Основы дизайна сети GSM и инфраструктуры

В эпоху, в которой преобладают быстрые технологические достижения, GSM (Global System for Mobile Communications) остается краеугольным камнем глобальной мобильной коммуникации.Изучение в качестве стандарта для цифровых сотовых сетей, GSM превратилась в всеобъемлющую и надежную структуру, которая поддерживает множество услуг от голосовых вызовов до передачи данных.

Эта статья входит в тонкости технологии GSM, исследуя ее сетевую архитектуру, операционную динамику и окончательную роль, которую она играет в современных телекоммуникациях.Рассматривая такие элементы, как сеть и подсистема переключения (NSS), подсистема базовой станции (BSS) и мобильная станция (MS), она освещает, как GSM эффективно управляет ресурсами для обеспечения надежной связи между огромными географиями.Кроме того, в статье подчеркивается постоянная актуальность GSM посредством его сравнения с другими технологиями, такими как CDMA и LTE, демонстрируя свои уникальные преимущества и неотъемлемые ограничения в текущую цифровую эру.

Каталог

Рисунок 1: GSM (Глобальная система для мобильной связи)

Демистификация GSM

GSM (Global System for Mobile Communications)-это международный стандарт, который определяет цифровые сотовые сети второго поколения (2G), используемые мобильными телефонами по всему миру.Он работает на нескольких частотных полосах, в том числе 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц и 1900 МГц.Чтобы эффективно использовать ограниченную частотную спектр, GSM использует комбинацию частотного деления множественного доступа (FDMA) и многократного доступа в разделение времени (TDMA).FDMA разбивает доступные полосы частот на более мелкие каналы, в то время как TDMA далее делит эти каналы на временные интервалы.Этот подход позволяет нескольким пользователям делиться одним и тем же частотным каналом без помех, максимизируя мощность сети и улучшая общее соединение.

Рисунок 2: Различные типы клеток

Архитектура сети GSM разработана с различными типами ячеек, чтобы удовлетворить различные географические области и требования к силе сигнала.К ним относятся макро, микро, пико и зонтичные клетки.Каждый тип ячейки играет определенную роль.

• Макролетки покрывают большие площади, такие как сельские регионы, обеспечивая широкий охват.

• Микроэлемы используются в густонаселенных городских районах, где требуется более высокая мощность.

• Ячейки PICO обслуживают очень маленькие, перегруженные пространства, где спрос высок, например, внутренние здания.

• Ячейки зонтиков предлагают дополнительное охват в областях, где другие ячейки могут быть недостаточно, обеспечивая непрерывное обслуживание.

Сети GSM известны своим комплексным набором функций.Они обеспечивают бесшовное международное роуминг, что позволяет пользователям совершать и получать звонки в любом месте мира с минимальными нарушениями.Качество голоса в сети GSM, как правило, очевидно, и эта технология предназначена для энергосбережения, что помогает продлить срок службы батареи на мобильных устройствах.GSM также поддерживает широкий спектр услуг, от простых голосовых вызовов до сервисов данных, таких как SMS и интернет -просмотр.Его масштабируемость и экономическая эффективность сделали GSM доминирующей технологией в мобильной связи, гарантируя, что она остается доступной для широкого спектра пользователей, сохраняя при этом совместимость между различными сетевыми операторами во всем мире.Этот дизайн не только повышает надежность сети, но и способствует более подключенной и доступной глобальной системе связи.

Рисунок 3: Компоненты сетевой архитектуры GSM

Компоненты архитектуры сети GSM

Архитектура сети GSM - это сложная система, предназначенная для обеспечения надежной и непрерывной мобильной связи.Он состоит из четырех основных компонентов: подсистема сети и переключения (NSS), подсистема базовой станции (BSS), мобильная станция (MS) и подсистема работы и поддержки (OSS).Каждый из этих элементов играет влиятельную роль в поддержании функциональности и эффективности сети.

NSS (сеть и подсистема переключения) служит центральным центром сети GSM.Он обрабатывает маршрутизацию вызовов и управление данными абонентов.В основе NSS лежит центр переключения мобильных услуг (MSC), который отвечает за подключение звонков между мобильными пользователями и связывание их с внешними сетями, такими как общедоступная телефонная система или Интернет.MSC гарантирует, что вызовы подключены быстро и надежно, независимо от того, где находятся пользователи.

BSS (подсистема базовой станции) Обеспечивает базовую связь между мобильными устройствами и сетью.Эта подсистема включает в себя базовые станции приемопередатчиков (BTS), которые управляют радиосвязи между мобильными телефонами и сетью.BSS эффективно действует как мост, который соединяет устройство пользователя к более широкой сети, обеспечивая четкую и стабильную связь.

MS (мобильная станция) Мобильное устройство пользователя, включая карту модуля идентификации подписчика (SIM).SIM -карта урегулирует, поскольку она хранит значительную информацию, такую ​​как личность пользователя, местоположение, авторизацию сети и ключи безопасности.Эти данные обеспечивают безопасный доступ к сети и гарантируют, что подключение пользователя правильно аутентифицировано и поддерживается.

OSS (операция и поддержка подсистема) отвечает за текущее управление и обслуживание сети.Он контролирует технические операции, гарантируя, что сеть работает плавно и эффективно.OSS является динамичным для масштабируемости сети, что позволяет обновлять и расширения без прерывания службы.Эта подсистема гарантирует, что любые технические проблемы решаются незамедлительно и что сеть остается надежной и способной выполнять растущие требования.

Рисунок 4: Подсистема переключения сети (NSS)

Исследование подсистемы переключения сети (NSS) в сети GSM

Сеть -переключающая подсистема (NSS) образует ядро ​​сети GSM, интегрируя различные компоненты, которые в совокупности управляют и оптимизируют операции сети.В центре NSS находится Центр переключения мобильных сервисов (MSC), который функционирует как основной центр для маршрутизации вызовов и подключения сети GSM к внешним сетям, такими как общедоступная телефонная сеть (PSTN).MSC отвечает за необходимые задачи мобильной связи, включая регистрацию подписчиков, их аутентификацию, обновление их местоположения и направление вызовов в соответствующие пункты назначения.

Две влиятельные базы данных в NSS - это регистр местоположения домашнего местоположения (HLR) и регистр местоположения посетителя (VLR).HLR служит доминирующим хранилищем подробных профилей для каждого абонента в сети.В нем хранится информация об сервисах пользователя и текущего местоположения, позволяя сети точно маршрутизировать вызовы и сообщения, когда пользователи перемещаются из одной ячейки в другую.С другой стороны, VLR временно хранит данные о подписчиках, которые в настоящее время находятся в пределах его области покрытия, обеспечивая быстрый доступ к необходимой информации для настройки звонков и предоставления услуг.

Регистр идентификации оборудования (EIR) играет яркую роль в поддержании безопасности сети.Эта база данных отслеживает все мобильные устройства, работающие в сети, сохраняя свои уникальные номера идентификации идентификации мобильного оборудования (IMEI).EIR заслуживает внимания для выявления и блокировки украденных или несанкционированных устройств, что мешает им получить доступ к сети.Безопасность дополнительно усиливается Центром аутентификации (AUC), который отвечает за проверку личности SIM -карт, которые пытаются подключиться к сети.Аутентификация этих соединений, AUC помогает предотвратить мошенничество и несанкционированный доступ, гарантируя, что только действующим пользователям разрешается общаться через сеть.Кроме того, SMS-шлюз (SMS-G) обрабатывает передачу и прием SMS-сообщений по всей сети.Это гарантирует, что текстовые сообщения доставляются плавно и надежно, поддерживая эффективность сети в обработке больших объемов обмена сообщениями.

Рисунок 5: Подсистема базовой станции (BSS)

Подсистема базовой станции (BSS) сети GSM

Подсистема базовой станции (BSS) является опасной частью сети GSM, отвечающей за управление всеми прямыми коммуникациями между мобильными устройствами пользователей и сетью.Он состоит из двух основных компонентов: базовая станция приемопередатчика (BTS) и контроллер базовой станции (BSC).

BTS (базовая станция приемопередатчика): Обрабатывает радиосвязь с мобильными устройствами.Оснащенные радиопередатчиками и антеннами, BTS управляет передачей и приемом радиосигналов, гарантируя, что связь между сетью и мобильными устройствами остается ясной и непрерывной.Каждый BTS охватывает определенную географическую область, называемую ячейкой, и отвечает за поддержание радиосвязи в этой области.

BSC (контроллер базовой станции): Наблюдает за несколькими BTS, управляя их ресурсами и операциями.Он выделяет радиочастоты, уравновешивает нагрузку на ячейки и гарантирует, что активные вызовы беспрепятственно передаются из одной ячейки в другую, когда пользователи перемещаются по сети.Этот процесс необходим для поддержания непрерывного подключения, обеспечивая плавный опыт для мобильных пользователей, даже когда они перемещаются между разными областями.

Стратегическое развертывание базовых станций является базовым для оптимизации охвата сети и минимизации помех, вызванных перекрывающимися сигналами.По мере увеличения сетевого трафика эффективное управление передачей голоса и данных становится более значимым.Технология, которая соединяет BSS с основной сетью, также со временем продвинулась.В то время как традиционные сети используют линии E1/T1 для этих подключений, современные сети часто используют ссылки с высокой емкостью, такие как Ethernet и микроволновые ссылки.Эти новые технологии особенно полезны для расширения сетевого охвата на отдаленные районы, не жертвуя скоростью или качеством.

Рисунок 6: Мобильная станция

Роль и функциональность мобильной станции в GSM

Мобильная станция (MS) является существенной частью сети GSM, состоящей из мобильного устройства пользователя и карты модуля идентификации подписчика (SIM).Мобильное устройство оснащено расширенным оборудованием, предназначенным для поддержки ряда функциональных возможностей, максимизируя энергоэффективность.Это обеспечивает более длительное время автономной работы и обеспечивает гладкие, компактные конструкции, которые легко переносить.SIM -карта, с другой стороны, хранит настойчивую информацию о подписчике, позволяя пользователям сохранять свои услуги личности и доступа, даже при переключении между различными устройствами.

Безопасность и сетевые операции в значительной степени полагаются на идентификаторы ключей, такие как IMEDITION MONBITION MOBILE Equipment (IMEI) и международная идентификация мобильного абонента (IMSI).IMEI - это уникальный номер, который идентифицирует устройство в сети.Он играет важную роль в мерах безопасности, таких как предотвращение доступа по потерянным или украденным устройствам в сеть.IMSI, хранящийся на SIM -карте, идентифицирует подписчика в сети, позволяя обеспечить бесшовную активацию обслуживания и управление мобильностью, когда пользователь перемещается между различными местоположениями или устройствами.

Эволюция мобильных станций значительно улучшила пользовательский опыт, расширяясь за пределы просто голосовых вызовов и SMS, чтобы включить широкий спектр услуг данных.Эти услуги варьируются от базового просмотра в Интернете до более требовательных приложений, таких как потоковое видео, онлайн-игры и приложения в реальном времени.Этот технологический прогресс расширил охват мобильных телекоммуникаций, делая сложные услуги доступными для более крупной аудитории.В результате мобильные станции значительно улучшили то, как пользователи взаимодействуют с технологиями, что приводит к более обогащенному и разнообразному опыту общения.

Рисунок 7: Подсистема работы и поддержки (OSS)

Навигация по подсистеме операции и поддержки (OSS) в GSM

Подсистема операции и поддержки (OSS) является активной частью сети GSM, ответственной за управление и координацию функций других сетевых компонентов, таких как подсистема переключения сети (NSS) и подсистема базовой станции (BSS).Это обеспечивает плавные и эффективные сетевые операции, наблюдая за этими сегментами и интегрируя их деятельность.

Основная роль OSS заключается в управлении ростом сети и производительностью по мере расширения абонентской базы.Он использует расширенные инструменты для анализа трафика, планирования потенциала и оптимизации производительности.Эти функции используются для поддержания надежности сети, предотвращения перегрузки и обеспечения того, чтобы качество обслуживания оставалось высоким, даже по мере увеличения спроса.

По мере развития сети OSS помогает контролировать эксплуатационные затраты, оптимизируя, как выделяются ресурсы, и путем автоматизации повторяющихся задач.Используя аналитику данных, он может предсказать будущие потребности в сети и вносить упреждающие корректировки.Этот дальновидный подход позволяет сети устойчиво расширяться при сохранении оперативной эффективности.

Как работают сети GSM?

Работа сети GSM определяется его способностью эффективно управлять коммуникациями на крупных областях, обеспечивая как надежность, так и точность.Основная функциональность сети основана на многократном доступе (TDMA), что позволяет одновременно обмениваться одним и тем же радиоканалом.Это достигается путем деления радиоспекта на определенные временные интервалы, причем каждый слот назначен другому пользователю.Этот подход оптимизирует использование полосы пропускания и уменьшает помехи, делая GSM особенно эффективным в областях с высокой плотностью пользователей и в таких приложениях, как Интернет вещей (IoT).

Эволюция GSM была отмечена постоянными улучшениями для удовлетворения изменяющихся потребностей глобального общения.Первоначально разработанный для голосовой связи, GSM адаптировался для включения расширенных услуг данных и интеграции с новыми технологиями.Эта адаптивность гарантирует, что GSM остается актуальной в сегодняшней быстро развивающейся телекоммуникационной среде, служа не только как стандарт для голосовых вызовов, но и в качестве основы для современных услуг мобильной связи.

Применение технологии GSM

Technology GSM служит универсальным и надежным основанием для глобальной мобильной связи, поддерживая широкий спектр приложений.

Рисунок 8: Обмен текстовыми сообщениями (SMS)

GSM преобразовала связь, внедряя услугу коротких сообщений (SMS), которая позволяет пользователям легко отправлять и получать текстовые сообщения через мобильную сеть.SMS стал основным инструментом как для личного, так и для профессионального общения, предлагая быстрый и надежный способ мгновенного обмена информацией.

Рисунок 9: Улучшения безопасности данных

GSM объединяет протоколы сильных шифрования для обеспечения передачи голоса и данных, гарантируя, что каналы связи защищены от несанкционированного доступа и подслушивания.Эти функции безопасности делают GSM доверенной платформой для передачи конфиденциальной информации и защиты конфиденциальности пользователей и целостности данных.

Рисунок 10: Бесплавные передачи системы

GSM обеспечивает плавную передачу передач между сетевыми ячейками, позволяя пользователям перемещаться по различным географическим областям, не теряя их соединения.Эта функция используется для поддержания непрерывного мобильного голоса и служб данных, обеспечивая стабильную и последовательную связь, независимо от того, где находятся пользователи.

Рисунок 11: Медицинские услуги

Технология GSM играет динамическую роль в телемедицине, поддерживая удаленную диагностику и мониторинг пациентов.Это приложение особенно важно для предоставления медицинских услуг в удаленных или недостаточно обслуживаемых областях, повышая способность систем здравоохранения оказывать своевременное и эффективное медицинское обслуживание.

Рисунок 12: GSM, CDMA и LTE

Сравнительный анализ: технологии GSM, CDMA и LTE

GSM (Global System for Mobile Communications), CDMA (Multy Access Division Code) и LTE (долгосрочная эволюция) представляют собой три различные технологии мобильной связи, каждая из которых представляет различные этапы разработки с уникальными операционными характеристиками и преимуществами.

GSM-это технология второго поколения (2G), которая опирается на многократный доступ по времени (TDMA) для распределения радиочастот для пользователей. Это означает, что он делит каждую частоту на временные интервалы, позволяя нескольким пользователям делиться одной и той же полосой частот.GSM широко признан своей простотой и простотой международного использования, что делает его стандартом во многих странах.Он поддерживает голосовые вызовы и основные услуги данных, такие как SMS и ограниченный доступ в Интернет.Распространенное внедрение технологии связано с ее надежной эффективностью и глобальными возможностями роуминга.

В отличие от GSM, который разделяет пользователей по времени, CDMA использует метод спреда-спектра, который позволяет нескольким пользователям одновременно совместно использовать одно и то же время и частотное полосу. Этот метод более эффективен в использовании доступного спектра и обеспечивает большую конфиденциальность и сопротивление помехи.В то время как CDMA был сильным конкурентом GSM, особенно в Соединенных Штатах, он никогда не достиг того же уровня глобального принятия.Большинство сетей CDMA теперь перешли на LTE.

LTE, или долгосрочная эволюция, является технологией 4G, которая представляет собой значительный скачок вперед как GSM, так и от CDMA. В отличие от своих предшественников, LTE разработан специально для высокоскоростной передачи данных, а не только для голосовой связи.В нем используются передовые технологии, такие как мультиплексирование ортогонального частотного деления (OFDM) и множественные входные множественные выходные данные (MIMO), чтобы максимизировать полосу пропускания и минимизировать задержку.LTE поддерживает широкий спектр услуг с высоким спросом, включая потоковое видео HD, быстрые загрузки и онлайн-игры в реальном времени, что делает его основой для современного доступа к мобильному интернету.

Плюсы и минусы технологии GSM

Плюс

Широко распространенная совместимость: одной из основных сильных сторон GSM является его универсальная стандартизация, которая обеспечивает совместимость между сетями и устройствами по всему миру.Это позволяет пользователям беспрепятственно бродить на международном уровне и переключаться между различными сетевыми операторами без проблем.Будь то путешествие по странам или используя различные устройства, стандартизация GSM обеспечивает плавную связь.

Надежный набор функций: GSM предлагает надежный набор основных сервисов, включая голосовые вызовы, SMS и базовые возможности данных.Его простая и надежная технология сделала его популярным выбором, особенно в регионах, где новые технологии еще не полностью приняты.Пользователи могут рассчитывать на GSM для последовательной и доступной связи, даже в областях с ограниченной инфраструктурой.

Зрелая инфраструктура: созданная в начале 1990 -х годов, GSM имела десятилетия для создания и уточнения своей сетевой инфраструктуры.Это давнее присутствие означает, что услуги GSM широко доступны, даже в отдаленных и сельских районах.Обширное покрытие, предоставленное GSM Networks, гарантирует, что пользователи в этих регионах могут оставаться на связи.

Минусы

Ограниченные скорости данных: первоначально разработанные для голосовой связи с основными функциями данных, скорости передачи данных GSM намного медленнее по сравнению с современными технологиями, такими как 3G, 4G LTE и 5G.Это делает GSM менее подходящим для современных приложений, интенсивных данных, таких как потоковая передача видео или запуск сложных веб-приложений.

Проблемы с пропускной способностью: GSM выделяет фиксированное количество временных слотов на частоту, что ограничивает количество пользователей, которые могут быть поддержаны одновременно.По мере того, как мобильное использование продолжает расти, особенно в густонаселенных областях, это может привести к перегрузке сети и снижению качества обслуживания.

Восприимчивость к помехам: из -за своей старой технологии GSM более подвержен вмешательству из различных источников.Эта уязвимость может привести к деградированному качеству вызовов и менее надежным услугам данных, особенно в средах со значительными сигнальными помехами.

Заключение

Технология GSM, с его структурированной и масштабируемой архитектурой, продолжает оставаться неотъемлемой частью телекоммуникационного ландшафта, обеспечивая надежное и доступное общение по всему миру.Несмотря на появление более продвинутых технологий, таких как LTE и 5G, стратегическое развертывание GSM в различных областях - от бесшовного международного роуминга до опасных применений в телемедицине - отражает свою устойчивую актуальность.Конструкция технологии облегчает не только широкий охват и совместимость в разных регионах и устройствах, но и надежный набор функций, который выдержал испытание временем.

Тем не менее, по мере развития цифрового ландшафта GSM сталкивается с такими проблемами, как ограниченные скорости данных и проблемы с возможностями, подчеркивая необходимость постоянной адаптации и интеграции с новыми технологиями.Этот синтез основополагающих сильных сторон GSM с прогрессивными усовершенствованиями инкапсулирует динамическую природу мобильных коммуникаций, движущаяся в будущее, где подключение всегда является более плавным и инклюзивным.

Часто задаваемые вопросы [FAQ]

1. Какова архитектура системы сети GSM?

Глобальная сеть System for Mobile Communication (GSM) структурирована в три основные системы: мобильная станция (MS), подсистема базовой станции (BSS), а также подсистема сети и переключения (NSS).Мобильная станция состоит из мобильного устройства и его SIM -карты.Подсистема базовой станции включает в себя базовую станцию ​​приемопередатчика (BTS), которая обрабатывает радиосвязь с мобильным телефоном и контроллер базовой станции (BSC), которая управляет ресурсами и соединениями для нескольких единиц BTS.Сеть и подсистема переключения содержит Центр мобильного переключения (MSC), который подключает вызовы и управляет мобильными службами, а также базы данных, таких как Регистр расположения дома (HLR) и регистр местоположения посетителей (VLR) для управления мобильностью.

2. Что означает GSM в сети?

GSM означает Global System для мобильной связи.Это стандарт, разработанный для описания протоколов для цифровых сотовых сетей второго поколения (2G), используемых мобильными телефонами.Он был разработан для обеспечения единого стандарта для технологий мобильной связи по всему миру, способствуя совместимости и глобальному роумину.

3. Каковы интерфейсы сетевой архитектуры GSM?

Сеть GSM включает в себя несколько ключевых интерфейсов, которые облегчают связь между различными компонентами:

Интерфейс UM между мобильной станцией и сетью (воздушный интерфейс).

Интерфейс A-BIS между BTS и BSC, используемый для управления и контрольных сигналов.

Интерфейс между BSC и MSC используется для передачи информации о настройке вызовов и данных абонента.

4. В чем разница между архитектурой GSM и LTE?

GSM-это технология 2G, в первую очередь, ориентированную на голосовую связь и базовые службы данных с использованием данных, переключенных в цепь.LTE (долгосрочная эволюция), с другой стороны, представляет собой технологию 4G, предназначенная для высокоскоростной передачи данных с использованием сети, включенных в пакет.LTE предлагает значительно более высокие скорости данных и снижение задержки по сравнению с GSM.LTE также поддерживает лучшие мультимедийные услуги и большую эффективность спектра.В отличие от GSM, который отделяет голос и данные на разных каналах, LTE использует сеть All-IP, что означает, что как голос, так и данные передаются по одному и тому же радиоканалу.

5. Как общаться с GSM?

Коммуникация по сети GSM включает в себя следующие шаги:

Мобильное устройство устанавливает соединение с сетью через ближайшую BTS.

Голосовые или данные данных преобразуются в радиоволн мобильным устройством и передаются через интерфейс UM.

BTS получает сигнал и передает его BSC;BSC затем направляет его в MSC.

MSC направляет сеанс вызовов или данных в соответствующий пункт назначения, который может быть другим мобильным пользователем, PSTN (общедоступная телефонная сеть) или интернет -сервис.

Для входящих сообщений процесс работает в обратном направлении.MSC идентифицирует мобильный получатель, обнаруживает его через HLR и VLR, и направляет вызов или данные в соответствующий BSC и BTS, который затем передает его на мобильное устройство.