Konsep Dasar GSM
Global System for Mobile communication
(GSM) adalah sebuah standar global untuk komunikasi bergerak digital.
GSM adalah nama dari sebuah group standarisasi yang dibentuk di Eropa
tahun 1982 untuk menciptakan sebuah standar bersama telpon bergerak
selular di Eropa yang beroperasi pada daerah frekuensi 900-1800 MHz. GSM
merupakan teknologi infrasturktur untuk pelayanan telepon selular
digital dimana bekerja berdasarkan TDMA (Time Division Multiple Access)
dan FDMA (Frequency Division Multiple Access). Jaringan Global System
for Mobile Communication (GSM) adalah jaringan telekomunikasi seluler
yang mempunyai arsitektur yang mengikuti standart ETSI (European
Telecommunication Standard Institute) GSM 900 / GSM 1800. Arsitektur
jaringan GSM tersebut terdiri atas tiga subsistem yaitu Base Station
Subsystem (BSS), Network Switching Subsystem (NSS) dan Operation
Subsystem (OSS) serta perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk
melakukan pembicaraan yang disebut Mobile System.
Sejarah Awal GSM
Pada awal tahun 80-an, teknologi
telekomunikasi seluler mulai berkembang dan banyak digunakan. Tapi
teknologinya masih analog, seperti AMPS, TACS, dan NMT. 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 saat 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.
Di Eropa, pada awalnya GSM didesign
untuk beroperasi pada band frekuensi 900 MHz, dimana untuk frekuensi
uplinknya digunakan frekuensi 890-915 MHz, dan frekuensi downlinknya
menggunakan frekuensi 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 frekuensi untuk GSM pada band frekuensi di
range 1800 MHZ, yaitu band frekuensi pada 1710-1785 MHz sebagai
frekuensi uplink dan frekuensi 1805-1880 MHZ sebagai frekuensi
downlinknya. Kemudian GSM dengan band frekuensi 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 frekuensi ini tidak dapat lagi
digunakan untuk GSM. Maka regulator telekomunikasi di sini memberikan
alokasi frekuensi 1900 MHZ untuk peng-implementasian GSM di Amerika
Utara. Pada GSM 1900 ini, digunakan frekuensi 1930-1990 MHz sebagai
freukwensi downlink dan frekuensi 1850-1910 MHz sebagai frekuensi
uplinknya.
Frekuensi Jaringan GSM
GSM 900-1800
Frekuensi ini merupakan frekuensi yang
paling banyak digunakan di dunia. GSM 900 menggunakan frekuensi Uplink
890-915 MHz dan frekuensi Downlink 935-960 MHz. Dengan lebar kanal
sebesar 200 KHz maka akan memiliki kanal sebanyak 124 kanal. Untuk
memenuhi kebutuhan kanal yang semakin banyak, maka digunakanlah Extended
GSM yaitu dengan menambah 50 kanal. Duplex spacing (jarak frekuensi
antara uplink dengan downlink) sebesar 45 MHz. GSM 1800 menggunakan
frekuensi uplink 1710-1785 MHz dan frekuensi downlink sebesar 1805-1880
MHz dengan duplex spacing sebesar 95 MHz.
GSM 850
Digunakan di USA dan Kanada. Terkadang
frekuensi ini disebut dengan frekuensi 800, karena pertama kali
digunakan untuk AMPS disebut frekuensi “800 MHz”. Frekuensi uplink
sebesar 824-849 MHz dan frekuensi downlink sebesar 869-894 MHz dengan
duplex spacing sebesar 47 MHz. GSM 850 memiliki kanal sebanyak 128-251
kanal.
GSM 1900
Frekuensi uplink digunakan pada
1850-1910 MHz dan frekuensi downlink pada 1930-1990 MHz dengan duplex
spacing sebesar 80 MHz. GSM 1900 memiliki kanal sebanyak 512-810 kanal.
Arsitektur Jaringan GSM
Secara umum, network element dalam aristektur jaringan GSM dapat dibagi menjadi :
- Mobile Station (MS)
- Base Station Sub-system (BSS)
- Network Sub-System (NSS)
- Operation and Support System
Secara bersama-sama, keseluruhan network element di atas akan membentuk sebuah PLMN (Public Land Mobile Network).
1. Mobile Station (MS)
Bagian paling rendah dari sistem GSM
adalah MS (Mobile Station). 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
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.
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
functionality, sebuah MS mempunyai fungsi-fungis sebagai Radio Resource
Management, Mobility Management, dan juga sebagai Communication
Management.
2. Base Station Sub-system (BSS)
Secara umum, Base Station Sub-system
terdiri dari BTS (Base Transceiver Station) dan BSC (Base Station
Controller). Segala fungsi yang berhubungan dengan peniriman data lewat
gelombang radio dikerjakan di dalam bagian-bagian BSS, yang terdiri dari
:
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 me-cover 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 sinyaldengan frekuensi yang berbeda-beda dengan
hanya menggunakan satu antena yang sama.
- mengontrol power yang di transmisikan ke MS.
- Ikut mengontrol proces handover.
- Frequency hopping
2.2. Base Station Controller (BSC)
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). BSC secara umum
memiliki fungsi senagai berikut :
- 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. Network Sub-System
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).
3.2. Home Location Register (HLR)
HLR adalah network element yang
berfungsi sebagai sebuah database sebagai penyimpan semua data dan
informasi mengenai pelanggan yang tersimpan secara permanen, dalam arti
tidak tergantung pada posisi pelanggan. HLR bertindak sebagai pusat
informasi 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. 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.
3.4. 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.
3.5. Equipment Identity Registration (EIR)
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 handset (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.
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 elemen.
