بنية الشبكة
نظرة عامة عن البنية التحتية :
يبين الشكل التالي منظر تخطيطـي لوظـائف معدات وتجهيزات شبكـة ال GSM. وتوصف الشبكة بعناصر تجهيزاتها والسطوح البينية التي تربطهم مع بعضهم . جميع هذه العناصر تؤمن الخدمات القياسية
وظائف تجهيزات الشبكة:
إن التجهيزات الموجودة ضمن الشبكة هي:
طرفية المشترك المعروفة باسم المحطة المتنقلة((MS
محطة القاعدة وهي المرسل والمستقبل الراديوي وتعرف باسم (BTS)و تربط محطات القاعدة بالبنية التحتية الثابتة للشبكة.
" محطة التحكم بالقاعدة (BSC) وهي تتحكم بمجموعة من محطات القاعدة .
" مجموع محطة القاعدة ومحطةالتحكم بالقاعدة وتعرف باسم النظام الفرعي لمحطة القاعدة (BSS)
" مقسم الشبكـة أو مركز المقسم الراديوي (MSC) الذي يؤمن الترابــط مع شبكات ا PSTN ل وال ISDN الخارجية.
" مسجل توضيع الزائرVLRوهو عبارة عن قاعدة معطيـات مؤقتـة يسجـل
فيها تفاصيل عن المشتركين الذين يتنقلون ضمن الشبكة .
" مسجل توضيـع الموطن HLR وهو أيضـاً قاعـدة معطيــات تحتوي على
هوية المشترك الأساسية المرجعية وتفاصيل المستخدم.
" مركز التوثيقAUC وهو قاعدة معطيات سريـة حيث ترميـز الوصـول للمشترك يكون مخزناً فيها ويمكن التحكم به.
مجموع المقسم ومسجل توضيع الموطن ومسجل توضيع الزائرومركزالتوثيق يكونون ما يعرف بالنظام الفرعي للشبكة(NSS).
مركز الصيانـة والتشغيل ((OMC وهو مسؤول عن عمليات الشبكة المنـطقـية والتقنية.
السطوح البينية للشبكة :
وهي أجزاءهامةمن الشبكة تدعم الحواربين عناصر التجهيزات المختلفة وتسهل تفاعلهم.إن توحيد معايير السطوح البينية يضمن العمل الموحد من أجل الأجهزة المختلفة الصنع وبالنتيجة فإن ETSI لل السطوح البينة الموحدة المعايير التالية:
" السطح البيني الراديوي UM و يتوضع بين المحطة المتنقلةومحطةالقاعدة MS<>BTS وهو السطح البيني الأكثر أهمية في الشبكة.
" السطح البيني A-bisيربط محطة القاعدة بمحطة تحكمـها عن طريق دارة رقمية BSC <> BTS.
" السطح البيني A ويـوجـد بيـن محطـة التحكـم والمـقسم MSC <> BSC ويربطهما عن طريق دارة رقمية ذات معدل 64 kbit/s.
" الوصلة X.25 والتي تربط التحكم بمركز التشغيل ((OMC عبر رزمـة معلومات الشبكة .
" السطح البيني بين المقسم والشبكة العامة ،الذي يحدد بنظام التشوير رقم/7/
للCCITT وهي مبينة كما في الشكل0
تجهيزات شبكةالGSM:
محطة القاعدة (BTS):
الخلية هي عنصر تغطية الخدمة الأساسي في المنطقة ،ومحطة القاعدة (BTS) تضمن التغطية الراديوية لمساحة الشبكة .فهي تؤمن للمشتركين المتواجـدين في الخليةنقطةدخول للشبكة،لتسمح لهم بإجراء واستقبال المكالمات وتستطيع محطة القاعدة أن تجري ثمانية اتصـالات في آن ٍواحد ،ويحـدد العـدد الأعظـمي حسـب التنضـيد ذي التقسـيم الزمني المستخـدم . ويتغير حجـم الخليـة بشكلٍ ملحوظ بين المناطق المأهولةوالريفية.ففي المساحات المأهولةتكون فيها كثافة الحركية عالية ،وبالتالي حجم الخليـة صغيرا ً لكي تزيد السعة بوحدة . وفي هذه الحالات يكون نصف قطر الخلية يصل كحد أدنى200 m مفروض بواسطة كلفة البنية التحتية وظروف التوليد .
ومن ناحية أخرى ،في المناطق الريفية تكون كثافة الحركية قليلة وبالتـالي حـجم الخلية كبيرا ً إذ يصل نصف قطر الخليـة لأكثر من 30 km،وتحدد الإستطاعـة المرسلة تلك الحدود .ومحطة القاعـدة هـي عبـارة عـن جهـاز إرسـال واستقبـال
بشكل أساسي ، وهي نفسها عنصر في سلسلة الاتصال .وتشغل محطـة القاعدة
محلياً ،وعند الضرورة تشغل عن بعد عن طريق محطة التحكم بالقاعدة.
محطة التحكم بالقاعدة(BSC) :
وتتـحكم بواحدة أو أكثر من محطات القاعدة وتقوم بعدة وظائف تشغيل واتصال .ومن أجل الحركية القادمةمن محطات القاعدة فهي تلعب دورالتحكم،أمامن أجل الحركية القادمة من المقسم فهي تلعب دور موجه باتجاه محطة القاعـدة الهدف . وفـي وظـائـف تشغـيل الشـبكـة فـإن المتحـكـم أولاً يرحّـل إشـارة تنـبيـه والأداء
الإحصائي المرسل من قبل محطات القاعدة ، وثانياً يلعب دوراً كقاعدة معطيات لتشكيل البرامـج المحملـة من مركـز التشغـيل إلى محطـات القاعـدة عـن طريـق المتحكم.ثم تحمل وترسل هذه المعلومات كما هومطلوب إما لمركزتشغيل الشبكة أو لمحطة القاعدة وذلك حسب منشـأها .ويقود المتحكم المصـادر الراديويـة إلـى منطقة تواجد مجموعـة الخلايـا المـسؤول عـنها . وتبعاً لما تـقدم فهـو يخصـص الترددات التي يمـكن أن تستـخدم لكل محطـة قاعدة وأيضاً يشرف المتحكم على التسليم (handover )عندما تعبر المحطة المتنقلة الحدود بين خليتين . ولتحقيق ذلـك فإنـه يعلـم الخليـة الجديـدة بأن تسـتـلم مـكالمـة المشترك ويرسل المعلومات الضرورية .بالإضافة لذلك فإن المتحكم يعلم قاعـدة المعـطيـات مسـجل توضـيع الموطن (HLR ) بالموضع الجديد للمشترك.والمتحكم عبارة عن مرحلة واحدة سلسةالاتصالات التي تربط طرفيه المشترك خلال طور خدمة تخابرالاتصالات
أو خلال البحث عن المشترك عندوصول المكالمةله من المقسم.وتعتبرالBSC الجزء الوحيد في النظـام الراديوي الفرعي التي يمـكن أن تشغل مباشرةً عن بعد مركزالتشغيل والصيانة(OMC) ويتم التحكم التقني بمحطات القاعدةعن طريق المتحكمات (BSC ) كما يبين الشكل.
المقسم (MSC ):
ويربط شبكة الهاتف الراديوي إلى شبكةالهاتف العامـةوينفذ المتطلبات المحددة النابعة من التنقل ضمن الخلية وإدارة زيارة المشتركيـن الذين ينتـمون لشـبكات خارجية . ويعتمد المقسم على تصميم مقسم ال ISDNالأوتوماتيكي الذي يتكيف ليشمل الوظيفة الإضافيةالضرورية من أجل الشبكات الخلوية.بالإضافة إلى أنـه عقدة شبكة هامة فهو يتيح الوصول لقاعدة معطيات الشبكة وإلى مركز التوثيـق الذي حقوق نفاذ المشترك ويساعد على التحكم بتنقل المشتركين وكذلك مراقبـة توضعهم في الشبكة لكنه متضمن أيضاً في شرط الخدمات البعيدة الممنوحةمن قبل الشبك كالتهاتف والخدمات الإضافية وخدمات التراسل كما يبين الشكل.
مسجل توضيع الموطنHLR
وهو عبارة عن قاعدة معطيات لمعلومات المشترك . ويمكن أن تمتلك الشبـكـة الخلـيويـة عدة مسجلات منه، بالاعتماد على سعـة الأجهزة ،الوثوقيـة وسياسـة تشغيل مشغل الشبـكـة. إن المعلومـات المسجلة فيهم تتضمن تفاصيل الاشتراك التي تتضمن الاختيارات المأخـوذة والخـدمـات الإضافـية الممنـوحـة للمشتـرك ومع هذه المعلومات الثابتـة يوجـد معلومـات متغـيرة تصف آخر توضع معلوم للمشترك، وحالة طرفيته (في الخدمة،خارج الخدمـة ،في حالة المكالمة ،جاهز لاستقبال مكالمة ،إلخ...).
ويميز اhlr ل بين المعلومات المتعلقة بالمشترك والمعلومات المتعلقة بالطرفيـة.
ويمكن أن يستخدم مشترك طرفية زبون آخر بدون أية مشاكل في الفاتورة لأن المشتركين معرفين بالمعلومات الموجودة في بطاقة المشترك الشخصية الذكية،
والتي يـمتـلكـها الـمشـترك والتـي تعـرف بـبطـاقـة هويـة المشـتـرك ( SIM ){Subscriber Identity Module} والتي تحتـوي على معالـج صغــري . عندما يجري المشترك مكالمة فإنـه يستخـدم الخدمـة ، وبعض من المعـلومـات الموجودة على بطاقةSIM ترسـل إلى قـاعـدة معـطيـات HLR ، التي تعّرف المشترك . وبهذه الطريـقـة تميـز الشـبكـة بيـن المشـترك والطـرفيـة . وتـتجـدد المعلومات المؤقتةحول توضيع المشترك باستمرار،والرسائل المسلمةللمشتـرك ورقم هاتف الطرفية التي تحول المكالمات جميعها تخزن في HLR . وعمليــا
فإن المعلومات الحركية تكون مفيدة عندما تبدأ الشبكة بالإعداد لإجراء المكالمة
إلى المشترك . حيث عند البدايـة بالمكالمـة تبدأ الشبكة باستجواب HLRلتثبت آخر موضع معروف للمشترك ، وحال طرفيتـه عند ذلك الوقت ، وتاريخ هذه المعلومات قبل اتخاذ أي إجراءان الاختلاف الرئيسي بين الشبكة الثابتة وشيكـة الهاتف الراديوي هو حركيةهاتف المشترك.حيث في الشبكة الثابتة رقم الهاتف مربوط بعنوان الطرفية الثابتة للمجموعة المعطاة.لذلك يستطيع النظام وبسرعة
أن يحدد المسار بين مصدر المكالمة وهدفها . هذه الطريقة ناقصـة في الشبكـة المتنقلة ، حيث يصل الطريق بواسطة استجواب ناجح لقاعدة المعطيات لتحديد موضع الهدف ،قبل إجراء المكالمة .وأيضاً يحتوي HLRعلى مفتاح ترميز (encryption) سري مربوط مع المشترك ليسمح للشبكةلتعريفه وتحدي هويته. وهذا المفتاح مخـزن بشكـلٍ مرمز ومركز التوثـيق هو الوحيد القـادر على فـك ترميزه .كما مبين في الشكل0
مركز التوثيق (AUC):
وهو قاعدة معطيات تخزن معلومات سريـة . تبعـاً لما تقدم فهـو يسمح لصاحب هذه المعلومـات فقـط بالـدخـول . وقـبل السمـاح لأي شخـص بـالدخـول لقاعـدة المعطيـات فيجب عليه إدخـال كـلمـة السر . علاوة على ذلـك فـإن المعـلومـات المخزنة على قاعدة المعطيات تسجل على ذاكرة فيزيائية بشكل مرمز .ويتحكم مركـز التوثـيق بحـقوق استخدام خدمات الشبكـة التي تطلب من قبل المشتركين .إن مثل هذه الإثباتات تتم عند كل مناسبة يستخدم فيها المشترك الشبكة.وتهدف مثل هذه الفحوصات إلى حماية مشغل الشبكة والمشترك أيضـاً،ويعتبر حقـاً من المهم لمشغل الشبكـة أن يعـلم بشكـل واضح من يستخـدم الشبكـة لكـي يرسل له الفاتورة لقاء الخدمة التي استخدمها .علاوة عـلى ذـلك فـإن هويـة المسـتخدمـين الدقيقة تحمي جميع المشتركين ضد الاستخدام الإحتيالي لحساباتهم ، وذلك لمنع فوترة مكالمات لم يجروها.وبما أنه الشبكة تمنع الاستخدام الاحتيالي فبالتالي لا يوجد أية أسس لارتياب الفاتورة .فيعلم المشتركون أنهم يدفـعون للخدمـات التي استخدموها فعلياً.
وتتم إجراءات التعريف على مرحلتين :
الأولى محلية،عندما يفتح المشترك طرفيته فإنه يقوم بإدخال هويته بشكل توقيع إلكتروني بكتابته برمز سري على لوحة المفاتيح.ويتحقق المعالج الصغري من ذلك في بطاقةSIM.التي قد أدخلت مسبقاً لطرفيته.وحالما يتم إدخال الرمزوتتم معرفته فإنه يستطيع استخدام الطرفية .
والمرحلة الثانية من التعريف تحدث عندما يستخدم المشترك خدمةالشبكـة.وهذه الحالة فإن الشبكة تسأل :
أولاً الطرفية أن يجهز هوية المشترك ،التي هي رقم المشترك .
ثانياً تسأل الشبكةالمشترك أن يبرهن عن هويته باستخدام خوارزمية مخزنة في ذاكرة قراءة فقط على البطاقة.حيث تخزن نسخة عن هذه الخوارزمية في مركز التوثيق . وبهذه الطريقة فإن الخوارزمية السريـة لا تـنقل على الشبكـة . ويوثق مركز التوثيق المشترك بمطابقة الرمز المقدم مع الصحيح .
وهو يختلف عن رقم الهاتف العادي،فرقم المشترك ليس سرياً ويستطيع أحداً ما محاولـة الغش بمعرفـة الرقم من أحد أقربائـه .وعلى كل حـال فـإذا احـتال أحـد الأشخاص باستخدام جهاز المشترك إذا عرف رقمه فلن يكون قادراً على إثبات هويته عندما يسأل من قبل مركزالتوثيق.ثم يتحقق مركزالتوثيق من هذه النتيجة ويقفل استخدامه للشبكة،أما عندما يتم التوثيق من المشترك فإن الشبكة تستجوب HLR لتفحص خيارات الشبكة المشترك بها وحقوق وصول المشترك (النفاذ).
إذا كان يملك الحق بذلـك فيعطى المشترك النـفاذ الـذي طلبـه كمـا هو مبين في الشكل0
مسجل الوضيع الزائر VLR:
وهو قاعدة معطيات مربوطة مع المقسم (MSC) . والغرض منه تخزين المعلومات المؤقتة عن تحرك المشترك ضمن الشبكة . هذه المراقبة هامة لأن الشبكة وفي أي وقت يجب أن تعلم أين يوجد كل مشترك وفي أي خلية يتواجد .وفي VLRفيعرف المشترك بموضع معرف عملياً . وتحتاج الشبكة لتعرف هذه المعلومات وهي أساسية لتكون قادرة على توجيه مكالمة أو إنشاء مكالمة مطلوبة من قبل مشترك زائر لآخر . وبما أن الميزة الرئيسية GSM هي التنقل ، فإنه من الضروري تحديد توضع المشتركين في الشبكة باستمرار ومتابعة تحركاتهم . وفي كل مناسبة يتغير فيها مكان المشترك من خلية لأخرى ، فإن الشبكة تحتاج لتعرف آلVLR للشبكة المزار وال HLR للمشترك. وهذا يقودنا إلى حوار مستمر بين قواعد معطيات الشبكة. إن تعريف آل HLR هام من أجل معالجة المكالمات داخل الخلايا حيث عندما تحاول الشبكة الاتصال بالمشترك ، فإنها باستجواب آلHLR لتتحقق من آخر توضع مسجل له . ثم تستجوب آل VLR حيث يكون المشترك مسجلاً لتتأكد من أنه موجود هناك . لاحقاً لذلك فإن الشبكة تخطط الطريق بين القسم الطالب والقسم المطلوب لتوصل المكالمة .
يتألف النظام الفرعي للشبكة (NSS )من العناصر التالية : HLR- AUC- MSC-VLR ومهمته : التحكم بالمكالمة -إدارة التنقل - إدارة الخدمات الملحقة والتراسل كما في الشكل0
مركز الصيانة والتشغيل (OMC) :
وهو مركزتحكم بتشغيل وترتيب الشبكة ويشمل إدارة المشترك والإدارة التقنية
للتجهيزات . وتتضمن إدارة الشبكة إدارياً وتجارياً تزويد وترتيب وانقطاع الخدمة والفترة . إن كثيراً من إدارة الترتيبات تتطلب التفاعل مع قاعدة بيانات HLR. وتجمع عملية الإدارة التجارية الإحصاءات لكي تبني نموذجاً عن تطلعات الفضليات المشترك .وحسب المعلومات المكتسبة فإن التعريفة يمكن أن تتغير حسب انتشار الحركية خلال اليوم ، وذلك عندما تكون كثافة الحركية للخدمات الشعبية عالية . وتتطلب إدارة الشبكة تقنياً أن تضمن التأهيل والترتيب الأمثل لبنية وتكوين الشبك .إن المناطق الرئيسية لنشاط OMCهي الإشراف على تنبيهات الأجهزة وتصحيح الأعطال والتحكم بإصدارات البرامج وحسن الأداء والإدارة السرية . وتحرض معظم مهام الإدارة عن بعد من تجهيزات الشبكة بواسطة رسائل شبكة تستخدم شبكة معلومات منتشرة من شبكة GSM.
الطرفيات المتنقلة Mobil Terminals :
نظرة عامة على الطرفيان المتنقلة :
تتألف المحطة من قسمين فيزيائيين :طرفيه السماعة التي هي عنصر سلعة البنية الصلبة ووحدة هوية المشترك SIM الخاصة بالمشترك.
وتنفذ الطرفيان المتنقلة وظيفتين :
" هاتف مشترك.
" وسائل اتصال مع شبكة راديوية .
جهاز سماعة المشترك:
إن الطرفية المتنقلة لها نفس نوعية الهاتف المنزلي معتمدة على المعايير التالية:
" أداء سمعي (صوتي).
" جمالية الجهاز.
الإتصال الراديوي:
يجب على الطرفية أن تستوعب ما يلي:
" تطابق معايير التوافق الكهرومغناطيسي.
" إدارة بروتوكول الإشارات .
" إدارة حساب سري .
" قادرة على التزويد بمعالجة رقمية للكلام .
ومن أجل استهلاك وزيادة عملية زمن المتابعة صمم صانعوا الطرفية دارات متكاملة منخفضة الإستطاعة كما يؤخذ بعين الاعتبار دورات الاستخدام التي لا تعمل عندما يقلل استهلاك الطاقة إلى أدنى مستوى .
ولكل حالة هناك ثلاث حالات :
1. فعّال: جميع الدارات الكهربائية تعمل وفيها طاقة .
2. راحة: انقطاع القدرة عن الدارات .
3. الجاهزية :آل CLOCKفي الدارات الرقمية متوقف وليس هناك اتصال في الدارات التمثيلية .
|
