GSM hálózatok, rendszerek Készítette: EHA: LULZOABT.SZE Dátum: 2007. május 2. Számítógéphálózatok kurzus 1/1
GSM hálózatok, rendszerek Korunk egyik rohamosan fejlıdı hálózata a mobil kommunikáció. Ma már Magyarország szinte minden állampolgárára jut egy mobiltelefon a legutóbbi statisztika szerint. És ez még csak egy csepp a tengerben, hiszen számtalan helyen és módon használnak vezetéknélküli eszközöket mind a mindennapi életben, mind az iparban. De mégis a közelebb áll hozzánk egy átlagos eszköz mint egy bonyolult ipari berendezés és ezért választottam GSM hálózatot esszém témájául. Röviden és tömören összefoglalom felépítését és mőködését. A GSM hálózat felépítése Az 1-es ábrán lázható a GSM hálózat logikai felépítése. A hálózat négy alrendszerbıl áll: a Mobil Állomás (MS), a Bázisállomás Alrendszer (BSS), a Hálózati és Kapcsoló Alrendszer (NSS) és az Üzemeltetési Alrendszer (OSS). A rendszer funkcionális egységeit interfészek választják el. Ezek az interfészek a rádió interfész (MS - BBS), az A-bis interfész (BTS - BSC) és az A interfész (BSC - MSC). Bázisállomás alrendszer (BSS) A GSM hálózat logikai felépítése A bázisállomás alrendszer tartalmazza a cellás hálózat kialakításához szükséges adó-vevı és vezérlı berendezéseket. Három fı funkcionális elemet foglal magában: a Bázis Adóvevı Állomást (BTS), a Bázisállomás Vezérlıt (BSC) és a transzkódert (TC-k). A bázisállomások a rádió interfészen keresztül közvetlen kommunikálnak a mobil készülékekkel. A bázisállomás ezenkívül elvégzi a csatornakódolást és dekódolást, megvalósítják az ún. interleaving és deinterleaving funkciókat, a titkosítást és a titkosított jel visszaalakítását, a beszéd- és adatsebesség adaptálását, a modulációt, teljesítményerısítést és RF jelek összegzését, 2/2
fenntartják a szinkronizációt a BTS és az MS között, valamint vezérlik a logikai csatornák idızítését és továbbítják a BSC felé az MS és a BTS méréseit.a BSC feladata, hogy konfigurálja és vezérelje a rádió interfészt és a transzkódereken keresztül kapcsolatot tart a hálózat és kapcsoló alrendszer központjaival. Távvezérli a hozzátartozó bázisállomásokat és ezáltal vezérli a forgalmi és jelzésátviteli csatornák lefoglalását, a forgalmi csatornák minıségét és térerısségét, a BTS-ek és MS-ek teljesítményszintjét, az elıfizetık megtalálását (paging) és a frekvencia ugratást. Emellett részt vesz a BSC és MSC közti földi átviteli vonal vezérlésében. Hálózat és Kapcsoló Alrendszer A Hálózat és Kapcsoló Alrendszer fı feladata, hogy irányítsa a GSM felhasználók és az egyéb távközlési hálózati rendszerek felhasználói közötti kommunikációt. Két funkcionális része van: a kapcsoló rendszer valamint az elıfizetıi és végberendezés adatbázisok. A kapcsoló rendszer a Mobil Szolgáltató Kapcsolóközpontból (MSC), esetleg egyéb szolgálati központokból, mint pl. a Rövid Üzenet Szolgálati Központ (SMSC) áll. Az elıfizetıi és végberendezés adatbázisok tartalmazzák a Látogató Elıfizetıi Helyregisztert (VLR), a Honos Elıfizetıi Helyregisztert (HLR), az Elıfizetıi Azonosító Központot (AUC) és a Berendezés Azonosító Regisztert (EIR).A Mobil Szolgálati Kapcsolóközpont alapvetı kapcsolási és irányítási funkciókat hajt végre az NSS-en belül. Legfontosabb feladata, hogy a szolgáltatási területén található mobil állomások mobil kezdeményezéső, illetve mobil végzıdéső hívásainak felépülését koordinálja. Az MSC és egy közönséges telefonközpont között az a különbség, hogy az MSC olyan többletfunkciókkal rendelkezik, melyek segítségével követni képes a rádió erıforrások lefoglalását és kezelni tudják az elıfizetık mobilitását. E a funkciók magukba foglalják a helyregisztrálást, az elıfizetı hívását, a hívásátadást és a titkosítási paraméterek átvitelét és a DTMF jelzésátvitelt.a Hálózat és Kapcsoló Alrendszer általában egynél több MSC-t tartalmaz. Ez esetben egy vagy több MSC-t átlépı központnak jelölnek ki, melyek feladata az elıfizetı helyének megállapítása és a hívás továbbítása azon MSC illetve külsı hálózat (pl. PSTN) felé mely a felhasználót kiszolgálja. A Rövid Üzenet Szolgálati Kapcsolóközpontnak ugyanaz a szerepe az írott üzenetek továbbításában mint az MSC-nek a bejövı beszéd- és adathívások lekezelésében. A GSM specifikációk nem definiálják pontosan az SMSC-re vonatkozó összes protokollt ezáltal némi szabadságot adnak a gyártónak. Mindazonáltal minden SMSC-nek tartalmaznia kell az alacsony szintő protokollokat, amelyek lehetıvé teszik a rövid üzenetek továbbítását a mobil állomás és az SMSC között továbbá olyan protokollokat, amelyek lekérdezik a HLR-t és kikeresik az elıfizetı címét, amikor az elérhetı, illetve értesítik az SMSC-t, ha a felhasználó ismét elérhetıvé válik. Érdemes megemlíteni, hogy a rövid üzenetek átvitele az egyetlen olyan szolgáltatás a GSM rendszerben, amely nem követeli az átviteli vonal két végpont közti felépítését. A rövid üzenetek a jelzésátviteli csatornákat veszik igénybe, ezért akkor is átvihetık, amikor a mobil állomás hívást bonyolít le. A Honos Elıfizetıi Helyregiszter egy olyan adatbázis, amely az elıfizetı helyére és a számára nyújtható távközlési szolgáltatásokra vonatkozó információt tartalmaz. A HLR azonosítja, hogy a felhasználó megkaphatja-e az adott táv- vagy hordozó szolgáltatást. A kiegészítı szolgáltatásokra vonatkozó információkat nem feltétlenül tárolja. A HLR-en kívül egy másik adatbázis funkciót is megvalósítanak a GSM-ben: a Látogató Elıfizetıi Helyregiszter (VLR) A VLR-ek egy vagy több MSC-hez kapcsolódnak. Mindegyikük több cellát vezérel, feladatuk, az MSC(-k) szolgáltatási területén tartózkodó elıfizetık adatainak átmeneti tárolása, valamint az elıfizetı helyének a HLR-nél pontosabb ismerete. 3/3
Az elıfizetık azonosítására szolgáló biztonsági adatokat az Elıfizetıi Azonosító Központ (AuC) kezeli. A hálózat illetéktelen használata elleni védelme céljából lehetıség van a GSM elıfizetık azonosítására minden regisztráláskor, minden hívás-felépítési kísérlet alkalmával és a kiegészítı szolgáltatások aktiválása, deaktiválása, regisztrálása vagy törlése alkalmával. A GSM specifikáció definiál egy mobil állomások azonosítására szolgáló hálózati elemet, a Készülék Azonosító Regisztert (EIR). Ez egy adatbázis, amely a mobil készülékek fıbb adatait tárolja. Rádiós út A GSM szolgáltatás számára a 900 MHz-es és 1800 MHz-es sávot, az úgynevezett primer sávot foglalták le. Az 1 fázisú GSM rendszerek esetén a primer sáv két 25 MHz széles részsávból áll. A 890-915 MHz-es sáv az uplink irány számára (MS-tôl a BTS felé), a 935-960 MHz-es sáv a downlink irány számára (BTS-tıl az MS felé). E két sávon belül 124 darab 200 khz-es frekvenciasávot definiáltak. A GSM rádió interfész kombinált FDMA és TDMA technikát használ (2. ábra). Az átvitel alapegysége a burst. A burst modulált bitek sorozata. Egy burst hosszúsága körülbelül 577 µs. Azt az idı és frekvencia tartományt, amelybe egy burst befér, idırésnek nevezzük. A burst-ök nem azonosak idıbeli lefolyásuk alapján. Megkülönböztetünk normál hozzáférési, szinkronizáló, frekvenciajavító és üres burst-öket. Az idıtengely leírása rendkívül bonyolult a GSM-ben. A leírás során általában TDMA kereteket, azaz nyolc egymást követı idırést, vesznek alapul. A TDMA idıréseket fizikai csatornáknak nevezik. A fizikai csatornákra logikai csatornákat képeznek le. A logikai csatornákat úgy szervezik, hogy a szolgáltatás fenntartása minimális mennyiségő jelzésátvitelt igényeljen. Ez lehetıvé teszi, hogy a fennmaradó csatornákat forgalom lebonyolítására használják. TDMA 4/4
A GSM által nyújtott szolgáltatások A GSM a távközlési szolgáltatások széles választékát nyújtja a felhasználónak. E szolgáltatásokat két kategóriába sorolják: hordozó szolgáltatások és táv szolgáltatások. A hordozó szolgáltatások adatátviteli lehetıségeket nyújtanak adatinterfészek között. Ezek közé különbözı sebességő transzparens és nem transzparens átviteli módok tartoznak. Távszolgáltatás igénybevételekor a felhasználók közötti kommunikáció terminálok segítségével jön létre. Ilyen szolgáltatások a beszéd átvitel, rövid üzenetek átvitele, MHS hozzáférés, videotext hozzáférés, teletext átvitel és fax átvitel. A hordozó- és távszolgáltatás mellett léteznek kiegészítı szolgáltatások, melyek módosítják vagy kiegészítik a távközlési alapszolgáltatásokat. Ezeket az alapszolgáltatással együtt nyújtják. A kiegészítı szolgáltatások számos távközlési szolgáltatáshoz alkalmazhatók. Közülük a legismertebb a hívás átirányítás, a hívás tartás, a hívás várakoztatás, a hívás letiltás, a hívó fél ill. a kapcsolt vonal azonosításának kijelzése/korlátozása, az on-line tarifa információ, a zárt felhasználói csoport és a konferencia beszélgetés. Végezetül Szándékosan hagytam ki a leírásból a GSM-en keresztül történı internetelérést, mivel az egy másik hasonlóan tágkörő esszét kívánna meg. (GPS stb.) Nem beszéltem továbbá a telefonok közötti kommunikációról, amelyekkel különbözı adatokat küldhetünk egyik készülékrıl a másikra. A mobil kommunikáció még számtalan szegmenssel fog bıvülni a jövıben, amellyel gyorsabbá válhat és nagyobb adatátvitelre lesz képes. Figyeljük érdeklıdéssel! 5/5
FORRÁSOK: Andrew S. Tanenbaum: Számítógéphálózatok 2004 Panem Kiadó Internetes források Számítógéphálózatok kurzus, SzTE, 2007 tavaszi félév 6/6