ساختار شبکه موبایل gsm

[mohamad.s]

ساختار شبکه موبایل GSM

مقدمه اي بر GSM
مخابرات سلولي يكي از سريعترين Application هاي رو به رشد در صنعت ارتباطات است . هر روزه بر تعداد مشتركين اين نوع ارتباط در جهان افزوده ميشود .تجارت ارتباطات موبايل بسرعت در CEPT ( دفاتر پست و مخابرات اروپايي ) در حال رشد و توسعه است . CEPT از طريق بازارهاي پر قدرت موبايل ، توسعه فناوري موبايل را رهبري مي نمايد و همكاريهاي جديدي در زمينه سيستمهاي استاندارد ساز ، پياده سازي و اجراي اين فناوريها بوجود آورده است .يكي از مهمترين محصولات اين استانداردها كه در CEPT شكل گرفته است استاندارد GSM است. اين استاندارد سيستم ارتباطات موبايل سلولي ديجيتالي نسل جديد را در CEPT اروپا توسعه داده است . براي اولين بار كار استاندارد سازيGSM جهت پياده سازي اين سيستم در سال 1991 صورت گرفته است .
معماري GSM :
سيستم GSM از 3 تركيب زير سيستم اصلي بوجود آمده است :
1. زير سيستم شبكه
2. زير سيستم راديويي
3. زير سيستم پشتيباني و نگهداري
در سيستم GSM براي برقراري ارتباطات اپراتورهاي شبكه بامنابع مختلف و تجهيزات زير ساختار سلولي ، نه تنها رابطي هوايي بلكه چندين رابط اصلي ديگر براي مرتبط كردن قسمتهاي مختلف اين سيستم تعريف شده است.سه رابط مهم در سيستم GSM در زير آمده است :
رابط A كه ميان MSC و BSC قرار دارد .
رابط A-bis كه ميان BSC و BTS قرار دارد .
رابط UM كه ميانBTS و MS قرار دارد .
رابط ديگري نيز بنام MAP وجود دارد كه پروتكلي است كه ميان عناصر MSC ، VLR، HLR ، EIR و AUC رد وبدل ميشود .
1. زير سيستم شبكه : اين سيستم شامل تجهيزات و فانگشنهاي مربوط به مكالمات end-to-end ، مديريت مشتركين ، Mobility مي باشد و نيز مانند رابطي ميان سيستم GSM و مراكز تلفن ثابت ( PSTN ) عمل ميكند . زير سيستم شبكه ، يك زير سيستم سوئيچينگ مي باشد كه شامل MSC ها ، VLR ، HLR ، AUC و EIR است.در زير تعريف كوتاهي از هر يك از اين عناصر ارائه شده است :
MSC : يا مركز سرويسهاي سوئيچينگ موبايل، فانگشنهاي راه اندازي مكالمه (call setup) را انجام ميدهد ، رابطي نيز با مراكز تلفن ثابت دارد و فانگشنهايي نيز مانند ارائ ه صورت حساب مشتركين نيز برعهده اين مركز است .
HLR : يا ثبت كننده محل HOME، يك پايگاه داده متمركز شامل اطلاعات تمامي مشتركين ثبت شده در يك PLMN است . ممكن است در يك PLMN بيشتر از يك HLR وجود داشته باشد ولي هر مشترك مشخص تنها به يك HLR ميتواند وارد شود
VLR : يا ثبت كننده محل visitor ، يك پايگاه داده شامل اطلاعات موبايلهايي است كه در حال حاضر در حوزه MSC ي كنترلي در حال حركت هستند . در زمانيكه يك MS به حوزه MSC جديدي وارد ميشود ، VLR ي كه به آن MSCمتصل شده است ، اطلاعات MS مورد نظر را از HLR درخواست ميكند . HLR نيز اطلاعات MS مورد نظر را به آن MSC كه MS در حوزه اش قرار دارد ، ارائه خواهد داد . اگر يكMS بخواهد مكالمه اي برقرار نمايد VLR تمام اطلاعات مورد نياز جهت برقراري مكالمه را ارائه خواهد داد و لزومي ندارد كه در هر لحظه از HLR سوال نمايد . VLR در يك جمله ميتوان گفت ، يك HLR توزيع شده است و شامل اطلاعات دقيقي در مورد محل يك موبايل است .
AUC : يا مركز تعيين هويت، به HLR متصل ميشود و وظيفه آن آماده سازي HLR بهمراه پارامترهاي تعيين هويت و كليدهاي رمزنگاري است كه اين عمليات براي اهداف امنيتي استفاده ميشود.
EIR : يا ثبت كنندة هويت، تجهيزات يك پايگاه داده است كه در آن شماره هاي بين المللي تعيين هويت تجهيزات موبايل (IMEI) ، براي هر دستگاه موبايل ثبت شده ، ذخيره ميشود .
يكي ديگر از تركيبات زير سيستم شبكه EchoCanceller است كه مسائل آزار دهنده اي ( مانند انعكاس صدا ) كه از طريق شبكه موبايل در زمان اتصال به يك مدار PSTN ايجاد ميشود را كاهش ميدهد .شبكه IWF يا فانگشن داخل شبكه اي نيز رابطي ميان MSC و ديگر شبكه ها ( PSTN و ISDN )ميباشد .

[mohamad.s]

ساختار شبکه موبایل GSM

2. زيرسيستم راديويي : شامل تجهيزات و فانگشنهاي مرتبط با مديريت اتصالات مسير راديويي ، مانند مديريت handover ها مي باشد . اين زير سيستم شامل BSC ، BTS و MS است . MS بطور قراردادي در زير سيستم راديويي قرار گرفته و هميشه آخرين مسير يك مكالمه است و از برقراري يك مكالمه ، بهمراه زير سيستم شبكه ، جهت مديريت mobility ، محافظت ميكند . IWF=Inter Working Function))
MS داراي قابليتهاي پايانه شبكه و همچنين پايانه كاربر است . هر سلول در سيستم GSM يك BTS با چندين گيرنده وفرستنده دارد . يك گروه از BTS ها توسط يك BSC كنترل ميشوند . پيكربنديهاي مختلفي براي BSC-BTS وجود دارد . برخي از اين پيكر بنديها براي وضعيت ترافيك بالا و تعدادي براي مناطقي با ترافيك متوسط طراحي شده اند . يك BSC فانگشنهايي چون handover و power control را نيز كنترل مينمايد .BSC و BTSبا هم بنام BSS شناخته ميشوند . BSS از ديد MSC بصورت يك رابط كه ارتباطات لازم را با MS ها در حوزه اي مشخص برقرار ميكند ، به نظر مي رسد . BSS دائما با يك مديريت كانال راديويي ، فان گشنهاي انتقال ، كنترل link راديويي و تخمين كيفيت و مهيا سازي سيستم براي استاندارد سازي GPRS ابتدا در سال 1994 توسط ETST/SMG انجام شد و سپس در سال 1997 مجموعه مشخصات آن توسط SMG#25 مورد تاييد قرار گرفت و سرانجام در سال 1999 تکميل گرديد . خدمات GPRS در سال 1999 رو به توسعه و تکامل نهاد و در واقع خدمات مربوط به اين پديده از شکل رشد طولي خارج و در شکل رشد عرضي جريان يافت.

کارائي و عملکرد :GPRS
شبکه هايي که داراي هسته GPRS مي باشند به وسيله سيستمهاي 3G IS-136TDMA توسعه يافته اند و پيش بيني مي شود که براي سيستمهاي نسل سوم (3G) به صورت شبکه مرکزي درآيند. براي اين که شبکه هاي موجود با سرويس GPRS سازگاري داشته باشند. کانالهاي راديويي به شکل جديدي تعريف شده و عمل تخصيص اين کانالها از انعطاف پذيري بالايي برخوردار مي باشند به اين معني که يک تا هشت تايم اسلات را مي توان به يک کاربر و يا چندين کاربر فعال را به صورت اشتراکي به يک تايم اسلات اختصاص داد.
در کنار انعطاف پذيري اختصاص کانالها عمل تخصيص Downlink , Uplink نيز به صورت جداگانه انجام مي شود. منابع راديويي به طور ديناميکي بين سرويسهاي مکالمه و ديتا مي تواند به اشتراک گذاشته شود و به عنوان تابعي از، بار ترافيکي، علائق و ترجيحات اپراتور عمل نمايد. در سرويس GPRS براي اين که بتوان به ازاي هر کاربر ميزان bit rate را به جاي ¹¯9kbs تا بيش از ¹¯150kbs ارائه نمود روشهاي کدينگ گوناگوني ارائه شده و همچنين ذخيره سازي GPRS به صورت سريع (GPRS fast reservation) به شکلي طراحي شده که بتوان انتقال بسته ها را در فاصله زماني 0.5 تا 1 ثانيه شروع نمود.
عمليات امنيتي در مورد GPRS معادل امنيت سازي در شبکه GSM مي باشد به شکلي که عمليات تصديق اطلاعات مشترکين و الگوريتمها رمزنگاري Ciphering Algorithms براي انتقال بسته هاي داده به شکل بهينه مشابه با GSM انجام مي شود. با توجه به سرعت و کارايي بالاي GPRS در تحويل اطلاعات در مقصد بايد ازعان نمود که اين سرويس نسبتأ ارزانتر از Circuit Switched data)CSD , SMS ) تمام مي شود.
معماري و ساختار :GPRS
در شکل بالا گره هاي شبکه GPRS و واسطه هاي متناظر آنها را مشاهده مي نماييد، که در آن مولفه هاي مرتبط با SMS و ثبات هويت MS يعني (EIR) نيزنشان داده شده اند. در ساختار GPRS بايد توجه داشت که در MSC/VIR, BSS, MS وHLR که از اجزاء شبکه GSM هستند اصلاحاتي انجام گرديده، براي مثال اطلاعات سرويس GPRS به اطلاعات مربوط به مشترک در HIR اضافه شده است وهمچنين دو گره جديد نيز در شبکه معرفي شده است که عبارتنداز :
گره پشتيباني خدمات براي : GPRS که (Serving support node) SGSN ناميده مي شود و براي GPRS معادل MSC است و عمليات سوئيچينگ را انجام مي دهد.
گره پشتيباني Gateway براي :GPRS که (GatewayGPRS Support Node) GGSN ناميده مي شود و براي برقراري ارتباط و انجام کنش هاي لازم با شبکه هاي خارجي راهگزين بسته هاي اطلاعات، بکار مي رود و از طريق Backbone شبکه GPRS که بر اساس IP عمل مي کند، به SGSN متصل مي شود. واسط هاي Gi, Gp, Gn, Gb, Um مرتبط کننده عناصر مختلف شبکه GPRS مي باشند که هم براي سيگنالينگ و هم براي انتقال ديتا بکار مي روند. ديگر واسطه هاي Gc, Gr, Gs مرتبط کننده SGSN وGGSN با BSS و HLR مي باشند.
پروتکلهايي که در طرح سيگنالينگ GPRS براي کنترل و پشتيباني عمليات طرح انتقال مطرح ميباشند عبارتند از :, LLC ,SNDCP BSSAP BSSGP ,MAC ,RLC و GTP و همچنين پروتکلهاي MAP, GMM/SM نيز که از پروتکلها GSM مي باشند، پروتکلهاي ويژه GPRS را نيز در خود دارند.
کلاسهاي مشترکين :GPRS
به طور کلي سه کلاس براي مشترکين GPRS MS مطرح مي باشد.
کلاس A : در اين کلاس MS مي تواند به طور همزمان براي GPRS و ديگر سرويسهاي GSM به کار گرفته شود.
کلاس B : در اين کلاس MS مي تواند شخصا کانلها را جهت GPRS و يا ديگر سرويسهاي GSM کنترل نمايد.
کلاس C : در اين کلاس MS منحصرا براي سرويس GPRS به کار گرفته مي شود.