Arsitektur 2G, 3G, 4G

A.    Arsitektur GSM (2G)

Arsitektur sistem GSM terdiri dari tiga subsistem yang terinterkoneksi dan berinteraksi diantara mereka sendiri, serta dengan para penggunanya, melalui antarmuka (interface) jaringan. Masing-masing subsistem ini adalah Base Station Subsystem (BSS), Networking Switching Subsistem (NSS) dan dikendalikanOperation Support Subsystem (OSS), berupa engineer yang mengotrol seluruh subsistem tersebut. Pesawat bergerak atau ponselnya (Mobile Station) juga merupakan sebuah subsistem, namun biasanya dari segi arsitektur dipandang sebagai bagian dari BSS

a.      Base Station Subsystem (BSS)

BSS juga dikenal sebagai subsistem radio, yang menyediakan dan mengatur jalur transmisi radio antara ponsel dengan MSC. BSS juga mengatur antar muka (interface) radio antara ponsel dengan subsistem GSM lainnya. Setiap BSS terdiri dari banyak pengendali BTS atau yang disebut dengan Base Station Controller (BSC), yang menghubungkan ponsel dengan NSS melalui MSC. NSS mengatur fungsi-fungsi penyaklaran pada sistem dan memungkinkan MSC berkomunikasi dengan jaringan lainnya seperti jaringan telepon kabel (PSTN) dan ISDN

Gambar 1. Diagram blok arsitektur GSM

Gambar 1. menunjukan diagram blok arsitektur sistem GSM. Ponsel berkomunikasi dengan BSS melalui antarmuka radio. Seperti telah disebutkan di atas, BSS terdiri dari banyak BSC yang dihubungkan kesebuah MSC, dan setiap BSC umumnya mengendalikan sampai beberapa ratus BTS. Di lapangan, beberapa BTS mungkin berlokasi ditempat yang sama dengan BSC-nya, beberapa BTS lainnya terdistribusi jauh dari BSC dan secara fisik dihubungkan ke BSC melalui jalur gelombang mikro ataupun jalur sewa khusus. Handover (istilah lain dari Handoff yang sering digunakan dalam sistem GSM) untuk setiap ponsel antara kedua BTS dilakukan dibawah kendali BSC yang sama, bukan MSC seperti yang terjadi pada sistem AMPS. Hal yang demikian ini sangat mengurangi kerja berat penyaklaran MSC[¹²].

Gambar 2. Berbagai antarmuka yang digunakan dalam GSM

Seperti ditunjukan dalam gamabar 2, antarmuka yang menghubungkan sebuah BTS dan BSC disebut Abis Interface (antarmuka Abis). Antarmuka Abis ini membawa lalulintas dan pemeliharaan data, dan telah ditentukan standarisa-sinya bagi semua pabrik pembuatan sistem GSM. Abis dari setiap pabrik pembuatan BTS untuk GSM memiliki sedikit perbedaan. BSC secara fisik dihubungkan ke MSC melalui jalur khusus atau jalur sewa maupun melalui gelombang mikro (radio) antarmuka antara BSC dengan MSC disebut Ainterface (antarmuka A). Antarmuka A menggunakan protokol SS7, yang disebut Signaling Correction Control Part (SCCP) yang menangani komunikasi anatara MSC dan BSS, serta pesan-pesan jaringan antara masing-masing ponsel dangan MSC

b.      Networking Switching Subsystem (NSS)

Selain menangani penyaklaran percakapan antara sistem GSM dan jarin-gan luar lainnya, NSS juga menangani BSC dalam sistem radio. Juga bertanggung jawab dalam mengatur dan menyediakan akses keluar bagi beberapa basis data pelanggan. BSC merupakan bagian pusat atau sentral didalam NSS, yang mengendalikan lalulintas diantara BSC. Di NSS ini, ada tiga basis yang berbeda, yakni Home Location Register (HLR), Visitor Location Register (VLR), dan Authentication Center (AUC).

HLR merupakan basis data di MSC yang berisi informasi pelanggan dan informasi setiap pengguna yang berlokasi dan terdaftar dalam sistem GSM di kota ditempat MSC tersebut berada. Setiap pelanggan GSM mendapat sebuah identitas yang disebut International Mobile Subscriber Identity (IMSI). Identitas yang berupa angka ini digunakan untuk mengidentifikasi tempat pengguna terdaftar disuatu MSC.

VLR merupakan basis data yang secara temporer atau sementara menyi-mpan informasi pelanggan dan IMSI setiap pelanggan yang menjelajah untuk mengunjungi cakupan wilayah sebuah MSC, yang bukan merupakan MSC tempat ia didaftarkan pertama kalinya oleh operator sistem GSM. VLR ini dihubungkan dengan beberapa MSC dalam wilayah geografi layanan operator GSM yang bersangkutan. Begitu seorang pelanggan yang menjelajahi ini tercatat di MSC, MSC tersebut akan mengirim informasi yang diperlukan ke HLR pelanggan yang sedang mengunjunginya sehingga setiap percakapan ke ponsel yang sedang menjelajah dapat dirutekan secara tepat melalui PSTN, oleh HLR pesawat tersebut.

AUC merupakan basis data yang benar-benar dilindungi untuk menangani otentikasi (pelegalan identitas) dan kunci-kunci enkripsi bagi setiap pelanggan di HLR dan VLR. AUC berisi sebuah register yang disebutEquipment Identity Register (EIR) yang mengidentifikasi telepon-telepon genggam yang dicuri ataupun diubah dengan tidak sah, yang mengirimkan data identitas yang tidak sesuai dengan informasi yang dikandung dalam HLR maupun VLR

B.    Arsitektur Jaringan Generasi Ketiga (3G)

Arsitektur jaringan UMTS yang menggunakan WCDMA sebagai air interface dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Jaringan arsitektur UMTS digambarkan seperti gambar , dimana menggunakan air interface WCDMA dan merupakan evolusi atau perkembangan dari jaringan inti GSM, terdiri atas 3 daerah yang saling berinteraksi, yaituCore Network (CN), UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN), dan User Equipment (UE) atau Mobile Station (MS).

Core Network dibagi dalam daerah Circuit Switched dan Packet Switched. Beberapa elemen dari Circuit Switchedadalah Mobile services Switching Centre (MSC) merupakan interface yang menangani MS untuk menanganicircuit switched data, Gateway MSC (GMSC) merupakan gerbang penghubung antara UMTS dan jaringan luarcircuit switched seperti PSTN, Visitor Location Register (VLR), dan Gateway MSC. Elemen Packet Switchedadalah Serving GPRS Support Node (SGSN) merupakan interface yang berfungsi sama dengan MSC tetapi digunakan untuk layanan packet switched dan Gateway GPRS Support Node (GGSN) merupakan gerbang yang menghubungkan UMTS menuju jaringan packet switched. Beberapa elemen jaringan yang lain seperti HLR dan AUC digunakan bersama oleh kedua daerah tersebut. Arsitektur CN dapat berubah ketika terdapat layanan atau fitur yang baru.

Transfer data di dalam jaringan inti didukung oleh GGSN (gateway GPRS support node) dan SGSN (serving GPRS support node). Pada dasarnya, GGSN adalah sebuah fitur pengaturan mobilitas tambahan, dan menghubungkan dengan berbagai macam elemen jaringan melalui standart interface. Pada jaringan ini GGSN merupakan interface fisik yang terhubung ke jaringan packet data external (misalnya Internet). SGSN menangani pengiriman packet dari dan ke terminal-terminal mobile. Masing-masing SGSN memungkinkan untuk mengirimkan packet ke terminal di dalam service area. GGSN dan SGSN dapat mengirim data dengan kecepatan hingga 2 Mbps.

UTRAN terdiri dari satu atau lebih Radio Network System (RNS), dimana RNS tersebut terdiri darisebuah pengendali jaringan radio yang disebut dengan Radio Network Controller (RNC), beberapa node B (UMTS Base Station) dan User Equipment. UTRAN terhubung pada bagian Core Network (CN) melalui Interface Iu dan menggunakan Interface Iub untuk mengontrol node B. Sedangkan  Interface Iur yang menhubungkan antar RNC berfungsi untuk mengatur terjadinya soft handover diantara RNC tersebut.

RNC berfungsi untuk mengendalikan sumber-sumber radio dari beberapa node B, fungsinya serupa dengan BSC di GSM. RNC juga berperan penting untuk mengontrol radio resources UTRAN, seperti power control (PC) atauhandover control (HC), dimana sebagiandiantaranya terdapat pada bagian RNC.

BS di UMTS disebut dengan node B. Node B pada jaringan ini sama seperti pada GSM Base Station (BS/BS), merupakan unit untuk sistem pengiriman dan  penerimaan radio dari sel. Node B menunjukkan proses dari air interface yang digunakan (WCDMA), meliputi channel coding, interleaving, rate adaptation, dan spreading.Node B juga memungkinkan terjadinya softer handovers dan power control.

Ikatan antara RNC dan node B disebut dengan Radio Network Subsystem (RNS), yang memiliki interface Iub. Tidak seperti ekuivalennya, yakni interface Abis dalam GSM, interface Iub memiliki standar yang terbuka sehingga dimungkinkan masing-masing node B dan RNC dibuat oleh pabrik yang berbeda. Jika dalam GSM tidak ada hubungan antar BSC, dalam UMTS yang disebut dengan UTRAN justru sebaliknya. RNC satu dihubung dengan RNC lainnya melalui interface Iur. UTRAN dihubungkan ke jaringan inti melalui interface Iu.

C.     Arsitektur Jaringan tingkat tinggi LTE (4G)

Terdiri dari tiga komponen utama, diantaranya:

·     User Equipment (UE).

·     Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN).

·     Evolved Packet Core (EPC).

EPC atau Evolved Packet Core berkomunikasi dengan paket jaringan data di dunia luar seperti internet, jaringan perusahaan swasta atau subsistem IP multimedia. Antarmuka antara bagian-bagian yang berbeda dari sistem dilambangkan dalam Uu, S1 dan SGI seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

a.      User Equipment (UE) atau Peralatan Pengguna

Arsitektur internal dari user equipment untuk LTE identik dengan yang digunakan oleh UMTS dan GSM yang sebenarnya adalah sebuah Mobile Equipment (ME) atau peralatan mobile. Peralatan Mobile terdiri dari 3 modul penting, diantaranya Mobile Termination (MT), yang menangani semua fungsi komunikasi; Terminal Equipment (TE), yang mengakhiri aliran data; dan Universal Integrated Circuit Card (UICC), atau dikenal juga sebagai kartu SIM untuk peralatan LTE. Ini menjalankan aplikasi yang dikenal sebagai Universal Subscriber Identity Module (USIM).

Sebuah USIM menyimpan data pengguna tertentu sama halnya dengan kartu SIM 3G. Kartu ini berisi informasi tentang nomor pengguna ponsel, identitas jaringan rumah, kunci keamanan dan lain-lain.

b.      E-UTRAN (Akses Jaringan)

Arsitektur evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) telah diilustrasikan dalam gambar di bawah ini.

E-UTRAN menangani komunikasi radio antara ponsel dan evolved packet core dan hanya memiliki satu komponen, BTS evolved, yang disebut eNodeB atau eNB. Setiap eNB adalah BTS yang mengontrol ponsel dalam satu atau lebih sel. BTS yang berkomunikasi dengan ponsel dikenal sebagai eNB yang melayaninya.

Ponsel LTE berkomunikasi hanya dengan satu BTS dan satu sel pada satu waktu dan berikut adalah dua fungsi utama yang didukung oleh eNB:

·                     eBN mengirim dan menerima transmisi radio untuk semua ponsel menggunakan analog dan fungsi pemrosesan sinyal digital dari antarmuka udara LTE.

·                     eNB mengontrol operasi tingkat rendah dari semua ponselnya, dengan mengirimkan sinyal pesan seperti perintah handover.

Setiap eBN dihubungkan ke EPC dengan menggunakan antarmuka S1 dan ini juga dapat terhubung ke BTS terdekat dengan antarmuka X2, yang utamanya digunakan untuk pemberian isyarat dan melanjutkan paket selama handover.

Sebuah home eNB (HeNB) adalah BTS yang telah dibeli oleh pengguna untuk menyediakan cakupan femtocell di dalam rumah. Sebuah home eNB dimiliki oleh sekelompok pelanggan tertutup (CSG) dan hanya dapat diakses oleh ponsel dengan USIM yang juga dimiliki oleh kelompok serupa.

c.       Evolved Packet Core (EPC)

Arsitektur Evolved Packet Core (EPC) telah digambarkan di bawah ini. Ada beberapa komponen lagi yang belum ditampilkan dalam diagram untuk membuatnya tetap sederhana. Komponen ini seperti Sistem Peringatan Gempa Bumi dan Tsunami (Earthquake and Tsunami Warning System – ETWS), Equipment Identity Register (EIR) dan Policy Control and Charging Rules Function (PCRF).

Berikut adalah penjelasan singkat dari masing-masing komponen yang ditampilkan dalam arsitektur di atas:

·                     Komponen Home Subscriber Server (HSS) telah diteruskan dari UMTS dan GSM dan merupakan database pusat yang berisi informasi tentang semua pelanggan operator jaringan.

·                     Packet Data Network (PDN) Gateway (P-GW) berkomunikasi dengan dunia luar seperti jaringan paket data PDN, menggunakan antarmuka SGI. Setiap PDN diidentifikasi oleh acces point nama (APN). PDN gateway memiliki peran yang sama seperti GPRS support node (GGSN) dan serving GPRS support node (SGSN) dengan UMTS dan GSM.

·                     Serving Gateway (S-GW) bertindak sebagai router, dan meneruskan data antara BTS dan PDN gateway.

·                     Mobility Management Entity (MME) mengontrol operasi tingkat tinggi ponsel dengan cara memberikan pesan dan Home Subscriber Server (HSS).

·                     Policy Control and Charging Rules Function (PCRF) adalah komponen yang tidak ditampilkan dalam diagram di atas tetapi bertanggung jawab untuk melakukan kontrol atas proses tertentu, serta menyediakan kebijakan pengaturan dan aliran keputusan untuk pembiayaan/charging.

Antarmuka antara serving dan PDN gateway dikenal dengan S5/S8. Keduanya memiliki implementasi yang sedikit berbeda. Disebut S5 jika kedua perangkat berada dalam jaringan yang sama, dan S8 jika mereka berada di jaringan yang berbeda.

Fungsi Pembagian antara E-UTRAN dan EPC

Diagram berikut ini menunjukkan pembagian fungsi antara E-UTRAN dan EPC untuk jaringan LTE