GSM-alkukirja sisältää:
GSM-esittely Verkkoarkkitehtuuri Verkon rajapinnat RF-rajapinta / korttipaikka & burst GSM-kehykset Teholuokat & ohjaus Kanavat Äänikoodekit / vokooderit Handover

GSM-verkkoarkkitehtuuri tarjosi yksinkertaisen ja silti tehokkaan arkkitehtuurin, jolla pystyttiin tuottamaan tarvittavia palveluita, joita tarvitaan solukuva- tai matkaviestinjärjestelmässä 2G.

GSM-verkon kokonaisarkkitehtuurissa oli neljä pääelementtiä, jotka voitiin usein jakaa edelleen. Tukiasemaohjaimen, MSC:n, AuC:n, HLR:n, VLR:n ja vastaavien kaltaiset elementit on koottu yhteen muodostamaan kokonaisjärjestelmä.

2G-GSM-verkkoarkkitehtuuri, vaikka se on nykyään korvattu, antaa erinomaisen johdannon joihinkin perusominaisuuksiin, joita tarvitaan matkaviestintäpuhelinverkon perustamiseen, ja siihen, miten kaikki yksiköt toimivat yhdessä.

GSM-verkkoarkkitehtuurin elementit

Mutta jotta GSM-järjestelmä toimisi yhdessä täydellisenä järjestelmänä, verkkoarkkitehtuurin kokonaisuus kokoaa yhteen joukon tietoverkon identiteettejä, joilla kullakin on useita elementtejä.

GSM-verkkoarkkitehtuuri on määritelty GSM-eritelmissä, ja se voidaan ryhmitellä neljään pääalueeseen:

• Verkko- ja kytkentäosajärjestelmä (NSS)
• Tukiasemaosajärjestelmä (BSS)
• Liikenneasema (MS)
• Toiminta- ja tukiasemaosajärjestelmä (OSS)

GSM-verkon eri osa-alueet toimivat yhdessä, eikä käyttäjä ole tietoinen järjestelmän eri kokonaisuuksista.

Koska GSM-verkko on määritelty, mutta spesifikaatiot ja standardit mahdollistavat järjestelmän luotettavan yhteistoiminnan eri elementtien toimittajasta riippumatta.

2G GSM-matkaviestintäjärjestelmän kokonaisarkkitehtuurin peruskaavio sisältää neljä pääelementtiä, jotka on esitetty alla:

Tässä kaaviossa näkyvät verkon eri osa-alueet – ne on ryhmitelty neljään osa-alueeseen, jotka tarjoavat erilaisia toimintoja, mutta jotka kaikki yhdessä mahdollistavat luotettavan matkaviestinnän.

Yleinen verkkoarkkitehtuuri osoittautui erittäin onnistuneeksi, ja sitä kehitettiin edelleen, jotta 2G-kehitys mahdollistaisi tiedonsiirron ja sitten jatkokehityksen myötä 3G:n perustamisen.

Verkon kytkentäjärjestelmä (NSS)

GSM-järjestelmäarkkitehtuuri sisältää useita eri elementtejä, ja sitä kutsutaan usein runkoverkoksi. Se on pohjimmiltaan tietoverkko, jossa on erilaisia kokonaisuuksia, jotka tarjoavat koko matkaviestinverkon pääasiallisen ohjauksen ja liitännät. Runkoverkon tärkeimmät elementit ovat:

• Matkaviestinpalvelujen kytkentäkeskus (MSC): GSM-verkon kokonaisarkkitehtuurin runkoverkkoalueen tärkein elementti on matkaviestinpalvelujen kytkentäkeskus (MSC). MSC toimii kuten tavallinen PSTN- tai ISDN-verkon kytkentäsolmu, mutta tarjoaa myös lisätoimintoja, joiden avulla voidaan tukea mobiilikäyttäjän vaatimuksia. Tällaisia toimintoja ovat rekisteröinti, todennus, puhelun paikannus, MSC:iden väliset vaihdot ja puhelun reititys matkaviestintilaajalle. Se tarjoaa myös rajapinnan PSTN-verkkoon, jotta matkaviestintäpuhelut voidaan ohjata matkaviestinverkosta lankapuhelimeen liitettyyn puhelimeen. Liitännät muihin MSC:iin mahdollistavat puheluiden soittamisen eri verkoissa oleviin matkapuhelimiin.
• Kotipaikkarekisteri (HLR): Tämä tietokanta sisältää kaikki hallinnolliset tiedot kustakin tilaajasta sekä hänen viimeisimmän tunnetun sijaintinsa. Näin GSM-verkko pystyy ohjaamaan puhelut MS:lle sopivalle tukiasemalle. Kun käyttäjä kytkee puhelimensa päälle, puhelin rekisteröityy verkkoon, ja tämän perusteella voidaan määrittää, minkä tukiaseman kanssa se on yhteydessä, jotta saapuvat puhelut voidaan ohjata asianmukaisesti. Vaikka puhelin ei olisikaan aktiivinen (mutta päällä), se rekisteröityy säännöllisesti uudelleen varmistaakseen, että verkko (HLR) on tietoinen sen viimeisimmästä sijainnista. Jokaista verkkoa kohti on yksi HLR, vaikka se voidaankin toiminnallisista syistä jakaa eri alakeskuksiin.
• Visitor Location Register (VLR): Tämä sisältää HLR:stä valittuja tietoja, jotka mahdollistavat yksittäisen tilaajan valittujen palvelujen tarjoamisen. VLR voidaan toteuttaa erillisenä yksikkönä, mutta se on yleisesti toteutettu kiinteänä osana MSC:tä eikä erillisenä yksikkönä. Tällä tavoin käyttö nopeutuu ja helpottuu.
• Laitetunnusrekisteri (EIR): EIR on yksikkö, joka päättää, voidaanko tietty mobiililaite päästää verkkoon. Jokaisella mobiililaitteella on numero, joka tunnetaan nimellä International Mobile Equipment Identity. Tämä numero, kuten edellä mainittiin, on asennettu laitteeseen, ja verkko tarkistaa sen rekisteröinnin yhteydessä. EIR-tunnuksen sisältämien tietojen perusteella matkapuhelimelle voidaan antaa jokin kolmesta tilasta: se voidaan päästää verkkoon, sen käyttö voidaan estää tai sitä voidaan tarkkailla ongelmien varalta.
• Authentication Centre (AuC): AuC on suojattu tietokanta, joka sisältää myös käyttäjän SIM-kortissa olevan salaisen avaimen. Sitä käytetään todennukseen ja salaukseen radiokanavalla.
• Gateway Mobile Switching Centre (GMSC): GMSC on piste, johon ME-päätepuhelu alun perin ohjataan, ilman tietoa MS:n sijainnista. GMSC:n tehtävänä on siis saada MSRN (Mobile Station Roaming Number) HLR:stä MSISDN:n (Mobile Station ISDN number, MS:n ”hakemistonumero”) perusteella ja reitittää puhelu oikeaan MSC:hen. Termissä GMSC oleva ”MSC”-osa on harhaanjohtava, koska yhdyskäytävän toiminta ei edellytä minkäänlaista linkitystä MSC:hen.
• SMS Gateway (SMS-G): SMS-G tai SMS-yhdyskäytävä on termi, jota käytetään kuvaamaan GSM-standardeissa määriteltyjä kahta lyhytsanomapalvelujen yhdyskäytävää. Nämä kaksi yhdyskäytävää käsittelevät eri suuntiin suunnattuja viestejä. SMS-GMSC (Short Message Service Gateway Mobile Switching Centre) on tarkoitettu ME:lle lähetettäviä lyhyitä viestejä varten. SMS-IWMSC:tä (Short Message Service Inter-Working Mobile Switching Centre) käytetään kyseisessä verkossa olevasta matkapuhelimesta peräisin oleville lyhyille viesteille. SMS-GMSC:n rooli on samanlainen kuin GMSC:n, kun taas SMS-IWMSC tarjoaa kiinteän yhteyspisteen lyhytsanomapalvelukeskukseen.

Nämä yksiköt olivat tärkeimmät GSM-verkossa käytetyt yksiköt. Ne sijaitsivat yleensä yhdessä, mutta usein koko runkoverkko oli hajautettu eri puolille maata, jossa verkko sijaitsi. Tämä antoi jonkin verran häiriönsietokykyä.

Vaikka GSM-järjestelmä oli pohjimmiltaan puhejärjestelmä, runkoverkko oli dataverkko, koska kaikki signaalit käsiteltiin digitaalisesti.

Tukiasema-alijärjestelmä (BSS)

Tukiasema-alijärjestelmä (BSS) on 2G-GSM-verkkoarkkitehtuurin osa, joka liittyy olennaisesti viestintään verkossa olevien matkapuhelinten kanssa.

Se koostuu kahdesta elementistä:

• Tukiaseman lähetin-vastaanotinasema (BTS): GSM-verkossa käytetty BTS käsittää radiolähetin-vastaanottimet ja niihin liittyvät antennit, jotka lähettävät ja vastaanottavat suoraan yhteydenpitoa matkapuhelinten kanssa. BTS on kunkin solun määrittelevä elementti. BTS kommunikoi matkapuhelinten kanssa, ja näiden kahden välinen rajapinta tunnetaan nimellä Um-rajapinta ja siihen liittyvät protokollat.
• Tukiasemaohjain (BSC): BSC muodostaa seuraavan vaiheen takaisin GSM-verkkoon. Se ohjaa ryhmää BTS-asemia, ja se on usein sijoitettu yhteen ryhmänsä BTS-asemista. Se hallinnoi radioresursseja ja ohjaa esimerkiksi BTS-ryhmässä tapahtuvaa siirtymistä, kanavien jakamista ja muuta vastaavaa. Se kommunikoi BTS:ien kanssa niin sanotun Abis-rajapinnan kautta.

GSM-verkon tukiasemaosajärjestelmäelementissä hyödynnettiin radioliityntätekniikkaa, jotta useat käyttäjät voivat käyttää järjestelmää samanaikaisesti. Kukin kanava tuki enintään kahdeksaa käyttäjää, ja kun tukiasemalla oli useita kanavia, kukin tukiasema pystyi ottamaan vastaan suuren määrän tilaajia.

Verkon tarjoaja sijoittaa tukiasemat huolellisesti, jotta alue voidaan kattaa kokonaan. Tukiaseman kattamaa aluetta kutsutaan usein soluksi.

Koska signaalien päällekkäisyyttä viereisiin soluihin ei voida estää, yhdessä solussa käytettyjä kanavia ei käytetä seuraavassa solussa. Näin vähennetään häiriöitä, jotka heikentäisivät puhelun laatua, ja samalla säilytetään riittävä taajuuksien uudelleenkäyttö.

On tärkeää, että eri BTS-asemat on yhdistetty BSS:ään ja että BSS:t on yhdistetty takaisin runkoverkkoon.

Tämän saavuttamiseksi on käytetty erilaisia tekniikoita. Koska GSM-verkossa käytetyt tiedonsiirtonopeudet olivat suhteellisen alhaisia, käytettiin usein E1- tai T1-linjoja, erityisesti BSS:n ja runkoverkon väliseen yhteyteen.

Koska GSM-verkon käytön lisääntyessä tarvittiin enemmän dataa ja myös muiden matkapuhelintekniikoiden, kuten 3G:n, yleistyessä, monissa linkeissä käytettiin operaattorikokoluokan Ethernet-verkkoa.

Usein etäällä olevat BTS-asemat yhdistettiin toisiinsa pienillä lyhyillä mikroaaltolinkkeillä, koska tämä saattoi pienentää erityisten linjayhteyksien asentamista, jos tällaisia linjoja ei olisi ollut saatavilla. Koska tukiasemat oli usein sijoitettava niin, että ne tarjosivat hyvän peiton, eikä niin, että ne sijaitsivat alueilla, joille voitiin asentaa linjoja, mikroaaltolinkkivaihtoehto tarjosi houkuttelevan menetelmän verkon datayhteyden tarjoamiseksi.

Mobiiliasema

Mobiiliasemat (MS), matkaviestinlaitteistot (ME, mobile equipment) tai, kuten ne laajimmin tunnetaan, solu- tai matkapuhelimet ovat GSM-matkaviestinverkon se osa, jonka käyttäjä näkee ja jota käytetään. Viime vuosina niiden koko on pienentynyt dramaattisesti samalla kun niiden toiminnallisuus on lisääntynyt huomattavasti. Etuna on myös se, että latausten välinen aika on kasvanut merkittävästi.

Kännykkä sisältää useita elementtejä, vaikkakin kaksi tärkeintä elementtiä ovat päälaitteisto ja SIM-kortti.

Laitteisto itsessään sisältää matkapuhelimen tärkeimpiä elementtejä, kuten näytön, kotelon, akun ja elektroniikan, jota käytetään signaalin tuottamiseen ja datan vastaanottoon ja lähettämiseen.

Matkaviestinasemassa eli ME:ssä on myös numero, joka tunnetaan nimellä Kansainvälinen matkaviestinlaitteen tunniste (International Mobile Equipment Identity, IMEI). Tämä asennetaan puhelimeen valmistuksen yhteydessä, eikä sitä ”voi” muuttaa. Verkko käyttää sitä rekisteröinnin aikana tarkistaakseen, onko laite ilmoitettu varastetuksi.

SIM eli Subscriber Identity Module (tilaajan tunnistusmoduuli) sisältää tiedot, jotka antavat käyttäjän henkilöllisyyden verkolle. Se sisältää erilaisia tietoja, kuten IMSI-numeron (International Mobile Subscriber Identity). Koska tämä sisältyy SIM-korttiin, käyttäjä voi helposti vaihtaa matkapuhelinta siirtämällä SIM-kortin matkapuhelimesta toiseen. Matkapuhelimen vaihtamisen helppous ja saman numeron säilyttäminen merkitsi sitä, että ihmiset päivittivät puhelimensa säännöllisesti, mikä loi verkko-operaattoreille uuden tulovirran ja auttoi lisäämään GSM:n yleistä taloudellista menestystä.

Operation and Support Subsystem (OSS)

OSS eli operaatiotukiosajärjestelmä on GSM-matkaviestintäverkon kokonaisarkkitehtuuriin kuuluva elementti, joka on kytketty yhteen NSS:n komponenttien ja BSC:n kanssa. Sitä käytetään koko GSM-verkon ohjaamiseen ja valvontaan, ja sitä käytetään myös BSS:n liikennekuorman ohjaamiseen. On huomattava, että BS:ien lukumäärän kasvaessa tilaajamäärän skaalautuessa osa ylläpitotehtävistä siirretään BTS:lle, mikä mahdollistaa säästöt järjestelmän käyttökustannuksissa.

2G GSM-verkkoarkkitehtuurissa noudatetaan loogista toimintatapaa. Se on paljon yksinkertaisempi kuin nykyiset matkapuhelinverkkoarkkitehtuurit, joissa käytetään ohjelmistokohtaisia kokonaisuuksia, jotka mahdollistavat hyvin joustavan toiminnan. 2G-GSM-arkkitehtuuri kuitenkin osoittaa, mitä puhe- ja operatiivisia perustoimintoja tarvitaan ja miten ne sopivat yhteen. Koska GSM-järjestelmä oli täysin digitaalinen, verkko oli dataverkko.

Langaton & Langallinen liitettävyys Aiheet:
Mobiiliviestinnän perusteet 2G GSM 3G UMTS 4G LTE 5G WiFi IEEE 802.15.4 DECT- johdottomat puhelimet NFC- Near Field Communication Verkkotyöskentelyn perusteet Mikä on pilvi Ethernet SarjadataUSB USB SigFox LoRa VoIP SDN NFV SD-WAN
Palaa langattomaan & Langallinen liitettävyys

.