شرح نظام GSM خطوة بخطوة

####################

النظام العالمي للاتصالات المتنقلة

GSM (Global System Mobility) :

####################

تعني النظام العالمي المتحرك للجوال وهي الشبكة الحالية المتوافقة المواصفات في جميع أنحاء العالم.

أي بمعنى آخر هي أعظم انجاز علمي في الاتصالات اللاسلكية.

####################

أصناف أنظمة الارسال الراديوية المتنقلة:

####################

1-نظم ارسال بسيطة (Simplex): فيها يتم الاتصال في اتجاه واحد ونظم البيجر خير مثال على ذلك حيث يستقبل الرسائل ولكن لا يتم الرد عليها.

2-نظم ارسال نصف مزدوجة (Half-duplex): فيها يتم الاتصال في اتجاهين حيث ان هذه الأنظمة تستخدم قناة رادوية واحده للارسال والاستقبال (أي يرسل أو يستقبل المعلومة) مثل لذلك "طرفيات البوليس" .

3- نظم ارسال مزدوج (Full-duplex): فيها يتم الاتصال المتزامن والقاعدة الثابتة (أي يتم الارسال في نفس الوقت واستخدام قناتين منفصلتين ولكن بينهما تزامن.

####################

نبذه تاريخية عن نظامGSM : 

####################

• 1982 اوصت هيئة الاتصالت الدولية ب2*25 ميجاهيرتز.

• 1982 نظام المجموعة الخاصة بالهاتف المتنقل GSM تأسست من قبل CTEP.

• 1987 تم تحديد العناصر الضرورية لارسال اللاسلكي.

• 1989 أخذ معهد معايير الاتصال الاوربي على عاتقه مسوؤلية مواصفات نظام GSM.

• 1990 تم تثبيت مواصفات جي أس إم 900.

• 1991 تدشين اول شبكات GSM.

• 1992 تم تغير اسم GSM الي نظام الموحد للاتصالات المتحركة لاسباب تسويقه.

• 1993 انجاز اتفقيات التجول الدولي.

• 1994 انطلقت تقل البيانات بكفاءة.

• 1995 تدشين اول شبكة PCS بداية التجول لكل من SMS والبيانات.

• 1996 "133" في واحد وثمانين دولة اصبحت جاهزة للتشغيل.

• 1997 "200 " شبكة GSM من (109) دولة جاهزة.

• 1998 "320" شبكة GSM في (118) دولة.

• 1999 نظام تطبيق لاسلكي في 130 دولة

• 2000 خدمات الحزمة الرادوية العامة(GPRS).

####################

مواصفات ال GSM:

####################

1- نطق الارسال من محطة الارسال الثابت 935_960 ميجاهيرتز (DOWN LINK).

2- نطاق ارسال من محطة متنقلة

890_915 ميجاهيرتز (UP LINK).

3- اقصى قدرة ارسال 20-3 واط .

4- عدد القنوات من النوع المزدوج 125 قناة.

5- عرض النطاق الترددي في القناه الواحده 200 كيلو هيرتز.

6- طريقة النقل تعد الوصول بتقسيم الزمن (TDMA).

7- عدد المشتركين في الاطار الواحد ثمانية لكل إطار.

8- تشفير الكلمات 13 كليو بت لكل ثانية.

9- طرق حماية الخطاء :

- الترك البيني.

- تشفير القناة.

- قفز التردد.

- المساواة التكيفية.

10- طريقة التعديل أو التضمين ( زحزحة التبديل الدنيا الجاوسيةGMSK).

####################

عمل شبكة GSM: 

####################

لكي تتضح كيفية عمل شبكة ال GSM من الضروري معرف مكونات الشبكة , والتي تتكون من عدة أجزاء تعمل مع بعضها , هذه الأقسام الرئيسية هي:

1- ال NSS.

Network Station Subsystem.

2- ال BSS.

Base Station Subsystem.

3- ال OSS.

Operation Support Subsystem.

4- ال MS.

Mobile Station.

####################

ال( NSS):

####################

وهو المسؤول عن تنظيم المكالمات ويتألف من الأجزاء التالية:

1- ال MSC.

Mobile Switching Center.

2- ال HLR.

Home Location Register.

3- ال VLR.

Visitor Location Register.

4- ال AUC.

Authentication Center.

5- ال ILR.

Individualised Learner Record.

6- ال EIR.

Equipment Identity Register.

####################

ال( BSS): 

####################

وهو المسؤول عن تنظيم الاتصالات اللاسلكية ويتألف من الأجزاء التالية:

1- ال BSC.

Base Station Controller.

2- ال BTS.

Base Terminal Station.

####################

ال ( OSS):

####################

وهو المسؤول عن نظام التشغيل والمراقبة ويتألف من الأجزاء التالية:

1- ال OMC.

Operation &  Maintenance Center.

2- ال NMC.

Network Management Center.

####################

ال ( MS):

####################

وهو الهاتف الجوال ويتألف من:

1- ال ME.

Mobile Equipment.

2- ال SIM-card.

Subscribe Identity Module.

####################

تلميح:

ال( SS) هو نفسه (NSS) المختصر.

####################

####################

1. ال NSS:

Network Station Subsystem:

####################

وهو الذي يقوم بإيصال الشبكة اللاسلكية مع الشبكة العامة ومع الشبكات اللاسلكية الأخرى ويقوم أيضا بتنظيم عمل الشبكة مع تحركات المستخدمين داخل الشبكة أو خارجها وتنظيم فواتير المستخدمين.

ويعتبر القلب بالنسبة لنظام ال(GSM).

****************************

ال( MSC): 

****************************

وهو عبارة عن مقسم هاتفي رقمي متطور وهو ينظم الاتصال مع مقاسم أخرى و هو المسؤول عن تغيير( BSCs).

ال( ISDN) و( PSTN) بوابة خرج لها اتصالات مع بقية الشبكات الثابتة مثل ( MSC) و ( AUC) ويؤمن الربط مع (INTERNET) ويفرض الوصول إلى شبكة قواعد البيانات الثابتة( HLR) و( VLR) لذلك يعتبر العمود الفقري لشبكة ال( GSM).

PSTN= Public Switching Telephone Network.

ISDN= Integrated Services Digital Network.

****************************

ال( HLR ):

****************************

يحتوي على أية معلومات عن المشتركين الذين تخدمهم الشبكة

فهو مستودع مركزي لجميع المعلومات المطلوبة ( HLR) تحفظ في سلسلة قواعد بيانات أولها السماح للمستخدم باستخدام الشبكة.

عندما يجري المشترك مكالمة ترسل بعض المعلومات الموجودة في( SIM) والتي تتعرف على المشترك وتميزه عن مشترك آخر وتتجدد المعلومات عن مكان ( HLR) لتتبين عن آخر موضع ل( HLR) مع الشبكة حيث تقوم الشبكة عند بدء المكالمة باستجواب معروف للمشترك وحالة جهازه المتنقل في ذلك الوقت وعن طريق هذه المعلومات يتم تحديد مسار المكالمة وتحديد موقع المستخدم المطلوب.

يحتوي على مفتاح التشفير السري المصاحب للمشترك مما يسمح للشبكة بالتعرف علي ( HLR).

وظائف ال( HLR) الأساسية تتلخص بما يأتي :

1. تسجيل المعلومات المتاحة عن المشترك.

2. تسجيل المعلومات عن مكانه وعنوانه.

3. رقم هاتفه النقال.

****************************

ال( VLR):

****************************

هذا القسم هو عبارة عن مخزن للمعلومات المؤقتة والمتعلقة بالمشتركين المتنقلين عبر الشبكة حيث إن هذه المراقبة ضرورية لكي تحدد الشبكة مكان وجود كل مشترك في أي خلية

ويملك سجلات عن المستخدمين في ( MSC) في كل مكان يوجد فيه ( VLR) وتكون هذه السجلات مؤقتة وبغض النظر فيما إذا كان هذا المستخدم تابع لل( MSC).

****************************

ال( AUC):

****************************

يمتع بدرجة عالية من الأمن المعلوماتي و ذلك عبر عدة وظائف.

من المميزات الهامة في( AUC):

هو المسؤول عن اغلب الوظائف في شبكة ال( GSM).

فهو يقوم بتخزين المعلومات السرية عن المشتركين مما يتيح لصاحب هذه المعلومات فقط بالعبور إلى الشبكة الخلوية (تحقيق هوية المشترك) وبذلك تتم حماية المشتركين من الاستخدام الاحتيالي).

****************************

ال( ILR):

****************************

قاعدة بيانات تحتوي على معلومات عن المشتركين المسموح لهم بالتنقل.

****************************

ال( EIR): 

****************************

معرفة ( ME) وهو يشارك في الوظيفة الأمنية ويكون دوره التأكد من شرعية أجهزة الموبايل الموجود في كل جهاز (IMEI) (هل هي مسروقة أو غير مسجلة في الشبكة) وذلك عن طريق الخطوات التالية :

1- يطلب ال( MSC/VLR) ال( IMEI) من( MS).

2- يرسل ال( MSC/VLR) ال( IMEI) إلى( EIR).

3- يقوم ال( EIR) بمطابقة ال( IMEI) المخزنة لديه مع ثلاث قوائم من أرقام ال( IMEI).

وهذه القوائم هي :

(القائمة السوداء – القائمة الرمادية – القائمة البيضاء)

4- يرسل ال( EIR) إلى( MSC/VLR) للسماح له أو منعه من دخول الشبكة نتيجة المطابقة وشرعية الجهاز.

****************************

ال( GMSC):

Gateway Mobile Switching Center:

****************************

وهو ( PSTN) هو عبارة عن نقطة الوصل بين شبكة الموبايل اللاسلكية وشبكة التلفون الثابت المسؤول أيضا عن توجيه المكالمات من التليفون الأرضي والتليفون المحمول والعكس بالعكس.

####################

2. ال( BSS):

Base Station Subsystem:

####################

تعني وحدة مركزية تحتوي على ( SHELTER) وبالقرب منه (ANTENNA ) وهو عبارة عن( BSC) وهي المسؤولة عن توزيع الترددات وتامين الاتصال اللاسلكي من خلال الهواء.

****************************

أ- BSC: 

****************************

وهي التي تدير موارد اتصال الراديو ل BTS واحد أو عدة BTSs, تتعامل مع اعداد قناة الراديو , و نظام قفز (وثب ) الترددات frequency Hopping و التسليم من خلية لاخرى بمعنى إعطاء الموبايل (الجوال) تردد جديد عندما يغير خليته أو موقعه Handovers , في أكثر الأحيان سوف تجد BSC و عدة BTSs في نفس الموقع , لنقل على سطح إحدى البنايات .

****************************

ب- BTS:

****************************

ال BTS يحتوي على جهاز الارسال والاستقبال الذي يعرف لنا الخليه التي سوف تعطي جهازالموبايل (الجوال) إشارة الراديو التي سوف يرسل و يستقبل عليها , ال BTS مربوط مع ال BSC .

كل BTS يخدم خلية ,أى مكان على سطح الارض يمكن ان يغطى بخلية أو عدة خلايا .

إن أبعد نقطة يستطيع أن تغطيها وحدة ال BTS تقريبا 8 كم وتكون عادة في الاماكن الخارجية الغير مزحومة مثل القرى أو ضواحي المدن .

ال BTS النموذجي يغطي زاوية قدرها 120 درجة , إذ نحتاج الي 3 BTSs لتغطية 360 درجة.

####################

3. ال( OSS):

Operation Support Subsystem:

####################

ويعتبر مركزا للعمليات والدعم ويقوم بما يلي :

1- تخطيط الشبكة ( Planning ).

2- تشغيل الشبكة ( Operating).

صيانة الشبكة ( Maintaining).

مراقبة الشبكة ( Supervising).

تطوير الشبكة ( Developing).

****************************

ال( OMC): 

****************************

وظيفته الأساسية هي الصيانة المركزية ولذلك يعمل على:

1- تعيين مكان الخطأ.

Where is the error.

2- تعيين نوع الخطأ.

(S/W or H/D).

3- ما الذي يمكن استبداله لعلاج الخطأ المكتشف.

What must be replaced.

****************************

ال( NMC):

****************************

وهو المسؤول المباشر عن عمليات التحقق.

####################

4. ال( MS):

(MS) mobile station :

####################

يستخدم لإجراء المكالمات من خلال ( ME+SIM-CARD). عبارة عن محطة متحركة (الشبكة الخلوية) وهو على ثلاثة أنواع:

1- الهاتف المحمول في اليد.

Hand held phone.

2- العدة المتنقلة.

Portable phone.

3- هواتف المركبات.

Car phone.

****************************

ال( ME):

(ME) mobile equipment :

****************************

وهو عبارة عن الهاتف الجوال أي (الجهاز فقط ).

****************************

ال( SIM-card):

Subscribe Identity Module:

****************************

وهي عبارة عن وحدة تعريف الهوية للمشترك وبمعنى أكثر دقة هي عبارة عن وحدة ذاكرة يتم تثبيتها في الجهاز النقال ويتم تخزين كل البيانات اللازمة للاتصال فيه.

للسماح للجهاز بالدخول لخدمات الشبكة مثل( IMSI).

IMSI= International Mobile Subscribe Identity.

####################

وظيفة الشبكة الخلوية:

( FUNCTION OF CELLULAR NETWORK):

####################

وظيفتها الأساسية توصل الهاتف النقال بكل من :

1. هواتف أخرى نقالة بالشبكة.

2. شبكات خلوية أخرى.

3. شبكات هواتف محلية أخرى (PSTN).

4. شبكات النقال الأرضية المحلية.( PLMN).

####################

وظائف ال( SS) الأساسية :

####################

تتلخص بما يأتي:

1.معالجة المكالمات.

2.تحويل مسارات الصوت والبيانات.

3.عمليات الشحن.

4.التوصيل بالشبكات الأخرى والمحطات الأرضية.

####################

وظائف مركز الرسائل:

MESSAGE CENTER:

####################

يقوم بالخدمات الآتية:

1- الرسائل القصيرة( SMS).

2- البريد الصوتي( VOICE MAIL).

3- الفاكس( FAX MAIL).

####################

وظائف الشبكة الذكية:

( MOBILE INTELLIGENT NETWORK):

####################

تقوم بالاتي:

1. خدمات المشتركين الخاصة ,إجراء مكالمات مسبقة الدفع و تحويل الرصيد.

2. تنظيم خدمات الأعمال.

####################

معلومات أكثر عن ال( IMEI):

International Mobile Equipment Identity :

####################

هو عبارة عن رقم خاص يوضع في كل جهاز موبايل من قبل الشركة المصنعة لذلك الجهاز وهذا الرقم يرسل مع كل اتصال يجريه الموبايل إلى الشبكة وهو عادة موجود خلف بطارية الجهاز.

####################

سيناريو يشرح طريقة عمل شبكة ال GSM باختصار:

####################

عندما نشغل جهاز الموبايل(الجوال)MS فإنه يحاول ان يطلب الشبكه , على امل ان تسمح له أو تخوله الشبكة من استخدام مواردها ,هذا يمكن ان يحدث بالنسبه لشبكتك الام آو حتى اذا كنت في حالة تجوال roaming و تستخدم خدمات شبكه غير شبكتك الام. ان جهاز الموبايل(الجوال) MS يعمل هذا الشئ بالاتصال مع ال BTS الموجود في نفس المكان آو بمعنى آخر ال BTS المغطي لهذه المنطقه المتواجد بها الموبايل .تقوم ال BTS's بشكل اعتيادي ببث (ارسال) الترددات و ذلك لتمكين الموبايل MS من التقاط الاشارة الاقوى .وهذا التغيير في ال BTS لا يحدث هكذا و انما الموبايل MS يقيس قوة الاشارة فاذا وجد اشارة افضل من التي هو عليها يرسل القياس إلى ال BTS و ال BTS بدوره يرسلها الى ال BSC الذي هو مراقب لا BTS's ويرى إذا كان هذا التغيير في ال BTS ممكن يحوله آو يسلم الموبايل إلى ال BTS الجديد وهذي الطريقة تسمى ال Handover . ولكن إذا ال BTS الجديد لا يتبع ال BSC الحالي فانه يرفع الامر الى MSC لأخذ الإجراء المناسب وهو الاتصال بال BSC الجديد وتسليم الموبايل ال BTS الجديد لان ال BSC لا يستطيع التحدث مع BSC آخر, اذا الموبايل غير BSC وغير ال BTS و هذه عادة تحصل عندما نكون في وسيله من وسائل النقل كالسياره فنغير الاثنين معا .في كلتا الحالتين الموبايل MS و الMSC يعملون مع بعض لعمل التسليم Handover بشكل سلس, الشبكه تعمل على حجز قناة في ال BTS الجديد لتمكين التسليم Handover و حتى ان كنا اثناء مكالمه للاتصال القادم علينا بمعنى اذا اراد احد ان يتصل عليك من الضروري ان تعرف الشبكة اين يتواجد الموبايل (الجوال) MS وتحت اى MSC واى BSC واى BTS لكي تتمكن الشبكة من إيصال المكالمه اليك , هنا نتعرف على اهمية ال HLR سجل الموطن , VLR سجل الزوار .ان ال HLR يخبرنا عن ال VLR وماذا يعرف؟. اين الموبايل(الجوال) MS ؟؟. أن ال VLR يحتوي على ما يسمى بال LAC Location Area Code كود المناطق و هو عباره عن كود للمناطق التي تغطيها كل خليه آو مجموعه من الخلايا . ال VLRينشأ صفحة تحتوي معلومات عن الموبايل MS ويرسلها الي MSC وهذا يحدث عندما يغير الموبايل موقعه من مكان الي آخر وال MSCيحدث ال HLR بأخر موقع للموبايل .الموبايل دائما يكون على اتصال مع ال PCH Paging channel لذلك الموبايل دائما يحصل على مكالمات ويستقبلها, اذا الاتصال القادم إلى الموبايل MS يبدأ دائما من عند HLR هذا الاتصال يحدث بسهوله لان كل شبكه تعرف اين HLR الخاص بها وايضا تعرف رقم الموبايل المشترك لديها MS و لهذا لانه تم الابهم فالاتصال يذهب أليهم أولا و لايهتم في البدايه بموقع الموبايل MS الحالي لان التبديل أو تحويل المكالمه سوف يتم عن طريق MSC .