سیستم GSM
1 .3 تاریخچه
در اوایل دهه 1980 تعداد زیادی شبکه رادیویی مستقل با استانداردهای مربوط به خود در کشورهای مختلف اروپایی توسعه یافته بودند. از نظر مشترکین سرویس های این شبکه ها گران و از کیفیت خوبی برخوردار نبودند. بطوریکه CEPT در سال 1982 تصمیم گرفت یک شبکه سلولی رادیویی را در سطح اروپا پیاده سازی کند. بدین منظور یک گروه کاری تحت عنوان گروه مخصوص سیار(GSM) زیر نظر CEPT تشکیل شد. تصمیم بر این بود که گروه GSM یک شبکه سلولی تحت عنوان GSM را با تکنولوژی های جدید مخابراتی معرفی و به استاندارد سازی آن بپردازد. گروه GSM تعدادی سیستم رادیویی سلولی دیجیتالی را مورد آزمایش قرار داد و در سال 1987 به این نتیجه رسید که استانداردی را معرفی کند که ترکیبی از مشخصات سیستم های مختلف را در بر گرفته است. در این راستا یک جدول زمانبندی جهت اجرای طرح ها مشخص گردید. در همان سال با امضاء Mou ، سیزده کشور مشارکت کننده در طرح، تعهد خود را جهت پایه گذاری یک سیستم رادیویی براساس توصیه های GSM تائید کردند. با تاسیس موسسه ETSI در سال 1988 که هدف ان بهبود و گسترش استانداردهای مخابراتی در اروپا بود، گروه کاری GSM نیز تحت نظارت ETSI قرار گرفت و سرانجام در سال 1990 اولین مجموعه جامع از مشخصات سیستم GSM معرفی گردید.
2 .3 خصوصیات سیستم GSM
خصوصیات عمده سیستم GSM عبارتند از :
1-سیستمی کاملا دیجیتالی در باند فرکانسی MHz 900 .
2-بازه فرکانسی MHz 935 تا MHz 980 برای لینک رو به پایین یعنی برای ارسال اطلاعات از ایستگاه پایگاه به واحد سیار و بازده فرکانسی MHz 890 تا MHz 915 برای لینک رو به بالا، یعنی برای ارسال اطلاعات از واحد سیار به ایستگاه پایگاه .
3-پهنای باند KHz 200 برای کانالهای فرکانسی یعنی قرار گرفتن حاملهای فرکانسی به فواصل KHz 200 .
4-تقسیم زمانی هر کانال مخابراتی (شکاف زمانی) به هشت قسمت .
5-کد کردن صوت و داده در مسیر رادیویی .
6-توانایی تحرم پذیری وسیع واحد سیار.
7-امکان سرویس های داده سرعت پایین .
8-سازگار بودن با ISDN و امکان سرویس پیغام کوتاه .
توجه طراحان شبکه GSM عمدتا بر روی سرویس های تلفنی بوده است. سرویس های گرفته شده از سرویس های تلفنی نیز که در سیستم GSM در نظر گرفته شده اند عبارتند از پیغام صدا، مکالمات ضروری .
سرویس های حامل که در سیستم GSM در نظرگرفته شده است سرویس های داده سنکرون و آسنکرون برای انتقال داده بین GSM و دیگر شبکه ها ( …,ISDN,PSTN ) در سرعت نسبی 300 تا Kbit/s 9600 می باشد . یکی از سرویس هایی که بر این اساس پایه گذاری شده است سرویس پیغام کوتاه می باشد.
امروزه توانایی انتقال داده در سیستم GSM گسترش یافته است و سرویس های پیشرفته ای از قبیل سرویس داده سرعت بالا براساس سوئیچینگ خط (HSCSD ) و سرویس رادیویی بسته ای کلی (GPRS ) معرفی گردیده است. نسخه دیگری از GSM در MHz 1800 تحت عنوان DSC1800 در اروپا بصورت استاندارد درآمده است. استاندارد DSC1800 در ایالات متحده نیز براساس استانداردهای اروپایی DSC1800 ایجاد شده است.
3 .3 ساختار سیستم GSM
ساختمان سیستم GSM به سه بخش عمده تقسیم می شود. که عبارتند از: بخش سیستم رادیویی( RSS ) بخش سیستم سوئیچینگ و شبکه (NSS ) بخش سیستم های عملیاتی( OSS ) .
3 .3 .1 سیستم رادیویی
این بخش از دو قسمت عمده تشکیل شده است:
1-واحد سیار (MS )
2-ایستگاه پایگاه (BS ) یا (BSS ) می باشد .
3. 3. 1 .1 واحد سیار
واحد سیار به کلیه تجهیزاتی که یک مشترک برای ارتباط با شبکه نیاز دارد اتلاق می شود. این تجهیزات شامل یک ترمینال سیار که شامل اجزای سخت افزاری و نرم افزاری است و یک رابطی که به مشترک امکان استفاده از سرویس های شبکه از طریق ترمینال سیار را می دهد و تحت عنوان مدول شناسه مشترک (SIM ) شناخته می شود می باشد. SIM کلیه اطلاعات شخصی مشترک را در خود ذخیره می نماید. SIM یا در داخل ترمینال از قبل نصب شده و یا بصورت یک کارت هوشمند قابل نصب بر روی ترمینال است. مشترک واحد سیار از ظطریق این کارت خود را به شبکه سیار معرفی می نماید. علاوه براین هر واحد سیار دارای یک شناسنامه ای است که تحت عنوان هویت تجهیزات شناخته می شود. تعدادی شماره شناسه جهت نظارت بر واحد سیار در شبکه GSM به واحد سیار اختصاص می یابد که عبارتند از:
شناسه بین المللی مشترک سیاره IMSI
شناسه موقت مشترک سیار TMSI
شماره ISDN بین المللی واحد سیار MSISDN
شماره سیاحتی واحد سیار MSRN
واحد های سیار بر حسب قدرت فرستنده شان به پنج کلاس عمده دسته بندی می شوند. که در سیستم GSM از توان حدود 8/0 تا W 20 را پوشش می دهد. عمده واحدهای سیار در کلاس چهار که توان (W 2 -8/0 ) را پوشش می دهد قرار دارند .
اطلاعاتی که بطور دائم در SIM کارت قرار می گیرند، عبارتند از:
1-نوع SIM کارت
2-مشخصات IC مربوط به SIM کارت، شماره سریال .
3-لیستی از سرویس های کلی که مشترک می تواند استفاده کند .
4-TMSI
5-شماره مشخصه شخصی (PIN )
6-کلید باز کردن قفل PIN ( PUK )
7-کلید تصدیق صحت Ki
یکسری اطلاعات پویا نیز در SIM تعریف شده است که هنگام روشن شدن واحد سیار مدام بروز می شوند. این اطلاعات عبارتند از:
1. اطلاعات موقعیت شامل TMSI و LAI
2. کلید رمز کردن Kc برای از کد خارج کردن اطلاعات و شماره سریال آن
3 . اطلاعات BCCH : لیستی از فرکانس های حامل برای انتخاب سلول مناسب طی عمل تحویل دهی .
4. لیستی از شبکه ها PLMN قدغن شده .
PIN
اگر SIM کارت در واحد سیار نباشد، ترمینال سیار هیچ سرویسی را بجز مکالمات ضروری آن هم در صورتی که شبکه امکان آن را فراهم سازد، نمی تواند ارائه دهد. اگر SIM کارتی برای اولین بار نصب گردد، امکان دستیابی به شبکه در صورتی فراهم می گردد که مشترک شماره کد PIN را وارد کند. این شماره بین چهار تا هشت رقم است که مشترک می تواند آن را تغییر دهد. وجود چنین کدی، ریسک دزدیده شدن واحد سیار را کم می نماید. چرا که اگر واحد سیار خاموش شود، پس از روشن کردن نیاز به PIN کد می باشد. با سه بار اشتباه وارد کردن این کد، SIM کارت بلوکه شده و مشترک نیاز به کلید از قفل در آمدن یا PUKرا دارد. بعضی ازSIM کارت های استفاده از PIN کد دومی را نیز امکان پذیر می سازند که در صورت وارد کردن این شماره، نام ها، شماره تلفن های شخصی در دسترس استفاده کننده قرار می گیرد.
PUK
SIM کارتی که بلوکه شده، فقط با PUK باز می شود. PUK یک عدد هشت رقمی است. مشترک مجاز است، حداکثر 10 بار تلاش نماید تا PUK درست را وارد کند در غیر این صورت SIM کارت بطور دائم بسته می شود .
3 . 3. 1 .2 ایستگاه پایگاه (BS )
ایستگاه پایگاه کلیه عملیات رادیویی را انجام می دهد. این بخش شامل دو قسمت عمده می باشد:
ایستگاه ارسال و دریافت (BTS )
کنترل کننده ایستگاه پایگاه (BSC )
BTS
BTS شامل امکانات ارسال و دریافت از قبیل آنتن ها و همه سیگنالینگ های مربوط به ارتباط رادیویی بین BTS و BSC می باشد. قدرت فرستنده BTS محدود بوده وسطح یک سلول را پوشش میدهد .
3 .3 . 2 سیستم سوئیچینگ و شبکه (NSS )
این سیستم پل ارتباطی بین BSC با شبکه های مختلف از قبیل شبکه سوئیچ تلفن عمومی (PSIN )، شبکه سرویس های دیجیتال مجتمع (ISDN ) و شبکه سوئیچ داده عمومی (PSDN ) می باشد.
اجزای اصبی این شبکه عبارتند از مرکز سوئیچ سرویس سیار (MSC ) ، ثبات موقعیت خانگی (HLR ) و ثبات موقعیت دید(VLR ) .
مرکز سوئیچینگ سرویس های سیار (MSC )
این بخش مسئولیت سوئیچ کردن و مدیریت شبکه را بر عهده دارد. هر مرکز سوئیچ می تواند چند BSC را سرویس دهی کند. بنابراین، این مرکز عمل ارتباط واحدهای سیار مختلف را در موقعیت های مختلف جغرافیایی انجام می دهد. از طرف دیگر این مرکز امکان ارتباط با شبکه های با سیم مخابراتی از قبیل PSIN ، PSDN ، ISDN و نیز شبکه های مخابراتی سیار دیگر را فراهم می سازد. تمام سیگنالهای لازم برای برقراری، نگهداری و خاتمه ارتباط براساس CCS7 انجام شده و تصحیح و آزاد سازی کانال رادیویی و نیز مسیر یابی مجدد هنگامی که سیگنال تداخل قوی است(بخشی از فرآیند تحویل دهی) از وظایف این بخش است. یکی دیگر ازوظایف MSC ارائه سرویس های تکمیلی است که این سرویس ها از ISDN گرفته شده است.
عملیات انتقال داده در سرویس های داده نیز از طریق واحد عملیات بین شبکه ای (IWF ) که در MSC قرار گرفته است انجام می شود. عملیات مربوط به کانالهای مخابراتی توسط واحد DSU انجام می شود. این واحد عملیاتی از قبیل تطبیق سرعت، مدولاسیون و دمدولاسیون، کد و دکدکردن را فراهم می سازد .
ثبات موقعیت خانگی (HLR )
تمام اطلعات مهم مربوط به مشترک واحد سیار از قبیل شماره تلفن ، شماره شناسه MS ، نوع تجهیزات سرویس های تکمیلی، اولویت های دستیابی به سرویس ها و کلید رمز نگاری در بانک اطلاعاتی که تحت عنوان ثبات موقعیت خانگ ناخته می شود نگهداری می گردد. داده های مربوط به موقعیت مشترکین از قبیل موقعیت محلی (LA ) ، شماره سیاحتی مشترک سیار(MSRN ) که برای برقراری ارتباط لازم است نیز در این بانک ذخیره می شود. هنگامیکه واحد سیار موقعیت محلی خود را تغییر می دهد، داده های HLR به روز می شود. معمولا در هر شبکه GSM فقط یک HLR وجود دارد و اطلاعات تمام مشترکین فقط در یک HLR ذخیره می شود .
ثبات موقعیت دید(VLR )
این واحد تحت نظارت MSC می باشد. HLR اطلاعات لازم مربوط به واحد سیاری را که وارد ناحیه تحت پوشش یک VLRمی شود به VLR مربوطه ارسال می کند. این اطلاعات عبارتند از: شماره تلفن، محوزهایی که واحد سیار دارد، شماره بین المللی مشترک سیار(IMSI ) .همچنین VLR کنترل تخصیص شماره های سیاحتی (MSRN ) و TMSI را بر عهده دارد. فرآیند خاصی جهت به روز کردن VLR ، هنگامی که واحد سیار بین چندین LA تغییر مکان می دهد صورت می گیرد.