แนวคิดของเซลลูล่าร์ - สถาปัตยกรรม GSM

เครือข่าย GSM แบ่งออกเป็นสี่ระบบใหญ่ ๆ -

• ระบบสวิตชิ่ง (SS)

• ระบบสถานีฐาน (BSS)

• สถานีเคลื่อนที่ (MS)

• ศูนย์ปฏิบัติการและบำรุงรักษา (OMC)

ระบบสวิตชิ่งที่เรียกว่า Network and Switching System (NSS) มีหน้าที่รับผิดชอบในการประมวลผลการโทรและฟังก์ชันที่เกี่ยวข้องกับสมาชิก ระบบสวิตชิ่งประกอบด้วยหน่วยการทำงานดังต่อไปนี้ -

• ศูนย์การสลับมือถือ

• ลงทะเบียนตำแหน่งบ้าน

• สถานที่ลงทะเบียนของผู้เยี่ยมชม

• ทะเบียนประจำตัวอุปกรณ์

• ศูนย์รับรองความถูกต้อง

ศูนย์การสลับมือถือ

Mobile Switching Center (MSC) ทำหน้าที่สลับทั้งหมดสำหรับสถานีเคลื่อนที่ทั้งหมดซึ่งตั้งอยู่ในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่ควบคุมโดย BSS ที่ได้รับมอบหมาย นอกจากนี้ยังเชื่อมต่อกับ PSTN กับ MSC อื่น ๆ และเอนทิตีระบบอื่น ๆ

หน้าที่ของ MSC

• การจัดการการโทรที่รับมือกับลักษณะมือถือของผู้ใช้บริการโดยพิจารณาจากการลงทะเบียนสถานที่การรับรองความถูกต้องของสมาชิกและอุปกรณ์การส่งมอบและบริการเติมเงิน

• การจัดการช่องสัญญาณลิงค์วิทยุลอจิคัลที่จำเป็นระหว่างการโทร

• การจัดการโปรโตคอลการส่งสัญญาณ MSC-BSS

• การจัดการการลงทะเบียนตำแหน่งและสร้างความมั่นใจในการทำงานร่วมกันระหว่างสถานีเคลื่อนที่และ VLR

• ควบคุม inter-BSS และ inter-MSC hand overs

• ทำหน้าที่เป็นเกตเวย์ MSC เพื่อซักถาม HLR MSC ที่เชื่อมต่อกับเครือข่าย PSTN / ISDN เรียกว่า GMSC นี่เป็น MSC เดียวในเครือข่ายที่เชื่อมต่อกับ HLR

• ฟังก์ชั่นมาตรฐานของสวิตช์เช่นการชาร์จ

การลงทะเบียนตำแหน่งบ้าน (HLR)

ทะเบียนตำแหน่งบ้านประกอบด้วย -

• ข้อมูลประจำตัวของผู้สมัครสมาชิกมือถือที่เรียกว่า International Mobile Sub Identity (IMSI)

• หมายเลขไดเร็กทอรี ISDN ของสถานีเคลื่อนที่

• ข้อมูลการสมัครบริการ

• ข้อ จำกัด ในการบริการ

• ข้อมูลตำแหน่งสำหรับการกำหนดเส้นทางการโทร

แนะนำให้ใช้ HLR หนึ่งเครื่องต่อเครือข่าย GSM และอาจเป็นฐานข้อมูลแบบกระจาย ข้อมูลถาวรใน HLR ถูกเปลี่ยนแปลงโดยอินเทอร์เฟซสำหรับเครื่องจักร ข้อมูลชั่วคราวเช่นข้อมูลตำแหน่งเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกใน HLR

ลงทะเบียนสถานที่ของผู้เยี่ยมชม (VLR)

VLR ถูกรวมเข้ากับ MSC เสมอ เมื่อสถานีเคลื่อนที่เคลื่อนที่เข้าไปในพื้นที่ MSC ใหม่ VLR ที่เชื่อมต่อกับ MSC จะขอข้อมูลเกี่ยวกับสถานีเคลื่อนที่จาก HLR หลังจากนั้นหากสถานีเคลื่อนที่โทรออก VLR จะมีข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการตั้งค่าการโทรโดยไม่ต้องซักถาม HLR ทุกครั้ง VLR มีข้อมูลดังต่อไปนี้ -

• เอกลักษณ์ของมือถือย่อย

• ข้อมูลประจำตัวย่อยของอุปกรณ์เคลื่อนที่ชั่วคราว

• หมายเลขไดเรกทอรี ISDN ของมือถือ

• หมายเลขไดเร็กทอรีเพื่อกำหนดเส้นทางการโทรไปยังสถานีโรมมิ่ง

• ข้อมูลส่วนหนึ่งของ HLR สำหรับโทรศัพท์มือถือที่ตั้งอยู่ในพื้นที่ให้บริการของ MSC

ทะเบียนประจำตัวอุปกรณ์

ทะเบียนข้อมูลประจำตัวอุปกรณ์ประกอบด้วยข้อมูลประจำตัวของอุปกรณ์สถานีเคลื่อนที่ที่เรียกว่า International Mobile Equipment Identity (IMEI) ซึ่งอาจถูกต้องสงสัยและต้องห้าม เมื่อสถานีเคลื่อนที่เข้าถึงระบบขั้นตอนการตรวจสอบความถูกต้องของอุปกรณ์จะปรากฏขึ้นก่อนให้บริการ

ข้อมูลมีอยู่ในรูปแบบของสามรายการ

• รายการสีขาว - เทอร์มินัลได้รับอนุญาตให้เชื่อมต่อกับเครือข่าย

• รายการสีเทา - เทอร์มินัลอยู่ภายใต้การสังเกตจากเครือข่ายสำหรับปัญหาที่อาจเกิดขึ้น

• Black List - ขั้วที่รายงานว่าถูกขโมยไม่ได้รับการอนุมัติประเภท พวกเขาไม่ได้รับอนุญาตให้เชื่อมต่อกับเครือข่าย EIR แจ้ง VLR เกี่ยวกับรายการโดยมี IMEI อยู่ใน

ศูนย์รับรองความถูกต้อง

มีความเกี่ยวข้องกับ HLR จะจัดเก็บรหัสประจำตัวที่เรียกว่า Authentication key (Ki) สำหรับสมาชิกมือถือแต่ละคน คีย์นี้ใช้เพื่อสร้างการพิสูจน์ตัวตนแฝดสาม

• RAND (หมายเลขสุ่ม)

• SRES (Signed Response) - ในการพิสูจน์ตัวตน IMSI

• Kc (Cipher Key) - เพื่อเข้ารหัสการสื่อสารผ่านเส้นทางวิทยุระหว่าง MS และเครือข่าย

ศูนย์ปฏิบัติการและบำรุงรักษา (OMC)

เป็นเอนทิตีที่ใช้งานได้ซึ่งผู้ให้บริการเครือข่ายสามารถตรวจสอบและควบคุมระบบได้โดยทำหน้าที่ดังต่อไปนี้ -

• การติดตั้งซอฟต์แวร์

• การจัดการจราจร

• การวิเคราะห์ข้อมูลประสิทธิภาพ

• การติดตามสมาชิกและอุปกรณ์

• การจัดการการตั้งค่า

• การดูแลระบบสมาชิก

• การจัดการอุปกรณ์เคลื่อนที่

• การจัดการการเรียกเก็บเงินและการเรียกเก็บเงิน

ระบบสถานีฐาน (BSS)

BSS เชื่อมต่อ MS และ NSS ประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้ -

• Base Transceiver Station (BTS) เรียกอีกอย่างว่าสถานีฐาน

• ตัวควบคุมสถานีฐาน (BSC)

BTS และ BSC สื่อสารผ่านอินเทอร์เฟซ Abis ที่เป็นมาตรฐาน BTS ถูกควบคุมโดย BSC และ BSC หนึ่งแห่งสามารถมี BTS จำนวนมากภายใต้การควบคุมได้

สถานีฐานรับส่งสัญญาณ (BTS)

BTS เป็นที่ตั้งเครื่องรับส่งสัญญาณวิทยุและจัดการโปรโตคอลเรดิโอลิงค์กับ Mobile Station BTS แต่ละเครื่องประกอบด้วยอุปกรณ์ส่งและรับสัญญาณวิทยุรวมทั้งเสาอากาศตัวประมวลผลสัญญาณ ฯลฯ BTS แต่ละตัวสามารถรองรับผู้ให้บริการ RF ได้ 1 ถึง 16 ตัว พารามิเตอร์ที่สร้างความแตกต่างของ BTS ได้แก่ ระดับพลังงานความสูงของเสาอากาศประเภทเสาอากาศและจำนวนผู้ให้บริการ

ฟังก์ชั่นของ BTS

• มีหน้าที่ในการซิงโครไนซ์เวลาและความถี่

• กระบวนการของการเข้ารหัสช่องสัญญาณการเข้ารหัสการมัลติเพล็กซ์และการมอดูเลตสำหรับการเปลี่ยนทิศทางและการย้อนกลับสำหรับการรับจะต้องดำเนินการ

• จะต้องจัดให้มีการส่งสัญญาณล่วงหน้าจากโทรศัพท์มือถือขึ้นอยู่กับระยะทางจาก BTS (Timing Advance)

• จะต้องตรวจจับการร้องขอการเข้าถึงแบบสุ่มจากโทรศัพท์มือถือวัดและตรวจสอบช่องวิทยุสำหรับการควบคุมพลังงานและการส่งมอบ

ตัวควบคุมสถานีฐาน

BSC จัดการทรัพยากรวิทยุสำหรับ BTS หนึ่งหรือกลุ่ม จัดการการตั้งค่าช่องสัญญาณวิทยุการกระโดดความถี่การส่งมอบและการควบคุมระดับพลังงาน RF BSC ให้สัญญาณอ้างอิงการซิงโครไนซ์เวลาและความถี่ที่ออกอากาศโดย BTS สร้างการเชื่อมต่อระหว่างสถานีเคลื่อนที่และ MSC BSC เชื่อมต่อผ่านอินเทอร์เฟซกับ MSC, BTS และ OMC

สถานีเคลื่อนที่

หมายถึงอุปกรณ์ปลายทางที่สมาชิกระบบไร้สายใช้ ประกอบด้วย -

• SIM -Subscriber Identity Module

• อุปกรณ์เคลื่อนที่

ซิมสามารถถอดออกได้และด้วยซิมที่เหมาะสมสามารถเข้าถึงเครือข่ายได้โดยใช้อุปกรณ์มือถือต่างๆ

ข้อมูลประจำตัวของอุปกรณ์ไม่ได้เชื่อมโยงกับผู้สมัครสมาชิก อุปกรณ์ได้รับการตรวจสอบความถูกต้องแยกต่างหากกับ IMEI และ EIR ซิมประกอบด้วยชิปวงจรรวมที่มีไมโครโปรเซสเซอร์หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM) และหน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว (ROM) ซิมควรจะถูกต้องและควรตรวจสอบความถูกต้องของ MS ขณะเข้าถึงเครือข่าย

ซิมยังเก็บข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับสมาชิกเช่น IMSI ข้อมูลระบุตำแหน่งของเซลล์เป็นต้น

หน้าที่ของ Mobile Station

• การส่งและรับวิทยุ

• การจัดการช่องวิทยุ

• การเข้ารหัส / ถอดรหัสคำพูด

• การป้องกันข้อผิดพลาดของเรดิโอลิงค์

• การควบคุมการไหลของข้อมูล

• ให้คะแนนการปรับข้อมูลผู้ใช้กับลิงก์วิทยุ

• การจัดการการเคลื่อนไหว

การวัดประสิทธิภาพสูงสุดหกรอบ BTS และการรายงานไปยัง BSS MS สามารถจัดเก็บและแสดงข้อความตัวอักษรและตัวเลขที่ได้รับสั้น ๆ บนจอแสดงผลคริสตัลเหลว (LCD) ที่ใช้เพื่อแสดงข้อมูลการโทรและสถานะ

หน่วยโทรศัพท์เคลื่อนที่มีห้าประเภทที่แตกต่างกันที่ระบุโดยระบบ GSM ของยุโรป: 20W, 8W, 5W, 2W และ 0.8W ซึ่งสอดคล้องกับระดับพลังงาน 43-dBm, 39-dBm, 37-dBm, 33-dBm และ 29-dBm ยูนิต 20-W และ 8-W (กำลังสูงสุด) มีไว้สำหรับการใช้งานบนยานพาหนะหรือสถานีแบบพกพา พลังงาน MS สามารถปรับได้ในขั้นตอน 2 dB จากค่าเล็กน้อยลงไปที่ 20mW (13 dBm) การดำเนินการนี้ทำได้โดยอัตโนมัติภายใต้การควบคุมระยะไกลจาก BTS

เครื่องแปลงสัญญาณ

ทรานส์โค้ดคือเอนทิตีเครือข่ายที่แทรกเพื่อเชื่อมต่อกับฝั่ง MSC กับฝั่งมือถือ อัตราการเข้ารหัสเสียงในฝั่ง PSTN คือ 64Kbps และในระบบ GSM เสียงจะถูกเข้ารหัสเป็น 13Kbps เพื่อลดอัตราข้อมูลผ่านส่วนต่อประสานทางอากาศและเพื่อลดการโหลดของลิงค์ภาคพื้นดิน (4: 1) ตัวแปลงสัญญาณจะถูกนำมาใช้ในสถานที่ที่เหมาะสมโดยส่วนใหญ่ใช้ MSC

ตัวแปลงรหัสเป็นอุปกรณ์ที่ใช้เสียงพูด 13-Kbps หรือมัลติเพล็กซ์ข้อมูล 3.6 / 6/12-Kbps และสี่ตัวในการแปลงเป็นข้อมูล 64-Kbps มาตรฐาน อันดับแรก 13 Kbps หรือข้อมูลที่ 3.6 / 6/12 Kbps จะเพิ่มขึ้นที่ระดับ 16 Kbps โดยการใส่ข้อมูลซิงโครไนซ์เพิ่มเติมเพื่อสร้างความแตกต่างระหว่างข้อมูลเสียงพูด 13-Kbps หรืออัตราที่ต่ำกว่าและสี่ในนั้นคือ รวมกันในช่องสัญญาณเพื่อให้ช่อง 64 Kbps ภายใน BSS จากนั้นสามารถมัลติเพล็กซ์ช่องสัญญาณจราจรสี่ช่องในวงจร 64-Kpbs หนึ่งวงจร ดังนั้นอัตราข้อมูลเอาต์พุต TRAU คือ 64 Kbps

จากนั้นช่อง 64-Kpbs สูงสุด 30 ช่องจะถูกมัลติเพล็กซ์ไปยัง 2.048 Mbps หากมีการจัดเตรียมช่องสัญญาณ CEPT1 บนอินเทอร์เฟซ A-bis ช่องนี้สามารถรับสัญญาณจราจรและสัญญาณควบคุมได้สูงสุด 120- (16x 120) เนื่องจากโดยปกติอัตราข้อมูลไปยัง PSTN จะอยู่ที่ 2 Mbps ซึ่งเป็นผลมาจากการรวมช่องสัญญาณ 30 x 64-Kbps หรือ 120-Kbps โดยช่อง 16-Kpbs

องค์ประกอบเครือข่ายอื่น ๆ

องค์ประกอบเครือข่ายอื่น ๆ ได้แก่ ส่วนประกอบต่างๆเช่นศูนย์บริการ SMS กล่องข้อความเสียงและ SMS Flow

ศูนย์บริการ SMS

เชื่อมต่อกับ MSC ที่มีฟังก์ชันการทำงานระหว่างกันเพื่อให้บริการข้อความสั้น (SMS) แก่สมาชิกมือถือ SMS สามารถกำหนดไปยังเครื่องแฟกซ์พีซีบนอินเทอร์เน็ตหรือ MS อื่น ๆ ตำแหน่งของ MS ผู้รับจะถูกสอบถามโดย MSC และส่งมอบ

กล่องข้อความเสียง

เมื่อผู้สมัครใช้บริการมือถือไม่อยู่ในตำแหน่งที่จะรับสายเรียกเข้าเนื่องจากไม่ว่าง / ไม่อยู่นอกพื้นที่ให้บริการสายนั้นจะถูกโอนสายไปยังเมลบ็อกซ์ซึ่งได้เปิดใช้งานแล้วโดยผู้สมัครสมาชิก ด้วยเหตุนี้จึงมีการสร้างการเชื่อมต่อแยกต่างหากจาก MSC ผู้สมัครสมาชิกจะได้รับการแจ้งเตือนผ่าน SMS ในภายหลังและสามารถเรียกดูข้อความได้

กระแส SMS

• เมื่อผู้ใช้ส่ง SMS คำขอจะถูกส่งผ่าน MSC

• MSC ส่งต่อ SMS ไปยัง SMSC ที่เก็บไว้

• SMSC สอบถาม HLR เพื่อค้นหาว่ามือถือปลายทางอยู่ที่ใดและส่งต่อข้อความไปยัง MSC ปลายทางหากมือถือปลายทางพร้อมใช้งาน

• หากมือถือไม่พร้อมใช้งานข้อความจะถูกเก็บไว้ใน SMSC ปัจจุบันเอง ในการติดตั้งส่วนใหญ่หากไม่มีโทรศัพท์มือถือสำหรับการส่ง SMS SMSC จะไม่ลองอีกครั้ง แต่ MSC ปลายทางจะแจ้ง SMSC เมื่อมือถือกลับมาอยู่ในระยะ การจัดการ SMS เป็นการดำเนินการจัดเก็บและส่งต่อซึ่งแตกต่างจาก USSD

• SMS มีช่วงเวลาที่ใช้ได้ซึ่งจะรอให้มือถือปลายทางพร้อมใช้งาน หลังจากนั้น SMSC จะลบข้อความ ผู้ใช้สามารถกำหนดระยะเวลาความถูกต้องได้ อายุการใช้งานปกติคือ 1 วัน