GSM-primer innehåller:
GSM-introduktion Nätverksarkitektur Nätverksgränssnitt RF-gränssnitt / slot & burst GSM-ramar Effektklasser & kontroll Kanaler Ljudcodecs / vocoders Överlämning

GSM-nätverksarkitekturen är en enkel men effektiv arkitektur för att tillhandahålla de tjänster som behövs för ett 2G-cellulärt eller mobilt kommunikationssystem.

Det fanns fyra huvuddelar i den övergripande GSM-nätarkitekturen och dessa kunde ofta delas upp ytterligare. Element som basstationsstyrning, MSC, AuC, HLR, VLR och liknande sammanförs för att bilda det övergripande systemet.

GSM-nätarkitekturen för 2G-nätet, även om den nu är överspelad, ger en utmärkt introduktion till några av de grundläggande funktioner som krävs för att upprätta ett mobiltelefonnät och hur alla enheter fungerar tillsammans.

GSM-nätarkitekturelement

För att GSM-systemet ska fungera tillsammans som ett komplett system samlar den övergripande nätarkitekturen en rad datanätsidentiteter, var och en med flera element.

GSM-nätarkitekturen definieras i GSM-specifikationerna och kan delas in i fyra huvudområden:

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

De olika delarna av GSM-nätet fungerar tillsammans och användaren är inte medveten om de olika enheterna inom systemet.

Då GSM-nätet är definierat men specifikationerna och standarderna gör det möjligt för systemet att fungera tillförlitligt tillsammans oavsett leverantör av de olika elementen.

Ett grundläggande diagram över den övergripande systemarkitekturen för 2G GSM-mobilkommunikationssystemet omfattar fyra huvudelement som visas nedan:

I diagrammet kan man se de olika nätverksområdena – de är grupperade i de fyra områdena som ger olika funktionalitet men som alla fungerar för att möjliggöra att tillförlitlig mobilkommunikation kan uppnås.

Den övergripande nätverksarkitekturen som tillhandahålls för att vara mycket framgångsrik och utvecklades ytterligare för att möjliggöra 2G-utveckling för att överföra data och sedan med ytterligare utvecklingar för att möjliggöra att 3G etableras.

Network Switching Subsystem (NSS)

GSM-systemsarkitekturen innehåller en rad olika element, och kallas ofta för kärnnätet. Det är i huvudsak ett datanät med olika enheter som tillhandahåller den huvudsakliga kontrollen och gränssnittet för hela mobilnätet. De viktigaste delarna i stamnätet är:

• Mobile Services Switching Centre (MSC): Det viktigaste elementet inom stamnätsområdet i den övergripande GSM-nätarkitekturen är Mobile Switching Services Centre (MSC). MSC fungerar som en normal kopplingsnod i ett PSTN eller ISDN, men tillhandahåller också ytterligare funktionalitet för att möjliggöra stöd till en mobil användares krav. Dessa funktioner omfattar registrering, autentisering, samtalslokalisering, överlämning mellan MSC:er och samtalsdirigering till en mobil abonnent. Den tillhandahåller också ett gränssnitt till PSTN så att mobilkommunikationssamtalen kan dirigeras från mobilnätet till en telefon som är ansluten till ett fast nät. Gränssnitt till andra MSC finns för att möjliggöra samtal till mobiler i olika nät.
• Home Location Register (HLR): Denna databas innehåller all administrativ information om varje abonnent tillsammans med dennes senast kända plats. På så sätt kan GSM-nätet dirigera samtalen till den basstation som är relevant för MS. När en användare slår på sin telefon registrerar sig telefonen i nätet och utifrån detta är det möjligt att avgöra vilken BTS den kommunicerar med så att inkommande samtal kan dirigeras på lämpligt sätt. Även när telefonen inte är aktiv (men påslagen) registrerar den sig regelbundet på nytt för att se till att nätet (HLR) känner till dess senaste position. Det finns en HLR per nät, även om den av operativa skäl kan vara fördelad på olika undercentraler.
• Visitor Location Register (VLR): Detta innehåller utvald information från HLR som gör det möjligt att tillhandahålla de utvalda tjänsterna för den enskilda abonnenten. VLR kan implementeras som en separat enhet, men det är vanligt att det realiseras som en integrerad del av MSC, snarare än som en separat enhet. På så sätt blir tillgången snabbare och bekvämare.
• Register för utrustningsidentitet (EIR): EIR är den enhet som avgör om en viss mobil utrustning kan tillåtas komma in i nätet. Varje mobil utrustning har ett nummer som kallas International Mobile Equipment Identity. Detta nummer är, som nämnts ovan, installerat i utrustningen och kontrolleras av nätet i samband med registreringen. Beroende på den information som finns i EIR kan mobiltelefonen tilldelas ett av tre tillstånd – tillåten tillgång till nätet, nekad tillgång eller övervakad i händelse av problem.
• Autentiseringscenter (AuC): AuC är en skyddad databas som innehåller den hemliga nyckeln som också finns i användarens SIM-kort. Den används för autentisering och för chiffering på radiokanalen.
• Gateway Mobile Switching Centre (GMSC): GMSC är den punkt dit ett ME-termineringssamtal först dirigeras, utan någon kännedom om MS:s plats. GMSC ansvarar således för att erhålla MSRN (Mobile Station Roaming Number) från HLR baserat på MSISDN (Mobile Station ISDN-nummer, en MS:s ”katalognummer”) och dirigera samtalet till rätt besökt MSC. MSC-delen av termen GMSC är missvisande, eftersom gatewayverksamheten inte kräver någon koppling till en MSC.
• SMS Gateway (SMS-G): SMS-G eller SMS-gateway är den term som används för att gemensamt beskriva de två Short Message Services Gateways som definieras i GSM-standarderna. De två gateways hanterar meddelanden som är riktade i olika riktningar. SMS-GMSC (Short Message Service Gateway Mobile Switching Centre) är avsedd för korta meddelanden som skickas till en ME. SMS-IWMSC (Short Message Service Inter-Working Mobile Switching Centre) används för korta meddelanden som kommer från en mobil i det nätet. SMS-GMSC:s roll liknar GMSC:s, medan SMS-IWMSC tillhandahåller en fast åtkomstpunkt till Short Message Service Centre.

Dessa enheter var de viktigaste som användes inom GSM-nätet. De var vanligtvis samlokaliserade, men ofta var det övergripande stamnätet distribuerat runt om i det land där nätet var beläget. Detta gav en viss motståndskraft i händelse av fel.

Tyvärr var GSM-systemet i huvudsak ett röstsystem, men stamnätet var ett datanät eftersom alla signaler hanterades digitalt.

Base Station Subsystem (BSS)

Basstationssubsystemet (BSS) är en del av 2G GSM-nätarkitekturen som i grunden är förknippad med kommunikationen med mobilerna i nätet.

Det består av två delar:

• Base Transceiver Station (BTS): BTS: BTS som används i ett GSM-nät består av radiosändarmottagare och tillhörande antenner som sänder och tar emot för att kommunicera direkt med mobilerna. BTS är den bestämmande faktorn för varje cell. BTS kommunicerar med mobilerna och gränssnittet mellan de två är känt som Um-gränssnittet med tillhörande protokoll.
• Base Station Controller (BSC): BSC utgör nästa steg tillbaka i GSM-nätet. Den styr en grupp av BTS:er och är ofta placerad tillsammans med en av BTS:erna i sin grupp. Den förvaltar radioresurserna och kontrollerar t.ex. överlämning inom gruppen av BTS:er, tilldelar kanaler och liknande. Den kommunicerar med BTS:erna via det så kallade Abis-gränssnittet.

Basstationssubsystemet i GSM-nätet använde radioaccessteknik för att göra det möjligt för ett antal användare att få tillgång till systemet samtidigt. Varje kanal stödde upp till åtta användare och genom att en basstation kunde ha flera kanaler kunde varje basstation ta emot ett stort antal abonnenter.

Basstationerna är noggrant placerade av nätleverantören för att möjliggöra fullständig täckning av ett område. Området som täcks av en basstation kallas ofta för en cell.

Då det inte går att förhindra att signalerna överlappar varandra i intilliggande celler, kan kanaler som används i en cell inte användas i nästa. På detta sätt minskas störningar som skulle försämra samtalskvaliteten samtidigt som tillräcklig återanvändning av frekvenser bibehålls.

Det är viktigt att de olika BTS:erna är kopplade till BSS:erna och att BSS:erna är kopplade tillbaka till stamnätet.

För att åstadkomma detta användes en mängd olika tekniker. Eftersom de datahastigheter som användes inom GSM-nätet var relativt låga användes ofta E1- eller T1-linjer, särskilt för att koppla BSS tillbaka till stamnätet.

Eftersom det krävdes mer data i och med den ökande användningen av GSM-nätet, och även i och med att andra cellulära tekniker, som 3G, blev alltmer utbredda, använde många länkar Ethernet av operatörskvalitet.

Ofta kopplades avlägsna BTS samman med hjälp av små mikrovågslänkar, eftersom detta kunde minska behovet av att installera särskilda ledningar om sådana inte fanns att tillgå. Eftersom basstationer ofta behövde placeras för att ge god täckning snarare än i områden där ledningar kunde installeras, var alternativet med mikrovågslänkar en attraktiv metod för att tillhandahålla en datalänk för nätet.

Mobilstation

Mobilstationer (MS), mobilutrustning (ME) eller, som de är mest kända, cell- eller mobiltelefoner är den del av ett GSM-mobilkommunikationsnät som användaren ser och använder. Under de senaste åren har deras storlek minskat dramatiskt samtidigt som funktionsnivån har ökat kraftigt. En ytterligare fördel är att tiden mellan laddningarna har ökat avsevärt.

Mobiltelefonen består av ett antal delar, även om de två viktigaste delarna är huvudhårdvaran och SIM-kortet.

Hårdvaran i sig själv innehåller de viktigaste delarna av mobiltelefonen, bland annat displayen, höljet, batteriet och den elektronik som används för att generera signalen och för att bearbeta datamottagaren och för att överföra data.

Mobiltelefonen, eller ME, innehåller också ett nummer som kallas IMEI (International Mobile Equipment Identity). Detta installeras i telefonen vid tillverkningen och ”kan inte” ändras. Nätet får tillgång till det under registreringen för att kontrollera om utrustningen har rapporterats som stulen.

SIM eller Subscriber Identity Module innehåller den information som ger användarens identitet till nätet. Den innehåller en mängd olika uppgifter, bland annat ett nummer som kallas International Mobile Subscriber Identity (IMSI). Eftersom detta ingår i SIM-kortet innebär det att användaren lätt kan byta mobil genom att flytta SIM-kortet från en mobil till en annan. Att det var lätt att byta mobil samtidigt som man behöll samma nummer innebar att folk regelbundet uppgraderade, vilket skapade ytterligare en intäktsström för nätleverantörerna och bidrog till att öka GSM:s övergripande ekonomiska framgång.

Operation and Support Subsystem (OSS)

OSS eller driftsstödsundersystemet är en del av den övergripande arkitekturen för GSM:s mobiltelefonnät som är ansluten till komponenterna i NSS och BSC. Det används för att styra och övervaka det övergripande GSM-nätet och det används också för att styra trafikbelastningen i BSS. Det bör noteras att när antalet BS ökar i takt med att antalet abonnenter ökar, överförs en del av underhållsuppgifterna till BTS, vilket gör det möjligt att spara in på ägandekostnaderna för systemet.

2G GSM-nätarkitekturen följer ett logiskt arbetssätt. Den är mycket enklare än de nuvarande mobiltelefonnätarkitekturerna som använder mjukvarudefinierade enheter för att möjliggöra en mycket flexibel drift. 2G GSM-arkitekturen visar dock de grundläggande funktioner för röst och drift som behövs och hur de passar ihop. Eftersom GSM-systemet var helt digitalt var nätet ett datanät.

Trådlös & Trådbunden anslutning Ämnen:
Mobilkommunikation grunder 2G GSM 3G UMTS 4G LTE 5G WiFi IEEE 802.15.4 DECT sladdlösa telefoner NFC- Near Field Communication Nätverksgrunder Vad är molnet Ethernet Seriell data USB SigFox LoRa VoIP SDN NFV SD-WAN
Returnering till trådlös & Trådbunden anslutning