Hálózati és kapcsoló alrendszer (NSS)

A hálózat felépítésének talán legbonyolultabb eleme a hálózati és kapcsoló alrendszer, azaz az NSS. Ez felel a GSM-felhasználók és az egyéb távközlési hálózati rendszerek felhasználói közötti kommunikációért - magyarán ezen át fog menni az adat, ha mobiltelefonról felhívunk egy vezetékes számot. A BSC-k és az NSS között már földkábelen megy az információ, hiszen ez egyrészt viszonylag védett és biztonságos, másrészt nagy mennyiségű adat szaladgál ide-oda, jellemzően üvegszálas optikát használnak az operátorok. Persze egy nagy építkezésnél (pl: autópálya) előfordul, hogy a kábelt egy munkagép átvágja, ilyenkor egy, esetleg több BSC is leszakad a hálózatról, és egy komplett megye marad mobilszolgáltatás nélkül. Éppen ezért általában van egy "backup" kábel is, de kisebb sávszélességű, s jellemzően csak a signalling feladatokat tudja megoldani.

Funkcionális tekintetben az NSS két részből áll, a kapcsoló rendszerből és az előfizetői és végberendezés adatbázisokból, melyek azonban újabb részekre bontanak. Kezdjük a kapcsolórendszerrel. Ennek legfontosabb része a Mobil Szolgálati Kapcsolóközpont (MSC), de egyéb szolgálati központokat is magában foglal, mint például a Rövid Üzenet Szolgálati Központ (SMSC). A Mobil Szolgálati Kapcsolóközpont (MSC) gyakorlatilag a klasszikus telefonközpont helyi megfelelője, tehát alapvető kapcsolási és irányítási funkciókat hajt végre az NSS-en belül, de pár többletfunkcióval is rendelkezik. A forgalomirányítási részbe tartozik, hogy a szolgáltatási területén található mobilállomások mobil kezdeményezésű vagy végződésű hívások (azaz minden mobiltelefonnal zajló hívást, beleértve a vezetékes számról érkezőket vagy arra indítottakat is) felépítését koordinálja. Viszont ezen kívül képes rádió-erőforrásokat lefoglalni és kezelni az előfizetők mobilitását. E funkciók magukba foglalják a helyregisztrálást, az előfizető hívásait, hívásátadását, a titkosítási paraméterek átvitelét és a DTMF-jelzésátvitelt - ezek miatt több, mint egy "rendes" telefonközpont. Magyarán az MSC felel az összes mobilhívás felépüléséért. Ha az MSC megdöglik, akkor a komplett hálózat lefekszik, volt már rá példa itthon is, mi két esetre emlékszünk, nem is voltak ezek olyan rég. Megdöbbentő, hogy a mobiltelefon mennyire a mindennapjaink részévé vált, gyakorlatilag megbénult a kommunikáció.

Ilyen bazi izgalmas egy MSC kívülről
Forrás: chang-bao.com.tw

Ezen kívül az MSC egyben egy átlépő központ is olyan hálózatokkal történő kommunikációnál, melyek adaptálást igényelnek - ezeket az együttműködési funkciókat az ún. IWF-ek végzik. Az IWF egy átviteli protokoll adaptáló berendezés, mely a GSM adatátvitel sajátosságait "illeszti át" a partner hálózatok (például az ISDN) protokolljaihoz. A hálózati és kapcsoló alrendszerek országonként jellemzően egynél több MSC-t tartalmaznak, de ez persze a helyi viszonyoktól és a hálózati igénybevételtől is függ. Idehaza a szolgáltatóknak legalább három MSC-jük van az ország különböző pontjain, így bizonyos MSC-ket átlépő központoknak jelölnek ki, melyek feladata az előfizető helyének megállapítása és a hívás továbbításon azon MSC vagy a külső hálózat felé, mely a felhasználót kiszolgálja. Az azonban biztos, hogy ha nem hálózaton belüli hívásról van szó, akkor a fő MSC-n keresztül történik a kommunikáció, hiszen ez van kapcsolatban a többi hálózattal és szolgáltatóval.

Érezhető, hogy az MSC kiemelten fontos eleme a hálózatnak. A halandó ember ezért nem is tudja, hogy az egyes szolgáltatók MSC-i vajon konkrétan hol találhatóak, hiszen a központi MSC kiiktatása igen jelentős anyagi és presztízs jellegű kárt tudna okozni. Az MSC-ket komoly biztonsággal védik a szolgáltatók, nem sok embernek van bejárása a konkrét hardverhez.

Mint említettem, az NSS-ek az MSC-n kívül egyéb szolgálati kapcsolóközpontokat is magukba foglalnak. Ezek közül az egyik legfontosabb a Rövid Üzenet Szolgálati Központ (SMSC), melynek ugyanaz a szerepe az írott üzenetek továbbításában, mint az MSC-nek a bejövő beszéd- és adathívások kezelésében. Mivel a GSM-specifikációk nem definiálják túl pontosan az SMSC-re vonatkozó összes protokollt, ezért a gyártóknak van némi szabadságuk velük kapcsolatban - itt persze nem a mobilgyártókra kell gondolni, hanem a hálózati gyártókra, Ericsson, Nokia-Siemens Networks és társaik. Az viszont biztos, hogy minden SMSC-nek tartalmaznia kell olyan alacsony szintű protokollokat, melyek lehetővé teszik SMS-ek továbbítását a mobiltelefon és az SMSC között, továbbá olyan protokollokat, melyek lekérdezik a HLR-t (erről is kicsit később) és kikeresik az előfizető címét, ha épp elérhető - illetve értesítik az SMSC-t, ha a felhasználó újra elérhetővé válik. Ezért van az, hogy az SMS-eket egyből megkapjuk, ha bekapcsoljuk a mobiltelefonunkat.

Az NSS-en belül tehát a kapcsoló rendszerek foglalják magukba az MSC-ket és az egyéb központokat, az NSS-nek azonban van egy még összetettebb része is, az előfizetői és végberendezés-adatbázisok. Ezek tartalmazzák a a Honos Előfizetői Helyregisztert (HLR), Látogató Előfizetői Helyregisztert (VLR), az Előfizetői Azonosító Központot (AUC) és a Berendezési-azonosító Regisztert (EIR).

A Honos Előfizetői Helyregiszter (HLR) egy olyan adatbázis, amely az előfizető helyére és a számára nyújtható távközlési szolgáltatásokra vonatkozó információkat tartalmazza. A HLR azonosítja, hogy a felhasználó megkaphatja-e az adott táv- vagy hordozószolgáltatást, a kiegészítő szolgáltatásokra vonatkozó információkat nem feltétlenül tárolja. A HLR-ben minden felhasználóhoz két szám tartozik, a mobilállomás nemzetközi ISDN-száma (MSISDN) és a Nemzetközi Mobilállomás-azonosító (IMSI). Előbbiben található az előfizető telefonszáma, melyet a mobilállomás hívásakor tárcsáznak. A hagyományos telefonhálózatoktól eltérően az MSISDN nem az előfizető készülékét, hanem az előfizető szolgáltatását definiálja. Az IMSI-ről ugye már volt szó, ez a SIM-kártyán található, a kártya (tehát az előfizetés) regisztrálásakor összekapcsolják az MSISDN-nel, de az IMSI nem csak a SIM-kártyán, hanem az AuC-ban (később...) is tárolva lesz. A HLR teszi lehetővé a hívások átirányítását azon MSC/VLR szolgáltatási területre, melyben a mozgásban lévő felhasználó éppen elhelyezkedik. Mindezt azért tudja megtenni, mert tárolja az előfizető helyére vonatkozó információkat - a látogatott MSC/VLR címét -, képes azonosítani a mobilállomásokat, valamint lekéri a látogatott MSC-től a Mobilállomás Roaming Számát (MSRN).

A HLR mellett egy másik adatbázis-funkció is megvalósul a GSM-ben, ez pedig a Látogató Előfizetői Helyregiszter (VLR). Ezek egy vagy több MSC-hez kapcsolódnak, mindegyikük több cellát vezérel, feladatuk az MSC(-k) szolgáltatási területén lévő ügyfelek adatainak átmeneti tárolása, valamint az előfizető helyének az HLR-nél pontosabb ismerete. A GSM-cellák csoportjai ugyebár forgalmi területeket képeznek. Ha az előfizető készüléke átlépi két ilyen forgalmi terület határát, vagy épp máshol kapcsolják be, mint ahol utoljára sikeresen regisztrálták, akkor a VLR megkísérli végrehajtani a helyregisztrációs eljárást. A legutolsó ilyen kísérlet eredménye a SIM kártyán lesz zárolva. A helyregisztráció során az előfizető adatai áttöltődnek a HLR-ből a VLR-be, ezáltal a VLR részt vesz az előfizető azonosításában, hívásátadásában, támogatja a titkosítást és az SMS-ek továbbírását.

Nagyon leegyszerűsítve arról van szó, hogy a HLR-VLR páros minden fontos információt tud az ügyfélről (tiltások, aktív szolgáltatások, hívószámkijelzés), azt is vissza lehet keresni, hogy milyen IMEI számú telefont használ a júzer, de a legfontosabb, hogy ez a két adatbázis tárolja az ügyfél utolsó ismert tartózkodási helyét. Nem utca-házszám szinten, hanem hogy melyik BTS-en látták utoljára kommunikálni a felhasználót a hálózattal. A MSC és az SMSC is a HLR-VLR pároshoz fordul akkor, amikor fel kell építeni egy hívást. Lekérdezik a megfelelő információt, s ennek ismeretében küldik a jelet a hálózat megfelelő részéhez. A HLR azt is tudja, ha valaki kikapcsolja a készülékét. Talán már mindenki tapasztalt olyat, hogy telefonja kikapcsolásakor a közelben levő audio eszköz a jellegzetes "tittiri-tittiri" recsegést produkálta. Ez azért van így, mert ha egy készüléket kikapcsolunk, akkor az még utolsó tevékenységeként felszól a HLR-nek, hogy mostantól nem elérhető. A HLR ezt az információt eltárolja, s egészen a következő feljelentkezésig őrzi. Ha a HLR tudja, hogy az ügyfél nincs rajta a hálózaton, akkor az MSC-nek, illetve az SMSC-nek is ezt kommunikálja, így a hívás felépítését meg sem kísérli a kapcsolóközpont, hanem a szintén a HLR-ben tárolt nem elérhető esetre vonatkozó átirányítási szabálynak megfelelően jár el.

Az Előfizetői Azonosítóközpont (AuC) az előfizetők azonosítására szolgáló biztonsági adatokat kezeli. Gyakorlatilag az illetéktelen hálózathasználat ellen véd, így minden regisztráláskor, hívásfelépítési kísérletkor, kiegészítő szolgáltatások aktiválásakor, deaktiválásakor, regisztrálásakor és törlésekor lehetősége van a GSM-előfizetők azonosítására. A hitelesítés lényege, hogy összehasonlítja a hálózati oldalon (azaz a SIM kártyán) lévő Ki számot a SIM kártyán tárolt Ki számmal, mindezt anélkül, hogy az valaha is kiküldésre kerülne - a hálózati oldalon ugyanis az AuC tárolja a Ki számokat. Emellett tárol rejtjelezési paramétereket, valamint része egy véletlenszám-generátor is. Bár az AuC lényegében a HLR egyik funkcionális alosztálya, különálló hálózati elem is lehet.

Az utolsó előtti rész a Készülékazonosító Regiszter (EIR), mely a mobilállomásokat (tehát a készüléket) azonosítja. Ez az adatbázis a készülékek főbb adatait tárolja, a készülékekre az IMEI számmal hivatkoznak. Az EIR-ben három listán vannak az IMEI-k, az első, úgynevezett "fehér listán" a típusengedélyezett készülékek szerepelnek, a második, "szürke listán" a megfigyelés alatt álló készülékek vannak, míg a "fekete listán" azon telefonok IMEI számai szerepelnek, melyeket le kell tiltani - vagy azért, mert lopottak, vagy azért, mert súlyos működési zavarokkal küzdenek.

Az NSS része továbbá a Hangposta Rendszer (VMS) is, mely nem illik bele a GSM-specifikációk által definiált (tehát a fent említett) rendszerek egyikébe sem. A hangpostarendszer ugyebár lehetővé teszi hangüzenetek tárolását és lejátszását. A bejövő hívások az előfizető saját hangpostaládájába irányíthatók, ha az előfizető foglalt, szolgáltatási körzeten kívül van, ki van kapcsolva, nem válaszol vagy aktiválja a feltétel nélküli hangpostaládába irányítást. Bizonyos VMS rendszerek kiértesítő rendszerrel is fel vannak vértezve, ismételt hívásokkal vagy szöveges üzenetekkel értesítik a felhasználót, hogy hangüzenete van. Ezen hívások időzítése egy időzítési mátrixot követ, melynek melyek sorai azokhoz a lehetséges okokhoz tartoznak, melyek a hívás hangpostaládába történt átirányítását tartalmazzák. Felépítését tekintve a VMS üzenettároló egységekre, hívás-, üzenet- és figyelmeztetésmenedzselő egységekre osztható.

Így néz ki az egész architektúra

Természetesen nem csak ennyi adatbázis üldögél az NSS-ben. Az MSC és az SMSC mellett ma már ott terpeszkedik az MMSC is (ugye egyértelmű, hogy mire szolgál?), illetve az adatátviteli szolgáltatásokat meghajtó SGSN-GGSN páros is. Ahogy a rendszerek fejlődnek, újabb és újabb elemekkel bővül az NSS, ilyen például a ma már mindhárom operátornál elérhető hívásértesítő szolgáltatásért felelő elem, amely a VMS, az MSC és a HLR kapcsolataiból építkezik, s adott esetben az SMSC-t notifikálja arról, hogy a telefon bekapcsolását követően menjen le az ügyfélnek egy üzenet arról, hogy amíg ki volt kapcsolva, valaki megpróbálta őt felhívni.

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!