GSM(스압)

MS는 단말기를 의미한다

단마릭 내부에 TE,MT로 또 나뉜다.

GSM은 예전에는 아날로그 통신 규약 이었지만 요즘에는 디지털로 바뀌었기 때문에 데이터 전송이 가능한 통신 규약이다.

GSM은 원래 음성통신이 주된 목적이었다. 아날로그 신호를 전달했었지만 아날로그신호는 노이즈에 취약 하고 오류복구가 힘들기 때문에 디지털로 변환해서 전송하는 방식을 요즘에는 채택한다.

Um은 무선 통신 규약이다.

디지털 신호는 오류복구를 위한 추가 데이터가 필요하기 때문에 데이터 전송 속도가 느려진다.

bearer는 전달이라는 뜻이다.

보이스 자체에 대해서는 오류 복구를 하지 않는다.

TE->아날로그신호를 디지털 데이터로 만든다.

bearer service -> 디지털 데이터 전달 서비스

GSM은 전화망 이외에도 여러기능(팩스기능,음성메세지등등)도 구현되어 있다.

여기서 부터 중요

PLMN -> 지상에 설치된 구성요소에 의해서 모바일 서비스가 제공 된다는 의미

이것과 대비 되는 개념으로 위성 전화 시스템

PLMN을 제공하기 위해서 MS,BS,MSC,LR등이 필요하다. 이런 구성요소들이 합쳐져서 서브시스템들(RSS,NSS,OSS)을 이룬다.

RSS-> 무선 통신 서브 시스템

NSS -> RSS를 잘 연결한 서브 시스템 (RSS를 잘 연결해야 통화가 이루어질수 있다)

-> 핸드오버 : 기지국 간 연결 넘기기 (와이파이는 핸드오버 지원x, 핸드폰은 지원)

BTS들과 BSC가 모여서 RSS를 이룬다.

BTS들을 모아놓은것을 BSS라고 한다. BSS는 한 지역의 서비스를 담당한다.

우리는 전국 서비스가 필요하기 때문에 BTS가 여러개가 있어야 되고 BTS를 관리하는 BSC도 여러개 있어야 한다.

BSC를 연결하는것이 MSC이다.  MSC들 여러개가 네트워크를 이룬다. BSC는 하나의 MSC에 연결 되어 있다. 

BSC끼리 또는 BSS끼리 통신하기 위해서 MSC를 거쳐가야 하며 MSC,BSC는 트리구조를 가진다.

여러개의 MSC가 백본을 구성하고 있다. 데이터 교환의 중심축 역할을 한다.

VLR,HLR -> 사용자 관련 데이터 저장 데이터베이스 

사용자가 어디있는지 추적을 해야한다. 밖에서 전화가 걸려 왔을때 사용자가 어떤 기지국을 통해 연결 되어있는지 알아야 어떤 MSC->BSC->BTS로 연결해서 데이터를 전송해야 하는지 알 수 있다. 또한 과금정보도 저장해야 한다.

VLR은 HLR의 카피본이다. 얼마전에 SKT사용자들이 10분간 전화가 안됬다고 하는데, HLR에 문제가 생겨서 그런것이었다.

천만 이천만의 사용자가 한 데이터베이스에 접근하게 되면 엄청난 부하가 걸리게 되므로 복사본을 VLR에 저장하게끔 한다. 

Visitor Location Register

Home Location Register 

특정 MSC에 연결 되어있는 BSC에 연결되어있는 기지국이 관리하는 셀에 있다고 할때 내 정보가 그 MSC가 연결되어있는 VLR에 저장되게 된다.

MSC는 여러개의 BSC를 트리구조로 관리하게 된다. MSC끼리는 네트워크 구조로 망처럼 연결되어 있다.

MSC마다 VLR이 하나씩 있어야 하고 나중에 HLR과 동기화가 되어야 한다. 

HLR에는 모든 사용자의 정보가 들어있다. 그림에도 보면 HLR은 단 하나만 존재하지만 VLR은 MSC마다 하나씩 붙어 있는것을 알 수 있다.

데이터 얼마나 사용 , 전화 얼마나 , 문자 얼마나 이런 사용정보 과금정보가 데이터베이스에 저장 되게 된다.

GSM자체도 네트워크(전화망)인데 다른 프로토콜 사용하는 전화망도 존재한다. 

다른 집전화망과 연결 시켜 주는 역할을 하는것이 GMSC이고 다른 데이터망과 연결을 시켜주는게 IWF이다.

집전화에서 SKT사용자에게 전화를 걸때 SKT의 GMSC가 있어서 그쪽으로 연결이 되는 것이다. 

즉,서로 다른 망 끼리의 연결 해주는 역할 -> GMSC,IWF

옆의 사진을 다시 보자.

BTS(Base Transceiver Station) 와 MS(Mobile Station)사이에 Um이라는게 존재한다.Um은 무선통신 프로토콜이다.

즉 핸드폰과 기지국 사이의 무선 통신 프로토콜이다.

BTS와 BSC는 유선으로 연결되어 있는데 각각 유선 연결마다 사용하는 프로토콜이 다르다.

Base Station Controller(BSC) : BTS들을 연결하고 컨트롤 하는 역할

Mobile Service Switching center (MSC)

기본적으로 GSM은 데이터 전달도 가능하다.

데이터 자체를 전달하는게 가능하니까 외부에 있는 데이터망과 연결이 가능하다. (IWF가 담당한다)

PSTN-> 일반 집전화

GSM은 Circuit Switching을 한다. Um이라는 논리적인 채널을 BTS가 할당해야 MS와 통신이 가능하며 BTS는 BSC와 채널 BSC,MSC사이의 채널들이 있어야 통신이 가능하며 이런것들을 관리하는것을 BSC가 담당한다. 같은 BSS에 있는 사람들끼리 통신할때 MSC까지 갈 필요 없이 BSC에서 스윗칭 하면 된다.

Cell planing 

무선 통신에서 셀구조를 사용할때 인접셀끼리는 같은 주파수를 사용하면 안되고 셀의 주파수 대역은 어떻고 셀의 크기는 어떻고 등을 결정하는것

한셀마다 BTS가 있고 전화를 하다가 셀이 옮겨지면 순간적으로 BTS를 바꿔줘야 한다. 그래야 전화가 끊기지 않는다. 이런것을 Handover라고함.

MS의 구성요소

TE  - 실제 사용자에게 신호를 전달하는 역할(음성신호->데이터신호,데이터->음성신호변환)

MT - Um을 구현해놓은것이 사실상  MT, 무선신호를 단말기 내의 유선신호로 바꿔주는 역할

SIM(구독자 확인 모듈) - 유심칩

사용자 정보가 기록됨. SIM을 이용해서 사용자를 식별한다.(GSM에서 정의됨)

VLR-> MSC에 의해 관리 받는 BSC에 소속된 사용자의 정보만을 저장하는 로컬 데이터베이스.

HLR에는 모든 MSC에 있는 VLR의 정보들을 모두 가지고 있다.

현재 사용자가 어떤 MSC에 있는지(어디에 있는지)가 HLR에 항상 저장되어 있어야 한다. 그래야 전화가 왔을때 특정 MSC에 있구나를 알아서 그 MSC로 연결을 해준다.

VLR이 필요한 이유는 지역적으로 MSC가 지속적으로 사용자 정보를 읽어와야한다. 갱신 될때마다 디비에 접근하게 되면 만약 HLR혼자 그걸 다 처리하려면 엄청난 부하가 걸리기 때문에 각 MSC별로 HLR의 카피본인 VLR을 놓고 나중에 그 VLR의 데이터들을 HLR에 업데이트 시키게 된다.

MSC의 주된 역할

데이터베이스 관리(VLR)

BSC 연결 역할

OSS에 속한 구성요소들

AUC

특정 사용자가 맞는지 인증 하는 역할 담당, 내 신호를 속일수도 있다. 과금을 피하기 위해서 내 번호가 아닌 다른 번호를 사용할 수 있기 때문에

신원 확인을 담당하는 역할을 하는 컴포넌트가 필요하다. 단말기에 있는 SIM과 통신을 해서 올바른 사용자가 맞는지 확인한다. 

전화를 걸때마다 전화를 걸려고 하는 발신번호와 유심칩에 저장된 번호를 비교하게 되는듯?(뇌피셜)

EIR

Register -> 정보를 저장하는 공간

단말기 관련한 모든 정보를 저장해놓았다. 단말기 관련한 정보를 왜 저장해야 하는가? 분실된 단말기의 사용을 제한시키고 싶을때.

사용자정보와 단말기 정보를 분리시켰다. 사용자 정보(전화번호같은것)는 SIM에 단말기 정보(갤럭시인가아이폰인가?모델명은?)는 EIR에 저장.

사용자 인증을 위해서 SIM카드에 있는 정보를 단말기가 읽어서 AUC와 통신을 해서 인증을 하게 된다. 

유심칩을 끼우지 않았을때  단말기를 켜면 인증받지 않은 단말기 입니다. 이런 메세지가 나오기도 한다. 

핸드폰을 켠다 -> EIR과 통신해서 사용이 허가된 단말기인지 확인하고 단말기 자체를 시스템에 접속 허용한다.

OMC

복잡한 시스템 관리 기능.

Um인터페이스

Layer로 따지면 우리는 Layer3에 초점을 맞춰서 보고 있다. 그 측면에서 Um을 본다. Data Link문제들을 어떻게 푸는지 MAC에 관하여 보겠다.

GSM에서는 기본적으로 Chanelization방식을 사용한다. Circuit Swtiching 방식이기 때문에 채널라이제이션 방식을 사용해야한다. 어떤 사용자에게 논리적인(무선통신이기때문에) 채널을 여러개 만들어 놓고 필요할때마다 사용자에게 하나씩 나눠준다.

논리적인 채널은 어떻게 만드는가?

기본적으로 사용가능한 대역폭을 여러 작은 대역으로 나눈다.

25MHz대역이 있는데, 124개의 논리적인 채널을 만든다.

(채널당 200KHZ == 중심 주파수의 간격)

FDM의 경우 가드밴드가 있어야 한다.(상호 혼신때문에)

중심 주파수는 200kHz간격이지만 가드밴드 때문에 200khz를 모두 사용하지는 못하고 180k 정도 사용 가능하다.

BPSK,BASK는 Baud rate와 Data rate가 같다.

1신호에 1bit를 보내기 때문에

180khz면 180kbps의 전송 속도가 나온다.

(1채널에 180kbps의 데이터 전송속도)

음성 통신을 위해서는 180k는 너무 높은 대역폭이다

124개의 채널이 있으므로 최소 124명은 동시에 통신이 가능함.

up-link용 124개 채널 down-link용 124개 채널이 있다.

180kbps는 음성통신으로는 많지만 데이터통신에는 적다.

따라서 한 채널을 또 시간별로 나눈다.(8개의 슬롯)

이제 1채널을 기준으로 보자(특정 Frequency를 사용하는 채널)

한 채널에서 8개의 슬롯이 계속해서 반복된다. 8개의 슬롯에 할당된 시간은 4.615ms이다.(한 프레임)

왜 슬롯을 나눴는가? 1번 사용자는 한 채널의 1번 슬롯만 사용한다. 내가 데이터를 보낸다음에 4.615ms이후에 다시 데이터를 보낸다.

데이터를 지속적으로 한번에 쭉 보내는게 아니다.

한 채널(어떤 frequency 대역폭)을 8명이 공유하게 된다. 124개의 채널이 있고 한 채널(주파수 대역폭)마다 8명이 공유하게 되므로

단순 계산 했을때 124*8명이 동시에 통화가 가능하다. 

맨 밑에있는 그림을 보자 (이것은 한 채널에서 어떤 한 사용자가 채널을 사용할때 시간의 흐름별로 데이터 전송 흐름이다)

training,S -> 데이터가 아니라 무선신호를 주고 받는데 필요한 보정작업을 수행하는 역할.

tail -> 시작과 끝을 알린다.

내가 전화를 걸었을때 124개 채널중에 어떤 채널이 나에게 할당 될 것인가는 기지국이 결정해 주는 것이다.

또한 어떤 채널에 내가 몇번째 슬롯을 사용하는가(그 채널에 할당된 몇번째 사용자인가)도 기지국이 결정해 준다.

5번슬롯 사용하게 끔 결정 되었으면 각 채널마다 5번슬롯 차례가 왔을때 내가 데이터를 전송하게 된다. 한슬롯마다 114 bit을 보낼 수있다.

음성 신호를 디지털 화 해서 디지털 데이터를 전송하게 된다. 한사람이 낼 수 있는 최대 전송 속도는?

114 bit 을보내고 4.615ms이후에 다시 114bit을 보낸다. 114bit/4.615ms => 대충 29kbps 속도를 달성 할 수있지만 실제로는 조금더 낮은 속도다.

124개로 나눈 주파수 대역이 있을때, 어떤 특정 주파수 대역에 여러개의 프레임들이 존재하는데 그 프레임들의 같은 번호 슬롯을 모아놓은게 피지컬 채널이다.

피지컬 채널은 특정 사용자에게 할당 된다.

피지컬 채널 - TDMA 프레임에서 같은 슬롯들의 집합이다.

전화를 거는 요청, 전화를 수신등을 해야 한다. 이런것들을 컨트롤 시그널이라고 하며 이것을 위한 채널이 또 필요하다.

따라서 124개 채널중 일부를 컨트롤 채널로 사용한다.