[分享]GSM網路架構與特性(1)
GSM網路架構與特性
GSM網路結構
GSM網路基本上可以被區分為交換機系統(Switching System, SS)與基地台系統(Base Station System, BSS)，如圖1所示，其中每一個子系統都包括有特定的許多功能，而這些功能可用不同的硬體或廠牌來實現且依然能讓整個系統正確的運作無誤。交換機系統(SS)主要包括以下的功能單元：
行動服務交換中心(Mobile services Switching Centre, MSC)
訪客位置登錄中心(Visitor Location Register, VLR)
本區位置登錄中心(Home Location Register, HLR)
認證中心(Authentication Centre, AUC)
裝備辨認登錄中心(Equipment Identity Register, EIR)
基地台系統(BSS)則包括有：
基地台控制中心(Base Station Centre, BSC)
基地台(Base Transceiver Station, BTS)
基地台(BTS)
每一個BTS運作著一組無線頻率，為了避免干擾，相鄰近的BTS必須用不同的頻率，BTS是網路上最終端的節點，可經由無線電波的傳輸連接上行動台(Mobile Station, MS)。
行動服務交換中心(MSC)
一個MSC可以控制連接好幾個BSC，MSC控制連接到其他電話或數據系統，例如公眾交換電話網路(Public Switching Telophone Network, PSTN)，整合服務數位網路(Integrated Services Digital Network, ISDN)，公眾陸地行動網路(Public Land Mobile Network, PLMN)和公眾交換數據網路(Public Switching Data Network, PSDN)等，其主要功能有話務控制與中繼信號等，是整個系統的心臟部份。
資料庫(Data Base, DB)
以上所提到的單元，都是牽涉到行動台(MS)到固定式話機(PSTN用戶)間的語音連接，因為固定式用戶的位置都是已知不用記錄的，如果不是為了要打電話到行動台(MS)的話，其實我們並不需要更多的網路節點裝備，因為有一個問題是必須考慮的，那就是打電話給隨時都在移動的行動台用戶，打電話的人並不知道想要打的人的確實位置，因此就需要一些裝置用來追蹤記錄行動台用戶，這就是資料庫實際應用的例子之一。這些資料庫中最重要的是本區位置登錄中心(HLR)，當某人從任何一個GSM網路經營者購買登錄一支GSM手機後，手機將即被登錄在HLR上，HLR儲存有用戶資料與資訊，例如一些附加的服務功能與認證參數，其中更重要的是記錄一些有關行動話機位置的資訊如行動台目前活動在那一個MSC區域，這些資訊會隨著行動台的移動而被更新改變，行動台會自動送出一些有關的位置資訊到HLR，因此行動台可以被系統追蹤記錄，不管行動台移動到那裡，HLR都會正確的記錄它的位置，所以行動台就可以接受別人的電話呼叫。
有個連接到HLR的單元稱為認證中心(AUC)，其目的主要是基於安全的理由提供HLR一些檢查與認證，其作法是針對要傳輸的資料與語音加密，使得被截取的加密信息無從分析了解。VLR儲存著目前正在該MSC區域內行動台活動的一些資訊，一旦行動台越區通話(Roaming)到其他新的MSC區域，連接到該MSC的VLR就會要求HLR將有關該行動台的一些資料傳送過來，同時間，HLR也會被通知目前行動台所活動的MSC區域，假如等會兒有人要打電話給行動台，VLR就已經存有該行動台所需的資訊，而不必須要再詢問HLR，如此可以節省時間並且增加效率，VLR所存放的資訊其實是HLR所存放資訊的一部份。
還有一個儲存硬體認證的資料庫叫硬體認證登錄中心(EIR)，經由一個控制用的鍊結連接到MSC，可以讓MSC檢查行動手機硬體的有效性，例如未經許可的其他廠牌或是不同批號的手機，都是可以被禁止使用的。
閘道(Gateway MSC, GMSC)
假如想從固接式網路(PSTN)打電話給GSM網路用戶，則需要GMSC扮演具有閘門的功能，將從PSTN打給GSM用戶的電話或將GSM打給PLMN用戶的電話都轉交由GMSC處理，GMSC通常都與MSC共同存在於相同的節點上，它可以是網路上任何一台MSC，而該MSC也就被稱為閘道用的交換機(GMSC)，GMSC經由詢問HLR得知所要尋找的行動台目前活動的位置，當電話到達哪一個MSC時，GMSC和已知行動台位置的VLR就會把電話轉接到該用戶。
行動台(Mobile Station, MS)
行動台主要是由硬體手機和用戶辨識模組(Subscriber Identity Module, SIM)卡所組合而成的，沒有SIM卡，行動台不能使用GSM 網路，但緊急電話除外，不需要SIM卡，用戶也可使用他人的硬體手機和自己的SIM卡，只要該手機經過EIR認證通過即可使用GSM網路。
運作與維護中心(Operation and Maintenance, OMC)
OMC被連接到交換機系統內的所有節點與BSC，其主要的目的是提供系統營運者(Operator)一個集中式且簡單管理的環境，它可以提供一些如網路規劃擴展、系統操作、硬體維護和話務監視等功能。
網路圖形化架構
每一個電話網路都需要具備一定的架構型態用來替打進來的電話找出正確的交換中心( Exchange Centre)，並且將電話轉接到最終的用戶上，所以對一個行動電話網路而言，保有用戶的機動性與穩定性，組織架構是相當重要的。
網路區域與Gateway MSC
GSM/PLMNs間的串連鍊結是架構在國際與國家等級上的，網路經營者間的良好協商與網路串連將會提供終端用戶更佳的通信服務，所有打進GSM/PLMN的電話都將會被轉接到該用戶上，如圖2所示。
服務區域
所謂服務區域就是行動台能移動到且不斷訊的地方，主要可分為下列幾種：
GSM網路結構
GSM網路基本上可以被區分為交換機系統(Switching System, SS)與基地台系統(Base Station System, BSS)，如圖1所示，其中每一個子系統都包括有特定的許多功能，而這些功能可用不同的硬體或廠牌來實現且依然能讓整個系統正確的運作無誤。交換機系統(SS)主要包括以下的功能單元：
行動服務交換中心(Mobile services Switching Centre, MSC)
訪客位置登錄中心(Visitor Location Register, VLR)
本區位置登錄中心(Home Location Register, HLR)
認證中心(Authentication Centre, AUC)
裝備辨認登錄中心(Equipment Identity Register, EIR)
基地台系統(BSS)則包括有：
基地台控制中心(Base Station Centre, BSC)
基地台(Base Transceiver Station, BTS)
基地台(BTS)
每一個BTS運作著一組無線頻率，為了避免干擾，相鄰近的BTS必須用不同的頻率，BTS是網路上最終端的節點，可經由無線電波的傳輸連接上行動台(Mobile Station, MS)。
行動服務交換中心(MSC)
一個MSC可以控制連接好幾個BSC，MSC控制連接到其他電話或數據系統，例如公眾交換電話網路(Public Switching Telophone Network, PSTN)，整合服務數位網路(Integrated Services Digital Network, ISDN)，公眾陸地行動網路(Public Land Mobile Network, PLMN)和公眾交換數據網路(Public Switching Data Network, PSDN)等，其主要功能有話務控制與中繼信號等，是整個系統的心臟部份。
資料庫(Data Base, DB)
以上所提到的單元，都是牽涉到行動台(MS)到固定式話機(PSTN用戶)間的語音連接，因為固定式用戶的位置都是已知不用記錄的，如果不是為了要打電話到行動台(MS)的話，其實我們並不需要更多的網路節點裝備，因為有一個問題是必須考慮的，那就是打電話給隨時都在移動的行動台用戶，打電話的人並不知道想要打的人的確實位置，因此就需要一些裝置用來追蹤記錄行動台用戶，這就是資料庫實際應用的例子之一。這些資料庫中最重要的是本區位置登錄中心(HLR)，當某人從任何一個GSM網路經營者購買登錄一支GSM手機後，手機將即被登錄在HLR上，HLR儲存有用戶資料與資訊，例如一些附加的服務功能與認證參數，其中更重要的是記錄一些有關行動話機位置的資訊如行動台目前活動在那一個MSC區域，這些資訊會隨著行動台的移動而被更新改變，行動台會自動送出一些有關的位置資訊到HLR，因此行動台可以被系統追蹤記錄，不管行動台移動到那裡，HLR都會正確的記錄它的位置，所以行動台就可以接受別人的電話呼叫。
有個連接到HLR的單元稱為認證中心(AUC)，其目的主要是基於安全的理由提供HLR一些檢查與認證，其作法是針對要傳輸的資料與語音加密，使得被截取的加密信息無從分析了解。VLR儲存著目前正在該MSC區域內行動台活動的一些資訊，一旦行動台越區通話(Roaming)到其他新的MSC區域，連接到該MSC的VLR就會要求HLR將有關該行動台的一些資料傳送過來，同時間，HLR也會被通知目前行動台所活動的MSC區域，假如等會兒有人要打電話給行動台，VLR就已經存有該行動台所需的資訊，而不必須要再詢問HLR，如此可以節省時間並且增加效率，VLR所存放的資訊其實是HLR所存放資訊的一部份。
還有一個儲存硬體認證的資料庫叫硬體認證登錄中心(EIR)，經由一個控制用的鍊結連接到MSC，可以讓MSC檢查行動手機硬體的有效性，例如未經許可的其他廠牌或是不同批號的手機，都是可以被禁止使用的。
閘道(Gateway MSC, GMSC)
假如想從固接式網路(PSTN)打電話給GSM網路用戶，則需要GMSC扮演具有閘門的功能，將從PSTN打給GSM用戶的電話或將GSM打給PLMN用戶的電話都轉交由GMSC處理，GMSC通常都與MSC共同存在於相同的節點上，它可以是網路上任何一台MSC，而該MSC也就被稱為閘道用的交換機(GMSC)，GMSC經由詢問HLR得知所要尋找的行動台目前活動的位置，當電話到達哪一個MSC時，GMSC和已知行動台位置的VLR就會把電話轉接到該用戶。
行動台(Mobile Station, MS)
行動台主要是由硬體手機和用戶辨識模組(Subscriber Identity Module, SIM)卡所組合而成的，沒有SIM卡，行動台不能使用GSM 網路，但緊急電話除外，不需要SIM卡，用戶也可使用他人的硬體手機和自己的SIM卡，只要該手機經過EIR認證通過即可使用GSM網路。
運作與維護中心(Operation and Maintenance, OMC)
OMC被連接到交換機系統內的所有節點與BSC，其主要的目的是提供系統營運者(Operator)一個集中式且簡單管理的環境，它可以提供一些如網路規劃擴展、系統操作、硬體維護和話務監視等功能。
網路圖形化架構
每一個電話網路都需要具備一定的架構型態用來替打進來的電話找出正確的交換中心( Exchange Centre)，並且將電話轉接到最終的用戶上，所以對一個行動電話網路而言，保有用戶的機動性與穩定性，組織架構是相當重要的。
網路區域與Gateway MSC
GSM/PLMNs間的串連鍊結是架構在國際與國家等級上的，網路經營者間的良好協商與網路串連將會提供終端用戶更佳的通信服務，所有打進GSM/PLMN的電話都將會被轉接到該用戶上，如圖2所示。
服務區域
所謂服務區域就是行動台能移動到且不斷訊的地方，主要可分為下列幾種：
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