Şebeke Anahtarlama Sistemi ( NSS – Network switching subsystem)

____________________________________________________________________

Şebeke Anahtarlama Sistemi ( NSS – Network switching subsystem), GSM şebekesinin anahtarlama görevlerini gerçekleştirir. Abonenin şebeke içinde veya diğer şebekelerle (PSTN yada diğer GSM operatörlerinin şebekeleri) bağlantısı şebeke anahtarlama sistemi ile anahtarlanır ve sağlanır. Ayrıca abonelik işlemleri ve abonenin hareketliliği için gerekli veriler şebeke anahtarlama sisteminde bulunmaktadır.

İlk başlarda şebeke anahtarlama sistemi, ses çağrıları, SMS ve devre anahtarlamalı veri çağrıları gibi geleneksel GSM servisleri için kullanılan devre anahtarlamalı ana şebekeden oluşuyordu. Daha sonradan GPRS şebekesi olarak bilinen paket anahtarlamalı veri hizmetleri desteği de eklendi. Bu sayede WAP, MMS ve Internet gibi servisler de mümkün kılındı.

Şebeke anahtarlama sisteminin ana elemanları şunlardır:
• MSC – Mobil Servisler İletişim Santrali (Mobile services Switching Centre)
• HLR – Home Location Register
• VLR – Visitor Location Register
• EIR – Equipment Identity Register
• AUC – Authentication Centre
• SDP – Service Data Point
• EC – Echo Canceller
• IWF – Interworking Function
• SMSC – Kısa mesaj bilgilerini kontrol eder.
• MMSC (Multimedia messaging service centre) Çokluortam mesaj merkezi
• VMS (Voice mail system) Sesli mesaj sistemi
• CBS – Call Back Server

Not: Yazı içinde bunların Türkçe karşılıklarını kullanmaya çalışacağım. Ancak endüstride kullanılan karşılıkları farklı olabilir. Hepsi ile ilgili Türkçe karşılık bulamadım.

MSC – Mobil Servisler İletişim Santrali (Mobile services Switching Centre)

MSC yani Mobil Servisler İletişim Santrali Şebeke Anahtarlama Sistem’nin en temel elemanıdır. MSC şebeke içi ve diğer şebekelerle olan tüm anahtarlama fonksiyonlarını yerine getirir. Cep telefonundan gelen çağrı ya da SMS’leri BST ve BSC’den geçip MSC’ye gelir ve buradan diğer MSC’lere, denetimindeki diğer BSS’lere ya da karasal telekom ağı PSTN’ye ya da diğer GSM operatörlerinin ağlarına iletilir. Görüşmeleri başlatır ya da bitirir, farklı baz istasyonları ve MSC santralleri arasında geçişi sağlar ve ücretlendirilme işlemlerini yapar.

GSM sisteminde fax ve veri bilgisi MSC santraline sayısal olarak kodlanmış şekliyle gönderilir ve MSC santralinde 64 kbit/s zaman slotlu PCM sinyali şeklinde analoga çevrilir.

Fonksiyonları:

• BSS kontrolü; trafik kanallarının yönetimi ve tahsisi
• Konuşma işlemleri; konuşmanın başlatılması, sonlandırılması, abone mobilityişlemleri vs.
• Ücretlendirme
• SMS, WAP vs. hizmetlerle bağlantılar.

Aynı MSC farklı zamanlarda farklı görevler yapabilir. Görevlerine göre MSC adları:
G-MSC (gateway MSC) veya MSC ağ geçidi , aranan abonenin o an bulunduğu V-MSC’yi belirler. PSTN ile bağlantı kurar. Tüm cepten cebe ve PSTN’den cebe çağrılar G-MSC üzerinden geçer. Terim sadece bir çağrı için geçerlidir, çünkü herhangi bir MSC hem MSC ağ geçidi hem de V-MSC hizmeti verebilir. Ancak bazı üreticiler, hiçbir bağlı BSS olmayan yüksek kapasiteli MSC’ler üretmekte. Bunlar çok sayıda çağrı sağladıklarından MSC ağ geçidi olarak adlandırılırlar.

V-MSC (visited MSC), ziyaret edilen MSC denebilir belki, abonenin bağlı olduğu MSC’dir. Abonenin bilgisi bu MSC ile ilişkilendirilmiş olan VLR’da tutulur.

Anchor MSC handover talebi yani bağlı olunan MSC’den başka birine geçiş talebi gönderen MSC’dir. Target MSC ya da hedef MSC de bu talebi alan, yani abone hizmetlerini üstlenecek MSC’dir. MSCS (Mobile switching centre server), 3GPP Sürüm 4 ile başlayan yeni dizayn MSC konseptinin bir parçasıdır.

MSCS (Mobile switching centre server) Mobil anahtarlama merkez sunucusu
MSCS (Mobile switching centre server) Mobil anahtarlama merkez sunucusu, Mobil Servisler İletişim Santrali’nin yumuşak anahtarlamalı bir türüdür. Hizmet verdiği alandaki cihazlara devre anahtarlamalı çağrı, hareketlilik yönetimi ve GSM hizmetleri sunar.

HLR – Home location register
Her bir abone kaydının yapıldığı ve tutulduğu merkezi veri tabanıdır. Abonelerin telefon numaraları HLR’a kayıtlıdır. Bu numaralar tahsis edildiğinde abone kimlik bilgisi, ücret tarifeleri, kısıtlamalar ve kullanılacak servisler hakkında bilgiler bu veri tabanında saklanır. Bir şebekede birkaç mantıksal ve fiziksel HLR olabilir ama bir IMSI/MSISDN çifti aynı anda sadece bir mantıksal HLR’la ilişkilendirilebilir.
HLR’da her SIM kartın bilgisi vardır. Her bir SIM kartta IMSI denen eşsiz bir tanımlayıcı vardır ve bu her HLR kaydının birincil anahtarıdır. SIM ile ilişkilendirilen diğer bir önemli veri de MSISDN, yani telefon numaralarıdır. Telefon numaraları da HLR için bir birincil anahtardır. HLR’ın diğer tuttuğu bilgiler:

• Abonenin kaydolduğu veya aldığı GSM servisleri.
• Paket veri erişimi için GPRS ayarları.
• Abonenin anlık konumu (VLR ve SGSN).
• Her bir MSISDN için çağrı yönlendirme ayarları.

HLR’ye bağlı diğer elemanlar:

• Gelen çağrıları almak için G-MSC.
• Cep telefonlarından şebekeye giriş isteklerini almak için VLR.
• Gelen SMS’ler için SMSC.
• Sesli posta bildirilerini cep telefonuna göndermek.
• Veri transferi, şifrelenmesi ve doğrulaması için AUC.

HLR’ın ana fonksiyonu cep telefonu ve SIM kart kullanan cihazların hareket etmesini sağlamaktır. Bunu yapmak için kullanılan prosedürler:

• LAC olarak tanımlanan kullanıcının bölgeler içindeki konumlarını güncelleyerek, cep telefonunun seyahat edebilmesini sağlamak.
• Abone bilgisini kullanıcı o bölgeye ilk kez girdiğinde VLR veya SGSN’e göndermek.
• G-MSC ve SMSC ile abonenin o anki VLR’ı arasında broker olarak gelen çağrı ve metin mesajlarının iletilmesini sağlamak.
• Abone bölgesinden çıktığında, çıkış yapılan VLR’dan bilgisini silmek.

VLR – Ziyaretçi konum kaydı (Visitor location register)
VLR, dolaşım esnasında MSC’nin hizmetindeki abonelerin bilgilerinin tutulduğu geçici veri tabanlarıdır. Şebekedeki her baz istasyonu bir VLR’dan hizmet alır, bu sebeple bir abone birden fazla VLR’da bulunamaz. Kullanım amacı, HLR’daki bilginin aboneye daha yakın bir kopyasını tutarak şebekedi sinyalleşme yükünü azaltıp şebeke performansının düşmesini engellemek.

VLR’daki bilgi HLR’dan ya da abonenin cep telefonundan alınmıştır. Performans açısından çoğu üretici VLR’ı direkt V-MSC’ye eklemişlerdir. Bunun yapılmadığı durumlarda da MSC ile uygun bir arayüzle sıkı bir bağlantı içindedirler. MSC ne zaman şebekesinde yeni bir cep telefonu farketse, VLR’a ilgili bir kayıt açar ve HLR’a da yeni konumunu bildirir. Abonenin VLR verisinin bozuk olması, çağrı ve SMS servislerinde ciddi sorunlara yol açabilir.

VLR’da depolanan bilgiler:

• IMSI (abone SIM kartının kimlik numarası).
• Doğrulama bilgisi.
• MSISDN (Abonenin telefon numarası).
• Abonenin erişebileceği GSM servisleri.
• Kayıtlı olsunan (GPRS) erişim noktası.
• Abonenin HLR adresi.

VLR’a bağlı diğer şebeke elemanları:

• Prosedürler için uygun veriyi aktarması için V-MSC.
• Hizmet alanına bağlı cep telefonlarının bilgisini istemesi için HLR.
• Abone yeni bir VLR alanına girdiğinde geçici bilgileri aktarmak için diğer VLR’ler.

VLR’ın temel fonksiyonları:

• HLR’a abonenin VLR’ın kapsadığı alana girdiğini bildirmek.
• Hiçbir çağrı yokken, abonenin VLR alanı içindeki konumunu takip etmek.
• Abonenin kullanabileceği hizmetlere izin vermek ya da engellemek.
• Gelen çağrıların işlenmesinde dolaşım numaraları ayırmak.
• VLR’ın alanında abonenin pasif olması durumunda kaydını silmek. VLR, abone bilgisini belirli bir süre aboneden sinyal alınamazsa siler ve HLR’ye haber verir. (Abone telefonunu kapatır ya da kapsama alanı dışına çıkarsa.)
• HLR’dan abonenin farklı bir VLR bölgesinde hareket ettiği bilgisini aldığında kaydını silmek.

EIR, Equipment identity register (Ekipman kimlik kaydı)
EIR genellikle HLR’ye entegredir. Şebekede kullanılması engelli ya da izlenmekte olan mobil telefon cihazları (ME) kayıtlarının tutulup, kontrol edildiği veritabanlarıdır. Bu işlem her telefonda bulunan IMEI kodu üzerinden yapılır. Bu çalıntı cep telefonlarının takibi için tasarlanmıştır. Teoride çalıntı cep telefonları ile ilgili tüm bilgi, Dünya’daki tüm EIR merkezlerine bir merkezi EIR üzerinden iletilmelidir. Ancak pratikte bunun yürürlükte olmadığı bazı ülkeler vardır. EIR verisi gerçek zamanlı değişmek zorunda değildir, bu da HLR kadar dağınık olmasına gerek yok demektir. EIR veri tabanı, çalıntı, onaylanmamış ya da hatalı mobil istasyonlardan çağrıları önlemek için cihazların kimlik bilgisine sahip bir veri tabanıdır. Bazı EIR’ler cep telefonunun şebekeye giriş denemelerini kaydedebilirler.

AUC Authentication centre (Doğrulama merkezi)
Doğrulama merkezi (AUC), GSM şebekesine bağlanmaya çalışan her SIM kartı doğrulayan bir sistemdir. Doğrulama bir kez başarılı olunca, HLR SIM hizmetlerini yönetmeye başlayabilir. Cep telefonu ile GSM şebekesi arasındaki tüm kablosuz iletişimi şifreleyecek bir şifre anahtarı da (encryption key) da oluşturulur.

Eğer doğrulama başarısız olursa, o SIM kart ve operatör ikilisinden hizmet alınamaz. EIR ile ilgili işlemler de bu doğrulama safhasında yapılır ancak bunların doğrudan doğrulama ile ilgisi yoktur.

AUC doğrulama işlemine doğrudan katılmaz, sorgulama için gerekli parametreleri üretir. AUC ve SIM arasında paylaşılan gizli Ki kodu ve SIM’in IMSI bilgisiyle rastgele üretilen RAND numarası kullanılarak, sistemde bulunan algoritmalar aracılığıyla SRES ve Kc –şifreleme anahtarı üretilir. Bu üç bilgi “triplet”olarak adlandırılır, sorgulama için VLR’a gönderilir. AUC bu işlemi her abone için ve belirli peryotlarla ya da HLR’ın isteğiyle parametreleri değiştirerek tekrarlar.

MSC, AUC’a bağlı olarak çalışır ki, arada yeni triplet talep ederek bir cep telefonunda sürekli aynı anahtarların kullanılmasını önler.

SDP (Service data point)
Faturasız hat abonelerinin kontör bilgilerinin tutulduğu veri tabanı.

IWF (Interworking Function)
GSM şebekesi ile diğer şebekeler arasındaki data biçimine adaptasyonu sağlayan donanım ve yazılımdan oluşan fonksiyonlardır. Bu
genellikle ayrı bir elemandan ziyade MSC’nin bir birimi gibi çalışır.

EC (Echo canceller) Yankı giderici
Sistemde oluşan yankıyı gideren bir fitredir. GSM sisteminde iletimden kaynaklanan gecikmelerden oluşan yankıyı giderme amaçlı, bu filtre ünitesine ihtiyaç vardır. Ayrıca PSTN ile GSM’deki farklı transmisyon sistemlerinden dolayı oluşan empedans uyuşmazlığı kaynaklı yankıyı da filtreler. EC genellikle MSC ile PSTN santrali arasında bulunur.

BC (Billing centre)
BC, faturalama merkezi olarak çevrilebilir sanırım. VLR ve HLR taleplerini işler ve her aboneye bir fatura çıkarır. Dolaşımdaki abone için de faturalandırma bilgisi oluşturur.

SMSC (Short message service center), Kısa mesaj hizmet merkezi
Metin mesajlarının gönderilip alınmasını sağlar. Cep telefonu operatör ayarına göre SMS’i buraya iletir. Burası da SMS bilgisine bakarak SMS’i aboneye ya da diğer operatöre iletir.

MMSC (Multimedia messaging service centre) Çokluortam mesaj merkezi
MMS iletileri alma ve göndermeyle ilgilenir. Cep telefonu MMS’leri buraya gönderir ve burası da MMS bilgisini inceleyerek doğru adrese gönderir. Bir MMS alınca, önce alıcının cihazının MMS destekleyip desteklemediğini belirler. Eğer destekleniyorsa içerik çıkarılarak geçici bir depolama sunucusuna gönderilip aboneye de bir kontrol iletisi gönderilir. İletide içeriğin http adresi yer alır ve kullanıcı isteğine bağlı olarak ileti cep telefonu tarafından belirtilen adresten indirilir. Alıcı cihaz MMS desteklemiyorsa, ileti genellikle operatörün sitesi üzerinden görüntülenebileceği bir alana gönderilir. Cihazın MMS desteğini kontrol etmek için standart bir fonksiyon yoktur, operatör bunun veri tabanını kendi tutar.

VMS (Voice mail system) Sesli mesaj sistemi
Alıcıya gönderilecek ses iletilerini kaydeder ve saklar.

CBS (Call Back Server) Geri arama sunucusu
Ödemeli aramayı gerçekleştiren aboneye, aradığı aboneden geri aramayı gerçekleştiren sunucudur.

Bu şebeke elemanları arasında nasıl bir iletişim olduğunu, nasıl bir şekilde görev yaptıklarını anlamak istiyorsanız, bu konuda Turkcell’in hazırladığı ilginç bir animasyonlu GSM eğitimi var, tavsiye ederim.