شرح نظام ال GSM والمحطة قطعة قطعة

شرح نظام ال GSM والمحطة قطعة قطعة... وفي النهاية سيناريو يوضح عمل المحطة ككل.
النظام العالمي للاتصالات المتنقلة
GSM
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.
اجيال النظم المتنقلة:-

1- الجيل الاول: تزايد المطلب العام للخدمات الراديوية بينما ظل الطيف التردد محدود ونتيجة لذلك ظهرت تقنية جديدة لضبط هذا الوضع وهي "النظم الراديوية".
مميزاته:
• الاعتماد على تقنية تماثلية
• نظم غير متوافقية
• أستخدام التعديل الترددي
2- الجيل الثاني: مع تتطور التقنية الرقمية تم انتاج تقنيات لارسال البيانات بسرعات عالية وتم بناء خذا الجيل في "1988_1989" .
مميزاته:
• خدمة عالية ألجوده
• تكلفة منخفضة
3_الجيل الثالث: يلعب في تزويد المستخدمين بالخدمات التي يقدمها شبكات الاتصالات اللاسلكية "PSTN_ISDN" حيث أدى هذا الجيل إلى تحديد نطاقات الطيف الترددي حول العالم وهي :
• الاول من 1885 الي 2025 ميجاهيرز
• الثاني من 2110 الي 2200 ميجاهيرز
مميزاته:
• نمط التسلسل المباشر
• نمط تقسيم الزمن المزدوج
• نمط متعدد النقل "الحمل"
نبذه تاريخية عن نظامGSM :-
• 1982 اوصت هيئة الاتصالت الدولية ب2*25 ميجاهيرز
• 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 نظامGSM
• 1990 تم تثبيت مواصفات جي أس إم 900
• 1991 تدشين اول شبكات GSM
• 1992 تم تغير اسم GSM الي نظام الموحد للاتصالات المتحركة لاسباب تسوقية
• 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 الGSM
رقم المواصفة • المواصـــــــــــــفة تفصيل المواصفة
1- نطق الارسال من محطة الارسال الثابت 935_960 ميجاهيرز(DOWN LINK)
2- نطاق ارسال من محطة متنقلة
890_915 ميجاهيرتز (UP LINK)
3- اقصى قدرة ارسال
3_20 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 أطار
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))

لكي تتضح كيفية عمل شبكة ال GSM من الضروري معرف مكونات الشبكة , والتي تتكون من عدة أجزاء تعمل مع بعضها , هذه
الأقسام الرئيسية هي:
( NSS).1 وتندرج تحته الاجزاء التالية:
.( BSS).2
.( OSS).3
.( MS).4
( NSS) وتندرج تحته الاجزاء التالية :
وهو المسؤول عن تنظيم المكالمات ويتألف من الأجزاء التالية:
.( MSC).1
.( HLR).2
.( VLR).3
.( AUC).4
.( ILR).5
.( EIR).6

( BSS) وتندرج تحته الاجزاء التالية:
وهو المسؤول عن تنظيم الاتصالات اللاسلكية ويتألف من الأجزاء التالية:
.( BSC).1
.( BTS).2
( OSS) وتندرج تحته الاجزاء التالية:
وهو المسؤول عن نظام التشغيل والمراقبة ويتألف من الأجزاء التالية:
.( OMC).1
.( NMC).2
: وتندرج تحته الاجزاء التالية( MS)
وهو الهاتف الجوال ويتألف من:
.( ME).1
.( SIM-CARD).2
تلميح:
. ( SS) هو نفسه ( NSS) المختصر
1. محطة النظام الفرعي للشبكة NSS Network Station SubSystem
وهو الذي يقوم بإيصال الشبكة اللاسلكية مع الشبكة ( GSM) ويعتبر القلب بالنسبة لنظام
العامة ومع الشبكات اللاسلكية الأخرى ويقوم أيضا بتنظيم عمل الشبكة مع تحركات
المستخدمين داخل الشبكة أو خارجها وتنظيم فواتير المستخدمين.

: وتندرج تحته الاجزاء التالية ( MSC)
وهو عبارة عن مقسم هاتفي رقمي متطور وهو ينظم الاتصال مع مقاسم أخرى
و هو المسؤول عن تغيير (BSCS).
( ISDN) و( PSTN) بوابة خرج لها اتصالات مع بقية الشبكات الثابتة مثل ( MSC)
( AUC) ويؤمن الربط مع ( INTERNET) ويفرض الوصول إلى شبكة قواعد البيانات الثابتة
.( GSM) لذلك يعتبر العمود الفقري لشبكة ( VLR) و ( HLR) و

2. : سجل المقرالرئيسي (الموطن)HLR Home Location Register
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 ( HLR) مع الشبكة حيث تقوم الشبكة عند بدا 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 ( HLR)
الأساسية: ( HLR) وظائف
تتلخص بما يأتي :
1. تسجيل المعلومات المتاحة عن المشترك.
2. تسجيل المعلومات عن مكانه وعنوانه.
3. رقم هاتفه النقال

: ( 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) ويتواجد
المحلي وتكون هذه السجلات مؤقتة وبغض النظر فيما إذا كان هذا المستخدم تابع ( MSC)

مركز التحويل: AuC Authentication Center
تمتعه بدرجة عالية من الأمن ألمعلوماتي و ذلك عبر عدة وظائف ( GSM) من المميزات الهامة في
( GSM) هو المسؤول عن اغلب هذه الوظائف في شبكة ( AUC) أمنية يقوم ا النظا م.إن
فهو يقوم بتخزين معلوما ت السرية عن المشتركين مما يتيح لصاحب هذه المعلومات فقط بالعبور
إلى الشبكة الخلوية (تحقيق هوية المشتر ك) وبذلك تتم حماية المشتركين من الاستخدام الاحتيالي)
: ( ILR)
قاعدة بيانات تحتوي على معلومات عن المشتركين المسموح لهم بالتنقل
.( AMPS )و GSM) الجغرافية لشبكات تستخدم تقنيات مختلفة مثل

: ( EIR)
ومعرفة ( 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 الشبك ة) وذلك عن طريق
وفق الخطوات التالية :
.( MS) من ( IMEI) ال ( MSC/VLR) 1.يطلب
.( EIR) إلى ( IMEI) ال ( MSC/VLR) 2.يرسل
المخزنة لديه ( IMEI) مع ثلاثة قوائم من أرقام ال ( IMEI) بمطابقة ( EIR) 3.يقوم
وهذه القوائم هي :
) القائمة السوداء – القائمة الرمادية – القائمة البيضاء).للسماح له أو منعه من ( MSC/VLR) نتيجة المطابقة وشرعية الجهاز إلى ( EIR) 4.يرسل
دخول الشبكة.

: (GMSC)
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.

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

1. مراقب المحطات الفرعيه BSC Base Station controllers
وهي التي تدير موارد اتصال الراديو ل BTS واحد أو عدة BTS's, تتعامل معاعداد قناة الراديو , و نظام قفز (وثب ) الترددات frequency Hopping و التسليم من خليه لاخرى بمعنى اعطاء الموبايل (الجوال) تردد جديد عندما يغير خليته أو موقعه Handovers , في أكثر الأحيان سوف تجد BSC و عدة BTS's في نفس الموقع , لنقل على سطح أحدى البنايات .

BTS) Base Terminal Station) :
ال BTS يحتوي على جهاز الارسال والاستقبال الذي يعرف لنا الخليه التي سوف تعطي جهازالموبايل (الجوال) اشارة الراديو التي سوف يرسل و يستقبل عليها , ال BTS مربوط مع ال BSC .
كل BTS يخدم خلية ,اى مكان على سطح الارض يمكن ان يغطى بخليه او عدة خلايا . ان ابعد نقطة يستطيع ان تغطيها وحدة ال BTS تقريبا 8 كم وتكون عادة في الاماكن الخارجيه الغير مزحومه مثل القرى او ضواحي المدن .
ال BTS النموذجي يغطي زاويه قدرها 120 درجه , اذا نحتاج الي 3 BTS's لتغطية 360 درجة.

: ( OSS)
ويعتبر مركزا للعمليات والدعم ويقوم بما يلي :
.( PLANNING) 1. تخطيط الشبكة
.( OPERATING) 2. تشغيل الشبكة
.( MAINTAINING) 3. صيانة الشبكة
.( SUPERVISING) 4. مراقبة الشبكة
.( DEVELOPING) 5. تطوير الشبكة
: ( OMC )
وظيفته الأساسية هي الصيانة المركزية ولذلك يعمل على:
.( WHERE IS THE FAULT) 1. تعيين مكان الخطأ
.( S/W OR H/D) 2. تعيين نوع الخطأ
.( WHAT MUST BE REPLACED) 3. ما الذي يمكن استبداله لعلاج الخطأ المكتشف
: ( NMC)
وهو المسؤول المباشر عن عمليات التحقق.
: ( MS)
يستخدم لإجراء المكالمات من خلال ( ME+SIM-CARD) عبارة عن محطة متحرك ة
الشبكة الخلوية وهو على ثلاثة أنواع:
.( HAND HELD PHONE) 1. الهاتف المحمول في اليد
.( PORTABLE PHONE) 2. العدة المتنقلة
.( CAR PHONE) 3. هواتف المركبات

: ( ME)
وهو عبارة عن الهاتف الجوال أي (الجهاز فقط ).

: ( SIM-CARD)
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
. ( IMSI) التعريفية اللازمة للسماح للجهاز بالدخول لخدمات الشبكة مثل
: ( FUNCTION OF CELLULAR NETWORK) وظيفة الشبكة الخلوية
وظيفتها الأساسية توصل الهاتف النقال بكل من :
1. هواتف أخرى نقالة بالشبكة.
2. شبكات خلوية أخرى.
.( PSTN) 3. شبكات التليفون المحلية
.( PLMN) 4. شبكات النقال الأرضية المحلية

الأساسية: (SS) وظائف
تتلخص بما يأتي:
1.معالجة المكالمات.
2.تحويل مسارات الصوت والبيانات.
3.عمليات الشحن.
4.التوصيل بالشبكات الأخرى والمحطات الأرضية.
: ( MESSAGE CENTER) وظائف مركز الرسائل
يقوم بالخدمات الآتية:
.( SMS) 1. الرسائل القصيرة
.( VOICE MAIL) 2. البريد الصوتي
.( FAX MAIL) 3. الفاكس
: ( MOBILE INTELLIGENT NETWORK) وظائف الشبكة الذكية
تقوم بالاتي :
1. خدمات المشتركين الخاصة ,إجراء مكالمات مسبقة الدفع و تحويل الرصيد
2. تنظيم خدمات الأعمال.
: ( IMEI) معلومات أكثر عن ال
هو عبارة عن رقم خاص يوضع في كل جها ز موبايل من قبل الشركة المصنعة لذلك الجهاز وهذا الرقم يرسل مع كل اتصال يجريه الموبايل إلى الشبكة وهو عادة موجود خلف بطارية الجهاز
وأصبح كالآتي ( ITU)

النقل الآمن للبيانات في نظام GSM

تعتبر عملية نقل البيانات في أنظمة الاتصالات اللاسلكية من أهم النقاط التي يقيم عليها أداء تلك الشبكات. ومع تعدد الأنظمة تتعدد طرق التعمية و الإحكام لتلك الشبكات.
من تلك الأنظمة نظام الجوال العالمي (GSM) وتعتبر السرية في نقل المعلومات في الوصلة اللاسلكية لهذا النظام من أهم المميزات.
وفي السنوات الماضية وخلال عمل أنظمة الاتصالات التماثلية مثل نظام الهواتف النقالة المتقدمة، كانت عملية التقاط أي محادثة تلفونية مسألة سهلة على الهواة باستخدام ماسح الإشارات اللاسلكية.
تتكون شبكات الاتصالات الخلوية من:
1- جزء المحطات القاعدية (الأرضية)
2- وجزء الدعم والتشغيل.
عملية التشفير للمعلومات المنقولة، تتم في جزء المحطات القاعدية (الأرضية) وفي الوصلة أو الطريق اللاسلكي بالتحديد، والهدف من ذلك هو جعل هذه الوصلة أمنه كغيرها في الشبكات السلكية، وحمايتها من الاختلاس.
يعتبر (GSM) هو المعيار لشبكات الاتصالات الخلوية الرقمية، حيث تجعل عمليات التوثيق و التشفير المستخدمة في هذا النظام آمن نظام متوفر في الوقت الحالي.

طريقــــــــــــــــــة عمل شبكة الGSM:
عندما نشغل جهاز الموبايل(الجوال)MS فإنه يحاول ان يتصلب 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 الي ال BTS و ال BTS بدوره يرسلها الي ال BSC الذي هو مراقب لا BTS's ويرى اذا كان هذا التغيير في ال BTS ممكن يحوله آو يسلم الموبايل الي ال BTS الجديد وهذي الطريقة تسمى ال Handover . ولكن اذا ال BTS الجديد لا يتبع ال BSC الحالي فانه يرفع الامر الي MSC لأخذ الإجراء المناسب وهو بالاتصال 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 .

الخدمات التي تقدمها الشبكة (GSM)لمشتركيها:
أولا:
الخدمات الأساسية:
: ( TELEPHONY SERVICES) 1. خدمات الاتصالات التليفونية
تسمح للمشترك بإجراء المكالمات التليفونية العادية.
: ( EMERGENCY SERVICES) 2. خدمات الطوارئ
تسمح للمشترك بإجراء مكالمات الطوارئ وذلك من خلال الاتصال بأرقا م ثابتة مثل
112 ) أو ( 911 ) في الولايات المتحدة بصرف النظر عن مقدم الخدمة. )
: ( SHORT MESSAGE SERVICES) 3.خدمات الرسائل القصيرة
يستطيع المشترك أن يرسل ويستقبل رسائل قصيرة من حروف وأرقام حتى ( 160 ) حرف
تقريبا.
ثانيا :
الخدمات الإضافية الأخرى:
CALL FORWARDING) 1. تحويل المكالمات
يستطيع المشترك تحويل المكالمات القادمة إلى رقم آخر في مواقف معينة مثل الهاتف النقال غير متاح أو مشغول أو لايوجد رد
CALL BARRING) 2. حجب المكالمات
على سبيل المثال يمكن قفل المكالمات الدولية إرسالها أو استقبالها عن طريق الهاتف أو حجب
أرقام معينة.
MULTIPARTY) 3.عقد المؤتمرات عبر الهاتف
أقصى عدد من المشتركين يمكن أن يعقدوا مؤتمر عبر الهاتف هو ستة ( GSM) في شبكة
مشتركين.
: ( GSM) في ( MULTIPLE ACCESS) أنظمة الوصول
توجد عدة أنواع من أنظمة الوصول وهي كالآتي :
FDMA) 1. الوصول المتعدد بالتقسيم الترددي
وتعني انه يتم تخصيص تردد معين لكل مكالمة.
TDMA) 2.الوصول المتعدد بالتقسيم الزمني
وتعني أن هذه التقنية تعتمد على الزمن بحيث يتم تخصيص جزء زمني صغير من التردد لكل
مكالمة.
CDMA) 3.الوصول المتعدد بالتقسيم الشفري
وتعني انه يعطى لكل مكالمة شفرة وحيدة تنقل على أي تردد متاح.
المشاكل التي تواجه عمليات الارسال في الموجات الراديوية :
إن أكثر المشكلات تأثيرا على عمليات الإرسال بالموجات الراديوية هي:
PATH LOSS) -1الفقد الناتج عن المسار أو الوسط
تحدث هذه المشكلة عندما يبتعد الهاتف النقال عن المحطات الأرضية بمسافات كبيرة.
FADING)-2ضعف اضمحلال الإشارة
تلميح:
ومن الموبايل إلى البرج يسمى ( DOWN LINK) التحميل من البرج إلى الموبايل يسمى
مصطلح يطلق علي ه ( DOWN) و ( UP) ومابين ال ( UP LINK)
يطلق علي ه ( ANTENNA) و ( MS) والمسافة بين ( CARRIER SEPARATION)
.( DUPLEX DISTANCE)

تم بحمد لله