Umts-cellular-concepts-gsm-architecture
セルラーコンセプト-GSMアーキテクチャ
GSMネットワークは4つの主要なシステムに分かれています-
- スイッチングシステム(SS)
- 基地局システム(BSS)
- モバイルステーション(MS)
- 運用保守センター(OMC)
ネットワークおよびスイッチングシステム(NSS)とも呼ばれるスイッチングシステムは、呼処理および加入者関連の機能を実行します。 スイッチングシステムには、次の機能ユニットが含まれています-
- モバイル交換センター
- ホームロケーションレジスタ
- ビジターロケーション登録
- 機器識別登録
- 認証センター
モバイル交換センター
モバイルスイッチングセンター(MSC)は、割り当てられたBSSによって制御される地理的領域にあるすべてのモバイルステーションに対して、すべてのスイッチング機能を実行します。 また、PSTN、他のMSC、および他のシステムエンティティとインターフェイスします。
MSCの機能
- ロケーション登録、加入者と機器の認証、ハンドオーバーおよびプリペイドサービスを考慮した、加入者のモバイル性に対応するコール処理。
- 通話中に必要な論理無線リンクチャネルの管理。
- MSC-BSSシグナリングプロトコルの管理。
- ロケーション登録を処理し、モバイルステーションとVLR間のインターワーキングを保証します。
- BSS間およびMSC間ハンドオーバーを制御します。
- HLRに問い合わせるためのゲートウェイMSCとして機能します。 PSTN/ISDNネットワークに接続されているMSCは、GMSCと呼ばれます。 これは、HLRに接続されたネットワーク内の唯一のMSCです。
- 充電のようなスイッチの標準機能。
ホームロケーションレジスタ(HLR)
ホームロケーションレジスタに含まれるもの-
- International Mobile Sub Identity(IMSI)と呼ばれるモバイル加入者のID。
- モバイルステーションのISDNディレクトリ番号。
- サービスのサブスクリプション情報。
- サービスの制限。
- コールルーティングのロケーション情報。
GSMネットワークごとに1つのHLRをお勧めします。これは分散データベースでもかまいません。 HLRの永続データは、マンマシンインターフェイスによって変更されます。 位置情報などの一時データは、HLRで動的に変更されます。
ビジターロケーションレジスター(VLR)
VLRは常にMSCと統合されています。 モバイルステーションが新しいMSCエリアにローミングすると、そのMSCに接続されているVLRは、モバイルステーションに関するデータをHLRに要求します。 後で、移動局が電話をかける場合、VLRは毎回HLRに問い合わせる必要なしに、電話のセットアップに必要な情報を持っています。 VLRには次のような情報が含まれています-
- モバイルサブのアイデンティティ、
- 一時的なモバイルサブID、
- モバイルのISDN電話番号、
- ローミングステーションにコールをルーティングするための電話番号、
- 現在MSCサービスエリアにあるモバイルのHLRのデータの一部。
機器識別登録
機器識別登録は、IMEI(International Mobile Equipment Identity)と呼ばれる移動局機器のIDで構成され、有効、疑わしい、禁止されている場合があります。 移動局がシステムにアクセスすると、サービスを提供する前に機器の検証手順が呼び出されます。
この情報は、3つのリストの形式で入手できます。
- ホワイトリスト-端末はネットワークに接続できます。
- グレーリスト-考えられる問題について、端末はネットワークから監視中です。
- ブラックリスト-盗難と報告された端末は型式承認されていません。 ネットワークへの接続は許可されていません。 EIRは、特定のIMEIが含まれているリストについてVLRに通知します。
認証センター
HLRに関連付けられています。 各モバイルサブスクライバーの認証キー(Ki)と呼ばれるIDキーを格納します。 このキーは、認証トリプレットを生成するために使用されます。
- RAND(ランダム番号)、
- SRES(署名付き応答)-IMSIを認証するには、
- Kc(暗号キー)-MSとネットワーク間の無線パスを介した通信を暗号化します。
運用保守センター(OMC)
それは、ネットワーク事業者が次の機能を実行することによりシステムを監視および制御できる機能エンティティです-
- ソフトウェアのインストール
- 交通管理
- パフォーマンスデータ分析
- 加入者と機器のトレース
- 構成管理
- 加入者管理
- モバイル機器の管理
- 課金と請求の管理
基地局システム(BSS)
BSSはMSとNSSを接続します。 それは以下で構成されています-
- ベーストランシーバーステーション(BTS)はベースステーションとも呼ばれます。
- 基地局コントローラー(BSC)。
BTSとBSCは、標準化されたAbisインターフェイスを介して通信します。 BTSはBSCによって制御され、1つのBSCはその制御下で多くのBTSを持つことができます。
ベーストランシーバーステーション(BTS)
BTSは無線トランシーバを収容し、モバイルステーションで無線リンクプロトコルを処理します。 各BTSは、アンテナ、シグナルプロセッサなどを含む無線送受信デバイスで構成されます。 各BTSは1〜16のRFキャリアをサポートできます。 BTSを区別するパラメーターは、電力レベル、アンテナの高さ、アンテナの種類、およびキャリア数です。
BTSの機能
- 時間と周波数の同期を担当します。
- チャネルのコーディング、暗号化、多重化、およびトランス方向の変調と受信の逆方向のプロセスが実行されます。
- BTS(タイミングアドバンス)からの距離に応じて、モバイルからの送信を事前に手配する必要があります。
- モバイルからのランダムアクセス要求を検出し、電力制御とハンドオーバーのために無線チャネルを測定および監視する必要があります。
基地局コントローラー
BSCは、BTSの1つまたはグループの無線リソースを管理します。 無線チャネルのセットアップ、周波数ホッピング、ハンドオーバー、およびRF電力レベルの制御を処理します。 BSCは、BTSによってブロードキャストされる時間と周波数の同期基準信号を提供します。 モバイルステーションとMSC間の接続を確立します。 BSCは、インターフェイスを介してMSC、BTS、およびOMCに接続されます。
モバイルステーション
無線加入者が使用する端末機器を指します。 それはで構成されています-
- SIM-サブスクライバーIDモジュール
- モバイル機器
SIMは取り外し可能で、適切なSIMを使用すると、さまざまなモバイル機器を使用してネットワークにアクセスできます。
機器のIDは加入者にリンクされていません。 機器はIMEIとEIRで個別に検証されます。 SIMには、マイクロプロセッサ、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)を備えた集積回路チップが含まれています。 SIMは有効である必要があり、ネットワークへのアクセス中にMSの有効性を認証する必要があります。
SIMは、IMSI、セルロケーションIDなどの加入者関連情報も保存します。
モバイルステーションの機能
- 無線送受信
- 無線チャネル管理
- 音声のエンコード/デコード
- 無線リンクエラー保護
- データのフロー制御
- 無線リンクへのユーザーデータのレート調整
- モビリティ管理
最大6つの周囲のBTSまでのパフォーマンス測定とBSSへのレポートにより、MSはコールダイヤルとステータス情報の表示に使用される液晶ディスプレイ(LCD)に短い受信英数字メッセージを保存および表示できます。
欧州のGSMシステムで指定されている携帯電話ユニットには、20W、8W、5W、2W、0.8Wの5つの異なるカテゴリがあります。 これらは、43 dBm、39 dBm、37 dBm、33 dBm、および29 dBmの電力レベルに対応しています。 20 Wおよび8 Wユニット(ピーク電力)は、車載またはポータブルステーション用です。 MS電力は、公称値から20mW(13 dBm)まで2 dBステップで調整可能です。 これは、BTSからのリモート制御下で自動的に行われます。
トランスコーダー
トランスコーダは、MSC側をモバイル側に接続するために挿入されるネットワークエンティティです。 PSTN側の音声コーディングレートは64Kbpsであり、GSM over the airでは、音声は13Kbpsとしてコーディングされます。 エアインターフェイス上のデータレートを減らし、地上リンクの負荷を減らすため(4:1)、トランスコーダーは適切な場所に導入されます。そのほとんどがMSCです。
トランスコーダは、13 Kbpsの音声または3.6/6/12 Kbpsのデータ多重化と4つの標準的な64 Kbpsデータへの変換を行うデバイスです。 最初に、13 Kbpsまたは3.6/6/12 Kbpsのデータは、追加の同期データを挿入して16 Kbpsのレベルに引き上げられ、13 Kbpsの音声データまたは低レートのデータと4つのデータとの差を埋めます。トランスポンダーで組み合わせて、BSS内で64 Kbpsチャネルを提供します。 その後、4つのトラフィックチャネルを1つの64 Kpbs回線に多重化できます。 したがって、TRAU出力データレートは64 Kbpsです。
その後、CEPT1チャネルがA-bisインターフェイスで提供される場合、最大30個のこのような64 Kpbsチャネルが2.048 Mbpsに多重化されます。 このチャネルは、最大120(16x 120)のトラフィックおよび制御信号を伝送できます。 PSTNへのデータレートは通常2 Mbpsであるため、これは30 x 64 Kbpsチャネルまたは120 Kbps x 16 Kpbsチャネルを組み合わせた結果です。
その他のネットワーク要素
他のネットワーク要素には、SMSサービスセンター、ボイスメールボックス、SMSフローなどのコンポーネントが含まれます。
SMSサービスセンター
これは、モバイルサブスクライバーにショートメッセージサービス(SMS)を提供するインターワーキング機能を備えたMSCとインターフェイスします。 SMSは、ファックス機、インターネット上のPC、または別のMSに送信できます。 受信者MSの場所は、MSCによって照会され、配信されます。
ボイスメールボックス
モバイル加入者が、ビジー/サービスエリア外のため着信コールに応答する位置にない場合、コールは、加入者によってすでにアクティブにされているメールボックスに転送されます。 このため、MSCとは別の接続が確立されています。 サブスクライバーはSMSを介して後で通知され、メッセージを取得できます。
SMSフロー
- ユーザーがSMSを送信すると、MSCを介してリクエストが送信されます。
- MSCはSMSをSMSCに転送し、そこで保存します。
- SMSCは、HLRに照会して宛先モバイルがどこにあるかを見つけ、宛先モバイルが使用可能な場合はメッセージを宛先MSCに転送します。
- モバイルが利用できない場合、メッセージは現在のSMSC自体に保存されます。 ほとんどのインストールでは、SMS配信にモバイルが利用できない場合、SMSCは再試行しません。 代わりに、宛先MSCは、モバイルが範囲内に戻ったときにSMSCに通知します。 SMSの処理は、USSDとは異なり、ストアアンドフォワード操作です。
- SMSには、送信先のモバイルが利用可能になるのを待つ有効期間があります。 その後、SMSCはメッセージを削除します。 有効期間はユーザーが設定できます。 通常の有効期間は1日です。