Įvadas
GSM (Global System for Mobile Communications) tai pats populiariausias
standartas mobiliesiems telefonams pasaulyje. Šiandien GSM telefonai
naudojami daugiaiu kaip milijardo žmonių daugiau kaip 200 šalų. GSM tinklų
buvimas visur, leidžia naudotis telefono operatoriais ne tik savoje bet ir
kitose šalyse, su sutartimis tarp operatorių. GSM pagrindinis skirtumas nuo
jo primtakų tas kad visi jo kanalai, tame tarpe ir kalbos, yra
skaitmeniniai, o tai reiškia kad GSM yra antros kartos mobilųjų telefonų
sistema. Šis faktas taip pat reiškia tai jog duomenų komunikacijos sistemos
pradėjo plėtotis jau senai.
Paplitus pirmos kartos sistemoms, tapo aišku, kad mobiliojo ryšio
paslaugos vartotojams yra patrauklios, jų apimtis ir vartotojų skaičius
greitai auga.
GSM paslaugos tapo pačios populiariausios Europoje ir vienos iš
populiariausių pasaulyje, o GSM telefonas perėjo iš prabangos reikmenų
kategorijos į vartojamųjų reikmenų kategoriją. Jau dabar mobiliųjų telefonų
Lietuvoje yra daugiau negu fiksuoto ryšio telefonų.
Toks GSM pasisekimas, be akivaizdžių pranašumų, yra ir didelis iššūkis
standartų kūrėjams, įrangos gamintojams ir tinklų operatoriams. Bevieliai
tinklai turi perduoti didelius informacijos kiekius, bet tam reikia
įvairiais būdais padidinti GSM tinklo talpą.
1 GSM ISTORIJA
1980 metais analoginės korinės telefono sistemos pradėjo stipriai
plėtotis Europoje, daugiausia skandinavijos šalyse ir Didžiojoje
Britaniojoje, taip pat Prancūzijoje ir Vokietijoje. Kiekviena šalis išvystė
savo sistemą, kurios buvo nesuderinamos su kitų šalių įranga ir
operacijomis. Tai buvo nepageidaujama situacija, ne vien dėlto kad
mobilioji įrangos galimybės buvo apribotos valstybės sienomis, kas
suvienytoje Europoje darosi vis svarbiau, bet ir dėl to kad kiekvienam
įrangos tipui buvo maža rinka, o tai buvo ekomiškai nenaudinga.
Taigi 1982 metais posėdyje CEPT (Conference of European Post and
Telecommunications) buvo suformuota mokslinė grupė pavadinimu Groupe
Spécial Mobile (GSM) kad išstudijuotu ir išvystytu Europiečių mobiląją
sistemą. Pateikta sistema turėjo atitikti tokius reikalavimus:
Gera balso perdavimo kokybė
Maža terminalo ir paslaugų kaina
Palaikytų tarptautinius pokalbius
Galimybė palaikyti rankinius terminalus
Galimybė plėtoti paslaugas ir įranga
Suderinamas su ISDN1989 m. Atsakomybė už GSM tinklus buvo perleista Europos
Telekomunikacijų Standartų Institutui (ETSI), kuris apibrėžė GSM, kaip
visuotinai priimtiną skaitmeninį korinį ryšio standartą. GSM tapo ETSI
techniniu komitetu. 1990 Patvirtintos pirmos fazės GSM 900 specifikacijos.
Komercinės paslaugos pradėtos teikti 1991, ir 1993 buvo 36 tinklai 22
skirtingose šalyse, bei 25 šalys buvo pasirinkusios ar apsvarsčiusios GSM
plėtojimo galimybę. Tai ne tik Europiečių standartas – Pietų Afrika,
Australia, taip pat dauguma vidurio ir Tolimųjų Rytų šalys pasirinko GSM.
1994 pradžioje buvo 1,3 mln abonentų visame pasaulyje. Dabar GSM šifruojasi
kaip Global System for Mobile telecommunications.
GSM vystytojai pasirinko neaprūpinta (tuo metu) skaitmeninę sistemą, o
ne tų laikų standartą analoginę korinę sistemą kaip AMPS Jungtinėse
Valstijose ar TACS Didžiojoje britanijoje. Jie tikėjo kad pažanga algoritmų
suspaudime ir skaitmeninių signalų procesorių srityse leis daug pasiekti,
siekiant patenkinti keliamus reikalavimus ir nuolat tobulinti sistemą kainų
ir kokybės srityje. 8000 puslapių GSM rekomendacijose bandoma sudaryti
sąlygas tinklo lankstumui ir konkurencijai tarp daugelio tiekėjų, tai pat
nustatyti pakankamai nurodymų kad garantuoti sklandų bendradarbiavimą tarp
tinklo komponentų. Iš dalies tai buvo įgivendinta parengiant sąsajų ir
funkcijų aprašymus kiekvienos funkcinės dalies esančios sistemoje.
2. GSM TIEKIAMOS PASLAUGOS
Nuo pat pradžių, GSM projektuotojai norėjo siūlomų paslaugų
suderinamumo su ISDN. Radio ryšys sudarė šiokius tokius apribojimus, vis
dėlto standartinis ISDN greitis 64 kbps praktiškai negalėjo būti pasiektas.
Naudojant ITUT apibrėžimus, telekomunikacinės paslaugos galėjo būti
suskirstytos į ryšio paslaugas, telepaslaugas, ir papildomas paslaugas.
Skaitmeninė GSM prigimtis leidžia sinchroniniams, ir asinchroniniams
duomenims būti perduotiems kaip ryšio paslauga į ar iš ISDN terminalo.
Duomenims perduoti gali būti naudojamas transparent service, kuris turi
fiksuota vėlinimą bet nėra užtikrintas duomenų vientisumas, arba
nontransparent service, kuris užtikrina duomenų vientisumą per automatinį
užklausų kartojimo (Automatic Repeat Request) mechanizmą, bet su kintamu
vėlinimu. GSM palaikomas duomenų perdavimo greitis yra 300 bps, 600 bps,
1200 bps, 2400 bps, ir 9600 bps.
Pati pagrindinė GSM palaikoma paslauga yra telefonija. Yra pagalbos
paslauga, kur susisiekiama su artimiausu paslaugų tiekėju surenkant 3
skaitmenis. Grupė 3 fax, analogiškas metodas aprašytas ITUT
rekomendacijose, jis taip pat palaikomas naudojant atitinkamą fakso
adapterį. Unikali GSM
savybė, palyginti su sena analoginė sistema, tai
trumpųjų žinučių paslauga (SMS). SMS yra dvikryptė paslauga siūsti trumpas
raidines-skaitmenines (iki 160 ženklų) žinutes. Dėl abipusio ryšio SMS gali
būti nusiūsta kitam tinklo abonentui ir gali būti atsūstas patvirtinimas
siuntėjui. SMS gali būti naudojamas teleteksto rėžimu, kad siūsti žinutes
kaip naujienų pranešimus. Žinutės gali būti saugomos SIM kortelėje ar
telefone, vėlesniam naudojimui.
Papildomos paslauaugos yra numatytos virš telepaslaugų ar ryšio
paslaugų, ir susideda iš tokių savybių kaip skambinančio identifikavimas,
skambučio peradresavimas, skambučio laukimas, grupiniai pokalbiai,
tarptautiniai pokalbiai tarp kitų.
3. GSM ARCHITEKTŪRA
GSM tinklas susideda iš keleto funkcinių vienetų, kurių funkcijos ir
sąsajos yra apibrėžtos. Paveiksliukas rodo bendrą GSM shemą. GSM tinklas
gali būti skirstomas į 3 pagrindines dalis. 1. Mobilioji stotis MS
(telefonas) yra pas tinklo abonentą. 2. bazinė stotis (BTS) kontroliuoja
radio ryšį su mobiląją stotim, ji per bazinės stoties valdiklį (BSC)
jungisi su MSC. 3 Tinklo posistemė yra pagrindinė dalis su kuria mobilųjų
paslaugų komutacijos centras (MSC) atlieka skambučių sujungimą tarp
fiksuoto arba mobilaus tinklo abonento, taip pat kontroliuoja mobiląsiąs
paslaugas, tokias kaip autentiškumą. Neparodytas yra operacijų ir valdymo
centras, kuris prižiūri tinklo veiklą ir kad operacijos būtų vykdomos
tinkamai. Mobiliosios stoties ir pagrindinės stoties posistemės bendrauja
per Um sąsają, taip pat žinomą kaip oro sąsają ar radio ryšį. Pagrindinės
stoties posistemė bendrauja su mobiliųjų paslaugų sujungimo centru per A
sąsają.
3.1 Mobilioji stotelė
Mobilioji stotelė (MS) susideda iš fizinės įrangos, tokios kaip radio
siūstuvas ir imtuvas, displėjaus ir skaitmeninio signalų procesoriaus, be
to kortelės kuri vadinama abonento identifikavimo modulis (Subscriber
Identity Module – SIM). SIM kortelė suteikia asmeninį mobilumą, taigi
vartotojas turi galimybę naudotis visomis užsisakytomis paslaugomis,
nepriklausomai nuo telefono esamos vietos ir konkretaus telefono. Idėjęs
SIM kortelę į kita GSM telefoną vartotojas gali naudotis visomis tinklo
tiekiamomis paslaugomis.
Mobilioji įranga yra atpažystama pagal unikalų tarptautinį mobilios
įrangos kodą (IMEI). SIM kortelė turi tarptautinį mobilaus tinklo abonento
kodą (IMSI), kuris identifikuoja abonentą per slaptą raktą autentifikavimui
ir kitą vartotojo informaciją. IMEI ir IMSI yra nepriklausomi, taigi
suteikia asmeninį mobilumą. SIM kortelė gali būti apsaugota slaptažodžiu
kad ja nepasinaudotu pašaliniai asmenys.
3.2 Bazinė stotis
Bazinė stotis yra sudaryta iš dviejų dalių tai: pagrindinio siūstuvo-
imtuvo (BTS) ir pagrindinės stoties kontrolerio (BSC). Jie abu dirba per
specialią Abis sąsają, leidžiančią (kaip ir likusiai sistemos daliai)
vykdyti operacijas tarp komponentų pagamintų skirtingų tiekėjų.
Pagrindinė siūstuvo-imtuvo stotis susideda iš radio siūstuvų ir imtuvų
kurie nustato telefono lastelę ir valdo radioryšio protokolus su mobiliuoju
telefonu. Didelėje miesto teritorijoje yra didelis BTS skaičius. BTS
reikalavimai yra: patikimumas, portatyvumas, ir minimalios išlaidos.
Bazinės stoties kontroleris (valdiklis) valdo radio resursus vienos ar
daugiau BTS stočių. Ji valdo radio kanalo sudėti, dažnio keitimą, ir
perdavimus, kas aprašyta žemiau. BSC yra ryšys tarp mobilaus ir mobilaus
paslaugų sujungimo centro (MSC).
3.2 Tinklo posistemė.
Pagrindinis komponentas tinklo posistemėje yra mobilųjų paslaugų
sujungimo centras (MSC). Jis dirba kaip paprastas PSTN arba ISDN perjungimo
mazgas, ir tuo pačiu metu rūpinasi visomis funkcijomis reikalingomis
aptarnauti mobilųjį abonentą, pvz: registracija, autentifikaciją, vietos
atnaujinimas, persiuntimai, bei skambučio adresavimas kitam abonentui. Šios
paslaugos yra tiekiamos kartu su keletu funkcinių visumų, kurios kartu
sudaro tinklo posistemę. MSC rūpinasi ryšiu su atviru fiksuotu tinklu (PSTN
arba ISDN), ir signalizuoja tarp funkcinių visumų naudodamas ITUT
signalinimo sistemą numeriu 7 (SS7), naudojamą ISDN ir plačiai naudojamą
dabartiniuose atviruose tinkluose.
Namų vietos registras (HLR) ir lankytojo vietos registras (VLR), kartu
su MSC, rūpinasi skambučio adresavimu ir suteikia judėjimo galimybę GSM
tinkle. HLR turi visą valdymo informaciją, kiekvieno abonento regisruoto
prie atitinkamo GSM tinklo, kartu su informacija apie dabartinę vietą
mobilaus telefono. Dabartinė mobilaus telefono vieta yra mobilios stoties
roaming numeryje (MSRN) kuris yra reguliarus ISDN numeris naudojamas
nukreipti skambutį į MSC kur mobilus telefonas yra šiuo metu nustatytas.
Logiškiausia naudoti vieną HLR per visą GSM tinklą, nors ir gali būti
išskaidytą į kelias sudedamasias dalis.
Lankytojo vietos registras (VLR) turi atrinkta valdymo informaciją iš
HLR, reikalingą skambučio kontroliavimui ir aprūpinimui užsisakytų
paslaugų,
kiekvienam mobiliam telefonui dabar esančiam kokioje nors
geografinėje vietoje, konroliojamoje VLR. Nors kiekviena funkcinė visuma