Cellular Concepts - GSM Architecture المفاهيم الخلوية - هندسة GSM

 Cellular Concepts - GSM Architecture المفاهيم الخلوية - هندسة GSM

تنقسم شبكة GSM إلى أربعة أنظمة رئيسية -

• نظام التحويل (SS)

• نظام المحطة الأساسية (BSS)

• محطة متنقلة (MS)

• مركز التشغيل والصيانة (OMC)

يُعرف نظام التبديل أيضًا باسم نظام الشبكة والتبديل (NSS) ، وهو مسؤول عن أداء معالجة المكالمات والوظائف المتعلقة بالمشتركين. يشمل نظام التحويل الوحدات الوظيفية التالية -

• مركز تحويل المحمول

• تسجيل موقع المنزل

• سجل موقع الزائر

• سجل هوية المعدات

• مركز التوثيق

مركز تحويل المحمول

يقوم مركز التحويل المحمول (MSC) بتنفيذ جميع وظائف التبديل لجميع المحطات المتنقلة ، الواقعة في المنطقة الجغرافية التي تسيطر عليها BSSs المخصصة له. أيضًا ، يتفاعل مع PSTN ، مع MSCs الأخرى ، وكيانات النظام الأخرى.

وظائف MSC

• التعامل مع المكالمات التي تتوافق مع طبيعة الهاتف المحمول للمشتركين الذين يفكرون في تسجيل الموقع ، ومصادقة المشتركين والمعدات ، والتسليم والخدمة المدفوعة مقدمًا

• إدارة قناة الارتباط المنطقي المطلوب أثناء المكالمات.

• إدارة بروتوكول تشوير MSC-BSS.

• معالجة تسجيل الموقع وضمان التشغيل البيني بين المحطة المتنقلة و VLR.

• يتحكم في عمليات الإرسال بين BSS وبين MSC.

• العمل كبوابة MSC لاستجواب HLR. يسمى MSC المتصل بشبكة PSTN / ISDN باسم GMSC. هذا هو MSC الوحيد في الشبكة المتصلة بـ HLR.

• الوظائف القياسية للمفتاح مثل الشحن.

تسجيل موقع المنزل (HLR)

يحتوي سجل موقع المنزل على -

• هوية المشترك في الهاتف المحمول تسمى International Mobile Sub Identity (IMSI).

• رقم دليل ISDN للمحطة المتنقلة.

• معلومات الاشتراك في الخدمات.

• قيود الخدمة.

• معلومات الموقع لتوجيه المكالمات.

يوصى باستخدام HLR واحد لكل شبكة GSM وقد تكون قاعدة بيانات موزعة. يتم تغيير البيانات الدائمة في HLR من خلال واجهة الإنسان والآلة. تتغير البيانات المؤقتة مثل معلومات الموقع ديناميكيًا في HLR.

سجل موقع الزائر (VLR)

يتم دائمًا دمج VLR مع MSC. عندما تتجول محطة متنقلة في منطقة MSC جديدة ، فإن VLR المتصلة بتلك MSC تطلب بيانات حول المحطة المتنقلة من HLR. في وقت لاحق ، إذا قامت المحطة المتنقلة بإجراء مكالمة ، فإن VLR لديها المعلومات اللازمة لإعداد المكالمة دون الحاجة إلى استجواب HLR في كل مرة. يحتوي VLR على معلومات مثل ما يلي -

• هوية فرعية المحمول ،

• أي هوية فرعية متنقلة مؤقتة ،

• رقم دليل ISDN للجوال ،

• رقم دليل لتوجيه المكالمة إلى محطة التجوال ،

• جزء من بيانات HLR للهواتف المحمولة الموجودة حاليًا في منطقة خدمة MSC.

سجل هوية المعدات

يتكون سجل هوية المعدات من هوية معدات محطة متنقلة تسمى الهوية الدولية للأجهزة المتنقلة (IMEI) ، والتي قد تكون صالحة ومشبوهة ومحظورة. عندما تصل محطة متنقلة إلى النظام ، يتم استدعاء إجراء التحقق من صحة المعدات قبل تقديم الخدمات.

المعلومات متوفرة في شكل ثلاث قوائم.

• القائمة البيضاء- يُسمح للطرف بالاتصال بالشبكة.

• القائمة الرمادية- المحطة تحت المراقبة من الشبكة للمشكلات المحتملة.

• القائمة السوداء- المحطات التي تم الإبلاغ عنها على أنها مسروقة غير معتمدة من النوع. لا يسمح لهم بالاتصال بالشبكة. تقوم EIR بإعلام VLR بالقائمة ، و IMEI الخاص موجود فيها.

مركز المصادقة

يرتبط بـ HLR. يقوم بتخزين مفتاح تعريف يسمى مفتاح المصادقة (Ki) لكل مشترك في الهاتف المحمول. يستخدم هذا المفتاح لإنشاء ثلاثة توائم للمصادقة.

• RAND (رقم عشوائي) ،

• SRES (الاستجابة الموقعة) - لمصادقة IMSI ،

• Kc (مفتاح التشفير) - لتشفير الاتصال عبر مسار الراديو بين MS والشبكة.

مركز التشغيل والصيانة (OMC)

إنه الكيان الوظيفي الذي يمكن لمشغل الشبكة من خلاله مراقبة النظام والتحكم فيه من خلال أداء الوظائف التالية -

• تثبيت البرامج

• إدارة المرور

• تحليل بيانات الأداء

• تعقب المشتركين والمعدات

• إدارة التكوين

• إدارة المشتركين

• إدارة المعدات المتنقلة

• إدارة الشحن والفواتير

نظام المحطة الأساسية (BSS)

يربط BSS بين MS و NSS. وتتكون مما يلي -

• محطة الإرسال والاستقبال الأساسية (BTS) تسمى أيضًا المحطة الأساسية.

• وحدة تحكم المحطة الأساسية (BSC).

تتواصل BTS و BSC عبر واجهة Abis القياسية. يتم التحكم في BTS بواسطة BSC ويمكن أن يكون لدى BSC العديد من BTS تحت سيطرتها.

محطة الإرسال والاستقبال الأساسية (BTS)

يضم BTS أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية ويتعامل مع بروتوكولات الارتباط اللاسلكي مع محطة الهاتف المحمول. يتألف كل BTS من أجهزة إرسال واستقبال لاسلكية بما في ذلك الهوائي ومعالجات الإشارات وما إلى ذلك. يمكن لكل محطة BTS أن تدعم من 1 إلى 16 من الموجات الحاملة RF. والمعلمات التي تميز المحطات BTS هي سوية القدرة وارتفاع الهوائي ونوع الهوائي وعدد الموجات الحاملة.

وظائف BTS

• وهي مسؤولة عن مزامنة الوقت والتردد.

• يجب تنفيذ عملية تشفير القنوات وتشفيرها وتعدد إرسالها وتشكيلها من أجل تحويل الاتجاه وعكس الاستقبال.

• يجب أن يرتب للإرسال مقدمًا من الهواتف المحمولة اعتمادًا على بعدهم عن BTS (Timing Advance).

• يجب أن يكتشف طلبات الوصول العشوائي من الهواتف المحمولة ، ويقيس ويراقب قنوات الراديو للتحكم في الطاقة والتسليم.

وحدة تحكم المحطة الأساسية

تدير BSC موارد الراديو لواحد أو مجموعة من محطات BTS. إنه يتعامل مع إعداد القنوات الراديوية ، وقفز التردد ، والتسليم ، والتحكم في مستويات طاقة التردد اللاسلكي. توفر BSC الإشارات المرجعية لمزامنة الوقت والتردد التي تبثها محطات BTS الخاصة بها. يقوم بإنشاء اتصال بين المحطة المتنقلة و MSC. BSC متصل عبر واجهات MSC و BTS و OMC.

محطة متنقلة

يشير إلى المعدات الطرفية التي يستخدمها المشتركون اللاسلكي. تتكون من -

• وحدة تعريف المشترك SIM

• معدات الجوال

بطاقة SIM قابلة للإزالة وبواسطة بطاقة SIM مناسبة ، يمكن الوصول إلى الشبكة باستخدام أجهزة محمولة مختلفة.

هوية الجهاز غير مرتبطة بالمشترك. يتم التحقق من صحة الجهاز بشكل منفصل باستخدام IMEI و EIR. تحتوي بطاقة SIM على شريحة دارة متكاملة مع معالج دقيق وذاكرة وصول عشوائي (RAM) وذاكرة قراءة فقط (ROM). يجب أن تكون بطاقة SIM صالحة ويجب أن تصادق على صلاحية MS أثناء الوصول إلى الشبكة.

تقوم بطاقة SIM أيضًا بتخزين المعلومات المتعلقة بالمشترك مثل IMSI وهوية موقع الخلية وما إلى ذلك.

وظائف المحطة المتنقلة

• الإرسال والاستقبال اللاسلكي

• إدارة قنوات الراديو

• ترميز الكلام / فك

• حماية خطأ ارتباط الراديو

• التحكم في تدفق البيانات

• معدل تكييف بيانات المستخدم مع وصلة الراديو

• إدارة التنقل

قياسات الأداء بحد أقصى ستة BTSs المحيطة والإبلاغ إلى BSS ، يمكن لـ MS تخزين وعرض الرسائل الأبجدية الرقمية القصيرة المستلمة على شاشة الكريستال السائل (LCD) التي تُستخدم لإظهار معلومات الاتصال والحالة.

هناك خمس فئات مختلفة من وحدات الهاتف المحمول المحددة بواسطة نظام GSM الأوروبي: 20 واط ، 8 واط ، 5 واط ، 2 واط ، و 0.8 واط. تتوافق هذه مع مستويات الطاقة 43 ديسيبل ميلي وات 39 ديسيبل و 37 ديسيبل ميلي واط و 33 ديسيبل ميلي واط و 29 ديسيبل ميلي واط وحدات 20-W و 8-W (ذروة الطاقة) هي إما للاستخدام على متن مركبة أو محطة محمولة. يمكن ضبط قدرة MS في خطوات 2 ديسيبل من قيمتها الاسمية إلى 20 ميجاوات (13 ديسيبل). يتم ذلك تلقائيًا تحت جهاز التحكم عن بعد من BTS.

محولات

محولات الشفرات هي كيانات شبكة مدرجة في واجهة جانب MSC إلى جانب الهاتف المحمول. معدل ترميز الصوت على جانب PSTN هو 64 كيلوبت في الثانية ، وفي GSM عبر الهواء ، يتم ترميز الصوت على أنه 13 كيلوبت في الثانية. لتقليل معدل البيانات عبر السطح البيني الجوي ولتقليل تحميل الوصلة الأرضية (4: 1) ، يتم إدخال محولات الشفرات في مكان مناسب ، غالبًا مع MSC.

محول الشفرة هو الجهاز الذي يأخذ 13 كيلوبت في الثانية الكلام أو 3.6 / 6/12-كيلوبت في الثانية مضاعفات البيانات وأربعة منهم للتحويل إلى بيانات قياسية 64 كيلوبت في الثانية. أولاً ، يتم رفع 13 كيلوبت في الثانية أو البيانات بسرعة 3.6 / 6/12 كيلوبت في الثانية إلى مستوى 16 كيلوبت في الثانية عن طريق إدخال بيانات مزامنة إضافية لتعويض الفرق بين خطاب 13 كيلوبت في الثانية أو بيانات معدل أقل ثم أربعة منهم مجتمعة في جهاز الإرسال والاستقبال لتوفير قناة 64 كيلوبت في الثانية داخل BSS. يمكن بعد ذلك مضاعفة أربع قنوات مرور في دائرة 64 كيلوبت في الثانية. وبالتالي فإن معدل بيانات الإخراج TRAU هو 64 كيلوبت في الثانية.

بعد ذلك ، يتم مضاعفة ما يصل إلى 30 قناة 64 كيلوبت في الثانية على 2.048 ميجابت في الثانية إذا تم توفير قناة CEPT1 على واجهة A-bis. يمكن لهذه القناة أن تحمل ما يصل إلى 120- (16x 120) من إشارات المرور والتحكم. نظرًا لأن معدل نقل البيانات إلى شبكة PSTN يبلغ عادةً 2 ميجابت في الثانية ، وهو ما ينتج عن دمج قنوات 30 × 64 كيلوبت في الثانية ، أو 120 كيلوبت في الثانية بواسطة قنوات 16 كيلوبت في الثانية

عناصر الشبكة الأخرى

تتضمن عناصر الشبكة الأخرى مكونات مثل مركز خدمة الرسائل القصيرة وصندوق البريد الصوتي وتدفق الرسائل القصيرة.

مركز خدمة الرسائل القصيرة

يتفاعل مع MSC الذي يحتوي على وظيفة التشغيل البيني لتوفير خدمة الرسائل القصيرة (SMS) لمشتركي الهاتف المحمول. يمكن توجيه الرسائل القصيرة إلى جهاز الفاكس أو الكمبيوتر الشخصي على الإنترنت أو MS آخر. يتم الاستعلام عن موقع MS المستلم بواسطة MSC ويتم تسليمه.

صندوق البريد الصوتي

عندما لا يكون مشترك الهاتف المحمول في وضع يسمح له بالرد على المكالمات الواردة بسبب الانشغال / خارج منطقة الخدمة ، يتم تحويل المكالمة إلى صندوق بريد تم تنشيطه بالفعل من قبل المشترك. لهذا ، تم إنشاء اتصال منفصل من MSC. سيتم تنبيه المشترك من خلال الرسائل القصيرة لاحقًا ويمكنه استرداد الرسالة.

تدفق الرسائل القصيرة

• عندما يرسل المستخدم رسالة SMS ، يتم تقديم الطلب عبر MSC.

• يقوم MSC بإعادة توجيه الرسائل القصيرة إلى SMSC حيث يتم تخزينها.

• يستعلم SMSC HLR لمعرفة مكان تواجد الجوال الوجهة ويعيد توجيه الرسالة إلى الوجهة MSC إذا كان الجوال الوجهة متاحًا.

• إذا لم يكن الهاتف المحمول متاحًا ، فسيتم تخزين الرسالة في SMSC الحالي نفسه. في معظم عمليات التثبيت ، إذا لم يكن الهاتف المحمول متاحًا لتسليم الرسائل القصيرة ، لا تقوم SMSC بإعادة المحاولة. بدلاً من ذلك ، تقوم الوجهة MSC بإبلاغ SMSC عندما يعود الهاتف المحمول في النطاق. التعامل مع الرسائل القصيرة هو عملية تخزين وإعادة توجيه بخلاف USSD.

• الرسائل القصيرة لها فترة صلاحية ستنتظر خلالها وصول الهاتف المحمول الوجهة. بعد ذلك الوقت سوف يقوم SMSC بحذف الرسالة. يمكن تحديد فترة الصلاحية من قبل المستخدم. الصلاحية العادية يوم واحد.