GSM - Arquitetura

Uma rede GSM é composta por várias unidades funcionais. Essas funções e interfaces são explicadas neste capítulo. A rede GSM pode ser amplamente dividida em -

  • A Estação Móvel (MS)

  • O subsistema da estação base (BSS)

  • O subsistema de comutação de rede (NSS)

  • O Subsistema de Suporte à Operação (OSS)

GSM - a estação móvel

O MS consiste no equipamento físico, como o transceptor de rádio, display e processadores de sinal digital e o cartão SIM. Ele fornece a interface aérea para o usuário em redes GSM. Como tal, outros serviços também são fornecidos, incluindo -

  • Teleserviços de voz

  • Serviços de suporte de dados

  • Os serviços complementares dos recursos

O MS também fornece o receptor para mensagens SMS, permitindo ao usuário alternar entre o uso de voz e dados. Além disso, o celular facilita o acesso aos sistemas de mensagem de voz. O MS também fornece acesso a vários serviços de dados disponíveis em uma rede GSM. Esses serviços de dados incluem -

  • Comutação de pacotes X.25 por meio de uma conexão dial-up síncrona ou assíncrona para o PAD em velocidades normalmente de 9,6 Kbps.

  • General Packet Radio Services (GPRSs) usando um método de transferência de dados baseado em X.25 ou IP com velocidade de até 115 Kbps.

  • Dados de alta velocidade comutados por circuito em velocidades de até 64 Kbps.

Discutiremos mais sobre os serviços GMS em GSM - User Services.

O que é SIM?

O SIM fornece mobilidade pessoal para que o usuário possa ter acesso a todos os serviços assinados, independentemente da localização do terminal e do uso de um terminal específico. Você precisa inserir o cartão SIM em outro telefone celular GSM para receber chamadas nesse telefone, fazer chamadas desse telefone ou receber outros serviços assinados.

GSM - o subsistema de estação base (BSS)

O BSS é composto por duas partes -

  • A Estação Transceptora Base (BTS)

  • O controlador da estação base (BSC)

O BTS e o BSC se comunicam através da interface Abis especificada, permitindo operações entre componentes feitos por diferentes fornecedores. Os componentes de rádio de um BSS podem consistir de quatro a sete ou nove células. Um BSS pode ter uma ou mais estações base. O BSS usa a interface Abis entre o BTS e o BSC. Uma linha separada de alta velocidade (T1 ou E1) é então conectada do BSS ao MSC móvel.

A Estação Transceptora Base (BTS)

O BTS hospeda os transceptores de rádio que definem uma célula e lida com os protocolos de link de rádio com o MS. Em uma grande área urbana, um grande número de BTSs pode ser implantado.

O BTS corresponde aos transceptores e antenas utilizadas em cada célula da rede. Um BTS é geralmente colocado no centro de uma célula. Seu poder de transmissão define o tamanho de uma célula. Cada BTS possui entre 1 e 16 transceptores, dependendo da densidade de usuários na célula. Cada BTS funciona como uma única célula. Também inclui as seguintes funções -

  • Codificar, criptografar, multiplexar, modular e alimentar os sinais de RF para a antena

  • Transcodificação e adaptação de taxa

  • Sincronização de tempo e frequência

  • Voz por meio de serviços de tarifa integral ou meia

  • Decodificando, descriptografando e equalizando os sinais recebidos

  • Detecção de acesso aleatório

  • Avanços de tempo

  • Medições do canal de uplink

O controlador da estação base (BSC)

O BSC gerencia os recursos de rádio para um ou mais BTSs. Ele lida com a configuração do canal de rádio, salto de frequência e handovers. O BSC é a conexão entre o celular e o MSC. O BSC também traduz o canal de voz de 13 Kbps usado no link de rádio para o canal padrão de 64 Kbps usado pela Rede Telefônica Pública Comutada (PSDN) ou ISDN.

Ele atribui e libera frequências e slots de tempo para o MS. O BSC também lida com transferência intercelular. Ele controla a transmissão de energia do BSS e MS em sua área. A função do BSC é alocar os intervalos de tempo necessários entre o BTS e o MSC. É um dispositivo de comutação que controla os recursos de rádio.

As funções adicionais incluem -

  • Controle de salto de frequência

  • Realizar concentração de tráfego para reduzir o número de linhas do MSC

  • Fornecendo uma interface para o Centro de Operações e Manutenção para o BSS

  • Realocação de frequências entre BTSs

  • Sincronização de tempo e frequência

  • Gerenciamento de energia

  • Medições de atraso de tempo de sinais recebidos do MS

GSM - o subsistema de comutação de rede (NSS)

O sistema de comutação de rede (NSS), cuja parte principal é o Mobile Switching Center (MSC), realiza a comutação de chamadas entre o móvel e outros utilizadores da rede fixa ou móvel, bem como a gestão de serviços móveis como autenticação.

O sistema de comutação inclui os seguintes elementos funcionais -

Registro de localização de casa (HLR)

O HLR é um banco de dados usado para armazenamento e gerenciamento de assinaturas. O HLR é considerado o banco de dados mais importante, pois armazena dados permanentes sobre os assinantes, incluindo o perfil de serviço do assinante, informações de localização e status de atividade. Quando um indivíduo adquire uma assinatura em forma de SIM, todas as informações sobre essa assinatura são registradas no HLR dessa operadora.

Centro de comutação de serviços móveis (MSC)

O componente central do subsistema de rede é o MSC. O MSC realiza a comutação de chamadas entre o celular e outros usuários da rede fixa ou móvel, bem como o gerenciamento de serviços móveis, como registro, autenticação, atualização de localização, handovers e roteamento de chamadas para um assinante em roaming. Ele também executa funções como bilhetagem de pedágio, interface de rede, sinalização de canal comum e outros. Cada MSC é identificado por um ID exclusivo.

Registro de localização do visitante (VLR)

O VLR é um banco de dados que contém informações temporárias sobre os assinantes, necessárias ao MSC para atender aos assinantes visitantes. O VLR está sempre integrado ao MSC. Quando uma estação móvel faz roaming em uma nova área do MSC, o VLR conectado a esse MSC solicitará dados sobre a estação móvel do HLR. Posteriormente, se a estação móvel fizer uma chamada, o VLR terá as informações necessárias para configurar a chamada sem ter que interrogar o HLR todas as vezes.

Centro de autenticação (AUC)

O Centro de Autenticação é um banco de dados protegido que armazena uma cópia da chave secreta armazenada no cartão SIM de cada assinante, que é usado para autenticação e cifragem do canal de rádio. O AUC protege as operadoras de rede de diferentes tipos de fraude encontrados no mundo celular de hoje.

Registro de Identidade de Equipamento (EIR)

O Equipment Identity Register (EIR) é um banco de dados que contém uma lista de todos os equipamentos móveis válidos na rede, onde sua International Mobile Equipment Identity (IMEI) identifica cada MS. Um IMEI é marcado como inválido se for relatado como roubado ou se não tiver o tipo aprovado.

GSM - O Subsistema de Suporte à Operação (OSS)

O centro de operações e manutenção (OMC) está conectado a todos os equipamentos do sistema de comutação e ao BSC. A implementação do OMC é chamada de sistema de operação e suporte (OSS).

Aqui estão algumas das funções OMC -

  • Administração e operação comercial (assinatura, terminais finais, cobrança e estatísticas).

  • Gerenciamento de segurança.

  • Configuração de rede, operação e gerenciamento de desempenho.

  • Tarefas de manutenção.

As funções de operação e manutenção baseiam-se nos conceitos da Telecommunication Management Network (TMN), que é normalizada na série ITU-T M.30.

A seguir está a figura, que mostra como o sistema OMC cobre todos os elementos GSM.

O OSS é a entidade funcional a partir da qual o operador de rede monitora e controla o sistema. O objetivo do OSS é oferecer ao cliente suporte econômico para atividades operacionais e de manutenção centralizadas, regionais e locais que são necessárias para uma rede GSM. Uma função importante do software de fonte aberta é fornecer uma visão geral da rede e apoiar as atividades de manutenção de diferentes organizações de operação e manutenção.

Uma visão simples da arquitetura GSM é fornecida abaixo -

Os componentes adicionais da arquitetura GSM incluem bancos de dados e funções de sistemas de mensagens -

  • Registro de localização de casa (HLR)

  • Registro de localização do visitante (VLR)

  • Registro de Identidade de Equipamento (EIR)

  • Centro de autenticação (AuC)

  • Central de atendimento de SMS (SMS SC)

  • Gateway MSC (GMSC)

  • Chargeback Center (CBC)

  • Unidade de transcodificação e adaptação (TRAU)

O diagrama a seguir mostra a rede GSM junto com os elementos adicionados -

O MS e o BSS comunicam-se através da interface Um. Também é conhecido como interface aérea ou link de rádio . O BSS se comunica com o centro de Network Service Switching (NSS) através da interface A.

Áreas de rede GSM

Em uma rede GSM, as seguintes áreas são definidas -

  • Cell- Célula é a área de serviço básica; um BTS cobre uma célula. Cada célula recebe uma Identidade Global de Célula (CGI), um número que identifica exclusivamente a célula.

  • Location Area- Um grupo de células forma uma Área de localização (LA). Esta é a área que é paginada quando um assinante recebe uma chamada. Cada LA é atribuída a uma Identidade de Área de Localização (LAI). Cada LA é atendida por um ou mais BSCs.

  • MSC/VLR Service Area - A área coberta por um MSC é chamada de área de serviço MSC / VLR.

  • PLMN- A área coberta por um operador de rede é denominada Rede Móvel Terrestre Pública (PLMN). Um PLMN pode conter um ou mais MSCs.