Aprimeiro GSM inclui:
Introdução da arquitetura de rede Interfaces de rede Interfaces de rede RF / slot &Supressão de quadros GSM Classes de potência & Canais de controle Codecs de áudio / vocoders Handover

A arquitetura de rede GSM forneceu uma arquitetura simples e ao mesmo tempo eficaz para fornecer os serviços necessários para um sistema de comunicações celulares ou móveis 2G.

Existiam quatro elementos principais para a arquitetura de rede GSM em geral e estes poderiam ser divididos ainda mais. Elementos como o controlador da estação base, MSC, AuC, HLR, VLR e similares foram reunidos para formar o sistema geral.

A arquitetura de rede GSM 2G, embora agora substituída dê uma excelente introdução a alguns dos recursos básicos necessários para configurar uma rede de telefonia móvel e como todas as entidades operam juntas.

Elementos da arquitectura de rede GSM

Para que o sistema GSM funcione em conjunto como um sistema completo, a arquitectura de rede global reúne uma série de identidades de rede de dados, cada uma com vários elementos.

A arquitectura da rede GSM está definida nas especificações GSM e pode ser agrupada em quatro áreas principais:

• Subsistema de Rede e Comutação (NSS)
• Subsistema Estação-Base (BSS)
• Estação Móvel (MS)
• Subsistema de Operação e Suporte (OSS)

Os diferentes elementos da rede GSM operam em conjunto e o usuário não tem conhecimento das diferentes entidades dentro do sistema.

Como a rede GSM está definida mas as especificações e normas, permite que o sistema funcione de forma fiável em conjunto independentemente do fornecedor dos diferentes elementos.

Um diagrama básico da arquitetura geral do sistema para o sistema de comunicações móveis GSM 2G inclui quatro elementos principais que são mostrados abaixo:

Com este diagrama as diferentes áreas da rede podem ser vistas – elas estão agrupadas nas quatro áreas que fornecem funcionalidade diferente, mas todas operam para permitir que as comunicações móveis confiáveis sejam alcançadas.

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A arquitectura global da rede foi fornecida para ser muito bem sucedida e foi desenvolvida para permitir a evolução 2G para transportar dados e, em seguida, com mais evoluções para permitir que o 3G seja estabelecido.

Subsistema de Comutação de Rede (NSS)

A arquitectura do sistema GSM contém uma variedade de elementos diferentes, e é muitas vezes denominada de rede principal. É essencialmente uma rede de dados com várias entidades que fornecem o controle principal e a interface para toda a rede móvel. Os principais elementos dentro da rede central incluem:

• Mobile Services Switching Centre (MSC): O principal elemento dentro da área de rede central da arquitetura geral da rede GSM é o Centro de Serviços de Comutação Móvel (MSC). O MSC atua como um nó de comutação normal dentro de uma RTPC ou RDSI, mas também fornece funcionalidades adicionais para permitir que os requisitos de um usuário móvel sejam suportados. Estes incluem registro, autenticação, localização de chamadas, handovers inter-MSC e roteamento de chamadas para um assinante móvel. Também fornece uma interface para a RTPC para que as chamadas de comunicações móveis possam ser encaminhadas da rede móvel para um telefone conectado a uma linha fixa. Interfaces para outros MSCs são fornecidas para permitir que as chamadas sejam feitas para celulares em diferentes redes.
• Home Location Register (HLR): Esta base de dados contém toda a informação administrativa sobre cada assinante juntamente com a sua última localização conhecida. Desta forma, a rede GSM é capaz de encaminhar as chamadas para a estação base relevante para o MS. Quando um usuário liga seu telefone, o telefone se registra na rede e a partir disso é possível determinar com qual BTS ele se comunica para que as chamadas recebidas possam ser roteadas adequadamente. Mesmo quando o telefone não está ativo (mas ligado), ele se registra novamente periodicamente para garantir que a rede (HLR) esteja ciente de sua última posição. Existe um HLR por rede, embora possa ser distribuído por vários sub-centros para, por razões operacionais.
• Visitor Location Register (VLR): Este contém informações selecionadas do HLR que permite que os serviços selecionados para o assinante individual sejam fornecidos. O VLR pode ser implementado como uma entidade separada, mas é comumente realizado como parte integrante do MSC, ao invés de uma entidade separada. Desta forma, o acesso é feito de forma mais rápida e conveniente.
• Registro de Identidade do Equipamento (EIR): O EIR é a entidade que decide se um determinado equipamento móvel pode ser autorizado a entrar na rede. Cada equipamento móvel tem um número conhecido como International Mobile Equipment Identity (EIR). Este número, como mencionado acima, é instalado no equipamento e é verificado pela rede durante o registro. Dependendo da informação contida na EIR, o telemóvel pode ser atribuído a um dos três estados – permitido na rede, acesso proibido, ou monitorizado em caso de problemas.
• Centro de Autenticação (AuC): O AuC é um banco de dados protegido que contém a chave secreta também contida no cartão SIM do usuário. Ele é usado para autenticação e para criptografia no canal de rádio.
• Gateway Mobile Switching Centre (GMSC): O GMSC é o ponto para o qual uma chamada de terminação ME é inicialmente encaminhada, sem qualquer conhecimento da localização do EM. O GMSC é assim responsável por obter o MSRN (Mobile Station Roaming Number) do HLR baseado no MSISDN (Mobile Station ISDN number, o “número de diretório” de um MS) e encaminhar a chamada para o MSC visitado correto. A parte “MSC” do termo GMSC é enganadora, uma vez que a operação de gateway não requer qualquer ligação a um MSC.
• SMS Gateway (SMS-G): O SMS-G ou SMS gateway é o termo utilizado para descrever coletivamente os dois Short Message Services Gateways definidos nos padrões GSM. Os dois gateways lidam com mensagens direcionadas em direções diferentes. O SMS-GMSC (Short Message Service Gateway Mobile Switching Centre) é para mensagens curtas enviadas a um ME. O SMS-IWMSC (Short Message Service Inter-Working Mobile Switching Centre) é utilizado para mensagens curtas originadas com um telemóvel nessa rede. A função do SMS-GMSC é semelhante à do GMSC, enquanto que o SMS-IWMSC fornece um ponto de acesso fixo ao Centro de Comutação Móvel de Mensagens Curtas.

Estas entidades foram as principais entidades utilizadas dentro da rede GSM. Elas eram tipicamente co-localizadas, mas muitas vezes a rede principal geral era distribuída pelo país onde a rede estava localizada. Isto deu alguma resiliência em caso de falha.

Embora o sistema GSM fosse essencial um sistema de voz, a rede central era uma rede de dados, uma vez que todos os sinais eram tratados digitalmente.

Subsistema da Estação Base (BSS)

A secção Subsistema da Estação Base (BSS) da arquitectura da rede GSM 2G que está fundamentalmente associada à comunicação com os telemóveis na rede.

Consiste em dois elementos:

• Estação Transceptora Base (BTS): A BTS utilizada em uma rede GSM compreende os receptores emissores de rádio, e suas antenas associadas que transmitem e recebem para comunicar diretamente com os celulares. A BTS é o elemento definidor para cada célula. A BTS comunica com os celulares e a interface entre os dois é conhecida como interface Um com seus protocolos associados.
• Controlador da Estação Base (BSC): O BSC forma a próxima etapa de volta à rede GSM. Ele controla um grupo de BTSs, e é frequentemente co-localizado com um dos BTSs do seu grupo. Ele gerencia os recursos de rádio e controla itens como a entrega dentro do grupo de BTSs, aloca canais e afins. Comunica-se com as BTSs através do que é chamado de interface Abis.

O elemento do subsistema da estação base da rede GSM utilizou a tecnologia de acesso rádio para permitir o acesso simultâneo de um número de usuários ao sistema. Cada canal suportado até oito usuários e ao permitir que uma estação base tenha vários canais, um grande número de assinantes poderia ser acomodado por cada estação base.

As estações base são cuidadosamente localizadas pelo provedor de rede para permitir a cobertura completa de uma área. A área sendo coberta por uma estação rádio-base é frequentemente referida como uma célula.

Como não é possível evitar a sobreposição dos sinais nas células adjacentes, os canais usados em uma célula não são usados na célula seguinte. Desta forma, a interferência que reduziria a qualidade da chamada é reduzida, ao mesmo tempo em que se mantém uma reutilização suficiente da freqüência.

É importante ter as diferentes BTSs ligadas com a BSS e as BSSs ligadas de volta à rede principal.

Uma variedade de tecnologias foi utilizada para alcançar este objetivo. Como as taxas de dados usadas dentro da rede GSM eram relativamente baixas, linhas E1 ou T1 foram freqüentemente usadas, especialmente para ligar o BSS de volta à rede principal.

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Como mais dados foram necessários com o uso crescente da rede GSM, e também como outras tecnologias celulares como 3G se tornaram mais difundidas, muitos links usaram Ethernet de grau portadora.

As BTSs remotas foram frequentemente ligadas usando pequenos links de microondas, pois isso poderia reduzir a necessidade de instalação de linhas específicas se nenhuma estivesse disponível. Como as estações rádio-base freqüentemente precisavam estar localizadas para fornecer uma boa cobertura em vez de em áreas onde as linhas poderiam ser instaladas, a opção link de microondas forneceu um método atraente para fornecer um link de dados para a rede.

Estação móvel

Estações móveis (MS), equipamentos móveis (ME) ou como eles são mais conhecidos, celulares ou celulares são a seção de uma rede de comunicações móveis GSM que o usuário vê e opera. Nos últimos anos o seu tamanho caiu drasticamente enquanto o nível de funcionalidade aumentou muito. Uma outra vantagem é que o tempo entre as cargas aumentou significativamente.

Há uma série de elementos para o telemóvel, embora os dois elementos principais sejam o hardware principal e o SIM.

O hardware em si contém os principais elementos do telemóvel, incluindo o visor, a caixa, a bateria e a electrónica utilizada para gerar o sinal e processar o receptor de dados e para ser transmitido.

A estação móvel, ou ME, também contém um número conhecido como International Mobile Equipment Identity (IMEI). Este é instalado no telefone na fábrica e “não pode” ser alterado. É acessado pela rede durante o registro para verificar se o equipamento foi reportado como roubado.

O SIM ou Módulo de Identidade de Assinante contém as informações que fornecem a identidade do usuário para a rede. Ele contém uma variedade de informações, incluindo um número conhecido como International Mobile Subscriber Identity (IMSI). Como isto está incluído no SIM, e significa que ao mover o cartão SIM de um telemóvel para outro, o utilizador pode facilmente mudar de telemóvel. A facilidade de mudar de telemóvel mantendo o mesmo número significava que as pessoas iriam actualizar regularmente, criando assim um fluxo de receitas adicional para os fornecedores de rede e ajudando a aumentar o sucesso financeiro geral do GSM.

Subsistema de Operação e Suporte (OSS)

O OSS ou subsistema de suporte à operação é um elemento dentro da arquitectura geral da rede de comunicações móveis GSM que está ligado a componentes do NSS e do BSC. Ele é usado para controlar e monitorar a rede GSM global e também é usado para controlar a carga de tráfego do BSS. Deve-se notar que à medida que o número de BS aumenta com a escala da população de assinantes, algumas das tarefas de manutenção são transferidas para a BTS, permitindo economias no custo de propriedade do sistema.

A arquitetura de rede GSM 2G segue um método lógico de operação. É muito mais simples do que as arquitecturas de rede de telemóveis actuais que utilizam entidades definidas por software para permitir um funcionamento muito flexível. No entanto, a arquitectura GSM 2G mostra as funções básicas de voz e operacionais que são necessárias e como elas se encaixam entre si. Como o sistema GSM era todo digital, a rede era uma rede de dados.

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