قدمت بنية شبكة (GSM) بنية بسيطة وفعالة لتوفير الخدمات اللازمة لنظام اتصالات متنقلة من الجيل الثاني، حيث هناك أربعة عناصر رئيسية للبنية الشاملة لشبكة (GSM) ويمكن تقسيمها في كثير من الأحيان، كما تم تجميع عناصر مثل وحدة التحكم في المحطة الأساسية و(MSC) و(AuC) و(HLR) و(VLR) لتشكيل النظام العام.
عناصر بنية شبكة GSM:
من أجل أن يعمل نظام (GSM) معاً كنظام كامل، وتجمع بنية الشبكة الشاملة معاً سلسلة من هويات شبكة البيانات ولكل منها عدة عناصر، كما تعمل العناصر المختلفة لشبكة (GSM) معاً ولا يعرف المستخدم الكيانات المختلفة داخل النظام، حيث تم توفير بنية الشبكة الإجمالية لتكون ناجحة للغاية وتم تطويرها بشكل أكبر لتمكين تطور (2G) لنقل البيانات ثم مع مزيد من التطورات للسماح بإنشاء (3G).
1. النظام الفرعي لتبديل الشبكة – Network Switching Subsystem:
تحتوي بنية نظام (GSM) على مجموعة متنوعة من العناصر المختلفة، وغالباً ما يُطلق عليها اسم الشبكة الأساسية، حيث أنّها في الأساس شبكة بيانات بها كيانات مختلفة توفر التحكم الرئيسي والتفاعل لشبكة الهاتف المحمول بأكملها، وتشمل العناصر الرئيسية داخل الشبكة الأساسية ما يلي:
1. مركز تبديل خدمات الهاتف المحمول – MSC:
مركز خدمات التحويل المحمول (Mobile Services Switching Centre): هو العنصر الرئيسي داخل منطقة الشبكة الأساسية للبنية الشاملة لشبكة (GSM)، حيث تعمل (MSC) كعقدة تبديل عادية داخل شبكة (PSTN) أو (ISDN)، ولكنّها توفر أيضاً وظائف إضافية لتمكين دعم متطلبات مستخدم الهاتف المحمول.
وهي تشمل التسجيل والاستيقان وموقع المكالمة والتسليم بين (MSC) وتوجيه المكالمة إلى مشترك متنقل وكما يوفر واجهة لشبكة (PSTN)، بحيث يمكن توجيه مكالمات اتصالات الهاتف المحمول من شبكة الهاتف المحمول إلى هاتف متصل بخط أرضي، و يتم توفير واجهات مع (MSCs) الأخرى لتمكين إجراء مكالمات للهواتف المحمولة على شبكات مختلفة.
2. سجل موقع المنزل – HLR:
سجل موقع المنزل (Home Location Register): هي عبارة عن قاعدة البيانات التي تحتوي على جميع المعلومات الإدارية حول كل مشترك بالإضافة إلى آخِر موقع معروف له، كما تكون شبكة (GSM) قادرةٌ على توجيه المكالمات إلى المحطة الأساسية ذات الصلة من أجل (MS).
عندما يقوم المستخدم بتبديل هاتفه، يقوم الهاتف بالتسجيل مع الشبكة ومن هذا يمكن تحديد (BTS) الذي يتصل به بحيث يمكن توجيه المكالمات الواردة بشكل مناسب، وحتى عندما لا يكون الهاتف نشطاً ولكن قيد التشغيل، فإنّه يعيد التسجيل بشكل دوري للتأكد من أنّ الشبكة (HLR) على علم بأحدث موقع لها، كما يوجد (HLR) واحد لكل شبكة على الرغم من أنّه قد يتم توزيعه عبر مختلف المراكز الفرعية لأسباب تشغيلية.
3. سجل موقع الزائر – VLR:
سجل موقع الزائر (Visitor Location Register): هي قاعدة تحتوي على معلومات محددة من (HLR) التي تمكن من توفير الخدمات المختارة للمشترك الفردي، كما يمكن تنفيذ (VLR) ككيان منفصل ولكن يتم إدراكه بشكل عام كجزء لا يتجزأ من (MSC)، بدلاً من كيان منفصل وبهذه الطريقة يتم الوصول بشكل أسرع وأكثر ملاءمة.
4. سجل هوية المعدات – EIR:
سجل هوية المعدات (Equipment Identity Register): هو الكيان الذي يقرر ما إذا كان يمكن السماح بجهاز متنقل معين على الشبكة، حيث كل جهاز محمول له رقم يعرف بالهوية الدولية للأجهزة المحمولة، كما يتم تثبيته في الجهاز ويتم فحصه من قبل الشبكة أثناء التسجيل اعتماداً على المعلومات الموجودة في (EIR)، يمكن تخصيص حالة واحدة من ثلاث حالات هي: مسموح بها على الشبكة أو وصول محظور أو مراقبتها في حالة حدوث مشكلات بها.
5. مركز المصادقة – AuC:
مركز المصادقة (Authentication Centre): هي قاعدة بيانات محمية تحتوي على المفتاح السري الموجود أيضاً في بطاقة (SIM) الخاصة بالمستخدم، كما يتم استخدامه للمصادقة والتشفير على قناة الراديو.
6. مركز بوابة تحويل الهاتف – GMSC:
مركز بوابة تحويل الهاتف (Gateway Mobile Switching Center): هي النقطة التي يتم توجيه مكالمة إنهاء (ME) إليها مبدئياً دون أي معرفة بموقع (MS)، كما إنّه مسؤول عن الحصول على رقم تجوال محطة المحمول (MSRN) من (HLR) استناداً إلى رقم (ISDN) لمحطة الجوال ورقم دليل (MS) أي (MSISDN) وتوجيه المكالمة إلى (MSC) الصحيح الذي تمت زيارته، كما يعتبر جزء (MSC) من المصطلح (GMSC) مضللاً؛ لأنّ تشغيل البوابة لا يتطلب أي ارتباط بـ (MSC).
6. بوابة الرسائل القصيرة – SMS – G:
بوابة الرسائل القصيرة (SMS – G): هي عبارة عن بوابة الرسائل القصيرة هي التي تُستخدم بشكل جماعي لوصف اثنين من بوابات خدمات الرسائل القصيرة المحددة في معايير (GSM)، كما تعالج البوابتان الرسائل الموجهة في اتجاهات مختلفة.
يُعد مركز تبديل الجوال لبوابة خدمة الرسائل القصيرة (SMS – GMSC) مخصص للرسائل القصيرة التي يتم إرسالها إلى (ME)، كما يتم استخدام مركز التبديل بين العمل المتنقل لخدمة الرسائل القصيرة (SMS -IWMSC) للرسائل القصيرة التي يتم إنشاؤها باستخدام هاتف محمول على تلك الشبكة، ويشبه دور (SMS – GMSC) دور (GMSC)، بينما يوفر (SMS – IWMSC) نقطة وصول ثابتة إلى مركز خدمة الرسائل القصيرة.
2. النظام الفرعي للمحطة الأساسية – BSS:
قسم النظام الفرعي للمحطة الأساسية (Base Station Subsystem) من بنية شبكة (2G GSM) المرتبط بشكل أساسي بالاتصال بالهواتف المحمولة على الشبكة يتكون من عنصرين:
1. محطة الإرسال والاستقبال الأساسية – BTS:
محطة الإرسال والاستقبال الأساسية (Base Transceiver Station): هو العنصر المحدد لكل خلية، حيث تتواصل (BTS) مع الهواتف المحمولة وتُعرف الواجهة بين الاثنين بواجهة (Um) مع البروتوكولات المرتبطة بها، كما تتألف محطة الإرسال والاستقبال الأساسية المستخدمة في شبكة (GSM) من مستقبلات الإرسال اللاسلكي والهوائيات المرتبطة بها التي ترسل وتستقبل للتواصل مباشرةً مع الهواتف المحمولة.
2. وحدة التحكم في المحطة الأساسية – BSC:
تشكل (Base Station Controller) المرحلة التالية مرة أخرى في شبكة (GSM)، حيث يتحكم في مجموعة من (BTS)، وغالباً ما يكون مشتركًا مع أحد (BTS) في مجموعته، بحيث يدير موارد الراديو ويتحكم في العناصر مثل التسليم ضمن مجموعة (BTS) ويخصص القنوات، كما يتواصل مع (BTSs) عبر ما يسمى بواجهة (Abis).
استخدم عنصر النظام الفرعي للمحطة الأساسية لشبكة (GSM) تقنية الوصول اللاسلكي لتمكين عدد من المستخدمين من الوصول إلى النظام بشكل متزامن، بحيث تدعم كل قناة ما يصل إلى ثمانية مستخدمين، ومن خلال تمكين محطة أساسية من امتلاك عدة قنوات يمكن استيعاب عدد كبير من المشتركين بواسطة كل محطة أساسية، كما يتم تحديد موقع المحطات القاعدية بعناية بواسطة مزود الشبكة لتمكين التغطية الكاملة لمنطقة ما، وغالباً ما يُشار إلى المنطقة التي يتم تغطيتها على أنّها محطة أساسية بالخلية.
تم ربط (BTSs) البعيدة باستخدام وصلات ميكروويف صغيرة؛ لأنّ هذا يمكن أن يقلل من الحاجة إلى تركيب خطوط محددة إذا لم تكن متوفرة، ولأنّ المحطات القاعدية تحتاج إلى تحديد موقعها لتوفير تغطية جيدة بدلاً من المناطق التي يمكن فيها تركيب الخطوط، فقد وفر خيار وصلة الميكروويف طريقة جذابة لتوفير ارتباط بيانات للشبكة.
3. المحطة المتنقلة – MS:
المحطة المتنقلة (Mobile station): هي قسم من شبكة اتصالات الهاتف (GSM) التي يراها المستخدم ويشغلها، حيث انخفض حجمها بشكل كبير بينما زاد مستوى الوظائف بشكل كبير، وميزة أخرى هي أنّ الوقت بين الشحنات قد زاد بشكل ملحوظ.
هناك عدد من العناصر للهاتف المحمول، على الرغم من أنّ العنصرين الرئيسيين هما الجهاز الرئيسي وبطاقة (SIM)، كما يحتوي الجهاز نفسه على العناصر الرئيسية للهاتف المحمول بما في ذلك الشاشة والحالة والبطاريةوالإلكترونيات المستخدمة لتوليد الإشارة ومعالجة مستقبل البيانات وإرسالها، وتحتوي المحطة المحمولة (ME) على رقم يعرف باسم الهوية الدولية للأجهزة المحمولة (IMEI)، حيث تم تثبيت هذا في الهاتف في التصنيع ولا يمكن تغييره، كما يتم الوصول إليه من خلال الشبكة أثناء التسجيل للتحقق ممّا إذا كان قد تم الإبلاغ عن سرقة الجهاز.
تحتوي بطاقة (SIM) أو وحدة تعريف المشترك على المعلومات التي توفر هوية المستخدم للشبكة، كما يحتوي على مجموعة متنوعة من المعلومات بما في ذلك رقم يعرف باسم الهوية الدولية لمشتركي الهاتف المحمول (IMSI)، بسبب وجود هذا في بطاقة (SIM) فإنّه يتم نقل بطاقة (SIM) من هاتف محمول إلى آخر، ويمكن للمستخدم تغيير الهواتف المحمولة بسهولة.
إنّ سهولة تغيير الهواتف المحمولة مع الاحتفاظ بنفس الرقم يعني أنّ الأشخاص سوف يقومون بالترقية بانتظام، وبالتالي خلق تدفق إضافي للإيرادات لمزودي الشبكات والمساعدة في زيادة النجاح المالي العام لنظام (GSM).
4. نظام التشغيل والدعم الفرعي – OSS:
يُعد النظام الفرعي لدعم التشغيل (Operation and Support Subsystem) عنصراً ضمن بنية شبكة الاتصالات المتنقلة (GSM) والمتصلة بمكونات (NSS وBSC)، حيث يتم استخدامه للتحكم في شبكة (GSM) العامة ومراقبتها، كما يتم استخدامه للتحكم في حمل حركة المرور في (BSS)، وتجدر الإشارة إلى أنّه مع زيادة عدد (BS) أي مع زيادة عدد المشتركين، يتم نقل بعض مهام الصيانة إلى (BTS) ممّا يسمح بالتوفير في تكلفة ملكية النظام.
تتبع بنية شبكة (2G GSM) طريقة منطقية للتشغيل، حيث أنّه أبسط بكثير من معماريات شبكة الهاتف المحمول الحالية التي تستخدم كيانات محددة بالبرمجيات لتمكين التشغيل المرن للغاية، ومع ذلك فإنّ بنية (2G GSM) تُظهر الوظائف الأساسية الصوتية والتشغيلية المطلوبة وكيف تتلاءم معاً، ولأنّ نظام (GSM) كان رقمياً بالكامل كانت الشبكة عبارة عن شبكة بيانات.
