معماری GSM و نود های آن

Node  یا گره به بخش هایی گفته میشود که دیگر قسمت ها را به هم متصل میکند و هر شبکه میتواند چندین گره داشته باشد.در ادامه مطلب با معماری GSM و قسمت های مختلف آن آشنا میشوید.

معماری GSM :

سیستم GSM  از 3 ترکیب زیر سیستم اصلی بوجود آمده است  :

1. زیر سیستم شبکه 

2. زیر سیستم رادیویی 

3. زیر سیستم پشتیبانی و نگهداری

در سیستم GSM  برای برقراری ارتباطات اپراتورهای شبکه بامنابع مختلف و تجهیزات زیر ساختار سلولی ، نه تنها رابطی هوایی بلکه چندین رابط  اصلی دیگر برای مرتبط کردن قسمتهای مختلف این سیستم تعریف شده است.سه رابط مهم در سیستم GSM  در زیر آمده است :

 رابط A  که میان MSC  و BSC  قرار دارد .

رابط A-bis  که میان BSC  و BTS  قرار دارد .

رابط UM  که میانBTS  و MS  قرار دارد .

رابط دیگری نیز بنام MAP   (Mobile Application Part) وجود دارد که پروتکلی است که میان عناصر MSC ، VLR ، HLR ، EIR  و AUC  رد وبدل میشود  .

1. زیر سیستم شبکه : این سیستم شامل تجهیزات و فانگشنهای مربوط به مکالمات end-to-end  ، مدیریت مشترکین ، Mobility  می باشد و نیز مانند رابطی میان سیستم GSM  و مراکز تلفن ثابت ( PSTN  ) عمل میکند . زیر سیستم شبکه ، یک زیر سیستم سوئیچینگ می باشد که شامل MSC  ها ، VLR ، HLR ، AUC  و EIR  است.در زیر تعریف کوتاهی از هر یک از این عناصر ارائه شده است :

MSC  : یا مرکز سرویسهای سوئیچینگ موبایل، فانگشنهای راه اندازی مکالمه (call setup) را انجام میدهد ، رابطی نیز با مراکز تلفن ثابت دارد و فانگشنهایی نیز مانند ارائ ه صورت حساب مشترکین نیز برعهده این مرکز است .

HLR  : یا ثبت کننده محل HOME،  یک پایگاه داده متمرکز شامل اطلاعات تمامی مشترکین ثبت شده در یک PLMN  است . ممکن است در یک PLMN  بیشتر از یک HLR  وجود داشته باشد ولی هر مشترک مشخص تنها به یک HLR  میتواند وارد شود .

VLR  : یا ثبت کننده محل visitor ، یک پایگاه داده شامل اطلاعات موبایلهایی است که در حال حاضر در حوزه MSC ی کنترلی در حال حرکت هستند . در زمانیکه یک MS  به حوزه MSC  جدیدی وارد میشود ، VLR  ی که به آن MSC متصل شده است ، اطلاعات MS  مورد نظر را از HLR  درخواست میکند . HLR  نیز اطلاعات MS  مورد نظر را به آن MSC  که MS  در حوزه اش قرار دارد ، ارائه خواهد داد . اگر یکMS  بخواهد مکالمه ای برقرار نماید VLR  تمام اطلاعات مورد نیاز جهت برقراری مکالمه را ارائه خواهد داد و لزومی ندارد که در هر لحظه از HLR  سوال نماید . VLR  در یک جمله میتوان گفت ، یک HLR  توزیع شده است و شامل اطلاعات دقیقی در مورد محل یک موبایل است .

AUC  : یا مرکز تعیین هویت، به HLR  متصل میشود و وظیفه آن آماده سازی HLR  بهمراه پارامترهای تعیین هویت و کلیدهای رمزنگاری است که این عملیات برای اهداف امنیتی استفاده میشود.

EIR  : یا ثبت کنندة هویت، تجهیزات یک پایگاه داده است که در آن شماره های بین المللی تعیین هویت تجهیزات موبایل (IMEI) ، برای هر دستگاه موبایل ثبت شده ، ذخیره میشود .

یکی دیگر از ترکیبات زیر سیستم شبکه Echo Canceller  است که مسائل آزار دهنده ای ( مانند انعکاس صدا ) که از طریق شبکه موبایل در زمان اتصال به یک مدار PSTN  ایجاد میشود را کاهش میدهد .شبکه IWF  یا فانگشن داخل شبکه ای نیز رابطی میان MSC   و دیگر شبکه ها ( PSTN  و ISDN  )میباشد  .

 2. زیرسیستم رادیویی : شامل تجهیزات و فانکشنهای مرتبط با مدیریت اتصالات مسیر رادیویی ، مانند مدیریت handover  ها می باشد . این زیر سیستم شامل BSC ، BTS  و MS  است . MS  بطور قراردادی در زیر سیستم رادیویی قرار گرفته و همیشه آخرین مسیر یک مکالمه است و از برقراری یک مکالمه ، بهمراه زیر سیستم شبکه ، جهت مدیریت mobility  ، محافظت میکند .(IWF=Inter Working Function)

MS  دارای قابلیتهای پایانه شبکه و همچنین پایانه کاربر است . هر سلول در سیستم GSM  یک BTS  با چندین گیرنده وفرستنده دارد . یک گروه از BTS  ها توسط یک BSC  کنترل میشوند . پیکربندیهای مختلفی برای BSC-BTS  وجود دارد . برخی از این پیکر بندیها برای وضعیت ترافیک بالا و تعدادی برای مناطقی با ترافیک متوسط طراحی شده اند . یک BSC  فانگشنهایی چون handover  و power control  را نیز کنترل مینماید .BSC  و BTSبا هم بنام BSS  شناخته میشوند . BSS  از دید MSC  بصورت یک رابط که ارتباطات لازم را با MS  ها در حوزه ای مشخص برقرار میکند ، به نظر می رسد . BSS  دائما با یک مدیریت کانال رادیویی ، فانکشنهای انتقال ، کنترل link  رادیویی و تخمین کیفیت و مهیا سازی سیستم برای استاندارد سازی GPRS  ابتدا در سال  1994  توسط ETST/SMG  انجام شد و سپس در سال  1997  مجموعه مشخصات آن توسط SMG#25  مورد تایید قرار گرفت و سرانجام در سال  1999  تکمیل گردید . خدمات GPRS  در سال  1999  رو به توسعه و تکامل نهاد و در واقع خدمات مربوط به این پدیده از شکل رشد طولی خارج و در شکل رشد عرضی جریان یافت.

کارائی و عملکرد GPRS 

 شبکه هایی که دارای هسته GPRS   می باشند به وسیله سیستمهای 3G IS-136TDMA توسعه یافته اند و پیش بینی می شود که برای سیستمهای  نسل سوم  (3G)  به صورت  شبکه مرکزی درآیند. برای این که شبکه های موجود با سرویس GPRS  سازگاری داشته باشند. کانالهای رادیویی به شکل جدیدی تعریف شده و عمل تخصیص این کانالها از انعطاف پذیری بالایی برخوردار می باشند به این معنی که یک تا هشت تایم اسلات را می توان به یک کاربر و یا چندین کاربر فعال را به صورت اشتراکی به یک تایم اسلات اختصاص داد.

در کنار انعطاف پذیری اختصاص کانالها عمل تخصیص Downlink , Uplink  نیز به صورت جداگانه انجام می شود. منابع رادیویی به طور دینامیکی بین سرویسهای مکالمه و دیتا می تواند به اشتراک گذاشته شود و به عنوان تابعی از، بار ترافیکی، علائق و ترجیحات اپراتور عمل نماید. در سرویس GPRS  برای این که بتوان به ازای هر کاربر میزان bit rate  را به جای  ¹¯9kbs  تا بیش از  ¹¯150kbs  ارائه نمود روشهای کدینگ گوناگونی ارائه شده و همچنین ذخیره سازی GPRS  به صورت سریع  (GPRS fast reservation) به شکلی طراحی شده که بتوان انتقال بسته ها را در فاصله زمانی  0.5  تا  1  ثانیه شروع نمود.

عملیات امنیتی در مورد GPRS  معادل امنیت سازی در شبکه GSM  می باشد به شکلی که عملیات تصدیق اطلاعات مشترکین و الگوریتمها رمزنگاری Ciphering Algorithms   برای انتقال بسته های داده به شکل بهینه مشابه با GSM  انجام می شود. با توجه به سرعت و کارایی بالای GPRS  در تحویل اطلاعات در مقصد باید ازعان نمود که این سرویس نسبتأ ارزانتر  از Circuit Switched data)CSD , SMS ) تمام می شود.

معماری و ساختار  GPRS

 در ساختار GPRS  باید توجه داشت که در MSC/VIR, BSS, MS  وHLR  که از اجزاء شبکه GSM  هستند اصلاحاتی انجام گردیده، برای مثال اطلاعات سرویس GPRS  به اطلاعات مربوط به مشترک در HIR  اضافه شده است وهمچنین  دو گره (NODE) جدید نیز در شبکه معرفی شده است که عبارتنداز  :

 گره  پشتیبانی  خدمات برای GPRS : که Serving GPRS support node) SGSN )نامیده می شود و برای GPRS  معادل MSC  است و عملیات سوئیچینگ را انجام می دهد.

گره پشتیبانی Gateway  برای GPRS : که Gateway GPRS Support Node) GGSN )نامیده می شود و برای برقراری ارتباط و انجام کنش های لازم با شبکه های خارجی راهگزین بسته های اطلاعات، بکار می رود و از طریق Backbone  شبکه GPRS  که بر اساس IP   عمل می کند، به SGSN  متصل می شود. واسط های  Gi, Gp, Gn, Gb, Um مرتبط کننده عناصر مختلف شبکه GPRS  می باشند که هم برای سیگنالینگ و هم برای انتقال دیتا بکار می روند. دیگر واسطه های Gc, Gr, Gs  مرتبط کننده  SGSN  وGGSN  با BSS  و HLR  می باشند.

پروتکلهایی که در طرح سیگنالینگ GPRS  برای کنترل  و  پشتیبانی  عملیات طرح انتقال مطرح میباشند عبارتند از :, LLC ,SNDCP  BSSAP BSSGP ,MAC ,RLC  و GTP  و همچنین پروتکلهای MAP, GMM/SM  نیز که از پروتکلها GSM  می باشند، پروتکلهای ویژه GPRS  را نیز در خود دارند.

کلاسهای مشترکین GPRS

 به طور کلی سه کلاس برای مشترکین GPRS MS مطرح می باشد.

کلاس A  : در این کلاس MS  می تواند به طور همزمان برای GPRS  و دیگر سرویسهای GSM  به کار گرفته شود.

کلاس B  : در این کلاس MS  می تواند شخصا کانلها را جهت GPRS  و یا دیگر سرویسهای GSM  کنترل نماید.

کلاس  C  : در این کلاس MS  منحصرا برای سرویس GPRS  به کار گرفته می شود. 

NODE B

NODE B  مدتی استفاده میشده در UMTS به ازای BTS ها در سیستم GSM.

این سخت افزار به شبکه تلفن همراهی  متصل میشده که بطور مستقیم با تلفن همراه ارتباط داشته .NODE B از تکنولوژی WCDMA/TD-SCDMA استفاده میکند.

  این دستگاه شامل فرستنده گیرنده رادیویی است ک با تلفن های همراه اطراف خود میتواند بطور مستقیم ارتباط برقرار کند.تلفن های همرا ه بدون این دستگاه نمیتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

این سخت افزار توسط      redio network controller)  RNC)  کنترل میشود.

منبع      bargh.blogfa      ....    wikipedia