Manutenção (OMC)

É a entidade funcional por meio da qual o operador de rede pode monitorar e controlar o sistema executando as seguintes funções -

Instalação de software
Gestão de tráfego
Análise de dados de desempenho
Rastreamento de assinantes e equipamentos
Gerenciamento de configurações
Administração de assinantes
Gestão de equipamentos móveis
Gestão de cobrança e faturamento

Sistema de estação base (BSS)

O BSS conecta o MS e o NSS. É composto do seguinte -

Estação Transceptora Base (BTS) também chamada de Estação Base.
Controlador de estação base (BSC).

O BTS e o BSC se comunicam por meio da interface Abis padronizada. O BTS é controlado pelo BSC e um BSC pode ter vários BTS sob seu controle.

Estação Transceptora Base (BTS)

O BTS hospeda os transceptores de rádio e lida com os protocolos de link de rádio com a estação móvel. Cada BTS é composto por dispositivos de transmissão e recepção de rádio, incluindo antena, processadores de sinal, etc. Cada BTS pode suportar de 1 a 16 portadoras de RF. Os parâmetros que diferenciam os BTSs são nível de potência, altura da antena, tipo de antena e número de portadoras.

Funções do BTS

É responsável pela sincronização de tempo e frequência.
O processo de codificação de canal, criptografia, multiplexação e modulação para trans-direção e reverso para recepção devem ser realizados.
Ele deve providenciar a transmissão com antecedência dos celulares, dependendo de sua distância do BTS (Timing Advance).
Ele tem que detectar solicitações de acesso aleatório de celulares, medir e monitorar os canais de rádio para controle de energia e transferência.

Controlador de estação base

O BSC gerencia os recursos de rádio para um ou um grupo de BTSs. Ele lida com a configuração do canal de rádio, salto de frequência, handovers e controle dos níveis de potência de RF. O BSC fornece os sinais de referência de sincronização de tempo e frequência transmitidos por seus BTSs. Ele estabelece a conexão entre a estação móvel e o MSC. O BSC é conectado por meio de interfaces ao MSC, BTS e OMC.

Estação Móvel

Refere-se ao equipamento terminal usado pelos assinantes sem fio. Consiste em -

SIM - Módulo de identidade do assinante
Equipamento móvel

O SIM é removível e com SIM apropriado, a rede pode ser acessada através de vários equipamentos móveis.

A identidade do equipamento não está vinculada ao assinante. O equipamento é validado separadamente com IMEI e EIR. O SIM contém um chip de circuito integrado com microprocessador, memória de acesso aleatório (RAM) e memória somente leitura (ROM). O SIM deve ser válido e deve autenticar a validade do MS ao acessar a rede.

O SIM também armazena informações relacionadas ao assinante, como IMSI, identidade de localização de celular etc.

Funções da estação móvel

Transmissão e recepção de rádio
Gestão de canais de rádio
Codificação / decodificação de voz
Proteção de erro de link de rádio
Controle de fluxo de dados
Taxa de adaptação dos dados do usuário ao link de rádio
Gerenciamento de mobilidade

As medições de desempenho de até um máximo de seis BTSs circundantes e relatórios para o BSS, MS podem armazenar e exibir mensagens alfanuméricas curtas recebidas no display de cristal líquido (LCD) que é usado para mostrar a discagem de chamadas e informações de status.

Existem cinco categorias diferentes de unidades de telefonia móvel especificadas pelo sistema GSM europeu: 20W, 8W, 5W, 2W e 0,8W. Eles correspondem a níveis de potência de 43 dBm, 39 dBm, 37 dBm, 33 dBm e 29 dBm. As unidades de 20-W e 8-W (potência de pico) podem ser montadas em veículos ou em estações portáteis. A potência do MS é ajustável em etapas de 2 dB de seu valor nominal até 20mW (13 dBm). Isso é feito automaticamente sob controle remoto do BTS.

Transcodificadores

Os transcodificadores são entidades de rede inseridas para fazer a interface do lado MSC com o lado móvel. A taxa de codificação de voz no lado PSTN é de 64 Kbps, e no GSM sem fio a voz é codificada como 13 Kbps. Para reduzir a taxa de dados na interface aérea e reduzir o carregamento do link terrestre (4: 1), os transcodificadores são introduzidos em um local apropriado, principalmente com MSC.

O transcodificador é o dispositivo que recebe voz de 13 Kbps ou multiplexes de dados de 3,6 / 6/12 Kbps e quatro deles para conversão em dados padrão de 64 Kbps. Primeiro, os 13 Kbps ou os dados em 3,6 / 6/12 Kbps são trazidos ao nível de 16 Kbps inserindo dados de sincronização adicionais para compensar a diferença entre uma fala de 13 Kbps ou dados de taxa inferior e, em seguida, quatro deles são combinados no transponder para fornecer um canal de 64 Kbps dentro do BSS. Quatro canais de tráfego podem então ser multiplexados em um circuito de 64 Kpbs. Portanto, a taxa de dados de saída do TRAU é de 64 Kbps.

Então, até 30 canais de 64 Kpbs são multiplexados em 2,048 Mbps se um canal CEPT1 for fornecido na interface A-bis. Este canal pode transportar até 120 (16x 120) sinais de tráfego e controle. Já que a taxa de dados para o PSTN é normalmente de 2 Mbps, que é o resultado da combinação de canais de 30 por 64 Kbps, ou 120 Kbps por canais de 16 Kpbs.

Outros Elementos de Rede

Outros elementos de rede incluem componentes como SMS Service Center, Voice Mail Box e SMS Flow.

Centro de Atendimento SMS

Ele faz interface com o MSC com funcionalidade de interoperação para fornecer Short Message Service (SMS) para assinantes móveis. O SMS pode ser destinado a aparelho de fax, PC na internet ou outro MS. A localização do destinatário MS é consultada pela MSC e entregue.

Caixa de correio de voz

Quando o assinante móvel não está em posição de atender as chamadas devido a área ocupada / fora de serviço, a chamada é desviada para uma caixa postal que já foi ativada pelo assinante. Para isso, uma conectividade separada foi estabelecida da MSC. O assinante será alertado por SMS posteriormente e poderá recuperar a mensagem.

Fluxo de SMS

Quando um usuário envia um SMS, a solicitação é feita por meio do MSC.
O MSC encaminha o SMS para o SMSC, onde é armazenado.
O SMSC consulta o HLR para descobrir onde está o celular de destino e encaminha a mensagem para o MSC de destino se o celular de destino estiver disponível.
Se o celular não estiver disponível, a mensagem é armazenada no próprio SMSC atual. Na maioria das instalações, se um celular não estiver disponível para entrega de SMS, o SMSC não tentará novamente. Em vez disso, o MSC de destino informa o SMSC quando o celular volta ao alcance. O tratamento de SMS é uma operação de armazenamento e encaminhamento, ao contrário do USSD.
O SMS tem um período de validade pelo qual irá aguardar a disponibilização do telemóvel de destino. Após esse tempo, o SMSC apagará a mensagem. O período de validade pode ser definido pelo usuário. A validade normal é de 1 dia.