Struktura sieci GSM

Struktura sieci GSM

Od strony użytkowników, telefony komórkowe są bardzo proste, często małe i atrakcyjnie wyglądają. Poza podstawowymi funkcjami jakie posiadają, często oferują użytkownikowi dodatkowe funkcje i sprawiają mu niepowetowaną radość, gdy okazuje się, że może on służyć także do rozrywki. Mało jednak kto zdaje sobie sprawę ile urządzeń musi pośredniczyć do przeprowadzenia choćby zwykłej rozmowy telefonicznej. Czasami irytuje nas fakt, że nie możemy się z kimś połączyć z uwagi na zanikający w niektórych miejscach zasięg, nie zastanawiając się nad tym, że w danym miejscu operator nie postawił jeszcze swojego przekaźnika radiowego. I słusznie, powie ktoś inny, operator jest po to, by świadczyć usługi w taki sposób, by użytkownicy korzystający z sieci byli zadowoleni. Zobaczmy zatem, jakie wysiłki trzeba podjąć by świadczyć usługi na ściśle określonym obszarze w taki sposób, by wszystko pracowało bez zarzutu i każdy był zadowolony. Początki bywają trudne i najczęściej wiążą się z ogromnymi nakładami finansowymi. Nie liczmy tutaj koncesji, która w zależności od kraju, może być przydzielona nawet za darmo, a w miejscach, gdzie popyt na usługi jest ogromny, może przekroczyć niebotyczne sumy, które są często niczym nieuzasadnione. Później trzeba wybudować infrastrukturę, która pozwoli na świadczenie usług na określonym obszarze. Zobaczmy zatem z czego się składa sieć GSM i jakie trudności musi pokonać często operator podczas jej budowy.

To co widać..
.. czyli nadajniki, które w naszym kraju są szczególnie widoczne są końcowym elementem sieci. Spełniają funkcję łącznika pomiędzy użytkownikiem, a resztą sieci. Najczęściej nadajniki składają się z całego zespołu anten nadawczych i odbiorczych, działających w dwóch pasmach (900 i 1800 MHz), ale to ostatnie wcale nie musi być regułą. Każdy z nich udostępnia ściśle określone częstotliwości (tzw. kanały radiowe). W każdym kanale przesyłanych może być jednocześnie 8 rozmów, gdyż tyle szczelin czasowych mieści jeden taki kanał. Podział na odpowiednie szczeliny czasowe narzuca telefonowi użytkownika nadawanie i odbieranie sygnału w ściśle określonym momencie. Dlatego też sygnał nie może docierać do stacji chaotycznie. W przypadku przemieszczania się istotne znaczenie ma tutaj prędkość. W przypadku, gdy przekroczy ona 250 km/h telefon nie będzie potrafił ustalić odpowiednich parametrów niezbędnych do nawiązania połączenia. Wynika to ze ściśle określonego czasu, w którym sygnał musi dotrzeć do stacji nadawczej. Oczywiście, pojemność sieci zależy tutaj od gospodarki zasobami radiowymi oraz wymaganiami użytkownika. Może on bowiem korzystając z modemu działającego w standardzie HSCSD zagospodarować połowę zasobów jednego kanału radiowego, co przyśpieszy transmisję danych do niego, ale z kolei zabierze zasoby dla innych użytkowników. Każdy z nadajników na polecenie sieci ma za zadanie takie ustalenie parametrów transmisji, by była ona jak najbardziej optymalna dla każdego połączenia. Może on nakazać telefonowi użytkownika dobranie odpowiedniej mocy nadawczej, gdy sygnał jest przerywany. Pomiar sygnału na każdym z nadajników znajdujących się z pobliżu wykorzystywany jest także do przełączania się pomiędzy nadajnikami, gdy sieć nagle stwierdzi, że w danym momencie sygnał z innego nadajnika charakteryzuje się lepszymi parametrami niż z tego, który jest aktualnie eksploatowany. Podczas jednego, nawet krótkiego połączenia, zwłaszcza na terenach miejskich, rozmowa może być przenoszona pomiędzy wieloma kanałami radiowymi, a użytkownik nie będzie miał nawet o tym pojęcia, gdyż pomiary parametrów, a co za tym idzie nadzór nad telefon odbywa się niezauważalnie w praktycznie krótkim, nie mającym znaczenia odstępie czasowym.

Oprócz masztu z zawieszonymi nań na różnej wysokości antenami, na nadajnik składa się często pomieszczenie niewielkich rozmiarów, w których znajdują się moduły odpowiedzialne za swoje zadania. Całe pomieszczenie jest najczęściej klimatyzowane i znajduję się w nim przeważnie także bateria akumulatorów, znajdująca się tam na wypadek, gdyby na chwilę zabrakło napięcia w sieci elektrycznej. Sam przekaźnik komunikuje się ze światem zewnętrznym, czyli swoim kontrolerem przy pomocy łącza stałego lub co się często zdarza radiolinii.

I to czego nie widać
Ale przekaźniki nie komunikują się bezpośrednio z centralą. Wtedy sieć musiałaby mieć ogromne zaplecze techniczne, niezliczoną ilość łączy i jej budowa zupełnie by się nie opłacała. Prostszym rozwiązaniem tego problemu stało się ogniwa pośredniego pomiędzy centralami a stacjami przekaźnikowymi, którego to rolę pełni BSC, czyli kontroler stacji bazowych. Jego rola jest dużo większa, gdyż nie odpowiada on tylko za łączenie rozmów w sieci komórkowej. Jego zadaniem jest kontrolowanie ruchu w obszarze działania stacji bazowych z którymi jest połączony, spełnia również funkcję pomostu łączącego sieci komutowane z sieciami opartymi o protokół IP, umożliwiając w ten sposób możliwość korzystania z pakietowej transmisji danych (GPRS). Dzięki kontroli jaką sprawuje nad abonentami znajdującymi się na obszarze jego działania, kontroluje również proces przełączania abonenta z jednej stacji bazowej do drugiej. Urządzeniem nadrzędnym dla BSC są już tylko centrale regionalne MSC, których obszar działania jest dużo większy niż pojedynczych BSC. Nadzorują pracę sieci w regionie oraz spełniają funkcję pomostu pomiędzy całą siecią i wszystkimi abonentami. Aby ułatwić komunikację, często kilkunastu central regionalnych, powinny one być połączone każda z każdą. Ale nie tylko komunikują się one z innymi centralami w tej samej sieci komórkowej. Ponieważ w dużych miastach nasi operatorzy mają tzw. punkty styku, które łączą ze sobą wszystkie sieci, w tym sieci komórkowe i stacjonarne ich zadaniem jest odpowiednie kierowanie ruchu i nadzór nad nim, tak by w sieci nie zdarzały się przeciążenia. Sytuacja taka ma miejsce, gdy nagle duża ilość abonentów w jednej chwili próbuje uzyskać połączenie. W tym przypadku duże znaczenie mają zasoby radiowe, ale również struktura sieci i zastosowane rozwiązania. W siedzibie firmy znajduje się także centrum zarządzania siecią NMC, w którym odbywa się kontrola całej sieci. W dowolnej chwili otrzymać możemy informacje o uszkodzonym nadajniku, o tym, że w jednym z fragmentów sieci wystąpiło przeciążenie sieci. Bardzo ważnym elementem sieci jest też rejestr abonentów macierzystych, w którym to przechowywane są informacje o każdym z abonentów. W przypadku logowania abonenta do sieci, system porównuje jego wpis w rejestrze i w zależności od zawartych w nim informacji, abonent uzyskuje dostęp do sieci i do przypisanych mu w tymże rejestrze usług. Oprócz tego prowadzony jest rejestr terminali sprzętowych, który zawiera informacje o telefonach włączonych do sieci. Dzięki niemu możliwe jest wykluczenie terminali uszkodzonych lub skradzionych, przez co nie uzyskają one dostępu do zasobów sieci. Pozwala to zapobiec kradzieżom telefonów lub przynajmniej ograniczyć ten proceder.

Z centrum zarządzania siecią współpracuje centrum identyfikacji, które zawiera informacje o kodach dostępu każdego z abonentów. Centrum to jest bardzo silnie strzeżonym systemem komputerowym. Jednym z ważnych systemów jest też system bilingowy, na podstawie którego wystawiane są rachunki z opłatami dla abonentów sieci. Zbiera on informacje w określonych cyklach rozliczeniowych ze wszystkich central i nalicza opłaty dla każdego abonenta z osobna. Tak w dużym skrócie wygląda budowa sieci GSM. Jednak to nie wszystko co można o tym napisać, każdy z opisanych systemów jest bardzo skomplikowanym systemem komputerowym, który można by opisać w niejednej książce. Poza tym sieć GSM składa się z wielu podsystemów, usług itd., które to ciągle są unowocześniane, przez co ona żyje i ewoluuje coraz bardziej w kierunku sieci trzeciej generacji. Takim krokiem milowym jest tutaj na pewno standard GPRS.