Mengenal jaringan GSM (Bagian 1)

Ini adalah artikel pertama dari seri artikel mengenai jaringan GSM. Artikel membahas arsitektur dasar GSM dari berbagai sudut pandang, yaitu arsitektur logika dan arsitektur protokol.

Global System for Mobile (GSM) adalah standar sistem seluler generasi kedua yang dibangun untuk mengatasi masalah pengelompokan pada sistem seluler pertama di Eropa. GSM adalah sistem seluler pertama dunia yang menetapkan spesifikasi modulasi digital dan arsitektur dan pelayanan (services) pada network level. GSM pertama kali diperkenalkan pada pasar Eropa di tahun 1991. Sampai akhir 1993, beberapa negara non-Eropa di Amerika Selatan, Asia, dan Australia telah mengadopsi teknologi GSM. Penetapan standar GSM dilakukan di bawah dukungan European Technical Standard Institute (ETSI).

Tujuan utama GSM adalah memberikan layanan kepada pelanggan untuk dapat melakukan/menerima panggilan dimana saja (Thomsen & Manggaard, 2003). Untuk memenuhi tujuan ini, dibutuhkan fungsi utama seperti call management dan call processing, radio management, mobility management, charging dan security. Fungsi utama ini dapat dilihat pada arsitektur protokol.

Arsitektur Logika

Jaringan GSM dibagi menjadi 2 bagian logical: Network Switching Sub-system (NSS) dan Base Station Subsystem (BSS) (Thomsen & Manggaard, 2003). NSS bertanggung jawab terhadap call processing, mobility management, and fungsi yang terkait dengan pelanggan seperti charging dan security. BSS berfungsi menyediakan konektivitas radio antara mobile station ke MSC.

Network Switching Subsystem (NSS)

NSS terdiri dari Mobile Services Switching Center (MSC), Home Location Register (HLR), Visitor Location Register (VLR), Authentication Center (AuC), dan Equipment Identity Register (EIR). Salah satu bagian MSC akan digunakan untuk melakukan hubungan ke luar seperti PSTN, ISDN. Proses pengolahan panggilan pada NSS terletak pada MSC dan Gateway-MSC (G-MSC).

Gambar 1: Struktur logikal pada NSS

Mobile Services Switching Center (MSC) melakukan fungsi switching pada sistem. Elemen ini mengontrol panggilan menuju/dari MS lain serta sistem data. MSC juga berfungsi toll ticketing, antarmuka jaringan, pensinyalan kanal, dan lain sebagainya.

Home Location Register (HLR) adalah database yang digunakan untuk melakukan penyimpanan dan penanganan data pelanggan. Visitor Location Register (VLR) informasi sementara tentang pelanggan yang dibutuhkan oleh MSC untuk melayani kebutuhan pelanggan. VLR terintegasi dengan MSC. Ketika MS melakukan panggilan ke daerah MSC yang baru, VLR yang terkoneksi ke MSC tersebut meminta data tentang MS dari HLR. Kemudian jika MS melakukan panggilan, VLR memunyai informasi yang dibutuhkan untuk membuat panggilan tanpa perlu menanyakan ke HLR setiap waktu.

Authentication Center (AuC) melakukan otentifikasi dan enkripsi parameter yang menyetujui identifikasi pengguna dan memastikan kerahasiaan setiap panggilan. Equipment Identity Register (EIR) mengandung informasi tentang identitas dari peralatan MS yang tidak memperbolehkan untuk melakukan panggilan saat MS dicuri, tidak diizinkan atau MSy ang rusak. AUC dan EIR dibuat sebagai bagian yang berdiri sendiri atau kombinasi dari AUC/EIR.

Base Station Subsystem (BSS)

BSS mempunyai fungsi utama menyediakan konektivitas untuk MSS. BSS diimplementasikan sebagai dua entitas, yaitu:

1. Base Station Controller (BSC)
2. Base Tranceiver Station (BTS)

BSC merupakan unit kontrol dari BSS, dimana satu BSC dapat terhubung dengan beberapa BTS. BSC menangani alokasi dari kanal radio, frequency hopping, handover dari BTS ke BTS (kecuali pada inter-MSC-handover di mana pengontrolan berada pada tangung jawab MSC). Fungsi penting BSC adalah sebagai konsentrator dimana berbagai koneksi berkecepatan rendah yang terhubung ke BTS akan berkurang sampai sejumlah kecil koneksi yang menuju MSC.

BSC menyediakan informasi yang dibutuhkan untuk Network
Management
Subsystems (NMS). Database untuk semua tempat, termasuk informasi seperti frekuensi pembawa, daftar frekuensi hopping, level pengurangan daya, penerimaan sinyal untuk perhitungan batas sel, semuanya disimpan di BSC. Data ini diperoleh langsung dari bagian perencanaan radio yang mengikutsertakan pemodelan dari propagasi sinyal begitu pula dengan proyeksi trafik.
Di dalam BTS terdapat radio penerima dan pengirim dalam satu sel jaringan GSM yang menangani protokol hubungan radio dengan telepon pelanggan. Daerah perkotaan yang besar sangat membutuhkan sejumlah besar BTS, dengan begitu kebutuhan untuk BTS adalah keharusan, mudah dipindahkan dan biayanya yang seminimum mungkin. BTS yang jangkauan luasnya lebih besar dari picocell memiliki beberapa pengirim dan penerima (TRX), yang melayani beberapa frekuensi yang berbeda dan sektor sel yang berbeda. BTS pada umumnya memiliki 1 sampai 12 TRX dalam 1, 2, atau 3 sektor walaupun jumlah ini berbeda-beda.

Gambar 2: Arsitektur logical structure pada BSS. BSC mengendalikan sub-sistem dimana BTS menyediakan hubungan radio ke MSS

BSC dan BTS berkomunikasi dengan menggunakan standar antarmuka Abis, memungkinkan pengoperasian dengan komponen berbagai macam merek yang berbeda.

Antarmuka BSS antara lain adalah :

1.    Antarmuka Air

Antarmuka antara MS dengan BTS. Antarmuka ini melakukan sinyalisasi, kontrol panggilan, handover, power control, otentifikasi, perijinan, location update dan seterusnya.

2.    Abis

Antarmuka antara BTS dengan BSC. Biasanya dibawa oleh DS-1/T1, ES-1 atau E1.

3.    A

Antarmuka antara BSC dengan MSC. A digunakan untuk membawa kanal trafik.

Mobile Station

Mobile Station (MS) merupakan perangkat yang dapat berkomunikasi dengan menggunakan jaringan GSM. Telepon Selular dan PCMCIA plug-in cards. Meskipun MS bukan merupakan bagian dari wired network, MS mempunyai peran yang penting dalam fungsionalitas jaringan. MS membantu jaringan dalam mengukur kualitas sinyal radio untuk menentukan handover.

Dalam jaringan telepon konvensional, telepon direpresentasikan sebagai pelanggan ketika terhubung dalam jaringan. Pada GSM, identitas pelanggan dan peralatan komunikasinya terpisah. Subscriber Identity Module (SIM) merepresentasikan identitas pelanggan terhadap jaringan. MS tidak akan berfungsi tanpa sebuah SIM. Algoritma proses otentifikasi dan ekripsi disimpan pada SIM bersama informasi pelanggan.

Arsitektur Protokol

Protokol pada jaringan GSM merupakan layer manajemen yang bertanggung jawab atas manajemen sumber daya setiap komponen jaringan dan sub-komponennya. Protokol jaringan terdiri dari communication management (CM) , radio management (RR) dan mobility management (MM). Setiap sub-layer ditempatkan pada komponen jaringan.

Gambar 3:Penempatan protokol jaringan pada komponen-komponen GSM

Ketika Mobile Phone (MS) melakukan panggilan ke MS lainnya, jaringan akan memberikan respon berupa tone yang mengindikasikan apakah panggilan tersebut dapat dilakukan atau tidak. Kasus diatas merupakan implementasi dari call management dan call processing. Call management (CM) berfungsi membangun dan mengakhiri panggilan, termasuk menemukan rute yang tepat. Sedangkan call processing adalah proses-proses yang terlibat dalam membangun dan mengakhiri panggilan; seperti traffic switching, error handling, dan re-routing.

Radio management (RR) mengatur frekuensi yang digunakan oleh setiap komponen yang terkait dengan jaringan. Sedangkan mobility management berfungsi memastikan MS mendapatkan layanan sesuai lokasi MS tersebut. Call management, radio management dan mobility management merupakan sub-layer dari protokol jaringan GSM. Charging merupakan proses registrasi dan perhitungan biaya billing dari pelanggan ketika menggunakan MS dalam jaringan GSM. Sedangkan security memastikan koneksi setiap MS tidak dapat disadap oleh MS lainnya ketika melakukan koneksi dengan menggunakan gelombang radio.

(Bersambung)

Daftar Pustaka

Azizi, N. (t.thn.). GSM 900. Dipetik Juni 30, 2008, dari http://azizi.ca/gsm

Fournogerakis, P., Kyriazakos, S., & Karetsos, G. (t.thn.). Enhanced Handover Performance in Cellular Systems based on Position Location of Mobile Terminals. Dipetik Juni 20, 2008, dari Telecommunications Laboratory Departement of Electrical Engineering & Computer Science National Technical University of Athens: http://www.telecom.ntua.gr/cello/documents/CELLO-WP5-ICCS-PUB02-013-Int.pdf

Nokia Corporation. (2003). Extended Planning Introduction (Training Document). Nokia Corporation.

Scourias, J. (1997, Oktober 14). Overview of the Global System for Mobile Communications. Dipetik Juni 30, 2008, dari https://styx.uwaterloo.ca/~jscouria/GSM/gsmreport.html

The International Engineering Consortium. (t.thn.). Global System for Mobile Communication (GSM). Dipetik Juni 20, 2008, dari The International Engineering Consortium: http://www.iec.org

Thomsen, J. M., & Manggaard, R. (2003, January). Analysis of GSM Handover using Coloured Petri Nets. Dipetik Juni 20, 2008, dari Department of Computer Science University of Aarhus: http://www.daimi.au.dk/CPnets/publ/thesis/ThomJen2003.pdf

Wikipedia. (2008, Juni). Base Station Subsystem. Dipetik Juni 19, 2008, dari Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Base_Station_Subsystem