GSM SİSTEMİ Ve Çalışma Prensipleri...
GSM; Global System for Mobile communication, halk dilinde mobil iletişim sistemidir.
GSM, dünya genelinde ilk olarak Finlandiya’da kullanılmaya başlanmıştır. Finlandiya, gerek coğrafi yapısı, gerekse hava şartları ve yerleşimin oldukça dağınık olması sebebiyle, insanları kablolu iletişime alternatif bir sistem olan mobil sistem üzerinde çalışamalar yapmaya teşvik etmiş ve ilk 1982 yılında sistem üzerinde deneyler yapılmaya başlanmıştır.

GSM networkü SS7 (signalling system no7) mantığı üzerine oturtulmuştur. SS7 sistemi;
Bir a numarası, b numarasını aradığında, numara adım adım değerlendirip, her seferinde bir diğer santrale sorarak arama yapılır. SS7 sisteminde, digit translation yapılırken bir santraldan diğerine virtual bir kanal oluşur. Bu esnada hiçbir zaman konuşma kanalı meşgul edilmez. Sonuçta b-numarası santraline ulaşılıp telefonun boş olduğu görülünce, konuşma kanalı alınır ve atanır.
· bu sayede konuşma kanalı daha ekonomik kullanılır.
· santral sistemi kendi elemanları arasında SS7 üzerinden haberleşir
· cep ve baz istasyonu arasında ise telsiz taşıması yapılır.
· özel ayrılmış frekans bandı üzerinden dijital haberleşme olur.
· baz istasyonundan sonra yere inen konuşma bilgisi SS7 teknolojisi ile ait olduğu santrala aktarılır



-----------------------------------

GSM sistemi birçok bağımsız birimden oluşmaktadır. Temel olarak bir GSM networkü, mobil istasyon, baz istasyonu ve network alt sistemi denilen santral birimi olarak 3 temel parçadan oluşmaktadır.
-Cep telefonu – MS (mobile station)
Aboneler tarafından taşınılan mobil telefonlar
-Baz istasyonu – BS (base station)
Mobil telefonlarla devamlı haberleşen, radyo arabirimini kontrol eden birimdir. Özetle mobil telefon ve santral arası bağlantıyı kuran birim olarak adlandırılabilir.
-Santral – MSC (mobile services switching center)
Mobil telefondan-mobil telefona, kablolu telofon yada ISDN’ler arası görüşmeleri sağlamak amacıyla bağlantının kurulduğu ana birimdir. MSC ayrıca GSM network’ünün operasyon ve yönetiminden de sorumludur.



--------------------------------

GSM sistemi hücresel (cellular) mantıkta çalışır. Telsiz etki alanı hücrelere bölünmüştür ve her hücrede bir baz istasyonu bulunmaktadır.( tahsis edilen konuşma kanalları komşu hücreler arasında paylaştırılmıştır)

Baz istasyonu sistemi BSC (base station controller) ve BTS (base transceiver stations) den oluşur.
-BSC, radyo dalgaları ile ilgili tüm fonksiyonlara kumanda eder. MS (mobile station) handover, radyo kanalı tahsis etme ve hücre data bilgilerini toplama görevleri vardır. BSC’ler bağlı bulundukları MSC’ler tarafından kontrol edilirler.
-BTS, radyo arabirimini kontrol eder. BTS ekipmanları, transceiver-receiver (alıcı-verici ünite) ve antenden oluşmaktadır ve herbir hücreye servis vermektedir. BTS’ler BSCler tarafından kontrol edilirler.
Baz istasyonu havadan alinan telsiz sinyallerini direkt yere indirip santrala iletir. Maximum 20-30 kilometre yarıçaplı bir etki alanına sahip olan baz istasyonları ve her hücrede farklı frekansta çalışır. Bu nedenle bir hücre diğeri ile örtüşmez. Aksi takdirde komşu hücrelerden bu hücreye sarkma olur yani bir VLR etki alanı ile diğeri karışabilir.


------------------------------------------------

MSC (Mobile Service Switching Center), Ana santral, networkteki bağlantının, konuşma ve data haberleşmesinin yapıldığı birimidir. (interconnect)
gsm-->gsm’e, gsm-->pstn’e, gsm-->client server’lara olan bağlantıyı sağlar.


---------------------------------------------------------

HLR ve VLR kavramları sistemin temel yapıtaşlarını oluşturmaktadır.
HLR (home location register); Cep telefonunun nerede olduğu bilgisi ve abonenin kimlik bilgilerine dair her türlü veriyi tutan bilgi bankası, bir tür databasedir. HLR, abonenin ülke genelinde nerede olduğu bilgisine sahiptir.
VLR(visitor’s location register);sadece içinde bulunduğu MSC bölgesi sınırları içerisinde bulunan abonelerin bilgilerini geçici olarak içerir. (CLIP/CLIR veya santral setting gibi bilgileri de tutar... )
Bir veya birkaç MSC’ye birden hizmet veren HLR’da, subscriber sayısının fazla olması sebebi ile bu numaralar range’lere bölünmüş halde tutulmaktadır. örneğin; HLR1 üzerinde ilk 1 milyon abone var gibi..
Şimdi ise bir konuşmanın nasıl gerçekleştiğinin senaryosunu inceliyelim



------------------------------------------

Konuşma her zaman 2 safhadan oluşur;
1) sinyalizasyon safhası ( bu esnada a numarasını tanımlamak, security check yapmak, b numarasının yerini tesbit edip onun serbest veya busy olduğuna bakmak)
2) call established (konuşma)
•a numarası öncelikli olarak bir baz istasyonu servis alanı (hücre) içinde olmalıdır. Hücreden alınan arama bilgisi radyo arabirimi üzerinden BS (baz istasyonu) vasıtası ile yere indirilir.
•BS bu yolla sinyali MSC’ye iletir.
•cep telefonu sinyalizasyon kanalı üzerinden Ki tanıtım anahtarı ile beraber IMSI / MSISDN ve görüşme yapmak istediği b-numarasını yollar
•MSC, gelen talebi kontrol ettikten sonra onaylamasını yapar (IMSI,Ki) ve aranan b-numarasını inceleyerek onun önce nerede olduğunu bulmak amacı ile VLR’dan bilgi alır.
•eğer b-numarası VLR’ın kendi servis alanında değil ise, HLR’a sorar. HLR, ülke genelinde bir cep telefonunun nerede bilgisine sahip bir database’dir.
• kontrol safhasında MSC, EIR (equipment identity register) database’inden aboneyi sorar. EIR, network üzerinde servis alan abonelerin ve aynı zamanda çalıntı telefonların ve giriş izni olmayan abonelerin numaralarının olduğu bir databasedir. Telefon tanımlı, kullanılan bir numara ise ok. verir, çalıntı yada borç yüzünden kapalı ise ok. verilmez.
•son olarak, AUC (authentication center) databesinden abone araştırılır. AUC, tüm abonelerin SIM kartında bulunan güvenlik numarasının bulunduğu, abonenin radyo kanalının kullanımı aşamasında, onay ve kod çözme safhalarında kullanılan, bir databasedir.
•tüm bu kontrollerden geçen abone için MSC-a aldığı bilgi ile diğer servis alanına bakan MSC-b’ye başvurur.
•MSC-b gelen aramayı devam ettirmek için önce b-numarasının meşgul ve o hücre içinde tahsis edilecek boş kanal olup olmadığının kontrolünü yapar.
• tüm kontrollerin yapılması sonucu, gerekli şartların sağlanması durumunda a-numarasının, b-numarası ile konuşması için gereken trafik kanalı verilir ve konuşma başlar.
Konuşma boyunca A+ arabiriminde(hava telsiz yüzü yapılan tüm konuşma Kc şifresi ile gönderilir
bu şifre ancak cep ile MSC arasında bilinir ve MSC gelen şifreli mesajları bu anahtar ile açar. Konuşma bitince tahsis edilen tüm trafik ve sinyalizasyon kanalları geri alınır
- OMC(bakım onarım merkezi) bakım amaçlı kullanılır. GSM santraline eklenip çıkartılan yeni cihazların tanımı yapılır, 24 saat GSM sistemi buradan gözlemlenir. Ayrıca arıza müdahalelerinin bir kısmı buradan yapılır.

-----------------------------------------------------


GSM Sistemi “cellular” yani hücresel bir sistemdir. CELL(hücre);GSM networkünün en temel ünitesidir. Bir baz istasyonu (BS) tarafından kapsama alanı içine alınan ve servis verilen en küçük karaparçasına verilen addır. Bir cell ortalama, 200m-30km arasında değişen çapta bir bölgeye servis alanı olarak tahsis edilebilir. Alanın büyüklüğü bölgedeki popülasyona ve trafiğe göre değişiklik göstermektedir.

Micro, Macro ve Picocell olmak üzere 3 farklı cell tipi vardır. Microcell; outdoor mekanları (örneğin; binalar arası yavaş bir trafikte hareket eden insanların olduğu),Macrocell; geniş alanları (örneğin; okul kampusleri, şehirlerarası otobanlar gibi), Picocell ise daha özel alanları (konferans salonu, lobiler gibi) kapsamak üzere tasarlanmıştır. Birden fazla cell’den meydana gelen alanabir Location Area (LA) bölgesi denir. Her LA içerisindeki cell’lere tahsis edilen frekanslar birbirinden farklıdır. Şekilde de görüldüğü üzere komşu cell’ler arası interferansı olabildiğince azaltabilmek için (farklı renklerde görülen tarzda) frekans ayarlaması yapılır.










Bir baz istasyonu birden fazla hücreye servis verebilir. Baz istasyonlarının bağlı bulundukları birimlere BSC (Base Station Controller) denir. BSC’ler konuşma için tahsis edilen kanallardan 2 tanesini kullanarak baz istasyonlarının kontrollerini yapar. Baz istasyonu kontrol merkezleri MSC’lere bağlıdır ve baz istasyonları için yapmış olduğu kontol bilgilerini aktarır. Böylelikle MSC’ler hizmet verdikleri bölgelerinde hangi baz istasyonunun aktif olup olmadığı, kullanılan kanalları kontol eder.





Açık ve kapsama alanı içerisinde bulunan mobil telefon, çağrı geldiğini hücrenin PAGCH kanalı üzerinden yollanan uyarı/bilgilendirme mesajıyla anlar. Bu uyarı/bilgilendirme mesajlarının yollanması konusunda iki uç nokta vardır.

Bunlardan birincisi: mobil telefona yapılacak her yeni çağrıda network’e dahil olan her hücrenin uyarılması/bilgilendirilmesi - ki bu durumda mevcut band genişliği boşu boşuna harcanmış olmaktadır-.

Diğer bir uç nokta ise abonenin yer değiştirmesi durumunda yer değişikliği bilgilerinin hücre düzeyinde sisteme iletilmesidir. Böyle bir yaklaşımın sonucunda çok fazla sayıda yer değişikliği mesajının sisteme iletileceği açıktır.

Anlatılan bu iki uç noktanın çözümü hücreleri gruplayarak bölgeler (lokasyonlar) yaratmaktan geçer. Böyle bir çözümde yer güncelleme bilgisinin üretilmesi sadece bölge değiştirildiğinde gerekli olduğundan dolayısıyla yukarıda zararları anlatılan iki uç duruma çözüm getirilmiş olur. Böylelikle LA (Location Area) kavramı ortaya çıkar. L

ocation Area;hücre gruplarının oluşturduğu gruba verilen ad’dır.

Bir LA bölgesinde 1 MSC ve 1 de VLR bulunmaktadır. LA içerisinde bulunan abonelerin bilgileri VLR database’inde geçici olarak tutulmaktadır. Abone servis alacağı LA içerisine girdiğinde bilgileri VLR’a, o bölgeye servis veren HLR tarafından bir kopyası alınarak aktarılır. Abone LA dışına çıktıktanbir süre sonra VLR’daki bilgileri silinir.






Mobilite yönetim katmanı şekildeki mimari yapı üstünde yer almaktadır ve abonenin mobilite bilgilerine ilişkin fonksiyonlarını yürütmektedir. Yürütülen bu fonksiyonlar arasında yetki denetimi ve güvenlik gibi konular da vardır. Yer (lokasyon) yönetimi, gelen çağrıların cihazı açık ve kapsama alanı içinde olan aboneye yönlendirilmesi prosedürleriyle ilgilidir. Şimdi lokasyon yönetimi ile ilgili Handover ve Location Update kavramlarını inceliyelim.


GSM network sistemi her hücre için ayrı frekansların tahsis edilmesi mantığı üzerine kurulmuştur. Bu sebeptendolayı konuşma esnasında yer değişimi söz konusu olduğunda radyo kanllarının fix link olarak tahsis edilmesi mümkün değildir. Bu durum handover kavramını ortaya çıkarır.

HANDOVER; süregelen bir konuşmanın farklı kanallarda yada hücrelerde bağlantısının kopmadan sürdürebilmesi için bağlantısı olayıdır.Yada kısaca; aynı location area içinde bir hücreden diğerine devir olma durumudur. 2 farklı handover olayı bulunmaktadır;

1-)aynı cell içerisinde handover,

2-)farklı celler arasında gerçekleştirilen handover.


Aynı cell içerisinde handover BSC tarafından, farklı celler arasında handover MSC tarafından yapılır.


Handoveryapılabilmesi için, gidilen hücrede boş frekans tahsissinin yapılması gerekir. MSC önce gidilecek hücrede boş frekans olduğuna bakıp ondan sonra devreder.












LOCATION UPDATE (yer güncelleme);

Cep telefonuBCCH (broadcast channel)kanalını devamlı olarakdinler. BCCH kanalı,baz istasyonu kimlik bilgilerini, tahsis edilmiş yada boşta olan frekans bilgilerini tutan bir kanaldır.


Sim kart içinde bulunan LA identity ile BCCH kanalından gelen ID tanımları birbirini tutmadiği zaman MS harekete geçer ve MSC ile bağlantı kurarak Location Update talebi yapar ve kendini tanıtır. Yeni Location bilgileri VLR ve HLR’a gönderilir. HLR ve ardından VLR bu bilgileri update eder










GSM, TDMA (time division multiple access) teknolojisini kullanarak, her konuşma kanalını 8 adet time slot’a ayırarak, bu slotlar üzerinden data taşır. 8 time slot, aynı anda 8 kişi için görüşmeyi olanak sağlar. Fakat bu slotlardan biri kontrol amaçlı kullanılır.


1-)öncelikle abone (MS) konuşmaya başlamadan önce logical kanallardan biri olan Random Access Channel (RACH) ile sinyalleşme kanalı sorar.


2-)eğer boş bir sinyalleşme kanalı varsa BSC bu abone için bir yer ayırır.


3-)bu aşamadan sonra MS servis aldığı MSC/VLR'a Call Setup için talepte bulunur.


4-)MSC bu talebe karşılık BSC'ye giderek boş TCH(konuşma kanalı olup olmadığını kontrol eder. Bu bilgiler BTS (Base Transiever Station) ve MS’eTCH (konuşma kanalının) active edilmesi için gönderilir. Bundan sonra Call senaryosu başlar.. B numarasının cevap vermesi ile konuşma kurulur.








Konuşma sonunda MSCbirCDR (konuşma bilgileri kaydı üretir. MSC’de üretilen bu kayıtlar bir file içinde toplanır. Bu file ya her saat veya dolup belirli bir size’a erişince (1MB)BillingGateway’e (BGW) yollanır. BGW gelen kayıtları standart bir formata dönüştürdükten sonra bunları BSCS’e yollar.

BSCS,her billcycle’da bir fatura üretir. Fatura etme öncesindesenaryokısaca aşağıdaki şekilde gelişir.


CDR içinde olan bilgiler sayesinde BSCS rating yapar. Bu bilgiler;


-aranan numara cep veya sabit telefon olduğu


-aranan numara cep ise hangi zone’da bulunduğu (1/2/3/4)

-aranan numaraile kaç saniye konuşulduğu


-arayan numaranın hangi tarife sınıfınfında bulunduğu (st/prof/ek)


Bu bilgiler ışığında BSCS gelen kayıdı inceleyip fatura eder.




Böylelikle bir konuşmanın nasıl gerçekleştiğinden başlayıp, bu süre zarfında sistemin nasıl çalıştığı ve son olarak konuşma sonlandırma ve sonrasındaki faturalandırma işlemlerinin senaryolarını anlatarak GSM Sistemi hakkında sizlere bir genel görüş sağlamayı amaçladım.