GSM-primeur omvat:
GSM-introductie Netwerkarchitectuur Netwerkinterfaces RF-interface / slot & burst GSM-frames Vermogensklassen & controle Kanalen Audio-codecs / vocoders Handover

De GSM-netwerkarchitectuur bood een eenvoudige en toch doeltreffende architectuur om de diensten te verlenen die nodig zijn voor een 2G-cellulair of mobiel communicatiesysteem.

Er waren vier hoofdelementen voor de algemene GSM-netwerkarchitectuur en deze konden vaak verder worden opgesplitst. Elementen als de basisstationcontroller, MSC, AuC, HLR, VLR en dergelijke zijn samengebracht om het totale systeem te vormen.

De 2G GSM-netwerkarchitectuur, hoewel nu achterhaald, geeft een uitstekende inleiding in enkele van de basismogelijkheden die nodig zijn om een mobiel communicatienetwerk op te zetten en hoe alle entiteiten samen functioneren.

GSM-netwerkarchitectuur-elementen

Om ervoor te zorgen dat het GSM-systeem als één compleet systeem functioneert, brengt de algemene netwerkarchitectuur een reeks datanetwerkidentiteiten samen, elk met verscheidene elementen.

De GSM-netwerkarchitectuur wordt gedefinieerd in de GSM-specificaties en kan worden onderverdeeld in vier hoofdgebieden:

• Network and Switching Subsystem (NSS)
• Base-Station Subsystem (BSS)
• Mobile station (MS)
• Operation and Support Subsystem (OSS)

De verschillende elementen van het GSM-netwerk werken samen en de gebruiker is zich niet bewust van de verschillende entiteiten binnen het systeem.

Zoals het GSM-netwerk is gedefinieerd, maar de specificaties en normen, stelt het het systeem in staat om samen betrouwbaar te functioneren, ongeacht de leverancier van de verschillende elementen.

Een basisschema van de algemene systeemarchitectuur voor het 2G GSM mobiele communicatiesysteem omvat vier belangrijke elementen die hieronder zijn weergegeven:

In dit schema zijn de verschillende netwerkgebieden te zien – zij zijn gegroepeerd in de vier gebieden die verschillende functionaliteit bieden, maar alle werken om betrouwbare mobiele communicatie mogelijk te maken.

De algemene netwerkarchitectuur bleek zeer succesvol te zijn en werd verder ontwikkeld om 2G in staat te stellen data te transporteren en vervolgens met verdere ontwikkelingen 3G mogelijk te maken.

Network Switching Subsystem (NSS)

De architectuur van het GSM-systeem bevat een aantal verschillende elementen, en wordt vaak het kernnetwerk genoemd. Het is in wezen een datanetwerk met verschillende entiteiten die de belangrijkste controle en interfacing voor het gehele mobiele netwerk verzorgen. De belangrijkste elementen binnen het kernnetwerk zijn:

• Mobile Services Switching Centre (MSC): Het belangrijkste element binnen het kernnetwerkgebied van de algemene GSM-netwerkarchitectuur is het Mobile switching Services Centre (MSC). De MSC fungeert als een normaal schakelknooppunt binnen een PSTN of ISDN, maar biedt ook extra functionaliteit om aan de eisen van een mobiele gebruiker te kunnen voldoen. Hiertoe behoren registratie, authentificatie, plaatsbepaling van oproepen, inter-MSC-handovers en routering van oproepen naar een mobiele abonnee. Het voorziet ook in een interface naar het PSTN, zodat de mobiele communicatieoproepen vanuit het mobiele netwerk kunnen worden gerouteerd naar een telefoon die is aangesloten op een vaste lijn. Interfaces naar andere MSC’s zijn voorzien om oproepen mogelijk te maken naar mobiele telefoons op verschillende netwerken.
• Home Location Register (HLR): Deze database bevat alle administratieve informatie over elke abonnee, samen met hun laatst bekende locatie. Op deze manier is het GSM-netwerk in staat oproepen te routeren naar het relevante basisstation voor de MS. Wanneer een gebruiker zijn telefoon inschakelt, registreert de telefoon zich bij het netwerk en aan de hand daarvan kan worden bepaald met welk basisstation hij communiceert, zodat inkomende oproepen op de juiste wijze kunnen worden gerouteerd. Zelfs als de telefoon niet actief is (maar wel aan staat), registreert hij zich regelmatig opnieuw om ervoor te zorgen dat het netwerk (HLR) op de hoogte is van zijn laatste positie. Er is één HLR per netwerk, hoewel deze om operationele redenen over verschillende subcentra kan zijn verdeeld.
• Visitor Location Register (VLR): Dit bevat geselecteerde informatie van de HLR die het mogelijk maakt de geselecteerde diensten voor de individuele abonnee te leveren. De VLR kan worden geïmplementeerd als een afzonderlijke entiteit, maar het is gebruikelijk gerealiseerd als een integraal onderdeel van de MSC, in plaats van een afzonderlijke entiteit. Op deze manier wordt de toegang sneller en gemakkelijker gemaakt.
• Equipment Identity Register (EIR): Het EIR is de entiteit die beslist of een bepaalde mobiele apparatuur tot het netwerk mag worden toegelaten. Elke mobiele apparatuur heeft een nummer dat bekend staat als de International Mobile Equipment Identity. Dit nummer is, zoals hierboven vermeld, in de apparatuur aangebracht en wordt bij de registratie door het netwerk gecontroleerd. Afhankelijk van de informatie in het EIR kan de mobiele telefoon een van de volgende drie statussen krijgen: toegang tot het netwerk, geen toegang, of bewaking in geval van problemen.
• Authenticatiecentrum (AuC): De AuC is een beveiligde database die de geheime sleutel bevat die ook op de SIM-kaart van de gebruiker staat. Het wordt gebruikt voor authenticatie en voor het coderen op het radiokanaal.
• Gateway Mobile Switching Centre (GMSC): Het GMSC is het punt waarnaar een ME-afgevende oproep in eerste instantie wordt gerouteerd, zonder enige kennis van de locatie van de MS. Het GMSC is dus belast met het verkrijgen van het MSRN (Mobile Station Roaming Number) van de HLR op basis van het MSISDN (Mobile Station ISDN number, het “gidsnummer” van een MS) en met het routeren van de oproep naar de juiste bezochte MSC. Het “MSC”-gedeelte van de term GMSC is misleidend, aangezien voor de gateway-operatie geen koppeling met een MSC nodig is.
• SMS Gateway (SMS-G): De SMS-G of SMS-gateway is de term die wordt gebruikt om de twee in de GSM-normen gedefinieerde Short Message Services Gateways gezamenlijk te beschrijven. De twee gateways behandelen berichten die in verschillende richtingen gaan. De SMS-GMSC (Short Message Service Gateway Mobile Switching Centre) is voor korte berichten die naar een ME worden gezonden. Het SMS-IWMSC (Short Message Service Inter-Working Mobile Switching Centre) wordt gebruikt voor korte berichten die afkomstig zijn van een mobiel op dat netwerk. De rol van het SMS-GMSC is vergelijkbaar met die van het GMSC, terwijl het SMS-IWMSC zorgt voor een vast toegangspunt tot het Short Message Service Centre.

Deze entiteiten waren de belangrijkste die binnen het GSM-netwerk werden gebruikt. Zij waren meestal op dezelfde locatie gevestigd, maar vaak was het algemene kernnetwerk verspreid over het land waar het netwerk zich bevond. Dit gaf enige veerkracht in geval van storing.

Hoewel het GSM-systeem in wezen een spraaksysteem was, was het kernnetwerk een datanetwerk, aangezien alle signalen digitaal werden verwerkt.

Basisstation-subsysteem (BSS)

Het gedeelte van het basisstation-subsysteem (BSS) van de 2G GSM-netwerkarchitectuur dat fundamenteel is verbonden met de communicatie met de mobiele telefoons op het netwerk.

Het bestaat uit twee elementen:

• Basistransceiverstation (BTS): Het in een GSM-netwerk gebruikte BTS omvat de radiozendontvangers en de bijbehorende antennes die zenden en ontvangen om rechtstreeks met de mobiele telefoons te communiceren. Het BTS is het bepalende element voor elke cel. De BTS communiceert met de mobiele telefoons en de interface tussen beide is bekend als de Um interface met de bijbehorende protocollen.
• Base Station Controller (BSC): De BSC vormt de volgende fase terug in het GSM-netwerk. Het bestuurt een groep BTS’en, en is vaak co-located met een van de BTS’en in zijn groep. Het beheert de radiofaciliteiten en regelt zaken als handover binnen de groep van BTS’en, wijst kanalen toe en dergelijke. Het communiceert met de BTSs over wat de Abis interface wordt genoemd.

Het basisstation-subsysteemelement van het GSM-netwerk maakte gebruik van de radiotoegangstechnologie om een aantal gebruikers in staat te stellen gelijktijdig toegang tot het systeem te verkrijgen. Elk kanaal kan maximaal acht gebruikers ondersteunen en door een basisstation over verschillende kanalen te laten beschikken, kon een groot aantal abonnees per basisstation worden bediend.

Basisstations worden zorgvuldig door de netwerkaanbieder geplaatst om een volledig gebied te kunnen bestrijken. Het gebied dat door een basisstation wordt bestreken, wordt vaak een cel genoemd.

Omdat het niet mogelijk is overlapping van de signalen in de aangrenzende cellen te voorkomen, worden kanalen die in de ene cel worden gebruikt, niet in de volgende gebruikt. Op deze wijze wordt interferentie, die de gesprekskwaliteit zou verminderen, beperkt, terwijl toch voldoende hergebruik van frequenties mogelijk blijft.

Het is van belang dat de verschillende BTS’en verbonden zijn met het BSS en dat de BSS’en weer verbonden zijn met het kernnetwerk.

Om dit te bereiken is gebruik gemaakt van een verscheidenheid van technologieën. Aangezien de datasnelheden binnen het GSM-netwerk betrekkelijk laag waren, werden vaak E1- of T1-lijnen gebruikt, vooral om de BSS terug te koppelen naar het kernnetwerk.

Aangezien er meer gegevens nodig waren naarmate het GSM-netwerk meer werd gebruikt, en ook naarmate andere cellulaire technologieën zoals 3G meer ingang vonden, werd voor veel verbindingen gebruik gemaakt van carrier-grade Ethernet.

Vaak werden afgelegen BTS’en met elkaar verbonden via kleine microgolfverbindingen, omdat er dan minder specifieke lijnen hoefden te worden geïnstalleerd als er geen beschikbaar waren. Aangezien de basisstations vaak moesten worden geplaatst voor een goede dekking en niet in gebieden waar lijnen konden worden geïnstalleerd, vormde de microgolfverbinding een aantrekkelijke methode om een dataverbinding voor het netwerk tot stand te brengen.

Mobiel station

Mobiele stations (MS), mobiele apparatuur (ME) of zoals ze meestal worden genoemd, cellen of mobiele telefoons zijn het gedeelte van een GSM-netwerk dat de gebruiker ziet en bedient. De laatste jaren is hun omvang drastisch afgenomen, terwijl het niveau van de functionaliteit sterk is toegenomen. Een ander voordeel is dat de tijd tussen oplaadbeurten aanzienlijk is toegenomen.

Er zijn een aantal elementen in de mobiele telefoon, hoewel de twee belangrijkste elementen de belangrijkste hardware en de SIM zijn.

De hardware zelf bevat de belangrijkste elementen van de mobiele telefoon, waaronder het scherm, de behuizing, de batterij, en de elektronica die wordt gebruikt om het signaal te genereren, en de gegevensontvanger te verwerken en te verzenden.

Het mobiele station, of ME bevat ook een nummer dat bekend staat als de International Mobile Equipment Identity (IMEI). Dit nummer wordt bij de fabricage in de telefoon aangebracht en kan niet worden gewijzigd. Het wordt door het netwerk tijdens de registratie geraadpleegd om na te gaan of het toestel als gestolen is opgegeven.

De SIM of Subscriber Identity Module bevat de informatie die de identiteit van de gebruiker aan het netwerk verstrekt. Het bevat een verscheidenheid aan informatie, waaronder een nummer dat bekend staat als de International Mobile Subscriber Identity (IMSI). Aangezien dit in de SIM is opgenomen, betekent dit dat de gebruiker gemakkelijk van mobiele telefoon kan veranderen door de SIM-kaart van de ene mobiele telefoon naar de andere te verplaatsen. Het gemak van het veranderen van mobiele telefoon met behoud van hetzelfde nummer betekende dat mensen regelmatig zouden upgraden, waardoor een verdere inkomstenstroom voor netwerkaanbieders ontstond en het algemene financiële succes van GSM werd vergroot.

Operation and Support Subsystem (OSS)

Het OSS of operation support subsystem is een element binnen de algemene architectuur van het GSM-netwerk voor mobiele communicatie dat is verbonden met componenten van het NSS en het BSC. Het wordt gebruikt om het totale GSM-netwerk te controleren en te bewaken en het wordt ook gebruikt om de verkeersbelasting van de BSS te regelen. Opgemerkt dient te worden dat naarmate het aantal BS toeneemt met de groei van het aantal abonnees, een deel van de onderhoudstaken wordt overgeheveld naar de BTS, waardoor kan worden bespaard op de eigendomskosten van het systeem.

De architectuur van het 2G GSM-netwerk volgt een logische werkingsmethode. Zij is veel eenvoudiger dan de huidige GSM-netwerkarchitecturen die gebruik maken van softwaregedefinieerde entiteiten om een zeer flexibele werking mogelijk te maken. De 2G GSM-architectuur laat echter wel zien welke spraak- en operationele basisfuncties nodig zijn en hoe deze in elkaar passen. Aangezien het GSM-systeem volledig digitaal was, was het netwerk een datanetwerk.

Wireless & Wired Connectivity Onderwerpen:
Mobile Communications basics 2G GSM 3G UMTS 4G LTE 5G WiFi IEEE 802.15.4 DECT draadloze telefoons NFC- Near Field Communication Networking fundamentals What is the Cloud Ethernet Seriële data USB SigFox LoRa VoIP SDN NFV SD-WAN
Terug naar Wireless & Wired Connectivity