MSC چیست؟

MSC (Mobile Switching Center)

MSC المان مرکزی شبکه مخابراتی موبایل است که در استانداردها به آن PLMN (Public Land Mobile Network) میگوییم. در یک شبکه CS کلاسیک، تمامی ارتباطات بین کاربران توسط MSC مدیریت می‌شوند و این ارتباطات همیشه روی ماتریس سوئیچینگ مسیردهی می‌شوند حتی اگر دو مشترک روی یک سل (Cell) رادیویی باهم ارتباط برقرار کنند.

پروتکل CC (Call Control)

کارهای مربوط به مدیریت ارتباط یعنی برای برقراری و نگهداری یک ارتباط، بخشی از پروتکل CC  هستند.

پروتکل CC معمولاً مسئول کارهای زیر است:

• ریجیستر کردن مشترکین موبایل، یعنی وقتی موبایل روشن می‌شود آن را در شبکه ریجیستر (ثبت) می‌کند تا مشترکان دیگر بتوانند با آن ارتباط برقرار کنند.
• برقراری تماس و مسیردهی تماس بین ۲ مشترک
• هدایت پیام‌های SMS

پروتکل MM (Mobility Management)

ازآنجایی‌که مشترکین آزادانه می‌توانند در شبکه روم کنند، MSC مسئول مدیریت حرکت یعنی MM نیز است. این کار شامل موارد زیر است:

• احراز هویت مشترکین در زمان برقراری ارتباط لازم است چون مثل شبکه ثابت نیست که مشترک با یک جفت سیم مسی از قبل شناخته شده باشد. احراز هویت مشترکان و AuC (Authentication Center) را در مقاله‌ای جداگانه توضیح خواهم داد.
• اگر هیچ ارتباطی بین شبکه و موبایل فعال نباشد، موبایل بازهم باید تغییر مکان خودش را برای دریافت تماس و پیامک‌های بعدی به شبکه گزارش دهد. به این پروسه Location Update گفته شده و در مقاله‌ی جداگانه به آن خواهم پرداخت.
• اگر یک مشترک حین ارتباط مکان خود را عوض کند MSC باید تضمین کند که تماس قطع نمی‌شود و به سل جدید هدایت می‌شود. به این پروسه هم Handover گفته شده و در مقاله‌ای جداگانه به آن خواهم پرداخت.

برای اینکه MSC بتواند با دیگر نودهای شبکه ارتباط برقرار کند با اینترفیس‌های استانداردی مانند شکل زیر به آن‌ها وصل می‌شود. این کار به اپراتورهای شبکه اجازه‌ می‌دهد تجهیزات مختلف مخابراتی را از تولیدکنندگان متنوع و متفاوت تهیه کرده و استفاده کنند. این اینترفیس‌ها روی تایم‌اسلات‌های خطوط E-1 یا شبکه IP منتقل می‌شوند. همان‌طور که گفتیم فقط لایه‌‌های پایین‌تر تغییر می‌کنند. در لایه اپلیکیشن هر دو مورد یکسان هستند.

تمام مشترکان را BSS به شبکه Core وصل می‌کند و  این کار را با چندین خط E-1 دو مگابیت‌برثانیه‌ای انجام می‌دهد به این اینترفیس A میگوییم. همان‌طور که در مقاله SS7 گفتیم پروتکل BSSMAP و DTAP روی اینترفیس A برای ارتباط بین MSC ، BSS و موبایل بکار می‌روند.

چون هر E1 فقط ۳۱ کانال را می‌تواند منتقل کند پس ارتباطات E-1 بسیار زیادی برای ارتباط MSC و BSS لازم داریم. یعنی در عمل E-1 های زیادی را در یک STM-1 باندل کرده و به BSS می‌فرستیم. یک دلیل دیگر برای استفاده از ارتباطات نوری این است که سیگنال‌های الکتریکی را می‌تواند با بازده بالا در مسافت طولانی جابجا کند. پس عجیب نیست که MSC از نود BSS ۱۰۰ کیلومتر فاصله داشته باشد.

چون یک MSC ظرفیت سوئیچینگ محدودی دارد و از طرفی ظرفیت پردازشی آن‌هم محدود است، هر PLMN از چندین MSC تشکیل می‌شود که مستقل از هم هستند و هرکدام محدوده مشخصی را پوشش می‌دهند، برای تضمین پوشش تمام‌وقت یک MSC ، بازهم MSC ها توسط E1 هایی که در اتصالات نوری باندل می‌شوند به یکدیگر وصل شده و باهم همکاری کنند.

زمانی که یک مشترک حین ارتباط به محدوده یک MSC دیگر وارد می‌شود، لازم است که مسیر ارتباط فعال را به MSC جدید تغییر دهیم (handover). ارتباط سیگنالینگ لازم برای این کار اینترفیس E است.

ISUP برای برقراری مسیر مکالمه بین MSC‌ها و پروتکل MAP برای انجام سیگنالینگ handover بین MSC ها استفاده می‌شود.

اینترفیس C برای اتصال MSC های شبکه به HLR شبکه است. اینترفیس‌های A و E که توضیح دادیم از لینک‌های مسیر مکالمه و سیگنالینگ تشکیل شده‌‌اند امّا اینترفیس C یک لینک سیگنالینگ خالص است که نمیتواند تماس‌ها را قبول یا هدایت کند. با اینکه یک اینترفیس سیگنالینگ است اما ارتباطات E1 برای این اینترفیس هم استفاده می‌شود. تمامی تایم‌اسلات‌ها یا برای سیگنالینگ استفاده می‌شوند یا هم خالی باقی می‌مانند.

همان‌طور که در مقاله سرعت‌های انتقال نشان دادیم، یک ارتباط صوتی روی یک تایم‌اسلات E-1 64Kbps در شبکه موبایل یا ثابت کلاسیک منتقل می‌شود. قبل از اینکه سیگنال صوتی هدایت شود باید آن را دیجیتالی کنیم. در یک ارتباط آنالوگ، این کار در سوئیچینگ‌سنتر انجام می‌شود. درحالی‌که یک تلفن ISDN شبکه ثابت یا موبایل GSM این کار را خودش انجام می‌دهد.

یک سیگنال آنالوگ صوتی در سه مرحله دیجیتالی می‌شود که در شکل زیر نشان داده شده است.

در اولین مرحله پهنای باند سیگنال ورودی بین بازه ۳۰۰ الی ۳۴۰۰ هرتز محدود می‌شود تا بتوان روی تایم‌اسلات 64kbps آن را منتقل کرد.

در مرحله بعد ۸۰۰۰ بار در ثانیه از آن سیگنال نمونه‌برداری می‌کنیم.

در مرحله آخر آن را پله‌ای می‌کنیم یعنی نمونه‌های آنالوگ را به مقادیر دیجیتالی ۸ بیتی که مقداری بین ۰ تا ۲۵۵ می‌توانند داشته باشند، تبدیل می‌کنیم.

برای سیگنال‌‌های ورودی با دامنه کم، بازه مقادیر دیجیتال خیلی بیشتر از دامنه‌های زیاد است. استریم داده دیجیتال شده نهایی را سیگنال PCM (Pulse Coded Modulation) می‌نامیم. میزان صدا با مقدار دیجیتالی ۸ بیتی که در استاندارد A-law در شبکه‌های اروپایی و µ-law در آمریکای شمالی است نشان داده می‌شود.

استفاده از استانداردهای مختلف، تماس‌های صوتی بین شبکه‌های مختلف که از استانداردهای مختلف استفاده می‌کنند را پیچیده کرده است. بنابراین برای مثال برای ارتباط بین ایالات‌متحده و فرانسه سیگنالی صوتی باید تبدیل شود. ازآنجایی‌که MSC تمام ارتباطات را کنترل می‌کند، مسئول صورت‌حساب نیز است و برای هر تماس صورتحسابی به‌صورت رکورد ایجاد می‌کند که بعداً به سرور صورتحساب منتقل می‌شود.

رکورد صورتحساب شامل اطلاعاتی مانند شماره تماس‌گیرنده و نیز دریافت‌کننده، آی‌دی سلی که از آنجا تماس گرفته شده است، زمان تماس، زمان مکالمه و غیره. با تماس مشترکین پیش‌پرداخت متفاوت برخورد می‌شود و شارژ در حین تماس از کاربر کسر می‌شود و سرویس آن در سیستم IN بکار گرفته می‌شود نه MSC. در آینده در مورد IN مقاله‌ای خواهیم داشت.

MSC-Server و Media Gateway

در اکثر شبکه‌های صوتی موبایل امروزی، تجهیزات CS با تجهیزات IP جایگزین شده‌اند. MSC به دو بخش زیر تقسیم شده است.

1. MSC-S (MSC-Server)
2. MGW (Media Gateway)

که در شکل اول این مقاله نشان داده شده است و استاندارد آن در 3GPP TS 23.205 تشریح شده است.

MSC-S‌ها مسئول CC و MM (سیگنالینگ) هستند و MGWها انتقال مدارهای صوتی مجازی (داده کاربر) را بر عهده دارند.

برای برقراری ارتباط صوتی، MSC-S ها و MGW ها روی اینترفیس MC باهم ارتباط برقرار می‌کنند. این اینترفیس در مدل کلاسیک وجود نداشت. چون MSC هردوتای آن‌ها را در خودش داشت. این اینترفیس که با پروتکل MEGACO/H.248 (Media Gateway Control) استفاده می‌شود در 3GPP TS 29.232 شرح داده شده است. برای مثال این پروتکل برقراری کانال صوتی بین ۲ کاربر و اتصال منطقی این کانال‌ها در داخل MGW به کار می‌رود. این پروتکل همچنین MGW‌ها را مجبور می‌کند، اطلاعیه‌هایی را برای کاربران پخش کنند. برای مثال زمانی که مشترک در دسترس نیست یا مشغول است و همچنین برای برقراری تماس کنفرانسی بین بیشتر از ۲ نفر استفاده می‌شود. برای اضافه کردن افزونگی (Redundancy) به شبکه و دلایل متعادل کردن بار شبکه، چندین MSC-S و MGW به‌صورت مِش به هم وصل می‌شوند اگر یک MSC-S از کار بیافتد، یک MGW هنوز می‌تواند به کارش ادامه بدهد چون توسط سرور دیگری کنترل می‌شود بنابراین یک MSC-S به‌تنهایی مسئول یک منطقه جغرافیایی مانند مدل قدیمی نخواهد بود.

در بخش رادیو، اینترفیس A برای ارتباط بخش شبکه رادیویی به MSC-S ها و MGW ها به کار می‌رود. ارتباط بدون تغییر در شبکه رادیویی روی اینترفیس A مبتنی بر E1 یا روی اینترفیس A مبتنی بر IP انجام خواهد شد. علاوه بر این اینترفیس A بسیار انعطاف‌پذیر شده و می‌تواند به چندین MGW وصل شود که این ویژگی، افزونگی را به بخش رادیو خواهد آورد تا محدوده جغرافیایی با ازکارافتادن MGW، بدون پوشش نماند.

اینترفیس Nc برای انتقال تماس‌های صوتی در داخل شبکه core بکار می‌رود. برای مثال به گیت‌وی‌ها به شبکه‌های ثابت و موبایل دیگر. پروتکلی که روی این اینترفیس است BICC‌بوده و بسیار شبیه ISUP قدیمی است که در ITU Q.1901 و 3GPP TS29.205 تشریح شده است. با استفاده از SGW در شکل اول این مقاله، این پروتکل می‌تواند به ISUP تبدیل شود که اجازه می‌دهد تماس‌ها به شبکه‌های core که هنوز با مدل قدیمی کار می‌کنند، هدایت شوند. در عمل دیده می‌شود بااینکه خیلی از شبکه‌ها به معماری مبتنی بر IP رفتند ولی گیت‌وی بین آن‌ها هنوز از معماری قدیمی استفاده می‌کند.

کانال‌های مکالمه مجازی که روی اینترفیس Nc گفتگو می‌شوند بین MGW ها روی Nb منتقل می‌شوند. ترکیب اینترفیس‌های Nb و Nc اینترفیس E‌ را در معماری قدیمی، جایگزین می‌شود. یک کانال صدا روی ارتباطات IP، بسته به نوع شبکه رادیو، تنظیمات شبکه و قابلیت‌های خود موبایل می‌تواند به ۳ صورت زیر منتقل شود:

• PCM/G.711
• Narrow-band AMR
• Wide-band AMR

مدیا‌گیت‌وی‌ها (MGW) در مرزهای شبکه core، می‌توانند استریم‌های مدیا را تبدیل کنند. منظور از مرزهای شبکه برای مثال از اینترفیس A به شبکه رادیوی GSM یا به یک شبکه ثابت PSTN و یا برعکس است. منظور از تبدیل هم برای مثال تبدیل Narrow-band AMR روی IP به G.711/PCM روی E1 است. البته که MGW پورت‌های E1 و Ethernet را هم‌زمان داشته باشد.

گیت‌وی‌های بین شبکه‌های موبایل معمولاً مبتنی بر ISUP و لینک‌های CS هستند اگرچه اکثر شبکه‌های امروزی با تکنولوژی IP کار می‌کنند. در آینده انتظار می‌رود کدیک‌های پیشرفته مانند Wide-band AMR فقط روی BICN و لینک‌های انتقال مبتنی بر IP کار کنند.

مشابه شبکه‌های core قدیمی اینترفیس‌های C و D در یک شبکه BICN  برای ارتباط با HLR بکار می‌روند. البته بجای لینک‌های E-1 امروزه ارتباطات آن روی لینک‌های مبتنی بر IP است.