Khái niệm di động - Kiến trúc GSM

Mạng GSM được chia thành bốn hệ thống chính:

Hệ thống chuyển mạch (SS)
Hệ thống trạm gốc (BSS)
Trạm di động (MS)
Trung tâm vận hành và bảo trì (OMC)

Hệ thống chuyển mạch còn được gọi là Hệ thống chuyển mạch và mạng (NSS), chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng xử lý cuộc gọi và các chức năng liên quan đến thuê bao. Hệ thống chuyển mạch bao gồm các đơn vị chức năng sau:

Trung tâm chuyển mạch di động
Địa điểm
Đăng ký vị trí của khách truy cập
Đăng ký nhận dạng thiết bị
Trung tâm xác thực

Trung tâm chuyển mạch di động

Trung tâm chuyển mạch di động (MSC) thực hiện tất cả các chức năng chuyển mạch cho tất cả các trạm di động, nằm trong khu vực địa lý được điều khiển bởi các BSS được chỉ định của nó. Ngoài ra, nó giao tiếp với PSTN, với các MSC khác và các thực thể hệ thống khác.

Chức năng của MSC

Xử lý cuộc gọi phù hợp với tính chất di động của thuê bao xem xét Đăng ký vị trí, Xác thực thuê bao và thiết bị, Dịch vụ bàn giao và trả trước.
Quản lý kênh liên kết vô tuyến hợp lý cần thiết trong cuộc gọi.
Quản lý giao thức báo hiệu MSC-BSS.
Xử lý đăng ký vị trí và đảm bảo liên thông giữa trạm di động và VLR.
Kiểm soát quá trình bàn tay liên BSS và liên MSC.
Hoạt động như một MSC cổng để thẩm vấn HLR. MSC được kết nối với mạng PSTN / ISDN được gọi là GMSC. Đây là MSC duy nhất trong mạng được kết nối với HLR.
Các chức năng tiêu chuẩn của một công tắc như sạc.

Đăng ký vị trí nhà (HLR)

Đăng ký vị trí nhà chứa -

Danh tính của thuê bao di động được gọi là International Mobile Sub Identity (IMSI).
Số thư mục ISDN của trạm di động.
Thông tin đăng ký dịch vụ.
Các hạn chế dịch vụ.
Thông tin Vị trí để định tuyến cuộc gọi.

Một HLR cho mỗi mạng GSM được khuyến nghị và nó có thể là một cơ sở dữ liệu phân tán. Dữ liệu vĩnh viễn trong HLR được thay đổi bởi giao diện người-máy. Dữ liệu tạm thời như thông tin vị trí thay đổi động trong HLR.

Đăng ký Vị trí của Khách truy cập (VLR)

VLR luôn được tích hợp với MSC. Khi một trạm di động chuyển vùng vào một vùng MSC mới, VLR được kết nối với MSC đó sẽ yêu cầu dữ liệu về trạm di động từ HLR. Sau đó, nếu trạm di động thực hiện cuộc gọi, VLR có thông tin cần thiết cho việc thiết lập cuộc gọi mà không cần phải thẩm vấn HLR mỗi lần. VLR chứa thông tin như sau:

Danh tính của phụ di động,
Mọi danh tính phụ tạm thời trên thiết bị di động,
Số thư mục ISDN của điện thoại di động,
Số danh bạ để định tuyến cuộc gọi đến trạm chuyển vùng,
Một phần dữ liệu của HLR cho điện thoại di động hiện đang nằm trong vùng dịch vụ MSC.

Đăng ký nhận dạng thiết bị

Sổ Đăng ký Nhận dạng Thiết bị bao gồm danh tính của thiết bị trạm di động được gọi là Danh tính Thiết bị Di động Quốc tế (IMEI), có thể hợp lệ, đáng nghi ngờ và bị cấm. Khi một trạm di động truy cập vào hệ thống, quy trình xác nhận thiết bị sẽ được kích hoạt trước khi cung cấp dịch vụ.

Thông tin có sẵn dưới dạng ba danh sách.

Danh sách trắng- Thiết bị đầu cuối được phép kết nối với Mạng.
Danh sách xám- Thiết bị đầu cuối đang được mạng quan sát để tìm các sự cố có thể xảy ra.
Danh sách đen- Các thiết bị đầu cuối được báo cáo là bị đánh cắp không được chấp thuận. Họ không được phép kết nối với mạng. EIR thông báo cho VLR về danh sách, IMEI cụ thể có trong đó.

Trung tâm xác thực

Nó được liên kết với một HLR. Nó lưu trữ một khóa định danh được gọi là khóa xác thực (Ki) cho mỗi thuê bao Di động. Khóa này được sử dụng để tạo bộ ba xác thực.

RAND (Số ngẫu nhiên),
SRES (Phản hồi đã ký) -Để xác thực IMSI,
Kc (Khóa mật mã) - Để mã hóa liên lạc qua đường vô tuyến giữa MS và mạng.

Trung tâm vận hành và bảo trì (OMC)

Nó là thực thể chức năng mà qua đó nhà điều hành mạng có thể giám sát và điều khiển hệ thống bằng cách thực hiện các chức năng sau:

Cài đặt phần mềm
Quản lý giao thông
Phân tích dữ liệu hiệu suất
Truy tìm người đăng ký và thiết bị
Quản lý cấu hình
Quản lý người đăng ký
Quản lý thiết bị di động
Quản lý tính phí và thanh toán

Hệ thống trạm gốc (BSS)

BSS kết nối MS và NSS. Nó bao gồm những thứ sau:

Trạm thu phát gốc (BTS) hay còn gọi là Trạm gốc.
Bộ điều khiển Trạm gốc (BSC).

BTS và BSC giao tiếp qua giao diện Abis tiêu chuẩn hóa. BTS được điều khiển bởi BSC và một BSC có thể có nhiều BTS dưới sự kiểm soát của nó.

Trạm thu phát cơ sở (BTS)

BTS chứa các bộ thu phát vô tuyến và xử lý các giao thức liên kết vô tuyến với Trạm di động. Mỗi trạm BTS bao gồm các thiết bị thu và phát sóng vô tuyến bao gồm ăng ten, bộ xử lý tín hiệu, v.v. Mỗi trạm BTS có thể hỗ trợ từ 1 đến 16 sóng mang RF. Các thông số phân biệt các BTS là Mức công suất, chiều cao anten, loại anten và số lượng sóng mang.

Chức năng của BTS

Nó chịu trách nhiệm đồng bộ hóa Thời gian và Tần số.
Quá trình mã hóa kênh, Mã hóa, Ghép kênh và điều chế cho chuyển hướng và đảo ngược để thu sẽ được thực hiện.
Nó phải sắp xếp để truyền trước từ điện thoại di động tùy thuộc vào khoảng cách của họ từ BTS (Timing Advance).
Nó phải phát hiện các yêu cầu truy cập ngẫu nhiên từ điện thoại di động, đo lường và giám sát các kênh vô tuyến để kiểm soát và chuyển giao quyền lực.

Bộ điều khiển trạm gốc

BSC quản lý các tài nguyên vô tuyến cho một hoặc một nhóm BTS. Nó xử lý thiết lập kênh vô tuyến, nhảy tần, chuyển giao và kiểm soát mức công suất RF. BSC cung cấp tín hiệu tham chiếu đồng bộ thời gian và tần số được phát bởi các BTS của nó. Nó thiết lập kết nối giữa trạm di động và MSC. BSC được kết nối thông qua giao diện MSC, BTS và OMC.

Trạm di động

Nó đề cập đến thiết bị đầu cuối được sử dụng bởi các thuê bao không dây. Nó bao gồm -

Mô-đun nhận dạng người đăng ký SIM
Thiết bị di động

SIM có thể tháo rời và với SIM thích hợp, mạng có thể được truy cập bằng các thiết bị di động khác nhau.

Danh tính thiết bị không được liên kết với người đăng ký. Thiết bị được xác nhận riêng biệt với IMEI và EIR. SIM chứa một chip mạch tích hợp với bộ vi xử lý, bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) và bộ nhớ chỉ đọc (ROM). SIM phải hợp lệ và phải xác thực tính hợp lệ của MS khi truy cập mạng.

SIM cũng lưu trữ thông tin liên quan đến thuê bao như IMSI, nhận dạng vị trí di động, v.v.

Chức năng của Trạm di động

Truyền và nhận sóng vô tuyến
Quản lý kênh radio
Mã hóa / giải mã giọng nói
Bảo vệ lỗi liên kết vô tuyến
Kiểm soát luồng dữ liệu
Đánh giá mức độ thích ứng của dữ liệu người dùng với liên kết vô tuyến
Quản lý di động

Các phép đo hiệu suất lên đến tối đa sáu trạm BTS xung quanh và báo cáo cho BSS, MS có thể lưu trữ và hiển thị các thông báo chữ và số nhận được ngắn trên màn hình tinh thể lỏng (LCD) được sử dụng để hiển thị thông tin trạng thái và quay số cuộc gọi.

Có năm loại đơn vị điện thoại di động khác nhau được quy định bởi hệ thống GSM Châu Âu: 20W, 8W, 5W, 2W và 0,8W. Chúng tương ứng với các mức công suất 43-dBm, 39-dBm, 37-dBm, 33-dBm và 29-dBm. Các đơn vị 20-W và 8-W (công suất cực đại) dành cho việc sử dụng trên xe hoặc trạm di động. Công suất MS có thể điều chỉnh trong các bước 2 dB từ giá trị danh nghĩa của nó xuống 20mW (13 dBm). Điều này được thực hiện tự động dưới sự điều khiển từ xa từ trạm BTS.

Bộ chuyển mã

Bộ chuyển mã là một thực thể mạng được chèn vào để giao diện bên MSC với bên Di động. Tốc độ mã hóa giọng nói ở phía PSTN là 64Kbps và trong GSM qua mạng, giọng nói được mã hóa là 13Kbps. Để giảm tốc độ dữ liệu qua giao diện không khí và giảm tải liên kết mặt đất (4: 1), các bộ chuyển mã được đưa vào một nơi thích hợp, chủ yếu là với MSC.

Bộ chuyển mã là thiết bị nhận 13-Kbps thoại hoặc 3,6 / 6/12-Kbps ghép kênh dữ liệu và bốn trong số chúng để chuyển đổi thành dữ liệu chuẩn 64-Kbps. Đầu tiên, 13 Kbps hoặc dữ liệu ở 3,6 / 6/12 Kbps được đưa lên mức 16 Kbps bằng cách chèn thêm dữ liệu đồng bộ hóa để tạo ra sự khác biệt giữa giọng nói 13 Kbps hoặc dữ liệu tốc độ thấp hơn và sau đó bốn trong số đó là được kết hợp trong bộ phát đáp để cung cấp kênh 64 Kbps trong BSS. Bốn kênh lưu lượng sau đó có thể được ghép trong một mạch 64-Kpbs. Do đó, tốc độ dữ liệu đầu ra TRAU là 64 Kbps.

Sau đó, tối đa 30 kênh 64 Kpbs như vậy được ghép thành 2.048 Mbps nếu kênh CEPT1 được cung cấp trên giao diện A-bis. Kênh này có thể mang đến 120- (16x 120) tín hiệu điều khiển và lưu lượng. Vì tốc độ dữ liệu tới PSTN thường ở mức 2 Mbps, là kết quả của việc kết hợp các kênh 30- x 64 Kbps hoặc 120- Kbps với các kênh 16 Kpbs.

Các phần tử mạng khác

Các phần tử mạng khác bao gồm các thành phần như Trung tâm dịch vụ SMS, Hộp thư thoại và Luồng SMS.

Trung tâm dịch vụ SMS

Nó giao tiếp với MSC có chức năng liên kết để cung cấp Dịch vụ Tin nhắn Ngắn (SMS) cho các thuê bao di động. SMS có thể được chuyển đến máy fax, PC trên internet hoặc một MS khác. Vị trí của MS người nhận được MSC truy vấn và gửi.

Hộp thư thoại

Khi thuê bao di động không trả lời được cuộc gọi đến do máy bận / ngoài vùng phủ sóng thì cuộc gọi sẽ được chuyển đến hộp thư đã được thuê bao kích hoạt. Đối với điều này, một kết nối riêng biệt đã được thiết lập từ MSC. Người đăng ký sẽ được cảnh báo qua SMS sau đó và có thể lấy lại tin nhắn.

Luồng SMS

Khi người dùng gửi SMS, yêu cầu sẽ được thực hiện qua MSC.
MSC chuyển tiếp SMS tới SMSC nơi nó được lưu trữ.
SMSC truy vấn HLR để tìm ra vị trí của thiết bị di động đích và chuyển tiếp thông báo đến MSC đích nếu thiết bị di động đích khả dụng.
Nếu điện thoại di động không khả dụng, tin nhắn sẽ được lưu trữ trong chính SMSC hiện tại. Trong hầu hết các cài đặt, nếu điện thoại di động không khả dụng để gửi SMS, SMSC sẽ không thử lại. Thay vào đó, MSC đích thông báo cho SMSC khi thiết bị di động trở lại trong phạm vi. Xử lý SMS là một hoạt động lưu trữ và chuyển tiếp không giống như USSD.
SMS có thời hạn hiệu lực mà nó sẽ đợi điện thoại di động đích khả dụng. Sau thời gian đó, SMSC sẽ xóa tin nhắn. Người dùng có thể đặt thời hạn hiệu lực. Hiệu lực thông thường là 1 ngày.