GSM-Systemarchitektur

Das GSM-Netz besteht aus einer Vielzahl von Komponenten. Jede dieser Komponenten erfüllt eine spezielle Aufgabe. Leider kürzen Techniker die Namen der einzelnen Komponenten ab. Dies bringt eine Vereinfachung für die Techniker und sorgt für Verwirrung beim "gemeinen Volk". Zunächst mal eine Skizze über die Komponenten.

Bedeutung der Abkürzungen (bitte klicken):

MS

BTS

BSC

MSC

HLR

VLR

EIR

OMS

Die MS (Mobile Station)

Die MS ist jener Teil des Mobilfunknetzes, der im Besitz des Subscribers (Teilnehmer) ist. Sie besteht aus dem ME (Mobile Equipment), das meistens das Handy ist, und dem SIM (Subscriber Identidy Module). Auf dem SIM wird unterschieden in permanente, semipermanente und temporäre Datensätze. Permanent sind die IMSI (International Mobile Subscriber Identidy), der Ki (der Schlüssel der den User als solchen identifiziert und so einzigartig macht - A51), weiter Schlüssel wie A3 und A8 sowie PUK 1 und 2 (Personal Unblocking Key), der gesperte SIMs wieder brauchbar macht. Die MS verfügt über einen Empfänger und über einen Sender. Beide arbeiten mit der GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying), einer digitalen Modulationsweise. 

Die BTS (Base Transceiver Station)

Die BTS ist jener Teil, der in den letzen Jahren zu allgemeinen Verschönerung der Landschaft begetragen hat. Diese sind meistens schon aus weiter Entfernung deutlich an den hohen Gittermast-Konstruktionen zu erkennen. Die BTS stellt die Verbindung zwischen MS und dem Rest des Mobilfunknetzes dar. Hier endet die Funkschnittstelle und es beginnt ein normales drahtgebundes Netz. Manchmal gibt es Sonderfälle bei der die Daten nun über eine weitere Funkschnittstelle übertragen werden. Dieses Verfahren wird Richtfunk genannt, bei dem die Funkwellen in eine bestimmte Richtung, und das gebündelt, ausgestrahlt werden. Angewandt wird dies vorwiegend aus Kostengründen. Ist kein Telefonkabel in der Nähe oder will der Netzbetreiber soweit wie nur möglich auf das Netz von der Telekom verzichten montiert er Richtfunkspiegel die nun eine Verbindung mit einem weit entfernten  herstellen können. One und tele:ring verwenden dieses System hauptsächlich. A1 und max arbeiten weitgehend über das TA-Netz, aber benutzen ergänzend Richtfunk. Die Funkschnittstelle zwischen Handy und BTS wird auch Luftschnittstelle oder Um genannt.

Der BSC (Base Station Controller)

Er kontrolliert nun mehrere BTS. Meistens hat ein BSC einen Cluster oder eine LA (Loacal Area) zu betreuen. Dies ist abhängig von der Philosophie des Netzbetreibers. Unter Cluster versteht man jenes Gebiet in dem jede Frequenz, die der Netzbetreiber zu Verfügung hat nur einmal verwendet wird. Diese Cluster können, aber müssen nicht als LA bezeichnet werden. Dieser LA wird durch einen LAC/LAI (Local Area Code) idenifiziert. Das BSC koordiniert die Abläufe im Radio Subsystem. Die MS teilt während des Gesprächs oder ähnlicher Abläufe ständig dem BSC Messdaten über die Funkqualität mit. Hier werden, je nach art des Endgerätes, 6-9 Kanäle ständig gemessen. Die Messdaten werden dem BSC übermittelt und dieses entscheidet ob die MS nun an die nächste Zelle weiter gegeben wird oder nicht. Befindet sich die MS am Rande der LA und somit am Rande des Zuständigkeitsbereiches des BSC, kontaktiert den BSC nun die zuständige BSC über das MSC.

Das MSC (Multi Switching Center)

Das MSC kann mit einer herkömmlichen Vermittlungsstelle verglichen werden. Es stellt die Schnittstelle zu andern Netzen dar und ist sozusagen das "Hirn" des Netzes. Während sich der BSC mit funktechnischen Sachen befasst, hat das MSC die Aufgabe die Abläufe im Netz zu kontrollieren. Die wichtigste Aufgabe ist sicherlich die Teilnehmer-Authentifizierung, das heist, ob der User einbuchen darf oder nicht. Hierfür gibt es Register. 

Das wichtigste ist das HLR (Home Location Register). Hier steht zu jeder Sim-Karte die Zuweisung zu einer Nummer, welche Dienste der User in Anspruch nehmen kann (SMS, Mobilbox, etc..) oder des Tarifmodell. Jedes MSC verfügt über ein HLR. Im Normalfall hat ein Netz aber nur ein HLR, welches in einzelne Blöcke unterteilt ist und jeder Block einem MSC zugewiesen ist. Weites sind hier noch die Daten gespeichert wo sich der Teilnehmer aufhält oder ob er überhaupt eingebucht ist. Ändert der Teilnehmer seinen Status wird dies hier sofort eingetragen. An das HLR ist nun zu Authentifizierung noch das AC (Authenfication Center) angeschlossen. Das AC ist das best gesicherte System eines Mobilfunknetztes. Hier stehen Daten, die nur der Netzbetreiber weis, und die verhindern, dass sich Unbefugte Zugang in das Netz verschaffen. Im AC ist der spezielle Algorithmus der den Teilnehmer indentifiziert sowie der Algorithmus den der Netzbetreiber verwendet um die Daten am Funkweg zu verschlüsseln, gespeichert. Diese Daten finden sich weiters auf der SIM-Karte, wo sie nicht ausgelesen werden können. Der Schlüssel wird nicht übertragen. Dadurch ist GSM eines der sichersten Systeme der Welt, das heißt, dass niemand am Funkweg mithören kann, wie dies bei Funknetzen wie dem C-netz einfachst möglich war. 

Neben dem HLR gibt es noch das VLR (Visitor Location Register). Dies ist eine Art Datei in der eine Momentane Adresse des Users angezeigt wird (in LA). Weiters werden vom HLR wichtige Informationen hier her übertragen (Dienste, etc.) die für den User wichtig sind.  Hier durch können Vorgänge, wie zB. ein Gesprächsaufbau wesentlich erleichtert werden, da nicht immer das HLR befragt werden muss. Für das VLR wird auch die TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) vergeben. Diese wird vergeben um nicht permanent die IMSI zu übertragen und so einen Ansatzpunkt zum Missbrauch zu liefern.

Das EIR (Equipment Identity Register) stellt ein Register dar, indem Daten über Geräte gespeichert werden können. Hier her wird die IMEI übertragen, wenn eingebucht wird. Die IMEI (International Mobile Equipment Identity) identifiziert eindeutig das ME, das Handy. Es ist mit der Fahrgestellnummer eines Autos vergleichbar. Sie beinhaltet Herstellungsland, Hersteller plus eine Information die der Hersteller vergibt (zB.: 441025xxxxxxx = Deutschland, Siemens, S25, Gerätenummer). Diese Nummer kann bei jedem dem GSM-Norm entsprechendem Gerät durch drücken von *#06# angezeigt werden oder am Etikett unter dem Akku entweder mit dem Auge oder der Bar-Code-Scanner eingelesen werden. Nun kann das Gerät auf spezielle Listen gesetzt werden, falls es "verdächtig" erscheint, das heißt wenn es als gestohlen gemeldet ist oder wenn der Verdacht von Betrug besteht. Weiters bietet das EIR dem Netzbetreiber die Möglichkeit zu überprüfen ob z.B. bei einem Prepaid das mitgelieferte Handy oder ein anders Handy benutzt wird.

Das OMS (Obtain and Maintain System)

Mit dem OMS können die Teilnehmer (HLR) verwaltet werden. Aber auch Routing-Tabellen werden hier eingegeben, Netz-Elemente gesteuert. Hier ist der Zugriff auf alle Komponenten des Netzes möglich.