تحقیق در مورد GSM – سامانه بین المللی ارتباطات همراه

بخشی از مقاله

GSM – سامانه بین المللی ارتباطات همراه

جي‌اس‌ام، يك اختصار پذيرفته‌شده براي استاندارد "سيستم بين المللي ارتباطات همراه" محسوب ميشود كه در اصل از عبارتي فرانسوي گرفته شده است و همانند HICAP، Mobiletex GPRS و PALM از محبوبترين و رايجترين استانداردهاي تلفن همراه در سراسر دنيا به شمار ميرود.

اين استاندارد در حال حاضر توسط بيش از 2 ميليارد نفر در 212 كشور استفاده مي‌شود كه در نوع خود يك رقم باورنكردني است و باعث مي‌شود تا كاربران با استفاده از قابليت Roaming يا امكان حضور همزمان در دو نقطه‌ي متفاوت ارتباطي، بتوانند از گوشي همراه خود در هر شهر و كشوري استفاده كنند. اين استاندارد با نمونه‌هاي مشابه قبلي خود تفاوتهايي عمده دارد و از جمله‌ي آنها مي‌توان به كيفيت ديجيتالي برقراري مكالمات با تلفن همراه اشاره كرد كه به عبارتي يك سيستم نسل دوم تلفن همراه تلقي مي‌شود.

اين واقعيت، مويد آن است كه ارتباطات داده‌يي به وسيله‌ي جي‌اس‌ام، براي استفاده در پروژه‌ي مشترك نسل سوم گوشي‌هاي همراه نيز كاربرد خواهد داشت.
از ديدگاه اكثر مصرف كنندگان و كاربران، مزيت اصلي و عمده‌ي GSM در افزايش كيفيت برقراري تماسهاي تلفني و همچنين كاهش نرخ مكالمات و نيز سرويسهاي جانبي مثل پيام كوتاه يا SMS است.

همچنين از ديد اپراتورهاي شبكه، مزيت و برتري اين استاندارد، امكان به كارگيري لوازم و تجهيزات جانبي گوشي‌هاي همراه با ماركهاي مختلف در يك مجموعه است چرا كه طراحي باز اين استاندارد به عملكرد چندوجهي ارتباطي كاربر كمك مي‌كند.

همزمان با گسترش و توليد نسخه‌هاي جديدي از اين استاندارد، همخواني و كارآيي مناسب با گوشي‌هاي اوريجينال و استانداردهاي قديمي‌تر GSM نيز حفظ شده است براي مثال قابليتهاي ارسال داده به شكل بسته‌يي در نسخه‌ي 97 جي اس ام نيز به مجموعه‌ي امكانات قبلي اضافه شده و از ابزارهاي GPRS يا سرويس راديوي عمومي همراه استفاده نموده است. سرعت ارسال و انتقال بالاتر داده‌ها نيز همراه با تكنولوژي جديد EDGE يا نسخه‌ي آزمايشي بسته‌ي سرعت انتقال داده‌ي افزايش يافته براي GSM در 99 امين توليد اين استاندارد براي كاربران ارايه شده است.

تاريخچه‌ي GSM
گسترش گوشي‌هاي سلولي تلفن همراه در اوايل دهه‌ي هشتاد ميلادي در اروپا، رو به زوال نهاد. عدم وجود استانداردسازي‌هاي تكنولوژيكي، سران اجلاس وزراي ارتباطات و فناوري اطلاعات كشورهاي اروپايي را در سال 1982 با هدف توسعه‌ي يك استاندارد واحد براي گوشي‌هاي همراه كه در سراسر قاره، قابل استفاده باشد، وادار ساخت تا به ساخت گروه ويژه‌ي تلفن همراه (GSM) مبادرت ورزند.
نخستين شبكه‌ي استاندارد جي‌اس‌ام نيز در سال 1988 و در فنلاند افتتاح شد. در سال 1989، مسووليت مديريت استاندارد به موسسه‌ي استانداردهاي ارتباطات سيار اروپا (ETSI) واگذار شد و فاز نخست راه‌اندازي شبكه‌هاي GSM در سراسر قاره نيز به سال 1990 بهره‌برداري شد.
در پايان سال 1993، بالغ بر يك ميليون كاربر از طريق 70 سرويس دهنده در 48 كشور از سرويسهاي در سراسر اروپا از سرويسهاي جي‌اس‌ام استفاده مي‌كردند.
مفهومی به اسم سیم کارت را معرفی کرد که امکان تحرک مشترکین را بوجود آورد.
صدا و دیتا را پشتیبانی می کند.

کیفیت انتقال آن خوب است.
امکان کنترل دسترسی و تصدیق هویت از طریق سیم کارت و PIN NUMBER فراهم می کند.
قابلیت اعتماد و مفهوم Hand Over را به خوبی فراهم می کند.
بهره وری فرکانسی بالایی دارد

چون سلولهای کوچکی دارد تعداد مشترکین بیشتری را پشتیبانی می کند.
انتظاراتی که GSM برآورده نکرده است:
تمی تواند از شروع تا پایان یک ارتباط را رمز کند. تشعشعات رادیویی دارد.(انتشار موج بصورت ضربه ای است) 1/4 پهنای باند سیستم ISDN را فراهم می کند.
می توان حرکت افراد را داخل شبکه تعقیب کرد. امکان دسترسی به داده های خصوصی افراد وجود دازد شبکه GSM بطور کلی از بخض های زیر تشکیل شده است.

معماری شبکه GSM:

MS(MOBILE STATION) از دو بخش 1- TE(TERMINAL EQUIPEMENT)
2-MT(MOBILE TERMINATION)
PLMN(PUBLIC LAND SWITCHED NETWORK)واسطه رادیویی موبایل با شبکه زمینی است.
TRANSMITED NETWORK(شبکه گذر) : برای ارتباط با شبکه های دیگر نظیر ISDNو PSTN و غیره است.

سرویس هایی که GSM ارایه می کند:
سرویس مکمل
سرویس راه دور(TELE SERVICES)
سرویس حامل
الف)سرویس مکمل :سرویس هایی که در GSM وجود نداشته و به تدریج به آن افزوده شده است.
FORWARD کردن مکالکه
در انتظار نگه داشتن مکالمه
CLOSED USER GROUP
ADVICE OF CHARGE
AUTOMATIC CALL BACK

اطلاع دادن مشترک مقدار هزینه باقیمانده و مقدار هزینه مصرف شده .
ب) سرویس حامل:
سرویس های حاملی که در GSM وجود دازد عبارتند از:
سرویس حامل صوت و دیتا
سرویس حامل دیتاو فکس
سرویس شفاف
سرویس غیرشفاف
سرویس سنکرون
سرویس آسنکرون

مقایسه سرویس حاملGSM با ISDN
ج)سرویس راه دور:

عبارتند از: سرویس پیام کوتاه)SMS)
سرویس تلفن پلیس یا اورژانس
پخش سلولی(CELL BROADCAST)
سرویس هایی که به صوت مربوط نمی شوند
مانند فکس گروه سه
VOICE MAILBOX
ELECTRONIC MAIL
مطابق با اصول و تعاريف , بر قراری يک ارتباط تلفنی بين ايستگاههای راديويی متحرک, مانند تلفنهايی که در اتومبيل نصب می شوند ويا توسط اشخاص حمل و نقل می شوند به نام شبکه راديويی سيار معروف است.
در راستای تکامل و پيشرفت سريع تکنيکی شبکه های راديويی سيار که مرهون بکارگيری روشهای ارسال ديجيتالی می باشد شبکه راديويی GSM پديد آمده است.

در اين نوع ارتباط که از مدل ارتباط بين سيستمی باز (OSI) استفاده می شود , BSC تعدادی از BTS ها را کنترل می کند, HLR اطلاعات مشترکين و اطلاعات درجه سرويس و همچنين اطلاعاتی که نشانگر عدم اجازه دسترسی به سرويسهای معين است را دارا می باشد . در ارتباط با هم MSC يک VLR وجود دارد که اطلاعات جزئی تر ,از محل واحدهای سيار فعال هر MSC را دارا می باشد.

مرکز تأييد هويت (AUC) اعتبر شناسايی مشترک را کنترل می کند و در واقع بانک اطلاعاتی ديگری است که شامل پارامترهای تأييديه و الگوريتم رمز کردن های مختلف می باشد که در هنگام اشتراک علاوه بر AUC در کارت الکتريکی به نام SIM که در دستگاه ترمينال دستی نصب می شود و نيز ذخيره می گردد.

در شبکه GSM واحد ديگری نيز وجود دارد که مسؤول نگهداری کل سيستم می باشد که به آن OMC گفته می شود.

اطلاعات بين MSC و BTS با حجم زيادی رد و بدل می شوند و باتوجه به نوع اطلاعات طی
ساختارهای خاصی ارسال می شوند که به آنها کانالهای منطقی می گويند.

کانالهای منطقی به دو دسته اصلی کانالهای ترافيکی و کانالهای کنترلی تقسيم می شوند.
طراحی شبکه سلولی:
سلول منطقه ای است که هر کدام از ايستگاهها ناحيه ای را پوشش می دهد. برای پوشش راديويی هر سلول از دونوع آنتن می توان استفاده کرد.

1- آنتن همه جهته
2- آنتن جهت دار
آنتن همه جهته پرتو يکسان در تمام جهات و بهره يکسان داشته ولی آنتن جهت دار دارای پوشش منطقه ای تحت زاويه سلولها می باشد.
در طراحی سلولی پارامترهای اصلی ذيل در نظر گرفته می شوند:

1- تعداد مشترکين سيار با پيش بينی افزايش آن در آينده

2- رفتار ترافيکی مشترکين (ميزان و مدت تقاضا)

3- کيفيت سرويس دهی از لحاظ ميزان سر شدن

4- منطقه جغرافيايی
در صورتيکه دو ايستگاه ثابت با آنتن های همه جهته داشته باشيم , مرز بين اين دو را که در آن قدرت سيگنال دريافتی از هر دو ايستگاه برابر باشد يک خط مستقيم در نظر می گيرند. بنابراين سلولها را به صورت شش ضلعی منظم در نظر می گيرند . رأس مشترک سه شش ضلعی مجاور به عنوان سايت در نظر گرفته می شود.
خوشه سلولی
از کنار هم قرار گرفتن سلولهايی که دارای فرکانس يکسانی نمی باشند دسته هايی شکل می گيرند که به آنها خوشه سلولی می گويند.

اگر دو سلول با فرکانس يکسان را در دو خوشه سلولی متفاوت در نظر بگيريم يکی از پارامترهای مهم در طراحی, نسبت فاصله دو سلول هم فرکانس (D) به شعاع سلولی ® ميباشد که با q نشان می دهند و معادل است با:
Q=D/R=Sqrt (3K)

براساس فرمول فوق می توان فاصله دو سلول که از يک فرکانس استفاده می کنند را از فرمول ذيل محاسبه می کنند:
D=Sqrt (3k) R
در نسل اول GSM که چیزه قابل ذکری نداشت اما در نسل دوم قابلیت های زیر اضافه شدش
GPRS - که سمبل اش G هست و در حالت ایده آل تا 44 کیلو بایت در ثانیه داونلود و آپلود میتوانید داشته باشید این امکان در سری 2G هستش
EDGE- که سمبلش E هست با ماجول ها مختلف توسط شرکت های اپراتور ارایه میشه و در بهترین حالت تا سرعت 60 کیلوبایت در ثانیه ارتباط میتوانید برقرار کنید این امکان در استاندارد 2.75G یا برای راحتی 2.5G میباشد
نسل سوم :

UMTS - که سمبل اش U هست و باز بستگی به اپراتور در انواع مختلف ارایه میشه در بهترین حالت تا 5 مگابیت در ثانیه داونلود و 1.5 مگا بیت در ثانیه آپلود میتوانید بکنید این قابلیت در استاندارد 3G به بالا میتواند استفاده بشود
HSDPA - با سمبل مخوف H هست و بستگی به اپراتور تا 14.9 مگابیت در ثانیه داونلود خواهید داشت این امکان تا 42 مگابیت در ثانیه هم امکانپذیر هست و بهش Evolved HSPA میگن یا همان نسل چهارم میگم . HSPD در اسناندارد 3G میباشد
جای هیچ تعجب نیست که در نسل های بعدی شاهد ارتباط در حد گیگابیت در ثانیبه باشیم جالب اینجاست که ما در ایران فقط نظاره گر خواهیم بود تا استفاده کننده اما باز خوبه اطلاعاتمون کامل باشه و بدونیم چی به چی هست

مقدمه ای بر GSM :
مخابرات سلولی یکی از سریعترین Application های رو به رشد در صنعت ارتباطات است. هر روزه بر تعداد مشترکین این نوع ارتباط در جهان افزوده میشود.
تجارت ارتباطات موبایل به سرعت در CEPT (دفاتر پست و مخابرات اروپایی) در حال رشد و توسعه است. CEPT از طریق بازارهای پر قدرت موبایل، توسعه فناوری موبایل را رهبری مینماید و همکاریهای جدیدی در زمینه سیستمهای استادارد ساز ، پیاده سازی و اجرای این فناوریها به وجود آورده است.
یکی از مهمترین محصولات این استاندارها که در CEPT شکل گرفته است استاندارد GSM است. این استاندارد سیستم ارتباطات موبایل سلولی دیجیتالی

نسل جدید را در CEPT اروپا توسعه داده است. برای اولین با کار استادارد سازی GSM جهت پیاده سازی این سیستم در سال 1991 صورت گرفته است.

معماری GSM :

سیستم GSM از ترکیب 3 زیر سیستم اصلی به وجود آمده است :
1. زیر سیستم شبکه
2. زیر سیستم رادیویی
3. زیر سیستم پشتیبانی و نگهداری

در سیستم GSM برای برقراری ارتباطات اپراتورهای شبکه با منابع مختلف و تجهیزات زیر ساختار سلولی، نه تنها رابطی هوایی بلکه چندین رابط اصلی دیگر برای مرتبط کردن قسمتهای مختلف این سیستم تعریف شده است.
سه رابط مهم در سیستم GSM در زیر آمده است :
رابط A که میان MSC و BSC قرار دارد.
رابط A-bis که میان BSC و BTS قرار دارد.
رابط UM که میان BTS و MS قرار دارد.
رابط دیگری نیز به نام MAP وجود دارد که پروتکلی است که میان عناصر EIR ، HLR،VLR ،MSC و AUC در و بدل میشود.


1. زیر سیستم شبکه :
این سیستم شامل تجهیزات و فانکشنهای مربوط به مکالمات end-to-end ، مدیریت مشترکین ، Mobility میباشد و نیز مانند رابطی میان سیستم GSM و مراکز تلفن ثابت (PSTN) عمل میکند.
زیر سیستم شبکه ، یک زیر سیستم سوئیچینگ میباشد که شامل MSC ها ، AUC ، HLR، VLR و EIR میباشد.
در زیر تعریف کوتاهی از هر یک از این عناصر ارائه شده است :

MSC : یا مرکز سرویسهای سوئیچینگ موبایل فانکشنهای راه اندازی مکالمه (Call setup) را انجام میدهد ، رابطی نیز با مراکز تلفن ثابت دارد و فانکشنهایی نیز مانند ارایه صورت حساب مشترکین نیز بر عهده این مرکز است.

HLR : یا ثبت کننده محل HOME یک پایگاه داده متمرکز شامل اطلاعات تمامی مشترکین ثبت شده در یک PLMN است. ممکن است در یک PLMN بیشتر از یک HLR وجود داشته باشد ولی هر مشترک مشخص تنها به یک HLR میتواند وارد شود.

VLR : یا ثبت کننده محل visitor یک پایگاه داده شامل اطلاعات موبایلهایی است که در حال حاضر در حوزه MSC کنترلی در حال حرکت هستند.
در زمانیکه یک MS به حوزه MSC جدیدی وارد میشود VLR ای که به آن MSC متصل شده است ، اطلاعات MS مورد نظر را از HLR درخواست میکند. HLR نیز اطلاعات MS مورد نظر را به آن MSC که MS در حوزه اش قرار دارد ارایه خواهد داد. اگر یک MS بخواهد مکالمه ای برقرار نماید VLR تمام اطلاعات مورد نیاز جهت برقراری مکالمه را ارایه خواهد داد و لزومی ندارد که در هر لحظه از HLR سوال نماید. VLR در یک جمله میتوان گفت ، یک HLR توزیع شده است و شامل اطلاعات دقیقی در مورد محل یک موبایل است.

AUC : یا مرکز تعیین هویت به HLR متصل میشود و وظیفه آن آماده سازی HLR به همراه پارامترهای تعیین هویت و کلیدهای رمز نگاری است که این عملیات برای اهداف امنیتی استفاده میشوند.
ٍEIR : یا ثبت کننده هویت تجهیزات یک پایگاه داده است که در آن شماره های بین المللی تعیین هویت تجهیزات موبایل (IMEI) برای هر دستگاه موبایل ثبت شده، ذخیره میشود.