Що е то GSM мрежа

[netman]

Първоначално написано от http://www.tuj.asenevtsi.com/

КЛЕТЪЧНИ КОМУНИКАЦИИ ПО СТАНДАРТА GSM

Структура на мрежата



Мобилна станция MS
Крайно оборудване за данни, което се състои от мобилен телефон и SIM карта.


Базова приемопредавателна станция BTS
Поддържа определен брой радио-канали. Състои се от радиоприемник, радиопредавател, антена и др. Мощността на радиопредавателите зависи от терена, големината на клетката и е от порядъка на няколко десетки вата.

Контролер на група базови станции BSC
Осъществява прехвърляне, повикване и управление на група базови станции. Основна негова функция е управлението на обажданията. Мобилната станция известява контролера за силата на приемания сигнал и на тази база той взема решение дали да пренасочи потребителя към друга клетка или да увеличи мощността.



Център за пренасочване на мобилните комуникации (мобилна централа) MSC
Работи като нормална комутационна централа. Грижи се за управление на повикванията към различни обществени мрежи, тяхното направляване, контрол, прекъсване или прехвърляне в рамките на един център. В центъра се съхранява информация за таксуването на разговорите. Предоставя допълнителни функции на мобилните потребители - локализация, автентификация, роуминг и др. MSC получава информация за потребителите от 4 бази данни, поддържани в мрежата. Връзката с тях се осъществява чрез сигнализационната система 7 (SS7 -международен стандарт за обмен на сигнали).


Контролен център OMS
Осигурява наблюдение и управление на цялата GSM мрежа. Той контролира цялото мрежово оборудване. Обслужва се от мрежовия администратор.


Поддържани бази данни

HLR - база данни за управление на мобилните абонати.
Съхранява информация за местоположението на мобилните станции.
Съдържа списък на услугите и приоритетите, присвоени на всеки един абонат на мрежата.

VLR - база данни, която съхранява информация за местоположението на мобилните станции, принадлежащи на чужди мрежи.

AuC - база данни, съдържаща копие на секретния код, съхранен в SIM картата на на всеки абонат и използван за доказване на самоличността.

EIR - база данни съдържаща списък на всички мобилни станции в мрежата. Състои се от три части:
Бял списък за всички нормални апарати.
Черен списък за откраднати апарати.
Зелен списък за невалидни апарати.

Основни принципи

Изцяло съвместима с ISDN
Честотна лента 900 MHz.
Един радиоканал поддържа до 8 предавателни канала.
Мрежа от съседни радиоклетки, които осигуряват пълно покритие на обслужваната територия.



ПАКЕТНА КОМУТАЦИЯ В GSM МРЕЖА


Основни понятия

Пакета комуникация в GSM мрежа (GENERAL PACKET RADIO SERVICE - GPRS) е стандарт за пренос на данни чрез пакетна комутация през GSM мрежи.

GPRS = GSM + по-ефективно използване на радиочестотните ресурси + по-високи скорости за пренос на данни + по-ниска цена.

Характерни особености
Цената се определя на база пренесена информация (при GSM на база престой в мрежата).
Средната скорост на предаване на данни - около 56 Kbps (GSM-9,6Kbps UMTS-2Mbps);
Предава всякакви видове данни.

GPRS осигурява:
Нови бизнес възможности за безжични комуникации;
Еволюционен път към 3 поколение услуги;
Бързо покритие и разгръщане чрез добавянето на възли с пакетна комутация в изградената GSM мрежа;
Ефективно използване на радиочестотните ресурси;
Едновременно предлагане на GSM и GPRS услуги.
Връзка с други мрежи за данни;
Ефективен транспорт на пакети.

Услуги
Електронно банкиране (проверка на плащания, нареждане на трансфери и др.);
Новини, игри, електронни книги;
Достъп до корпоративна или Интернет базирана електронна поща.
Аудио и видео диалози през Интернет.

Миграцията от GSM мрежи към GPRS изисква:
Добавяне на възли за комутация на пакети (рутери между базовите станции и мобилния комутационен център);
Надстройка на софтуера в базовите станции и контролера;
Комплектоване на съществуващите GSM възли до GPRS функционалност.

Архитектурата на GPRS



MFS (Multi - BSS Fast Packet Server)
Разделя гласа от данните при получаването им от GRPS апарата, след което ги препраща в съответните мрежи - разговора към гласовата, пакетите с информация през IP мрежата.
Един MFS сървър поддържа до 22 контролери на базови станции (BSC).
Поддържа пренос на данни със скорост до 13,4 Kbps на радиоканал или общо 107,2 Kbps при 8 таймслота.

SGSN (GPRS Support Node)
Обслужва GPRS при обработката на пакетния трафик от потребители в даден географски регион.

Функции:
Осигурява маршрутизация на пакетите от и към областта на GPRS услугите.
Обслужва всички GPRS абонати, които физически се намират в съответната област.
Маршрутизира трафика от SGSN през BTS до мобилния апарат на клиента.
Осигурява връзка към BSC и MSC.
Извършва автентификация, шифриране и проверка на IMEI кода;


GGSN (Gateway GPRS Support Node)
Шлюз за осигуряване връзка към другите GPRS мрежи, както и към външни IP и X.25 мрежи.

Характерни особености:
Трансформира форматите за данни, сигнализациите и адресната информация така, че да осигури комуникация между различните мрежи
За външната IP мрежа представлява хост, притежаващ всички IP адреси на всички абонати, обслужвани от GPRS мрежата.

WAP сървър
Преобразуват HTML съдържанието от Web сървърите в подходящ за мобилните устройства формат.

RADIUS сървър
Контролира достъпа до външни мрежи. Той свързва IP адреси за GPRS транзакции и в резултат дава необходимата информация за асоцииране на IMSI номера на мобилния абонат и търсения IP адрес за оценяване.



GPRS оборудване
GPRS терминали

Устройства клас А - едновременно работят с предаване на глас и данни;.
Устройства клас В – могат да предават глас или данни, но не едновременно;
Устройства клас С – поддържат само предаване на данни.

GPRS устройства
Мобифони с поддръжка на GPRS. (Nokia 7650, Siemens S45, Motorola Timeport 280).
Периферни устройства (GSM модеми с поддръжка на GPRS).
PCMCI адаптери.

GPRS, тенденции
Еволюция в GSM/GPRS услугите се явява създаването на UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Това е следващия етап в направлението мобилна радиомрежа от трето поколение (3G). Използва се широколентова технология, базирана на пакетно предаване при скорости до 2 Мбит/с в помещения и 348 кбит/с в открити пространства.


НОВИ ТЕХНОЛОГИИ В МОБИЛНИТЕ РАДИОМРЕЖИ

Протокол за безжични приложения

WAP(Wireless Application Protocol)
Позволява съдържанието на Web страници да бъдат изпращани директно на дисплея на мобилен телефон. За да могат да се виждат Интернет сайтовете трябва да се прекодират.

Идея
Да се създаде глобален стандарт, така че производителите и доставчиците на услуги да могат да се концентрират върху разширяването на функциите на телефоните. Стандартът се поддържа от Motorola, Nokia и Ericsson.

Компоненти на WAP
Среда за безжични приложения WAE (Wireless Application Environment) - показва съдържанието на екрана.

Включва

Wireless Markup Language, вариант на познатия HTML, - използва се за показване съдържанието на Web страници на монитора. WML може да включва текст и хипервръзки, но не и изображения.
WAP мобилни телефони - включват микробраузър, олекотена версия на стандартните браузъри – който показва съдържанието във WML формат.
Протокол за безжични сесии (Wireless Session Protocol) - осигурява пристигането на пакетите с данни до целта им
Протокол за безжичен трансфер (Wireless Transport Protocol) гарантира транспортирането на данните.
Защитено ниво за безжичен трансфер (Wireless Transport Layer Security). - подвид на Secure Sockets Layer (SSL), използван често за транзакции с кредитни карти в Web. Компресира и криптира данните, изпратени от безжичното устройство.

Действие
Мобилният телефон изпраща заявката до най-близката клетка, от където тя се маршрутизира до шлюз (gateway). Този сървър превежда заявката в стандартния за Web HTTP формат и я изпраща до сайта.
Когато сайтът отговори, той връща HTML документи до шлюза, където той се конвертират в WML и се маршрутизират до най-близката антена. Антената изпраща данните с радиовълни до WAP устройството и микробраузъра ги показва на екрана.

Изисквания
Необходимост от мобифон с WAP браузър, чрез който се извършва навигация из WAP страници
Специално пригодени WAP сайтове, които или са презаписани в WML или конвертирани от традиционния HTML формат
Интернет доставчик, който разполага с WAP шлюз.

Операционната система EPOC за мобилни устройства

Разработена е от консорциум Symbian, включващ множество компании, включително и Psion, Philips, Nokia и Matsushita, които притежават 80% дял от пазара на мобилни телефони.
EPOC стига по-далече от WAP, като предлага цветна графика, звук и форматиран текст, така че страниците да се виждат почти в оригиналния си вид.
EPOC позволява на разработчиците да създават собствени интерфейси, за разлика от конкурентния Windows CE.

[netman]

Първоначално написано от http://bg.wikipedia.org/wiki/GSM

GSM

GSM ("джиесем") (от названието на групата Groupe Sp?cial Mobile, по-късно преименувана на Global System for Mobile Communications) е глобален цифров стандарт за мобилна клетъчна връзка, с разделение на канала по принципа TDMA и с висока степен на безопасност благодарение на шифроване с открит ключ. Разработен е под егидата на Европейския институт за стандартизация в съобщенията (ETSI) през 80-те години на 20-ти век. Ускореното развитие на системите за мобилна телефония започва в началото на 80-те в Европа. Липсата на технологични стандарти (общи правила и изисквания) накарало организацията European Posts and Telegraphs (Европейски пощи и телеграфи, CEPT, преименувана по-късно в ETSI) да създаде през 1982 г. експертната група Groupe Sp?cial Mobile (GSM) със задача да разработи стандарт на система за мобилна телефония, която да се използва в цяла Европа. Първата GSM-мрежа е заработила през 1988 г. във Финландия.Съдържание [скриване]

Общи сведения
GSM се отнася към мрежите от второ поколение (2 Generation), въпреки че през 2006 г. тя условно навлезе във фазата 2,5G (1G е аналогова клетъчна връзка, 2G — цифрова клетъчна връзка, 3G — широколентова цифрова клетъчна връзка, управлявана (комутируема) от многоцелеви компютърни мрежи, включително от Интернет), и е най- разпространеният стандарт за мобилна клетъчна връзка в света. Мобилните телефони се произвеждат за работа в 4 диапазона от честоти: 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz. В стандарта GSM се използва GMSK модулация.

Предоставяни услуги
GSM осигурява поддръжката на следните услуги:
Предаване на данни (синхронен и асинхронен обмен на данни, включително пакетно предаване на данни (GPRS). Тези услуги не гарантират съвместимост на терминалните устройства, а осигуряват само предаване на информация към тях и от тях.
Предаване на говорна (гласова) информация.
Предаване на кратки съобщения (SMS).
Предаване на факсимилни съобщения.

Допълнителни услуги (не се предоставят задължително):
Определяне на викащия номер и ограничаване на такова определяне.
Безусловна и условна преадресация на повикването към друг номер.
Изчакване на повикване.
Конферентна връзка (едновременна гласова връзка между три и повече подвижни станции).
Забрана на определени от абоната услуги (международни и роумингови повиквания и др.)

и много други услуги.


Предимства и недостатъци

Предимства на стандарта GSM:
По-малки в сравнение с аналоговите стандарти (NMT-450, AMPS-800) размери и тегло на телефонните апарати при по-дълго време на работа без презареждане на акумулатора. Това се постига преди всичко благодарение на апаратурата в базовата станция, която постоянно анализира нивото на сигнала, приеман от апарата на абоната. Когато този сигнал е по-голям от необходимия, към мобилния телефон автоматично се подава команда да се понижи излъчваната мощност.
Добро качество на връзката при достатъчна плътност на разполагане на базовите станции.
Голям капацитет на мрежата, възможност за голям брой едновременни връзки.
Ниско ниво на индустриалните смущения в дадените честотни диапазони.
Максимална защита от подслушване и нелегално използване, което се постига чрез използване на алгоритми за шифроване с отворен ключ. EFR-технологията е усъвършенствана система за кодиране на говора (разговора, речта). Системата е била разработена от фирмата Нокиа и впоследствие е станала стандарт за кодиране/декодиране при технологията GSM.
Широко разпространение, особено в Европа, на голям избор от оборудване. Към 2006 г. стандартът GSM се е поддържал от 228 оператора, официално регистрирани в Асоциацията на GSM-операторите от 110 страни.
Възможност за роуминг. «Роуминг» (от англ. «to roam» — скитам, странствам, бродя) означава, че абонат на една от GSM-мрежите може да ползва своя мобилен телефон не само «вкъщи», но и местейки се по целия свят, преминавайки от една мрежа в друга, без да се разделя със своя абонатен номер. Процесът на преход една мрежа в друга става автоматично, без ползвателят на GSM-телефона да уведомява предварително съответните оператори.

Недостатъци на стандарта GSM:
Изкривявания на говора при цифровата обработка и предаването.
Връзка на разстояние не повече от 35 km от най-близката базова станция, даже при използване на усилватели и насочени антени. Затова за покриване на определена площ е необходим по-голям брой предаватели, отколкото при стандартите NMT-450 и AMPS.
Доста голямата мощност на излъчване на мобилните телефони представлява потенциална опасност за здравето (т. нар. „ефект на микровълновата фурна”).

Стандарти и радио-интерфейс

В стандарта GSM са определени 4 диапазона на работа:

900/1800 MHz (използва се в Европа и Азия)



GSM-900

Цифров стандарт за мобилна връзка в честотния диапазон от 890 до 915 MHz (от телефона към базовата станция) и от 935 до 960 MHz (от базовата станция към телефона).

В някои страни честотният диапазон на GSM-900 е бил разширен до 880—915 MHz (MS ? BTS) и 925—960 MHz (MS ? BTS), благодарение на което максималният брой на каналите за връзка се е увеличило на 50. Тази модификация е наречена E-GSM (extended GSM).

GSM-1800

Модификация на стандарта GSM-900, цифров стандарт за мобилна връзка в честотния диапазон от 1710 до 1880 MHz. Обезпечава по-голям брой канали за връзка, но действа на по-малко разстояние. Използва се предимно в градски райони.

Особености:
Максималната излъчвана мощност на мобилните телефони при стандарта GSM-1800 е 1 W; за сравнение — при GSM-900 е 2 W. Така се постига по-голямо време на непрекъсната работа без презареждане на акумулатора и понижаване нивото на радиоизлъчване. Въпреки това, ако се вземе предвид фактът, че честотата е по- висока, то може да се предположи увеличение на «ефекта на микровълновата фурна» върху организма на говорещия.
Висок капацитет на мрежата, което е важно за големи градове.
Възможност да се използват телефонни апарати, едновременно работещи по стандартите GSM-900 и GSM-1800. Такъв апарат функционира в мрежа GSM-900, но, попадайки в зоната на GSM-1800, се превключва — ръчно или автоматично. Това позволява на оператора по-рационално да използва честотния ресурс, а на клиентите — да ползват по-евтини тарифи. В двете мрежи абонатът ползва един общ номер. Използването на апарата в двете мрежи е възможно само в тези случаи, когато мрежите принадлежат на един оператор, или между операторите, работещи в различните диапазони, е сключено споразумение за роуминг.

Проблемът е в това, че зоната на покритие за всяка базова станция при GSM-1800 е значително по-малка, отколкото при стандартите GSM-900, AMPS/DAMPS-800, NMT-450. Необходим е по-голям брой базови станции. Колкото е по-висока излъчваната честота, толкова по-малка е проникващата способност на радиовълните (тя се характеризира с т. нар. дълбочина на скин-слоя) и толкова е по-малка способността им да се отразяват и да заобикалят прегради.

850/1900 MHz (използва се в САЩ, Канада, отделни страни от Латинска Америка и Африка)



450 MHz (единствено в Танзания)
Единствената GSM мрежа, работеща на тази честота е тази на Celtel в Танзания

Структура на GSM

Системата GSM се състои от три основни подсистеми:
Подсистема на базовите станции (BSS — Base Station Subsystem),
Подсистема за комутация (NSS — Network Switching Subsystem),
Център за техническо обслужване (OMC — Operation and Maintenance Centre).

В отделен клас от структурата на GSM са отделени терминалните устройства — подвижните станции (MS — Mobile Station), известни като мобилни (клетъчни) телефони.

Подсистема на базовите станции (BSS)
BSS се състои от самата базова станция (BTS — Base Transceiver Station) и контролер на базовите станции (BSC — Base Station Controller).

Областта, покривана от мрежата GSM, е разделена на клетки с шестоъгълна форма (понякога наричани килийки или килии - аналогия, дошла от пчелните пити). „Диаметърът” на всяка шестоъгълна клетка може да е различен — от 400 m до 50 km. Максималният теоретичен радиус на клетката е 35 km, което се определя от ограничената възможност на системата за синхронизация към компенсация на времето за закъснение на сигнала. Всяка клетка се покрива от една BTS, като при това клетките частично се припокриват една друга, с което се запазва възможността да се прехвърля обслужването на MS при преместването ? от една килийка в друга без прекъсване на връзката.

Базовата станция (BTS) осигурява приемане и предаване на сигнала между MS и контролера на базовите станции. BTS е автономна и е построена на модулен принцип. Насочените антени на базовите станции могат да се разполагат на стълбове, кули, покриви на сгради и т. н.

Контролерът на базовите станции (BSC) управлява връзките между BTS и подсистемата за комутация. В неговите пълномощия влиза също управлението на реда на свързванията, скоростта на предаване на данните и разпределението на радиоканалите.

Подсистема за комутации (NSS)
NSS се състои от следните компоненти:

Център за комутация (MSC — Mobile Switching Centre)
MSC управлява определена географска зона с разположените в нея BTS и BSC. Осъществява връзките в GSM-мрежата от и към абоната, осигурява интерфейса между GSM и телефонните мрежи за общо ползване, другите мрежи за радиовръзка, мрежите за предаване на данни. Изпълнява също функциите по маршрутизация на повикванията, управление на повикванията, щафетно предаване на обслужването при преместване на MS от една клетка в друга. След края на повикването MSC обработва свързаните с него данни и ги предава в изчислителния център за оформяне на сметката за предоставените услуги, а също така набира статистически данни. MSC също така постоянно следи за положението на MS, използвайки данните от HLR и VLR, което е необходимо за бързото намиране и установяване на връзка с MS в случай на повикването му.

Домашен регистър на местоположението (HLR — Home Location Registry)
HLR съдържа база данни за абонатите, придадени към него. Тук се съхранява информация за предоставяните на дадения абонат услуги, информация за състоянието на всеки абонат, необходима в случай на повикването му, а също Международен Идентификатор на Мобилния Абонат (IMSI — International Mobile Subscriber Identity), който се използва за установяване автентичността на абоната (при помощта на AUC). Всеки абонат е придаден към един определен HLR. Към данните в HLR имат достъп всички MSC и VLR в дадената GSM-мрежа, а в случай на междумрежови роуминг — и MSC на другите мрежи.

Посетителски регистър на местоположението (VLR — Visitor Location Registry)
VLR осигурява мониторинга на придвижването на MS от една зона в друга и съдържа база данни за преместващите се абонати, намиращи се в дадения момент в тази зона, включително и абонатите на други GSM-системи — така наричаните роумери. Данните за абоната се изтриват от VLR в случай, че абонатът се премести в друга зона. Такава схема позволява да се съкрати количеството запитвания към HLR за даден абонат, а следователно и времето за обслужване на повикването.

Регистър за идентификация на оборудването (EIR — Equipment Identification Registry)
Съдържа база данни, необходима за установяване на истинността на MS по IMEI (International Mobile Equipment Identity). Формира три списъка: бял (допуска се за използване), сив (има известни проблеми с идентификацията на MS) и черен (MS, забранени за обслужване).

Център за установяване на автентичността (AUC — Authentification Centre)
Тук става установяване на автентичността на абоната, а по-точно — на неговата SIM-карта (Subscriber Identity Module). Достъпът към мрежата се разрешава само след преминаване на SIM-процедура за проверка на истинността, в процеса на която от AUC към MS пристига открит ключ, след което в AUC и MS паралелно става шифриране на уникалния за дадения SIM ключ за установяване на автентичността при помощта на също така уникален алгоритъм. След това от MS и от AUC към MSC се връщат «подписани отговори» — SRES (Signed Response), които са резултат от даденото шифриране. В MSC отговорите се сравняват, и в случай на съвпадението им установяването на автентичността се счита за успешно.

Подсистема Център за техническо обслужване (OMC — Operation and Maintenance Centre)
Съединена е с останалите компоненти на мрежата и осигурява контрол върху качеството на работа и управление на цялата мрежа. Обработва аварийните сигнали, при които се изисква намесата на персонала. Осигурява проверка на състоянието на мрежата, възможността за преминаване на повикването. Обновява програмното осигуряване на всички елементи от мрежата, изпълнява и редица други функции.