تقنية GSM في الاتصالات

تُعد تقنية (GSM) بأنّها الجيل الثاني أو نظام الهاتف المحمول (2G)، حيث تم تقديمه في الأصل في عام 1991م، ولا يزال يستخدم للعديد من المكالمات الصوتية وبعض خدمات معدل البيانات المنخفض التي تتطلب استخدامه، كما كان اختصار (GSM) يعني في الأصل (Groupe Specials Mobile) لكن هذا تغير إلى النظام العالمي للاتصالات المتنقلة حيث انتشر النظام على أساس عالمي.

أساسيات شبكة المحمول:

على الرغم من أنّ هياكل الشبكات الخلوية تتطور مع انتقال الشبكات من (2G إلى 3G ثم 4G)، إلّا أنّ هناك عناصر معينة لا تزال كما هي، ممّا يوضح كيف تتناسب عناصر التوصيل المتنقل مع الشبكة العامة، وعند النظر إلى البنى التحتية للشبكة من الأفضل البدء بشبكة (GSM) لأنّ ذلك يبني الصورة ويوضح كيف تطورت عناصر التوصيل على مر السنين.

تحتوي شبكة (GSM) الأساسية من مجموعة متنوعة من أجهزة الإرسال والاستقبال للمحطة الأساسية (BTS) والمتصلة بوحدة تحكم المحطة الأساسية (BSC) التي قد تكون موجودة عن بعد مع (BTS) في موقع مركزي أو حتى داخل مركز التحويل المحمول (MSC)، كان نظام (GSM) في البداية يحمل الصوت فقط، ولكن مع إدخال (GPRS) و(EDGE) تم نقل خدمات البيانات، حيث تم تبديل الصوت بالدائرة ولكن تم تبديل حزمة البيانات.

عند وصول (UMTS)، تم تقديم واجهات مختلفة لتلبية احتياجات النظام الجديد، حيث استمرت (BTS) بمثابة عقدة (B)، وكان ما يعادل (BSC) هو وحدة تحكم شبكة الراديو (RNC) وكان الارتباط من العقدة (B) إلى (RNC) يُطلق عليه (Iub) ومن (RNC) إلى (MSC)، كان (Iu-cs) ومن (RNC) إلى (SGSN) للبيانات ومن ثم أصبح (Iu-ps)، وفيما يتعلق بالمناطق التي يتم فيها تطبيق تقنيات التوصيل المتنقل يمكن تضمين جميع ارتباطات (Abis وA وGb وIu) ضمن شعار التوصيل المتنقل.

نما استخدام (GSM) بما يتجاوز كل التوقعات الأصلية، وفي البداية كان يُنظر إليه على أنّه نظام أوروبي لكن استخدامه انتشر على مستوى العالم وبحلول عام 2004م، كان هناك أكثر من مليار اشتراك وهو إنجاز بارز حيث استغرقت الخطوط الأرضية أكثر من (100 عام) للوصول إلى هذه النقطة.

ما هو GSM؟

تم تطوير نظام (GSM) كتقنية الجيل الثاني (2G) للهواتف الخلوية، ويُعد الهدف الأساسي هو توفير نظام من شأنه أن يمكّن من تحقيق قدرة أكبر من الجيل الأول السابق للأنظمة التماثلية، حيث حقق (GSM) هذا باستخدام (TDMA) رقمي أي باعتماد نهج الوصول المتعدد بتقسيم الوقت.

من خلال اعتماد هذه التقنية، يمكن استيعاب المزيد من المستخدمين ضمن النطاق الترددي المتاح وبالإضافة إلى ذلك تم اعتماد تشفير الكلام المشفر رقمياً للاحتفاظ بالخصوصية، وباستخدام التقنيات الخلوية التماثلية السابقة، كان من الممكن لأي شخص لديه جهاز استقبال ماسح ضوئي أن يستمع إلى المكالمات وتم التنصت على عدد من الشخصيات الشهيرة ممّا أدى إلى عواقب محرجة.

خدمات GSM:

إنّ الكلام أو المكالمات الصوتية هي الوظيفة الأساسية لنظام (GSM) الخلوي، حيث يتم تشفير الكلام رقمياً وفك تشفيره لاحقاً باستخدام مشفر صوتي، كما تتوفر مجموعة متنوعة من المشفرات الصوتية للاستخدام والتي تستهدف سيناريوهات مختلفة، وبالإضافة إلى الخدمات الصوتية تدعم تقنية (GSM) الخلوية مجموعة متنوعة من خدمات البيانات الأخرى، وعلى الرغم من أنّ أداؤهم لا يقترب من المستوى الذي يقدمه الجيل الثالث إلّا أنّهم لا يزالون مهمين ومفيدين.

كما تم تطويره كجزء من مواصفات (GSM) وكما تم دمجه في التقنيات الخلوية الأخرى، بحيث يمكن اعتباره مشابهاً لخدمة الترحيل ولكنّه أكثر شمولاً بكثير ممّا يسمح بالرسائل ثنائية الاتجاه والتخزين والتسليم إلى الأمام، وكما أنّه يسمح برسائل أبجدية رقمية بطول معقول.

أساسيات GSM:

تم توفير تقنية (GSM) الخلوية الناتجة التي تم تطويرها لجميع هذه الأجهزة، حيث لا يصف تعريف النظام الشامل لنظام (GSM) الواجهة الهوائية فحسب، بل يصف أيضاً تقنية الشبكة أو البنية التحتية، ومن خلال اعتماد هذا النهج من الممكن تحديد تشغيل الشبكة بالكامل لتمكين التجوال الدولي وكذلك تمكين عناصر الشبكة من مختلف الصانعين من العمل جنباً إلى جنب.

على الرغم من أنّ هذه الميزة الأخيرة لم تنجح بشكل كامل خاصةً مع العناصر القديمة، حيث كان لتكنولوجيا (GSM) الخلوية عدد من أهداف التصميم عندما بدأ التطوير:

• يجب أن تقدم جودة خطاب ذاتية جيدة.

• يجب أن يكون الهاتف منخفض التكلفة أو محطة.

• يجب أن تكون المحطات قادرة على حملها باليد.

• يجب أن يدعم النظام التجوال الدولي.

• يجب أن توفر كفاءة طيفية جيدة.

• يجب أن يوفر النظام توافق (ISDN).

تُعطي واجهة (RF) لتقنية (GSM) الخلوية قنوات (RF) بتردد (200 كيلوهرتز)؛ وهي عبارة عن تقسيم زمني متعدد الإرسال لتمكين ما يصل إلى ثمانية مستخدمين من الوصول إلى كل شركة اتصالات، وبهذه الطريقة يكون نظام (TDMA / FDMA)، كما يتم تنظيم محطات الإرسال والاستقبال الأساسية (BTS) في مجموعات صغيرة، يتم التحكم فيها بواسطة وحدة تحكم في المحطة الأساسية (BSC) والتي توجد عادةً في موقع مشترك مع أحد محطات (BTS)، حيث يُطلق على (BSC) مع (BTSs) المرتبطة به النظام الفرعي للمحطة الأساسية (BSS).

مركز التحويل المحمول (MSC): هي منطقة التبديل الرئيسية في الشبكة الأساسية، حيث يرتبط به سجلات الموقع أي سجل موقع المنزل (HLR) وسجل موقع الزائر (VLR) الذي يتتبع موقع الهواتف المحمولة ويسمح بتوجيه المكالمات إليها، كما يحتوي على مركز المصادقة (AuC) وسجل تعريف المعدات (EIR) اللذين يتم استخدامهما في مصادقة الهاتف المحمول قبل السماح به على الشبكة والفوترة.

كانت إحدى الميزات المهمة التي تم تنفيذها لأول مرة على (GSM) هي استخدام وحدة تعريف المشترك، حيث تحمل هذه البطاقة هوية المستخدمين وغيرها من المعلومات للسماح للمستخدم بترقية الهاتف بسهولة شديدة مع الاحتفاظ بنفس الهوية على الشبكة، كما تم استخدامه لتخزين معلومات أخرى مثل دفتر الهاتف وعناصر أخرى، وكان عمر البطارية جانباً مهماً وكان استخدام (GMSK) يعني أنّ نقص مضخم الإرسال اللاسلكي يمكن أن يكون مرتفعاً، ممّا يسمح بعمر البطارية بأكثر من عدة أيام خاصةً مع تحسن تقنية البطارية.

مكّن إدخال بطاقة (SIM) الأشخاص من تغيير الهواتف بسهولة بالغة، وقد أدى ذلك إلى تغذية صناعة الهواتف المحمولة ومكّن الهواتف الجديدة بميزات إضافية ليتم إطلاقها، وقد سمح ذلك لمشغلي الهاتف المحمول بزيادة متوسط ​​إيراداتهم لكل مستخدم (ARPU) من خلال ضمان قدرة المستخدمين على الوصول إلى أي ميزات جديدة قد يتم إطلاقها على الشبكة، والتي تتطلب هواتف أكثر تطوراً.

رسائل – GSM SMS:

القدرة الأخرى لنظام (GSM) التي انطلقت بطريقة لم تكن متوقعة هي قدرة الرسائل النصية، كما تم استخدام رسائل (SMS) لأول مرة في 1992م، عندما استخدم (Neil Papworth) جهاز كمبيوتر شخصي لإرسال الرسالة النصية “Merry Christmas” عبر شبكة (Vodafone GSM) في المملكة المتحدة، كما أنّ مبدأ المراسلة النصية قد تم تأسيسه في عام 1992م، إلّا أنّ مزود الشبكة الفنلندية (Radiolinja) لم يكن حتى عام 1994م أول من قدم خدمة الرسائل النصية القصيرة التجارية من شخص لآخر.

بمجرد إنشاء الرسائل النصية سرعان ما انطلقت؛ لأنّها توفر طريقة أرخص بكثير لإرسال الرسائل من إجراء مكالمة، واستخدمه العديد من الأشخاص مع انتشار استخدام الهاتف المحمول ويمكن للجيل الأصغر سناً إدارة التكاليف بشكل أفضل عن طريق إرسال الرسائل النصية، ونتيجةً لاستخدام رسائل (SMS) على شبكة (GSM)، تم تبنيها من قبل أنظمة (2G) الأخرى لأنّها توفر إيرادات إضافية لمزودي الشبكة وشكل رخيص من الاتصالات للمستخدمين.

تطورات GSM:

1. حزمة GPRS:

تُعد خدمة حزمة الراديو العامة (GPRS) بمثابة تطور لنظام الاتصالات المتنقلة (GSM 2G)، وباستخدام حزم البيانات بدلاً من دوائر البيانات بتبديل الدارات، فقد مكّن سرعات مماثلة لتلك التي تم اختبارها باستخدام خدمات شبكة الاتصال الهاتفي ليتم تحقيقها في ظل ظروف مثالية، لكن سرعات البيانات كانت بطيئة جداً مقارنة بالأنظمة المستخدمة اليوم.

2. حزمة GSM EDGE:

حزمة (GSM EDGE): هي معدلات البيانات المحسّنة لتطور (GSM)، حيث كان تطور (GSM) و(GPRS) الذي استخدم تعديل (8PSK) لتحقيق معدلات نقل بيانات تصل إلى (384 كيلو بت في الثانية)، وعلى الرغم من أنّ هذا أدى إلى زيادة كبيرة عن (GPRS)، إلّا أنّ سرعات البيانات كانت لا تزال بطيئة للغاية.

إحدى الخدمات التي نمت بشكل كبير هي خدمة الرسائل القصيرة، كما تم تطويره كجزء من مواصفات (GSM)، وكما تم دمجه في التقنيات الخلوية الأخرى حيث يمكن اعتباره مشابهاً لخدمة الترحيل ولكنه أكثر شمولاً بكثير مما يسمح بالرسائل ثنائية الاتجاه والتخزين والتسليم إلى الأمام، كما أنّه يسمح أيضاً برسائل أبجدية رقمية بطول معقول، وأصبحت هذه الخدمة شائعة بشكل خاص في البداية مع الشباب لأنّها قدمت تكلفة ثابتة بسيطة ومنخفضة.

على الرغم من أنّ النظام استغرق بضع سنوات، إلّا أنّ نظام (GSM) أصبح بثبات نظام الهاتف المحمول السائد من الجيل الثاني، والسمات الرائدة مثل بطاقة (SIM) التي تتيح الاحتفاظ بنفس الرقم والحساب عند ترقية الهاتف جنباً إلى جنب مع جوانب مثل التجوال الدولي أعطته تقدماً كبيراً على الأنظمة الأخرى.