موضوع مقاله: مهندسی شبکه ارتباطات سلولی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # مهندسی شبکه ارتباطات سلولی | مقدمه: نگاهی به شبکه GSM و ساختار آن در اواخر دهه ۱۹۷۰ نیاز به ایجاد یک شبکه ارتباطات رادیویی متحرک، که بتواند به نیازهای روزافزون مشترکین، در دسترسی به سرویس‌های مخابراتی در هر زمان و در هر مکان پاسخ دهد، موجب گردید بر اساس یک موافقت نامه رسمی بین هفده کشور اروپایی یک کمیته مشترک با نام اختصاصی (CEPT) به وجود آید. | ## بخش 1: مهندسی شبکه ارتباطات سلولی | این کمیته یک استاندارد راهنما (ETSI) جهت ایجاد شبکه‌های رادیویی سیار فراهم نمود. سپس از طریق کمیته مذکور یک گروه متخصص مأمور تهیه وارائه پیشنهادی در مورد شبکه رادیوئی سیار مورد نیاز شد. در سال ۱۹۸۳ مطالعه و بررسی بر روی این سیستم شروع و در سال ۱۹۸۶ خطوط اصلی وکلی این شبکه رادیویی سیار سلولی در قالب حدود ۱۲۰ توصیه و در ۱۲ سری تهیه و تدوین گردید و بالاخره از سال ۱۹۹۲ به بعد قرار شد که این سیستم به‌طور وسیع و گسترده در تمام کشورهای عضو موافقت نامه مورد استفاده قرار گیرد. خوشبختانه یکسال بعد یعنی در سال ۱۹۹۳ اولین شبکه رادیویی سیار GSM در ایران نیز نصب و راه اندازی و مورد بهره‌برداری قرار گرفت. مطابق شکل مذکور، شبکه رادیویی موبایل سلولی GSM از چهار شبکه فرعی تشکیل یافته‌است که عبارتند از: ۱- ایستگاه متحرک رادیویی موبایل (MS) یا شبکه مشترکین سیار ۲- شبکه فرعی رادیویی ثابت BSS ۳- شبکه سویچینگ سیستم NSS ۴- مرکز کنترل و نظارت OMC یا شبکه مدیریت سیستم با توجه به شکل در صفحه بعد مشاهده می‌شود که یکسری اینترفیس‌هایی در شبکه وجود دارد که کلیه مشخصات و جزئیات مربوط به آن‌ها در توصیه‌های استانداردETSI تعریف و معین شده‌است ضمناً جهت وظایف سیگنالینگی شبکه ازاستانداردهای CCIT استفاده شده‌است. مشترکین سیار از طریق بخش رادیویی BTS با شبکه ارتباط برقرار می‌کنند وبخش BSC سیستم‌های BTS را تحت کنترل و مدیریت خود دارد. کلیه اطلاعات مشترکین سیار در واحدی بنام HLR ذخیره می‌گردد که در مواقع نیاز توسط سیستم مورد استفاده قرار می‌گردد. هر MSC مجهز به یک VLR نیز می‌باشد که دارای اطلاعات دقیقتری از وضعیت مشترکین سیار فعال می‌باشد. در قسمت EIR مشخصات تجهیزات مشترکین سیار ثبت می‌گردد که در زمان تأیید هویت تجهیزات مورد استفاده قرار می‌گیرد و مرکز تأیید هویت (AUC) اعتبار هویت مشترکین سیار را کنترل می‌نماید. بخش OMC نیز همان‌طور که از اسمش پیداست وظیفه نگهداری – کنترل و نظارت بر شبکه را به عهده دارد. شبکه رادیویی سیار کشور از اوایل سال ۱۳۷۳ با نصب و راه اندازی اولین مرکز تلفن سیار در مرکز راه‌آهن تهران و با ظرفیت k۱۰ شروع به فعالیت نمود. شبکه GSM مطابق با اصول و تعاریف تدوین شده بین‌المللی تأمین و برقراری یک ارتباط تلفنی بین ایستگاه‌های رادیویی متحرک، یعنی تلفن‌هایی که در اتومبیل نصب شده یا توسط اشخاص حمل و نقل می‌شوند به نام شبکه رادیویی سیار معروف است. چون مشترکین اینگونه تلفن‌های متحرک معمولاً در خشکی از آن‌ها استفاده می‌کنند لذا شبکه آن‌ها را اصطلاحاً شبکه عمومی زمینی سیار PLMNمی‌گویند. شبکه‌های رادیویی سیاردر یک روند چشمگیر پیشرفت و توسعه تکنیکی، امروزه با بکارگیری روش‌های ارسال دیجیتالی بیش از هر زمان دیگر در عرصه مخابرات و ارتباطات مطرح و به صورت یک شالوده برای پی ریزی شبکه ارتباطات شخصی PCSدرآمده که قطعاً وجه غالب در شبکه ارتباطی دنیای فردا خواهد بود. شبکه سیار GSM در راستای تکامل و پیشرفت سریع تکنیکی شبکه‌های رادیویی سیار، یکی از آخرین پدیده‌های این سیستم ارتباطی است. پی‌ریزی این سیستم که حاصل کار کشورهای اروپایی است در سال ۱۹۸۲ آغاز و در سال ۱۹۹۲ به بهره‌برداری رسید. | ## بخش 2: مهندسی شبکه ارتباطات سلولی | با توجه به شکل صفحه قبل یک سری واسطه‌ها و سیستم‌های فرعی وجود دارد که در سری توصیه‌هایETSI جزئیات آن‌ها معین شده‌است. مبنای اصلی این توصیه‌ها از استانداردهای سازمان جهانی ISO گرفته شده‌است که از مدل ارتباط بین سیستمی باز OSIاستفاده شده‌است. همچنین برای سیگنالینگ وظایف شبکه نیز استانداردهای CCIT بکار می‌رود.BSC، تعدادی ازBTSها را کنترل و مدیریت می‌کند.HLR، اطلاعات مشترکین و همچنین اطلاعاتی که نشانگر عدم اجازه دسترسی به سرویس‌های معین است را نگهداری می‌کند. دسترسی به شبکه به وسیله الگوریتمی که شناسایی دقیق واحدهای سیار را انجام می‌دهد کنترل می‌گردد. مرکز تأیید هویت AUC، اعتبار شناسایی مشترک را کنترل می‌کند و در واقع بانک اطلاعاتی دیگری است که شامل پارامترهای تاییدیه و الگوریتم‌های رمز کردن‌های مختلف می‌باشد. در شبکه GSM واحد دیگری نیز وجود دارد که مسول نگهداری کل سیستم می‌باشد که به آن OMC گفته می‌شود. تفاوت شبکه تلفن ثابت با شبکه موبایل در تلفن ثابت هویت مشترک مشخص است به‌طور خلاصه شبکه تلفن ثابت دارای مشخصات زیر می‌باشد: ۱- هویت یا شناسایی مشترک ۲- مکان مشخص جهت تماس گرفتن با آن ۳- محل ثبتcharging ۴- ارائه سرویس‌های جانبی اما گوشی موبایل و روش بی‌سیم Wireless از طریق امواج الکترومغناطیسی با آنتنی که به آن BTS گفته می‌شود، ارتباط دارد و از طریق آن به شبکه موبایل وصل می‌شود (به جای دو رشته سیم در تلفن ثابت). MSC یا مرکز سرویس‌های سویچینگ موبایل، فانکشن‌های راه‌اندازی مکالمه Call Setup را انجام می‌دهد، رابطی نیز با مراکز تلفن ثابت دارد و فانکشنهایی نیز مانند ارائه صورت حساب مشترکین نیز بر عهده این مرکز است. اگر یک MS بخواهد مکالمه‌ای برقرار نماید VLR تمام اطلاعات مورد نیاز جهت برقراری مکالمه را ارائه خواهد داد و لزومی ندارد که در هر لحظه از HLR سؤال نماید.VLR، در یک جمله می‌توان گفت، یک HLR توزیع شده‌است و شامل اطلاعات دقیقی در مورد محل یک موبایل است. AUC یا مرکز تعیین هویت به HLR متصل می‌شود و وظیفه آن آماده‌سازی HLR به همراه پارامترهای تعیین هویت و کلیدهای رمزنگاری است که این عملیات برای اهداف امنیتی استفاده می‌شوند. EIR یا ثبت‌کننده هویت تجهیزات، یک پایگاه داده‌است که در آن شماره‌های بین‌المللی تعیین هویت تجهیزات موبایل IMEI، برای هر دستگاه موبایل ثبت شده، ذخیره می‌شوند. ۲- زیر سیستم رادیویی شامل تجهیزات و فانکشن‌های مرتبط با مدیریت اتصالات مسیر رادیویی، مانندHand Overها می‌باشد. MS به‌طور قراردادی در زیر سیستم رادیویی قرار گرفته و همیشه آخرین مسیر یک مکالمه‌است. برخی از این پیکربندی‌ها برای وضعیت ترافیک بالا و تعدادی برای مناطقی با ترافیک متوسط طراحی شده‌اند. ۳- زیر سیستم مرکز نگهداری وپشتیبانی OMC شامل فانکشن‌های نگهداری و پشتیبانی تجهیزات GSM می‌باشد و پشتیبانی رابط اپراتور شبکه را نیز بر عهده دارد. OMC، به تمام تجهیزات داخل سیستم سویچینگ وBSC متصل می‌شود؛ و در حقیقت فانکشن‌های نظارتی GSM یک کشور را انجام می‌دهد (مانند صورتحساب دادن) و یکی دیگر از مهم‌ترین فانکشن‌های آن هم، فانکشن نگهداری HLR یک کشور است. | ## بخش 3: مهندسی شبکه ارتباطات سلولی | مدیریت سراسری و متمرکز شبکه نیز توسط مرکز مدیریت شبکه NMC انجام می‌پذیرد و OMC نیز مسول مدیریت منطقه‌ای شبکه می‌باشد. با توجه به شکل مشاهده می‌گردد که هر محدوده فرکانسی دارای ۱۲۴ موج حامل و هر موج حامل دارای ۸ فاصله زمانی Time Slotمی‌باشد. دسته‌بندی کانالها کانال‌های مورد استفاده در سیستم GSM به دو بخش اصلی کانال‌های فیزیکی و منطقی تقسیم می‌شوند: فیزیکی و منطقی. کانالهای منطقی اطلاعات بین MS و BTS با حجم زیادی باید رد و بدل شوند و با توجه به نوع اطلاعات طی ساختارهای خاصی ارسال می‌شوند که به آن‌ها کانال‌های منطقی می‌گویند. به عبارت دیگر بسته به اینکه چه اطلاعاتی در کانال فیزیکی ارسال یا دریافت می‌شود، کانال منطقی شکل می‌گیرد. کانال‌های منطقی به دو دسته اصلی کانال‌های ترافیکی و کانال‌های کنترلی تقسیم می‌شوند. کانالهای کنترلی CCH این کانال‌ها به منظور انتقال اطلاعات سیگنالینگ یا جهت همزمانی بکار می‌روند و به سه دسته تقسیم می‌شوند: الف) کانال‌های مخابره‌ای BCH ب) کانال‌های کنترل مشترک (CCCH) پ) کانال‌های کنترل اختصاصی DCCH الف) کانالهای مخابره ای(BCH) این کانال‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند: - کانال تصحیح فرکانسی FCCH - کانال همزمان‌کننده SCH - کانال پخش BCCH کانال تصحیح فرکانسی(FCCH) این کانال اطلاعات تصحیح فرکانسی را از BTS برای MSها ارسال می‌کند تا آن‌ها خود را با فرکانس Co آن سلول تنظیم کنند. در هر سلول از یک موج حامل به عنوان Co استفاده می‌شود که در Ts۰ و Ts۱ از آن اطلاعات کنترلی کل سلول رد و بدل می‌شود و بقیه Tsها ویا کلیه Tsهای موج‌های حامل دیگر موجود در آن سلول صرف کانال‌های ترافیکی می‌شوند. این تخصیص به منظور پاسخگویی به فراخوانی BTS بوده یا به منظور دسترسی به شبکه برای ایجاد ارتباط یا ثبت نام نمودن واحد سیار بکار می‌رود. کانال پذیرش دسترسی(AGCH) این کانال به منظور پاسخگویی به درخواست MS برای تخصیص SDCCH بکار رفته‌است و مشخصات کانال تخصیص یافته در آن ذکر می‌شود. کانال کنترلی وابسته کند(SACCH) این کانال ممکن است وابسته به کانال ترافیکی یا وابسته به کانال کنترل اختصاصی باشد. از طریق این کانال، اطلاعات مربوط به اندازه‌گیری‌های قدرت سیگنال دریافتی توسط MS از ایستگاه‌های فرستنده –گیرنده خودی یا همسایه به اطلاع BTS می‌رسد. در ضمن اطلاعات مربوط به تنظیم توان خروجی و تنظیم زمانی نیز از طرف BTS به اطلاع MS خواهد رسید. در هنگام مکالمه تلفنی، زمانی که احتیاج به تبادل سریع اطلاعات سیگنالینگ باشد (هنگام عمل تحویل مکالمه) بجای ۲۰ میلی ثانیه از مکالمه، اطلاعات سیگنالینگ سریعاً ارسال می‌شود. | ## جمع‌بندی | مکالمه کننده، وقفه‌ای در مکالمه احساس نخواهد کرد؛ زیرا این ۲۰ میلی ثانیه از صحبت توسط Decoder تکرار خواهد شد.