Berkenalan dengan GSM

1. Sejarah dan Perkembangan GSM

Pada awal tahun 80-an, teknologi telekomunikasi seluler mulai berkembang dan banyak digunakan. Tapi teknologinya masih analog, seperti AMPS, TACS, dan NMT. Tapi karena menggunakan teknologi yang masih analog, beberapa system yang dikembangkan di beberapa negara yang berbeda tidak saling kompatibel satu dengan yang lainnya, sehingga mobilitas user sangat terbatas pada suatu area system teknologi tertentu saja.

Untuk mengatasi keterbatasan yang terdapat pada sistem-sistem analog sebelumnya, pada tahun 1982, negara – negara Eropa membentuk sebuah organisasi bertujuan untuk menentukan standard-standard telekomunikasi mobile yang dapat dipakai di semua Negara Eropa. Organisasi ini diberi nama Group Speciale Mobile (GSM). Pembentukan organisasi ini dilatarbelakangi oleh keadaan di tiap-tiap negara Eropa pada ssat itu yang masih menggunakan system telekomunikasi wireless yang analog dan tidak compatible antara negara, sehingga tidak memungkinkan dilakukannya roaming antar negara. Organisasi ini kemudian menghasilkan standard-standard telekomunikasi bergerak yang kemudian dikenal dengan GSM (Global System for Mobile communication).

GSM sendiri mulai diimplementasikan di negara eropa pada awal tahun 1990-an. Pemakaian GSM kemudian meluas ke Asia dan benua Amerika. Pada saat ini GSM merupaka teknologi komunikasi bergerak yang paling banyak digunakan di seluruh dunia. Pada akhir tahun 2005, pelanggan GSM di dunia sudah mencapai 1,5 billion pelanggan dan merupakan teknologi yang paling banyak digunakan. Tabel di bawah ini menujukan perkembangan-perkembangan penting yang terkait dengan pengimplementasian GSM dan juga perkembangan teknologi seluler lainnya.

gsm

GSM adalah sebuah teknologi komunikasi bergerak yang tergolong dalam generasi kedua (2G). Perbedaan utama sistem 2G dengan teknologi sebelumnya (1G) terletak pada teknologi digital yang digunakan. Keuntungan teknologi generasi kedua dibanding dengan teknologi generasi pertama antara lain sebagai berikut :
■ Kapasitas sistem lebih besar, karena menggunakan teknologi TDMA (digital), dimana penggunaan sebuah kanal tidak diperuntukan bagi satu user saja. Sehingga pada saat user tersebut tidak mengirimkan informasi, kanal dapat digunakan oleh user lain. Hal ini berlawanan dengan teknologi FDMA yang digunakan pada generasi pertama.
■ Teknologi yang dikembangkan di negara-negara yang berbeda merujuk pada standard intrenasional sehingga sistem pada negara – negara yang berbeda tersebut masih tetap kompatible satu dengan lainnya sehingga dimungkinkannya roaming antara negara.
■ Dengan menggunakan teknologi digital, service yang ditawarkan menjadi lebih beragam, dan bukan hanya sebatas suara saja, dapi juga memungkinkan diimplementasikannya service-service yang berbasis data, seperti SMS dan juga pengiriman data dengan kecepatan rendah.
■ Penggunaan teknologi digital juga menjadikan keamanan sistem lebih baik. Dimana dimungkinkan utk melakukan encripsi dan chipering informasi.

2. Spesifikasi Teknis GSM

Di Eropa, pada awalnya GSM didesign untuk beroperasi pada band frekwensi 900 MHz, dimana untuk frekwensi uplinknya digunakan frekwensi 890-915 MHz, dan frekwensi downlinknya menggunakan frewkwensi 935 – 960 MHz. Dengan bandwidth sebesar 25 MHZ yang digunakan ini (915 – 890 = 960 – 935 = 25 MHz), dan lebar kanal sebasar 200 kHz, maka akan didapat 125 kanal, dimana 124 kanal digunakan untuk voice dan 1 kanal untuk signaling.

Pada perkembangannya, jumlah kanal sebanyak 124 kanal tidak mencukupi untuk memenuhi kebutuhan yang disebabkan pesatnya pertambahan jumlah subscriber. Untuk memenuhi kebutuhan kanal yang lebih banyak ini, maka regulator GSM di Eropa mencoba menggunakan tambahan frekwensi untuk GSM pada band frekwensi di range 1800 MHZ, yaitu band frekwensi pada 1710-1785 MHz sebagai frekwensi uplink dan frekwensi 1805-1880 MHZ sebagai frekwensi downlinknya. Kemudian GSM dengan band frekwensi 1800 MHZ ini dikenal dengan sebutan GSM 1800. Pada GSM 1800 ini tersedia bandwidth sebesar 75 MHz (1880-1805 = 1785-1710 = 75 MHz). Dengan lebar kanal tetap sama seperti GSM 900, yaitu 200 KHz, maka pada GSM 1900 akan tersedia kanal sebanyak 375 kanal.

GSM yang awalnya hanya digunakan di Eropa, kemudian meluas ke Asia dan Amerika. Di Amerika Utara, dimana sebelumnya sudah berkembang teknologi lain yang menggunakan frekwensi 900 MHZ dan juga 1800 MHz, sehingga frekwensi ini tidak dapat lagi digunakan untuk GSM. Maka regulator telekomunikasi di sini memberikan alokasi frekwensi 1900 MHZ untuk peng-implementasian GSM di Amerika Utara. Pada GSM 1900 ini, digunakan frekwensi 1930-1990 MHz sebagai frewkwensi downlink dan frekwensi 1850-1910 MHz sebagai frewkwensi uplinknya. Spesifikasi lengkap tentang GSM 900, GSM 1800, dan GSM 1800 dapat dilihat di table di bawah ini.

gsm

Di Eropa, standard-standard GSM kemudian juga digunakan untuk komunikasi railway, yang kemudian dikenal dengan nama GSM-R.

3. Arsitektur Jaringan GSM

Free Image Hosting at www.ImageShack.us
Gambar Arsitektur jaringan GSM secara umum

Secara umum, network element dalam aristektur jaringan GSM dapat dibagi menjadi :
a. Mobile Station (MS)
b. Base Station Sub-system (BSS)
c. Network Sub-System (NSS)
d. Operation and Support System

Secara bersama-sama, keseluruhan network element di atas akan membentuk sebuah PLMN (Public Land Mobile Network)

3.1 Mobile Station (MS)

Mobile Station (MS) adalah perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk melakukan pembicaraan. Secara umum sebuah Mobile System terdiri dari :
■ Mobile Equipment (ME) atau handset
Subscriber Identity Module (SIM) atau Sim card

gsm
Gambar ME dan SIM

3.1.1 Mobile Equipment (ME)

Mobile Equipment (ME) atau handset adalah perangkat GSM yang berada di sisi pelanggan yang berfungsi sebagai terminal transceiver (pengirimdan penerima sinyal) untuk berkomunikasi dengan perangkat GSM lainnya. Secara international, ME diidentifikasi dengan IMEI (International Mobile Equipment Identity) dan data IMEI ini disimpan oleh EIR untuk keperluan authentikasi, apakah mobile equipment yang bersangkutan dijinkan untuk melakuan hubungan atau tidak. Gambar di bawah ini menunjukkan format penomoran IMEI.

gsm
Gambar format penomoran IMEI

■ TAC (Type Approval Code), adalah kode yang diberikan pada saat Mobile Equipment ditest sebelum ME tersebut dijual ke pasar.
■ FAC (Final Assembly Code), menunjukan kode manufaktur/pabrik.
■ SNR (Serial Number)
■ SP (Spare field)

3.1.2 Subscriber Identity Module (SIM)

Subscriber Identity Module (SIM) adalah sebuah smart card yang berisi seluruh informasi pelanggan dan beberapa informasi service yang dimilikinya. Mobile Equipment (ME) tidak dapat digunakan tanpa ada SIM card di dalamnya, kecuali untuk panggilan emergency (SOS) dapat dilakukan tanpa menggunakan SIM card. Secara umum informasi/data yang disimpan di dalam SIM adalah sebagai berikut :
■ IMSI (International Mobile Subscriber Identity) adalah penomoran pelanggan yang akan selalu unik di seluruh dunia. Gambar di bawah ini menunjukan format penomoran IMSI.

gsm
Gambar format penomoran IMSI

– MCC (Mobile Country Code)

– MNC (Mobile Network Code)

– MSIN (Mobile Subscriber Identification Number)
■ MSISDN (Mobile Subscriber ISDN)

gsm
Gambar Format Penomoran MSISDN

MSISDN adalah nomor yang merupakan nomor panggil pelanggan.

– CC (Country Code)

– NDC (National Destination Code)

– SN (Subscriber Number)

Sebagai contoh MSISDN 62 811 970399 => CC= 62, NDC = 811, SN = 970399.

■ Authentication Key (Ki), alogorithma authentikasi A3 dan A8, PIN dan PUK (PIN Unblocking Key).
■ Data network yang bersifat temporer/sementara, seperti : TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity), LAI (Location Area Identity), Kc, Forbidden PLMN.
■ Data yang terkait dengan service, seperti : SMS, setingan bahasa,dll.

Secara functionality, sebuah MS mempunyai fungsi-fungis sebagai Radio Resource Management, Mobility Management, dan juga sebagai Communication Management.

3.2 Base Station Sub-system (BSS)

Secara umum, Base Station Sub-system terdiri dari BTS (Base Transceiver Station) dan BSC (Base Station Controller).

3.2.1 Base Transceiver Station (BTS)

BTS adalah perangkat GSM yang berhubungan langsung dengan MS. BTS berhubungan dengan MS melalui air interface atau disebut juga Um Inteface. BTS berfungsi sebagai pengirim dan penerima (transciver) sinyal komunikasi dari/ke MS yang menyediakan radio interface antara MS dan jaringan GSM. Karena fungsinya sebagai transceiver, maka bentuk pisik sebuah BTS adalah tower dengan dilengkapi antena sebagai transceiver. Sebuah BTS dapat mecover area sejauh 35 km. Area cakupan BTS ini disebut juga dengan cell. Sebuah cell dapat dibentuk oleh sebuah BTS atau lebih, tergantung dari bentuk cell yang diinginkan. Fungsi dasar BTS adalah sebagai Radio Resource Management, yaitu melakukan fungsi-fungsi yang terkait dengan :
■ meng-asign channel ke MS pada saat MS akan melakukan pembangunan hubungan.
■ menerima dan mengirimkan sinyal dari dan ke MS, juga mengirimkan/menerima sinyal dengan frekwensi yang berbeda-beda dengan hanya menggunakan satu antena yang sama.
■ mengontrol power yang di transmisikan ke MS.
■ ikut mengontrol proces handover.
■ Frequency hopping

3.2.2 Base Station Controller

BSC adalah perangkat yang mengontrol kerja BTS-BTS yang secara hiraki berada di bawahnya. BSC merupakan interface yang menghubungkan antara BTS (komunikasi menggunakan A-bis interface) dan MSC (komunikasi menggunakan A interface).
■ Melakukan fungsi radio resource management pada BTS-BTS yang ada di bawahnya.
■ Mengontrol proces handover inter BSC dan juga ikut serta dalam proces handover intra BSC.
■ Menghubungkan BTS-BTS yang berada di bawahnya dengan OMC sebagai pusat operasi dan maintenance.
■ Ikut terlibat dalam proces Call Control seperti call setup, routing, mengontrol dan men-ternimate call.
■ Melakukan dan mengontrol proces timing advance control, yaitu mengontrol sinyal-sinyal yang diterima dari MS yang bergerak, sehingga tidak saling overlap.

3.3 Network Sub-System

3.3.1 Mobile Switching Center (MSC)

MSC adalah network element central dalam sebuah jaringan GSM. Semua hubungan (voice call/transfer data) yang dilakukan oleh mobile subscriber selalu menggunakan MSC sebagai pusat pembangunan hubungannya. Pada umumnya, MSC memiliki fungsi-fungsi sebagai berikut :
■ Switching dan Call Routing : Sebuah MSC mengontrol proces pembangunan hubungan (call set up), mengontrol hubungan yang telah terbangun, dan me-release call apabila hubungan telah selesai. Dalam hal ini, MSC akan berkomunikasi dengan banyak network element lain seperti NE BSS, VAS, dan IN. MSC juga melakukan fungsi routing call ke PLMN lain (operator seluler lain ataupun jaringan PSTN).
■ Charging : Untuk pelanggan pre-paid, MSC akan selalu berkomunikasi dengan IN yang melakukan fungsi online charging. Selain itu, MSC juga akan mencatat semua informasi tentang sebuah call dalam bentuk CDR (Call Detail Record).
■ Berkomunikasi dengan network element lainnya (HRL,VLR, IN, network element VAS, dan MSC lainnya) : MSC akan berkomunikasi dengan HLR dan VLR terutama dalam proces pembangungan hubungan (call set up), call routing (di HLR disimpan lokasi terakhir MS tujuan dan untuk merouing call tersebut ke MS yang sedang meng-cover MS tujuan, HLR akan meminta informasi routing ke MSC yang sedang meng-cover MS pemanggil) dan call release. MSC akan berhubungan dengan network element VAS seperti SMSC, MMSC, RBT server, dll, dalam rangka proces delivery content service-service VAS tersebut ke MS tujuan. MSC akan berhubungan dengan MSC lain dalam hal proces call setup (trmasuk call routing), dan juga mengontrol process handover antar cell yang terletak pada 2 MSC yang berbeda.
■ Mengontrol BSC yang terhubung dengannya : Sebuah MSC dapat terhubung dengan 1 BSC atau lebih. MSC akan mengontrol dan berkomunkasi dengan BSC dalam hal call setup, location update, handover inter MSC (handover antara 2 cell yang terdapat pada 2 BSC yang berbeda tapi masih dalam 1 MSC yang sama).

3.3.2 Home Location Register (HLR)

HLR adalah network element yang berfungsi sebagai sebuah database untuk penyimpan semua data dan informasi 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 terakhir dimana pelanggan berada. Informasi lokasi ini akan diupdate apabila pelanggan berpinah dan memasuki coverage area suatu MSC yang baru. Informasi-informasi yang disimpan di HLR adalah :

– Identitas pelanggan (IMSI, MSISDN)

– Suplementary service pelanggan

– Informasi lokasi terakhir pelanggan

– Informasi Authentikasi pelanggan

HLR juga akan selalu berkomunikasi dengan AuC dalam hal melakukan retrieving parameter authentikasi yang baru setiap saat sebelum segala jenis aktvitas pelanggan dilakukan.

3.3.3. Visitor Location Register (VLR)

VLR adalah network element yang berfungsi sebagai sebuah database yang menyimpan data dan informasi pelanggan, dimulai pada saat pelanggan memasuki suatu area yang bernaung dalam wilayah MSC VLR (setiap MSC akan memiliki 1 VLR sendiri) tersebut (melakukan Roaming). Informasi pelanggan yang ada di VLR ini pada dasarnya adalah copy-an dari informasi pelanggan yang ada di HLR-nya. 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 dalam suatu area cakupan suatu MSC. Data yang tersimpan dalam VLR secara otomatis akan selalu berubah mengikuti pergerakan pelanggan. Ketika pelanggan bergerak meninggalkan area suatu MSC dan menuju area MSC lainnya, maka informasinya akan dicatat di VLR MSC barunya dan dihapus dari VLR sebelumnya. Dengan demikian posisi pelanggan dapat dimonitor secara terus menerus dan hal ini akan memungkinkan MSC untuk melakukan penyambungan pembicaraan/SMS dari/ke pelanggan ini ke dengan pelanggan lain. VLR selalu berhubungan secara intensif dengan HLR yang berfungsi sebagai sumber data pelanggan.

Bila sebuah MS bergerak keluar coverage area suatu MSC menuju coverage MSC yang lain, maka yang terjadi adalah :

■ VLR MSC yang baru akan meng-check di daabase-nya apakah record MS tersebut sudah ada atau belum. Proces pengecheckan dilakukan dengan menggunakan IMSI.

■ Jika recordnya belum ada, maka VLR akan mengirimkan request ke HLR MS tersebut untuk mengirimkan copy-an data MS tersebut yang ada di HLR-nya.

■ HLR akan mengirimkan informasi MS tersebut ke VLR tjuan dan juga meng-update informasi lokasi MS tersebut di database HLR. HLR kemudian akan mengintruksikan VLR sebelumnya(asal) untuk menghapus informasi MS tersebut di databasenya.

■ VLR yang baru akan menyimpan informasi MS tersbut, termasuk lokasi terakhir dan statusnya.

3.3.4 Authentication Center (AuC)

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. Karena 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. Tabel di bawah ini menunjukan data-data yang disimpan di HLR dan VLR dan AuC.

gsm

EIR memuat data-data peralatan pelanggan (Mobile Equipment) yang diidentifikasikan dengan IMEI (International Mobile equipment Identity). Data Mobile Equipment yang di simpan di EIR dapat dibagi atas 3 (tiga) kategori:
■ Peralatan yang diijinkan untuk mengadakan hubungan pembicaraan kemanapun
■ Peralatan yang dibatasi dan hanya diijinkan mengadakan hubungan pembicaraan ketujuan yang terbatas
■ Peralatan yang sama sekali tidak diijinkan untuk berkomunikasi

Kebaradaan EIR belum distandardisasi secara penuh, oleh karena itu belum dioperasikan di semua operator. Masih diperlukan klasifikasi dan penyempurnaan yang berkaitan dengan aspek hukum. Di Indonesia sendiri, belum ada operator seluler yang mengimplementasikan EIR. Bila EIR digunakan, maka operator dapat melakukan pemblokiran terhadap handaset (INGat, bukan pemblokiran nomor pelanggan, tapi pemblokiran handset (pesawat telponnya)) yang digunakan oleh pelanggan. Sehingga apabila ada handset pelanggan yang hilang, maka pelangan dapat mengajukan agar handaset tersebut diblokir sehingga tidak akan pernah dapat digunakan lagi oleh orang lain. Dengan pengimplementasian EIR ini tentu akan dapat mengurangi kasus-kasus pencurian handphone, karena si pemilik dapat meminta agar handphonenya yang sudah dicuri diblokir dan tidak dapat digunakan lagi. Sehingga motivasi para pencuri untuk melakukan pencurian handphone akan berkurang.

Berdasarkan keterangan-keterangan pada sub bab – sub bab di atas, distribusi lokasi informasi-informasi yang diperlukan dalam proces authentikasi pada network elemen-network elemen jaringan GSM dapat digambarkan sebagai berikut :

gsm

3.4 Operation and Support System (OSS)

Operation and Support System (OSS) sering juga disebut dengan OMC (Operation and Maintenance Center, adalah sub system jaringan GSM yang berfungsi sebagai pusat pengendalian dan maintenance perangkat (network element) GSM yang terhubung dengannya. Tiap-tiap network element mempunyai perangkat OMC-nya sendiri-sendiri, misalnya network element NSS mempunyai perangkat OMC sendiri, network element BSS mempunyai perangkat OMC sendiri, network element VAS juga memiliki perangkat OMC sendiri. Biasanya, di banyak operator semua perangkat OMC ini diletakan di dalam satu ruangan OMC yang terpusat.

OMC pada umumnya memiliki fungsi-fungsi sebagai berikut :
■ Fault Management : Memonitor keadaan/kondisi tiap-tiap network element yang terhubung dengannya. Dalam hal ini, OMC akan selalu menerima alarm dari network element yang menunjukan kondisi di network element yang dimonitor, apakah ada probelm di newtwork element atau tidak.
■ Configuration Management : sebagai interface untuk melakukan/merubah configurasi network element yang terhubung dengannya.
■ Performance Management : Berapa OMC ada yang dilengkapi juga dengan fungsi performance management, yaitu fungsi untuk memonitor performance dari network element yang terhubung dengannya.
■ Inventory Management : OMC juga dapat berfungsi sebagai inventorty management, karena di database OMC terdapat informasi tentang aset yang berupa network element, seperti jumlah dan konfigurasi seluruh network element, dan juga kapasitas network element.

Gambar di bawah ini menunjukan contoh diagaram sebuah OMC yang memonitor berbagai macam network elements.

gsm

5. Refferensi
Heine, Gunnar., “GSM Networks: Protocols, Terminology, and Implementation”, Artech House, London, 1999.
Sauter, Martin, “Communication System for Mobile Information Society”, John Willey & Son Ltd, 2006.
■ “GSM, GPRS & EDGE Overview”, Commserv Netwrok Education Division Indonesia.
■ Modul kuliah : Sistem Komunikasi Bergerak : Arsitektur dasar dan Fungsi Perangkat Standar Sistem Cellular, STT Telkom, Bandung, 2006.
http://kbs.cs.tu-berlin.de/~jutta/gsm/js-intro.html (A Brief Overview of GSM).
https://styx.uwaterloo.ca/~jscouria/GSM/gsmreport.html (Overview of the Global System for Mobile Communications)

author : MobileIndonesia





Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s



%d bloggers like this: