Arsitektur Jaringan Seluler

Global system for mobile communication (GSM) merupakan standar yang diterima secara global untuk komunikasi selular digital. Sebagian jaringan GSM beroperasi pada band 900 MHz atau 1800 MHz. Pada band 900 MHz, untuk uplink band frekuensi dialokasikan (890 – 915) MHz dan untuk downlink band frekuensi dialokasikan (935 – 960) MHz. Bandwith 25 MHz yang dibagi – bagikan ke dalam 124 kanal frekuensi pembawa dan masing – masing dialokasikan 200 kHz tiap bagian. Time Division Multiplexing (TDM) digunakan untuk mengalokasikan delapan kanal suara menjadi kanal radio frekuensi dan membagi waktu yang dalam periode waktu tertentu akan menjadi TDMA frame.

Jaringan GSM dibagi menjadi tiga sistem utama diantaranya System Switching (SS), Base Station System (BSS) dan Operation and Support System (OSS). Elemen dasar jaringan GSM ditunjukkan pada gambar berikut.

Gambar Arsitektur GSM

Penjelasan gambar:

Sebuah jaringan GSM dibangun dari beberapa komponen fungsional yang memiliki fungsi dan interface masing-masing yang spesifik. Secara umum jaringan GSM dapat dibagi menjadi tiga bagian utama yaitu :

1. Mobile Station

2. Base Station Subsystem

3. Network Subsystem

Fungsi Komponen Jaringan GSM:

Berikut ini akan dijelaskan mengenai arsitektur GSM yang merupakan gabungan dari perangkat-perangkat yang saling berkaitan dalam mendukung jaringan GSM.

1. Base Transceiver Station (BTS)

BTS merupakan perangkat pemancar dan penerima yang memberikan pelayanan radio kepada Mobile Station (MS). Dalam BTS terdapat kanal trafik yang digunakan untuk komunikasi.

Base Transceiver Station (BTS) adalah bagian dari network element GSM yang berhubungan langsung dengan Mobile Station (MS). BTS berhubungan dengan MS melalui air-interface dan berhubungan dengan BSC dengan menggunakan A-bis interface. BTS berfungsi sebagai pengirim dan penerima (transciver) sinyal komunikasi dari/ke MS serta menghubungkan MS dengan network element lain dalam jaringan GSM (BSC, MSC, SMS, IN, dsb) dengan menggunakan radio interface. Secara hirarki, BTS akan terhubung ke BSC, dalam hal ini sebuah BSC akan mengontrol kerja beberapa BTS yang berada di bawahnya. Karena fungsinya sebagai transceiver, maka bentuk pisik sebuah BTS pada umumnya berupa tower dengan dilengkapi antena sebagai transceiver, dan perangkatnya. Sebuah BTS dapat mecover area sejauh 35 km (hal ini sesuai dengan nilai maksimum dari Timing Advance (TA)). Fungsi dasar BTS adalah sebagai Radio Resource Management, yaitu melakukan fungsi-fungsi yang terkait dengan :

1. meng-asign channel ke MS pada saat MS akan melakukan pembangunan hubungan.

2. menerima dan mengirimkan sinyal dari dan ke MS, juga mengirimkan/menerima sinyal dengan frekwensi yang berbeda-beda dengan hanya menggunakan satu antena yang sama.

3. mengontrol power yang di transmisikan ke MS.

4. Ikut mengontrol proces handover.

5. Frequency hopping

2. Base Station Controller (BSC)

BSC membawahi satu atau lebih BTS serta mengatur trafik yang datang dan pergi dari BSC menuju MSC atau BTS. BSC memenejemen sumber radio dalam pemberian frekuensi untuk setiap BTS dan mengatur handover ketika mobile station melewati batas antar sel.

Pada umumnya setiap BSS terdiri atas beberapa Base Transceiver Station, dengan masing-masing BTS mempunyai area yang berbeda.Namun demikian selalu ada area yang over lapping, sehingga kontinuitas komunikasi Out Station dengan infrastruktur selular tetap terjaga.

BSC sangat diperlukan untuk mengaur perpindahan Out Station dari satu BTS ke BTS lainnya.Perpindahan area ditentukan dari beda kekuatan sinyal antara 2 (dua) BTS Oper Lapping.Fungsi BSC :

Interfacing antara BSC-MSC, BSC-BTS dan BSC-OMC
Alokasi kanal BSC-BTS
Indikasi channel blocking antara BSC-MSC
Pengaturan frekwensi hoping
Pengaturan konfigurasi kanal
Pengaturan enkripsi
Proses Handover
Pengaturan broadcasting channel

3. Mobile Switching Center (MSC)

MSC didesain sebagai switch ISDN (Integrated Service Digital Network) yang dimodifikasi agar berfungsi untuk jaringan seluler. MSC juga dapat menghubungkan jaringan seluler dengan jaringan fixed.

MSC (Mobile Switching Center), sebagai switching system
BSS (Base Station Subsystem), sebagai pengirim dan penerima sinyal radio dari dan ke pelanggan

OS (Out Station), sebagai terminal pelanggan yang bersifat bergerak.
Keistimewaan dari GSM yang tidak terdapat pada sistem analog maupun pada American Digital Cellular (ADC) adalah adanya standardisasi interface antar masing-masing sub sistem. Dengan demikian, GSM menjanjikan suatu sistem yang tidak harus dimonopoli oleh satu merek. Dalam arti bahwa Switching, Base Station, dan Out Station dapat berasal dari merek/pemasok yang berbeda. Kondisi ini jelas sangat menguntungkan pihak operator, karena tidak ada ketergantungan sama sekali terhadap satu supplier.

Ketidaktergantungan kepada satu pemasok tersebut memungkinkan karena adanya standardisasi yang jelas :

A Interface, antara MSC dengan BSS
A Bis Interface, antara BSC dengan BTS
Um Interface, antara BSS dengan Out Station.

Standardisasi A-bis Interface belum sepenuhnya terselesaikan, sehingga sampai saat ini BSS secara lengkap pada umumnya dipasok dari satu Standardisasi A Interface dan Um Interface terbukti telah berhasil dengan baik. Jaringan D1 / Detecon merupakan kombinasi dari MSC dari Siemens dan BSS dari Philips, D2 / Mannesman merupakan kombinasi dari MSC SEL dan BSS dari Alcatel (Walaupun sekarang SEL dalam group Alcatel, namun subsistem MSC dan subsistem BSS berasal dari industri yang berbeda).

4. Home Location Register (HLR)

HLR merupakan database yang berisi data pelanggan yang tetap. Data tersebut antara lain, layanan pelanggan, service tambahan serta informasi mengenai lokasi pelanggan yang paling akhir (update).

HLR berfungsi untuk penyimpan semua data dan informas mengenai pelanggan yang tersimpan secara permanen, dalam arti tidak tergantung pada posisi pelanggan. HLR bertindak sebagai pusat inforamsi pelanggan yang setiap waktu akan diperlukan oleh VLR untuk merealisasi terjadinya komunikasi pembicaraan. VLR selalu berhubungan dengan HLR dan memberikan informasi posisi pelanggan berada.

5. Authentication Center (AuC)

AuC berisi database informasi rahasia yang disimpan dalam bentuk format kode. AuC digunakan untuk mengontrol penggunaan jaringan yang sah dan mencegah semua pelanggan yang melakukan kecurangan.

AuC menyimpan semua informasi yang diperlukan untuk memeriksa keabsahan pelanggan, sehingga usaha untuk mencoba mengadakan hubungan pembicaraan bagi pelanggan yang tidak sah dapat dihindarkan. Disamping itu AuC berfungsi untuk menghindarkan adanya pihak ke tiga yang secara tidak sah mencoba untuk menyadap pembicaraan.

Dengan fasilitas ini,maka kerugian yang dialami pelanggan sistem selular analog saat ini akibat banyaknya usaha memparalel, tidak mungkin terjadi lagi pada GSM. Sebelum proses penyambungan switching dilaksanakan sistem akan memeriksa terlebih dahulu, apakah pelanggan yang akan mengadakan pembicaraan adalah pelanggan yang sah.

AuC menyimpan informasi mengenai authentication dan chipering key.Karenae fungsinya yang mengharuskan sangat khusus, authentication mempunyai algoritma yang spesifik, disertai prosedur chipering yang berbeda untuk masing-masing pelanggan. Kondisi ini menyebabkan AuC memerlukan kapasitas memory yang sangat besar. Wajar apabila GSM memerlukan kapasitas memory sangat besar pula.

Karena fungsinya yang sangat penting, maka operator selular harus dapat menjaga keamanannya agar tidak dapat diakses oleh personil yang tidak berkepentingan. Personil yang mengoperasikan dilengkapi dengan chipcard dan juga password identitas dirinya.

6. Visitor Location Register (VLR)

VLR merupakan database yang berisi informasi sementara mengenai pelanggan, terutama mengenai lokasi dari pelanggan pada cakupan area jaringan.

VLR berfungsi untuk menyimpan data dan informasi pelanggan, dimulai pada saat pelanggan memasuki suatu area yang bernaung dalam wilayah MSC VLR tersebut (melakukan Roaming). Adanya informasi mengenai pelanggan dalam VLR memungkinkan MSC untuk melakukan hubungan baik Incoming (panggilan masu) maupun Outgoing (panggilan keluar).

VLR bertindak sebagai data base pelanggan yang bersifat dinamis, karena selalu berubah setiap waktu, menyesuaikan dengan pelanggan yang memasuki atau berpindah naungan MSC. Data yang tersimpan dalam VLR secara otomatis akan selalu berubah mengikuti pergerakan pelanggan. Dengan demikian akan dapat dimonitor secara terus menerus posisi dari pelanggan, dan hal ini akan memungkinkan MSC untuk melakukan interkoneksi pembicaraan dengan pelanggan lain. VLR selalu berhubungan secara intensif dengan HLR yang berfungsi sebagai sumber data pelanggan.

7. Operation and Maintance Center (OMC)

OMC sebagai pusat pengontrolan operasi dan pemeliharaan jaringan. Fungsi utamanya mengawasi alarm perangkat dan perbaikan terhadap kesalahan operasi.

8. Mobile Station (MS)

MS merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk dapat memperoleh layanan komunikasi bergerak. MS dilengkapi dengan sebuah smartcard yang dikenal dengan SIM (Subscriber Identity Module) yang berisi nomor identitas pelanggan.

Operation and Support System

Operation and Support System (OSS) merupakan wujud fungsional dari pemantauan jaringan operator dan pengontrolan sistem. Fungsi penting OSS adalah memberikan gambaran jaringan dan dukungan aktifitas pemeliharaan dari operasi yang berbeda dalam pemeliharaan organisasi

Metode akses dari GSM adalah Time Division Multiple Access (TDMA). Teknik Time Division Multiple Access (TDMA) merupakan suatu metode pengaksesan dimana semua stasiun bumi frekuensi pembawa yang sama dengan berdasar pengaturan atau pembagian waktu. Pada teknik TDMA hanya terdapat satu sinyal pembawa RF (single signal carier) dalam bandwidth transponder Satelit. Komunikasi diatur dengan pembagian waktu sesuai dengan penomoran dari Stasiun Bumi.

ASPEK HUBUNGAN RADIO

International Telecomunication Union (ITU), yang mengatur alokasi spektrum radio, yang teralokasi pada 890-915 MHz untuk uplink (dari mobile station ke base station) dan 935-960 MHz untuk downlink (dari base station ke mobile station) untuk jaringan mobile di Eropa. Daerah frekuensi ini sudah dipakai di awal 1980-an oleh sistem analog. GSM akan dialokasikan di seluruh bandwidth 2x25 MHz.

Multiple Akses dan Struktur Saluran

Metoda yang dipilih GSM adalah kombinasi Time- dan Frequency-Division Multiple Acces (TDMA/FDMA). Bagian FDMA mencakup pemagian frekuensi dari (maksimum) bandwidth 25 MHz dengan 124 frekuensi carrier yang dispace-kan masing-masing 200 kHz. Setiap frekuensi tersebut kemuadian dibagi dalam waktu, menggunakan metoda TDMa. Satuan waktu dasar TDMA disebut burst period dan terakhir 15/26 ms (sekitar 0,577 ms). Delapan burst perod dikelompokkan ke satu frame TDMA (120/26 ms, atau 4,615 ms), yang menjadi satuan dasar untuk definisi saluran logika. Satu saluran fisik sama dengan satu burst period per frame TDMA.

Traffic Channel

Traffic channel (TCH) berfungsi membawa lalu lintas suara dan data. TCH menggunakan 26-frame multiframe, atau grup dari 26 frame TDMA. Panjang dari 26-frame multiframe 120 ms, yang panjang burst period-nya didefinisikan (120 ms dibagi 26 frame dibagi 8 burst period per frame). Selain 26 frame, 24 juga digunakan untuk traffic, 1 untuk Slow Associated Control Channel (SACCH) dan 1 unused. TCH untuk uplink dan downlink dipiosahkan dalam waktu oleh 3 burst period, sehingga mobile station tidak harus mengirim dan menerima secara serentak.

ASPEK JARINGAN (NETWORK)

Menjamin transmisi suara atau data dengan kualitas hubungan radio adalah fungsi dari jaringan mobile seluler. Mobile GSM dapat menjelajah ditingkat nasional maupun internasional, yang membutuhkan registrasi, keaslian, call routing dan adanya fungsi location updating dan distandardisadi dalam jaringan GSM. Dalam kenyatannya daerah geografis ini dicakup oleh jaringan dibagi menjadi sel-sel yang mengharuskan implementasi mekanisme handover. Fungsi-fungsi ini dilakukan oleh Network Subsystem, terutama menggunakan Mobile Application Part (MAP) yang dibangun di atas protokol Signalling System.

Protokol signalling ini dalam GSM distrukturisasi menjadi tiga layer umum, tergantung dari interface, yang digambarkan pada gambar 3. Layer 1 adalah physical layer, yang menggunakan struktur channel yang didiskusikan di atas pada interface udara. Layer 2 adalah data link layer. Melalui interface Um, data link layer merupakan versi yang dimodifikasi dari protokol LAPD yang digunakan dalam ISDN, yang disebut LAPDm. Melalui A interface, Message Transfer Part layer 2 dari Signalling System no. 7 dipakai. Layer 3 sendiri dibagi menjadi 3 sublayer.

1. Radio Resource Management, mengontrol setup, pemeliharaan, terminasi radio dan saluran tetap, termasuk handover

2. Mobility Management, mengatur locating updating dan prosedur registrasi, agar aman dan rahasia.

2. Connection Management, menangani call control secara umum, saman dengan CCITT Recommendation Q.931, dan mengatur Supplementary Service dan Short Message Service (SMS).

Manajemen Radio Resource

Layer manajemen radio resource (RR) mengawasi pembentukan hubungan radio dan yang tetap (fixed), antara mobile station dan MSC. Komponen utama dari mobile station adalah mobile station dan Base Station Subsystem, seperti layaknya MSC. Layer RR digunakan dengan manajemen sesion RR, yang waktu sebuah mobile dalam mode dedikasi, sebagaimana konfigurasi saluran radio, termasuk alokasi saluran dedikasi.

Handover
Dalam jaringan seluler, hubungan radio dan fixed (telepon yang tidak bergerak) yang dilakukan tidak permanen posisinya selama call. Handover, atau disebut handoff di Amerika Utara, adalah switching dari on-going call ke saluran atau sel yang berbeda. Eksekusi dan pengukuran yang diperlukan untuk handover memiliki satu dari fungsi dasar layer RR.

Terdapat empat tpe handover dalam sistem GSM, yang mencakup mentransfer panggilan antara :

1. Channel (time slot) dalam sel yang sama

2. Sel (BTS) di bawah kontrol BSC

3. Sel di bawah kontrol BSC yang berbeda, tetapi selama MSC yang sama

4. Sel di bawah kontrol MSC yang berbeda-beda.

Dua tipe pertama, dinamakan handover internal, mencakup hanya BSC. Untuk menyimpan bandwidth pensinyalan, mereka diatur oleh BSC tanpa mencakup MSC, kecuali untuk memebritahu pada saat terpenuhnya handover. Dua tipe terakhir, dinamakan handover eksternal, ditangani oleh MSC. Aspek penting dari GSM adalah bahwa MSC yang orisinil, anchor MSC, bertanggung jawab untuk sebagian besar fungsi call-related, dengan pengecualian subsequent handover inter-BSC di bawah kontrol MSC yang baru, yang dinamakan relay MSC.