GSM - สถาปัตยกรรม

เครือข่าย GSM ประกอบด้วยหน่วยการทำงานจำนวนมาก ฟังก์ชันและอินเทอร์เฟซเหล่านี้อธิบายไว้ในบทนี้ เครือข่าย GSM สามารถแบ่งออกเป็น -

• สถานีเคลื่อนที่ (MS)

• ระบบย่อยสถานีฐาน (BSS)

• ระบบย่อยการสลับเครือข่าย (NSS)

• ระบบย่อยการสนับสนุนการดำเนินงาน (OSS)

GSM - สถานีมือถือ

MS ประกอบด้วยอุปกรณ์ทางกายภาพเช่นตัวรับส่งสัญญาณวิทยุจอแสดงผลและตัวประมวลผลสัญญาณดิจิตอลและซิมการ์ด ให้ส่วนต่อประสานทางอากาศแก่ผู้ใช้ในเครือข่าย GSM ด้วยเหตุนี้จึงมีบริการอื่น ๆ เช่น -

• บริการโทรออกด้วยเสียง

• บริการผู้ถือข้อมูล

• บริการเสริมของคุณสมบัติ

MS ยังมีตัวรับสำหรับข้อความ SMS ทำให้ผู้ใช้สามารถสลับระหว่างการใช้เสียงและข้อมูลได้ ยิ่งไปกว่านั้นโทรศัพท์มือถือยังอำนวยความสะดวกในการเข้าถึงระบบส่งข้อความเสียง MS ยังให้การเข้าถึงบริการข้อมูลต่างๆที่มีอยู่ในเครือข่าย GSM บริการข้อมูลเหล่านี้ ได้แก่ -

• แพ็กเก็ต X.25 เปลี่ยนผ่านการเชื่อมต่อแบบ dial-up แบบซิงโครนัสหรืออะซิงโครนัสไปยัง PAD ที่ความเร็วโดยทั่วไปอยู่ที่ 9.6 Kbps

• General Packet Radio Services (GPRS) โดยใช้วิธีการถ่ายโอนข้อมูลแบบ X.25 หรือ IP ที่ความเร็วสูงถึง 115 Kbps

• ข้อมูลความเร็วสูงสลับวงจรด้วยความเร็วสูงสุด 64 Kbps

เราจะพูดคุยเพิ่มเติมเกี่ยวกับบริการ GMS ใน GSM - User Services.

ซิมคืออะไร?

ซิมให้ความคล่องตัวส่วนบุคคลเพื่อให้ผู้ใช้สามารถเข้าถึงบริการที่สมัครไว้ทั้งหมดโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งของเครื่องปลายทางและการใช้เครื่องปลายทางเฉพาะ คุณต้องใส่ซิมการ์ดลงในโทรศัพท์มือถือ GSM เครื่องอื่นเพื่อรับสายจากโทรศัพท์เครื่องนั้นโทรออกจากโทรศัพท์เครื่องนั้นหรือรับบริการอื่น ๆ ที่สมัครไว้

GSM - ระบบย่อยของสถานีฐาน (BSS)

BSS ประกอบด้วยสองส่วน -

• The Base Transceiver Station (BTS)

• ตัวควบคุมสถานีฐาน (BSC)

BTS และ BSC สื่อสารผ่านอินเทอร์เฟซของ Abis ที่ระบุทำให้สามารถดำเนินการระหว่างส่วนประกอบที่ผลิตโดยซัพพลายเออร์ที่แตกต่างกัน ส่วนประกอบวิทยุของ BSS อาจประกอบด้วยเซลล์สี่ถึงเจ็ดหรือเก้าเซลล์ BSS อาจมีสถานีฐานตั้งแต่หนึ่งสถานีขึ้นไป BSS ใช้อินเทอร์เฟซ Abis ระหว่าง BTS และ BSC จากนั้นจะเชื่อมต่อสายความเร็วสูงแยกต่างหาก (T1 หรือ E1) จาก BSS ไปยัง Mobile MSC

The Base Transceiver Station (BTS)

BTS เป็นที่ตั้งของเครื่องรับส่งสัญญาณวิทยุที่กำหนดเซลล์และจัดการโปรโตคอลการเชื่อมโยงวิทยุด้วย MS ในเขตเมืองใหญ่อาจมีการใช้รถไฟฟ้าจำนวนมาก

BTS สอดคล้องกับตัวรับส่งสัญญาณและเสาอากาศที่ใช้ในแต่ละเซลล์ของเครือข่าย โดยปกติรถไฟฟ้า BTS จะวางไว้ตรงกลางเซลล์ กำลังส่งของมันกำหนดขนาดของเซลล์ BTS แต่ละตัวมีตัวรับส่งสัญญาณระหว่าง 1 ถึง 16 ตัวขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของผู้ใช้ในเซลล์ BTS แต่ละตัวทำหน้าที่เป็นเซลล์เดียว นอกจากนี้ยังมีฟังก์ชั่นต่อไปนี้ -

• การเข้ารหัสการเข้ารหัสการมัลติเพล็กซ์การมอดูเลตและการป้อนสัญญาณ RF ไปยังเสาอากาศ

• การแปลงรหัสและการปรับอัตรา

• การซิงโครไนซ์เวลาและความถี่

• เสียงผ่านบริการเต็มอัตราหรือครึ่งราคา

• การถอดรหัสถอดรหัสและปรับสัญญาณที่ได้รับ

• การตรวจจับการเข้าถึงโดยสุ่ม

• ความก้าวหน้าของเวลา

• อัปลิงค์การวัดช่อง

ตัวควบคุมสถานีฐาน (BSC)

BSC จัดการทรัพยากรวิทยุสำหรับ BTS หนึ่งเครื่องขึ้นไป จัดการการตั้งค่าช่องสัญญาณวิทยุการกระโดดความถี่และการส่งมอบ BSC คือการเชื่อมต่อระหว่างมือถือและ MSC BSC ยังแปลช่องเสียง 13 Kbps ที่ใช้ผ่านลิงก์วิทยุไปยังช่องมาตรฐาน 64 Kbps ที่ใช้โดย Public Switched Telephone Network (PSDN) หรือ ISDN

กำหนดและเผยแพร่ความถี่และช่วงเวลาสำหรับ MS BSC ยังจัดการการส่งมอบระหว่างเซลล์ ควบคุมการส่งกำลังของ BSS และ MS ในพื้นที่ หน้าที่ของ BSC คือการจัดสรรช่วงเวลาที่จำเป็นระหว่าง BTS และ MSC เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งที่จัดการทรัพยากรวิทยุ

ฟังก์ชันเพิ่มเติม ได้แก่

• การควบคุมการกระโดดความถี่

• ดำเนินการกวดขันการจราจรเพื่อลดจำนวนสายจาก ก.ท.ม.

• ให้อินเทอร์เฟซไปยังศูนย์ปฏิบัติการและบำรุงรักษา BSS

• การจัดสรรความถี่ใหม่ระหว่าง BTS

• การซิงโครไนซ์เวลาและความถี่

• การจัดการพลังงาน

• การวัดการหน่วงเวลาของสัญญาณที่ได้รับจาก MS

GSM - ระบบย่อยการสลับเครือข่าย (NSS)

ระบบเครือข่ายสวิตชิ่ง (NSS) ซึ่งเป็นส่วนหลักคือ Mobile Switching Center (MSC) ดำเนินการสลับการโทรระหว่างมือถือและผู้ใช้เครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่หรือเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่อื่น ๆ ตลอดจนการจัดการบริการมือถือเช่นการพิสูจน์ตัวตน

ระบบสวิตชิ่งประกอบด้วยองค์ประกอบการทำงานดังต่อไปนี้ -

การลงทะเบียนตำแหน่งบ้าน (HLR)

HLR เป็นฐานข้อมูลที่ใช้สำหรับจัดเก็บและจัดการการสมัครสมาชิก HLR ถือเป็นฐานข้อมูลที่สำคัญที่สุดเนื่องจากจัดเก็บข้อมูลถาวรเกี่ยวกับสมาชิกรวมถึงโปรไฟล์บริการของผู้สมัครสมาชิกข้อมูลตำแหน่งและสถานะกิจกรรม เมื่อบุคคลใดซื้อการสมัครสมาชิกในรูปแบบของ SIM ข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับการสมัครสมาชิกนี้จะได้รับการลงทะเบียนใน HLR ของผู้ให้บริการรายนั้น

Mobile Services Switching Center (MSC)

องค์ประกอบกลางของระบบย่อยเครือข่ายคือ MSC MSC ดำเนินการสลับการโทรระหว่างผู้ใช้โทรศัพท์มือถือและผู้ใช้เครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่หรือเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่อื่น ๆ ตลอดจนการจัดการบริการมือถือเช่นการลงทะเบียนการรับรองความถูกต้องการอัปเดตตำแหน่งการส่งมอบและการกำหนดเส้นทางการโทรไปยังผู้ใช้บริการข้ามแดนอัตโนมัติ นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เช่นการออกตั๋วค่าผ่านทางการเชื่อมต่อเครือข่ายการส่งสัญญาณช่องทั่วไปและอื่น ๆ MSC ทุกตัวถูกระบุโดย ID เฉพาะ

ลงทะเบียนสถานที่ของผู้เยี่ยมชม (VLR)

VLR เป็นฐานข้อมูลที่มีข้อมูลชั่วคราวเกี่ยวกับสมาชิกที่ MSC ต้องการเพื่อให้บริการผู้เยี่ยมชม VLR ถูกรวมเข้ากับ MSC เสมอ เมื่อสถานีเคลื่อนที่เคลื่อนที่เข้าไปในพื้นที่ MSC ใหม่ VLR ที่เชื่อมต่อกับ MSC นั้นจะขอข้อมูลเกี่ยวกับสถานีเคลื่อนที่จาก HLR หลังจากนั้นหากสถานีเคลื่อนที่โทรออก VLR จะมีข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการตั้งค่าการโทรโดยไม่ต้องซักถาม HLR ในแต่ละครั้ง

ศูนย์รับรองความถูกต้อง (AUC)

Authentication Center เป็นฐานข้อมูลที่ได้รับการป้องกันซึ่งจัดเก็บสำเนาของรหัสลับที่เก็บไว้ในซิมการ์ดของสมาชิกแต่ละคนซึ่งใช้สำหรับการตรวจสอบสิทธิ์และการเข้ารหัสของช่องสัญญาณวิทยุ AUC ปกป้องผู้ให้บริการเครือข่ายจากการฉ้อโกงประเภทต่างๆที่พบในโลกเซลลูลาร์ในปัจจุบัน

ทะเบียนข้อมูลประจำตัวอุปกรณ์ (EIR)

ทะเบียนข้อมูลประจำตัวอุปกรณ์ (EIR) เป็นฐานข้อมูลที่มีรายการอุปกรณ์มือถือที่ถูกต้องทั้งหมดบนเครือข่ายโดยที่ International Mobile Equipment Identity (IMEI) จะระบุ MS แต่ละตัว IMEI ถูกทำเครื่องหมายว่าไม่ถูกต้องหากถูกรายงานว่าถูกขโมยหรือไม่ได้รับการอนุมัติประเภท

GSM - ระบบย่อยการสนับสนุนการทำงาน (OSS)

ศูนย์ปฏิบัติการและบำรุงรักษา (OMC) เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ทั้งหมดในระบบสวิตชิ่งและ BSC การนำ OMC ไปใช้เรียกว่าระบบปฏิบัติการและสนับสนุน (OSS)

นี่คือบางส่วนของฟังก์ชัน OMC

• การบริหารและการดำเนินการเชิงพาณิชย์ (การสมัครสมาชิกปลายทางการเรียกเก็บเงินและสถิติ)

• การจัดการความปลอดภัย

• การกำหนดค่าเครือข่ายการดำเนินการและการจัดการประสิทธิภาพ

• งานบำรุงรักษา

ฟังก์ชันการทำงานและการบำรุงรักษาเป็นไปตามแนวคิดของ Telecommunication Management Network (TMN) ซึ่งเป็นมาตรฐานใน ITU-T series M.30

ต่อไปนี้เป็นรูปที่แสดงให้เห็นว่าระบบ OMC ครอบคลุมองค์ประกอบ GSM ทั้งหมดอย่างไร

OSS เป็นเอนทิตีที่ใช้งานได้ซึ่งผู้ให้บริการเครือข่ายจะตรวจสอบและควบคุมระบบ วัตถุประสงค์ของ OSS คือเพื่อให้การสนับสนุนลูกค้าที่คุ้มค่าสำหรับกิจกรรมการดำเนินงานและการบำรุงรักษาแบบรวมศูนย์ภูมิภาคและในพื้นที่ซึ่งจำเป็นสำหรับเครือข่าย GSM หน้าที่สำคัญของ OSS คือการให้ภาพรวมเครือข่ายและสนับสนุนกิจกรรมการบำรุงรักษาขององค์กรปฏิบัติการและการบำรุงรักษาที่แตกต่างกัน

มุมมองภาพที่เรียบง่ายของสถาปัตยกรรม GSM มีให้ด้านล่าง -

ส่วนประกอบเพิ่มเติมของสถาปัตยกรรม GSM ประกอบด้วยฐานข้อมูลและฟังก์ชันระบบส่งข้อความ -

• การลงทะเบียนตำแหน่งบ้าน (HLR)

• ลงทะเบียนสถานที่ของผู้เยี่ยมชม (VLR)

• ทะเบียนข้อมูลประจำตัวอุปกรณ์ (EIR)

• ศูนย์รับรองความถูกต้อง (AuC)

• ศูนย์บริการ SMS (SMS SC)

• เกตเวย์ MSC (GMSC)

• ศูนย์ปฏิเสธการชำระเงิน (CBC)

• Transcoder และ Adaptation Unit (TRAU)

แผนภาพต่อไปนี้แสดงเครือข่าย GSM พร้อมกับองค์ประกอบเพิ่มเติม -

MS และ BSS สื่อสารผ่านอินเทอร์เฟซ Um นอกจากนี้ยังเป็นที่รู้จักในฐานะติดต่อทางอากาศหรือการเชื่อมโยงวิทยุ BSS สื่อสารกับศูนย์ Network Service Switching (NSS) ผ่านอินเทอร์เฟซA

พื้นที่เครือข่าย GSM

ในเครือข่าย GSM มีการกำหนดพื้นที่ต่อไปนี้ -

• Cell- เซลล์เป็นพื้นที่ให้บริการขั้นพื้นฐาน BTS หนึ่งอันครอบคลุมหนึ่งเซลล์ แต่ละเซลล์จะได้รับ Cell Global Identity (CGI) ซึ่งเป็นตัวเลขที่ระบุเซลล์โดยไม่ซ้ำกัน

• Location Area- กลุ่มเซลล์ก่อตัวเป็น Location Area (LA) นี่คือพื้นที่ที่ถูกเพจเมื่อสมาชิกได้รับสายเรียกเข้า LA แต่ละแห่งได้รับการกำหนด Location Area Identity (LAI) แต่ละ LA ให้บริการโดย BSC หนึ่งรายการขึ้นไป

• MSC/VLR Service Area - พื้นที่ที่ครอบคลุมโดย MSC หนึ่งเรียกว่าพื้นที่บริการ MSC / VLR

• PLMN- พื้นที่ที่ครอบคลุมโดยผู้ให้บริการเครือข่ายรายหนึ่งเรียกว่า Public Land Mobile Network (PLMN) PLMN สามารถมี MSC ได้ตั้งแต่หนึ่งรายการขึ้นไป