Arsitektur GSM 

Karakteristiknya yang  open standard interface (memungkinkan  vendor-vendor untuk 

ikut  mengembangkan  instrumennya pada sisi  jaringan network), jangkauan luas  (roaming

access), interoperabilitas serta kemudahan penggunaan  SIM card pada handset  yang  berbeda

tanpa  mengurangi fungsi  konektivitasnya ini  merupakan beberapa  faktor yang menyebabkan

perkembangan jaringan GSM (Global System for Mobile Communication)  sedemikian pesat

pada kurun waktu  beberapa  tahun terakhir.

Pada artikel ini, arsitektur jaringan GSM  serta operasionalnya akan dipaparkan lebih

lanjut dalam format yang mudah dicerna serta diharapkan dapat memperkaya khasanah

pengetahuan pembaca.

Layout generic dari jaringan  GSM menurut John’s Scourias

 

 

Arsitektur jaringan GSM (gambar 1) terdiri dari  3 komponen utama yakni:

1. Mobile Station

2. Base Station Subsytem (BSS)

3. Network Subsytem (NSS)

 

Entitas Mobile Station  terdiri  dari Mobile Equipement (ME) yakni perangkat  keras  &

perangkat lunak untuk transmisi  radio yang dikenal dengan istilah telepon seluler (ponsel) dan

Subcriber Identification Module (SIM).

 

Mobile equipment (ME) secara unik diidentifikasikan dalam format International Mobile

Equipment Identity (IMEI). SIM card berisi International Mobile Subscriber Identity (IMSI)

yang digunakan untuk indentifikasi pelanggan ke sistem, kunci rahasia (untuk autentifikasi) serta

menyimpan informasi lainya seperti phone book atau  pesan sms. SIM card dapat  diproteksi dari

penggunaan  yang tidak terotorisasi dengan password atau personal identity number (PIN).

 

Base Station Subsytem (BSS) terdiri dari Base Tranciever System (BTS) dan Base

Station Controler (BSC). Base Station Controllers (BSC) mengontrol dan  mengatur beberapa

BTS. BSC bertanggung  jawab  untuk  memelihara koneksi (hubungan radio) saat  panggilan 

dan kepadatan lalulintas  panggilan pada areanya dan  meneruskannya  ke  Network Subsystem.

BSC  juga  menangani setup radio-channel, frequency hopping, serta proses handover. BTS

merupakan   alat tranceivers radio (transmitter receiver radio)  pada suatu area didefiniskan

sebagai sebuah cell dan menangani protokol radio-link dengan Mobile Station lewat Um

interface yang juga dikenal dengan air interface (radio link).

 

Network Subsystem terdiri dari Mobile Switvhing Centres (MSC) dan  beberapa database

yang terhubung dengannya seperi Home Location Register (HLR), Visitor Location Register

(VLR), Authentication Center (AuC) serta Equipment Identity Register (EIR). Mobile Switching

Centers (MSC) berfungsi  untuk switching suatu panggilan telepon dari  jaringan internal atau

dari jaringan lain (eksternal), call routing untuk pelanggan yang melakukan roaming (roaming

subscriber), menyimpan informasi billing

serta data base lain yang berisi  informasi subscriber ID (IMSI), nomor ponsel pelanggan,

beberapa layanan atau larangan  yang berkaitan dengan  pelanggan, autentifikasi serta  informasi

lokasi pelanggan.

 

HLR dan VLR bersama dengan MSC mernyediakan call-routing dan fungsi roaming dari

GSM. HLR berisi semua informasi administrasi dari setiap pelanggan  yang tersambung  pada

jaringan GSM. VLR berisi informasi administrasi teripilih dari HLR, yang penting untuk control

panggilan (call control) dan provisi dari layanan pelanggan, dan control posisi setiap ponsel 

pada area geografis.

 

Equipment Identity Register (EIR) merupakan  database yang berisi suatu  daftar valid

mobile equipment pada jaringan. Setiap mobile station diidentifikasikan  dengan International

Mobile Equipment Identity (IMEI). Pada kasus khusus sebuah  IMEI ditandai/didaftarkan 

invalid bila ponsel dilaporkan dicuri/dirampas dari pemiliknya.

 

Authentication Center (AuC) merupakan database proteksi yang  menyimpan salinan

dari  kunci rahasia (secret key) yang terdapat pada setiap  SIM card pelanggan. Proteksi  ini 

digunakan  untuk autentifikasi dan enkripsi pada channel radio.

 

Entitas Operations and Maintenance Center (OMC) tidak  terlihat pada gambar 1 namun 

perannya cukup vital yakni memonitor operasionalnya  jaringan dalam sistem serta melakukan

fungsi konfigurasi remote.

 

 

 

 

 

Gambar 2. Arsitektur GSM [sumber www.mobilecomms-technology.com]

 

Setiap ponsel  berkomunikasi  dengan  BTS  terdekat yang  menyediakan sejumlah 

channel  yang  dedicated  disediakan  untuk melayani beberapa ponsel pada saat yang bersamaan

sekaligus (multiplexing). Setiap  transmisi  suara oleh suatu  ponsel  dilakukan  melalui single 

dedicated channel.

 

Saat pelanggan  mengaktifkan ponselnya, pada waktu yang  bersamaan  pesan 

dikirimkan  pada database  pada Network Subsystem melalui  BTS, BSC dan MSC. Informasi

pada  SIM card  yang dikirim untuk dilakukan proses autehtifikasi pada sisi Network Subsystem

oleh AuC database dan bila telah mendapatkan otorisasi MSC akan mengirimkan    akses  ijin 

pada mobile station yang diikuti kode-kode jaringan pada layer LCD pada ponsel. Pesan lain

yang juga dikirimkan berisi  informasi  dimana pelangan berada (proses  Location Update).

Proses ini akan diupdate  dalam interval  waktu yang telah ditentukan atau juga dipicu saat 

pelanggan  meninggalkan  cell (area yang  dicover suatu  BTS yang direpresentasikan dengan

bentuk heksagon)  dan memasuki  cell  yang lain (setelah proses handover).

 

Saat melakukan panggilan keluar, VLR akan  melakukan pemeriksaan  apakah diizinkan untuk

melakukan panggilan seperti panggilan international dan lain sebagainya.

 

Saat  ada  penelpon  lain (misal dari fixed phone-PSTN) ingin menghubungi  seorang

pelanggan ponsel. Langkah yang  dilakukan adalah  melakukan  dial  nomor ponsel yang dituju.

Panggilan dari PSTN akan masuk ke Gateway MSC (GMSC) yang merupakan pintu gerbang

antara jaringan GSM dengan jaringan  lainnya. MSC menanyakan  database dimana lokasi 

pelangan yang akan  dipanggil. Setelah melakukan  Location Update, informasi  keberadaan

pelanggan yang  akan dihubungi dikirimkan ke  MSC. MSC kemudian melakukan forward call

ke  BSC dan  selanjutnya  BTS dimana  pelanggan  yang dituju  berada pada cell  yang dicover

BTS. Ponsel  pelanggan  yang dihubungi akan mulai  berdering sampai koneksi terjadi  saat

panggilan  tersebut  diterima oleh pihak  yang dituju.

 

Khusus pada jaringan GPRS (2.5 G) terdapat 2 entitas pada jeringan packet swicthingnya

yakni Serving GPRS Support Node (SGSN) dan Gateway GPRS Suport Node (GGSN) pada

gambar 2  dan gambar 3.

SGSN berfungsi  mengatur semua trafik data  pada jaringan GPRS serta  fungsi lainya  yang

berkaitan dengan autentifikasi pelangan, penyimpan informasi tarif (charging information) serta

enkripsi koneksi  data dengan ponsel.

GGSN  adalah gateway antara jaringan GPRS dengan jaringan eksternal (internet). 

 

Gambar 3.  Arsitektur infrastruktur jaringan 2.5 G

[Sumber: The Journal of  The Communication Network ]

 

Pada Gambar 3 pada jaringan GPRS (2.5 G) entitas BSS dapat  diklasifikasi merupakan

Radio Access Network (RAN) dan entitas Network Subsytem juga dapat juga diklasifikasi

merupakan Core Network (terdiri dari  oleh Circuit-Switched Domain dan Packet-Switched

Domain).

Pada perkembangan GSM (2G) ini akan  ditandainya  dengan teknologi GSM  yang

enhanced mulai dari GPRS (2.5G, gambar 3), EDGE (2.75G, gambar 4) dan 3G (gambar 5).

Perkembangan teknologi  wireless dapat dilihat   pada matrik berdasarkan  karakteritik

mobilitas/range dan kecepatan akses (data ratenya) pada gambar 6 .

 

 

Gambar 4.  Arsitektur infrastruktur jaringan EDGE (2.75G)

[sumber www.mobilecomms-technology.com]

 

 

 

Gambar 5.  Arsitektur infrastruktur jaringan 3G [sumber: Basak- Gupta]

 

 

 

 

 

Gambar 6. Aneka teknologi wireless [sumber: UMTS-forum]

C. Layanan langganan GSM

Ada dua tipe dasar layanan yang ditawarkan GSM: telephony (juga mengacu kepada

teleservices) dan data (juga mengacu kepada bearer services). Layanan telephonya terutama

merupakan layanan suara yang memenuhi kebutuhan kapasitas untuk memancarkan sinyal data

yang cocok antara dua akses point sebagai antarmuka ke jaringan. Panggilan darurat dan telepon

biasa, berikut pelayanan yang dapat diberikan bagi pelanggan oleh GSM:

dual-tone-multifrequency (DTMF) – DTMF adalah gabungan nada pensinyalan yang

terkadang digunakan untuk mengontrol berbagai maksud melalui jaringan telepon, seperti

remote control mesin penjawab. GSM mendukung penuh teknologi DTMF.

Facsimile group III – GSM mendukung CCITT Group 3 faksimili. Sebagai standar

mesin fax yang di desain untuk terhubung ke telepon menggunakan sinyal analog,

pengubah khusus fax disambungkan ke pertukaran dengan mengunakan sistem GSM Ini

memungkinkan GSM – tersambung fax untuk berkomunikasi dengan fax analog lainnya

di jaringan.

Short message services – fasilitas yang tepat dari jaringan GSM adalah short message

services. Sebuah pesan terdiri dari maksimum 160 karakter alphanumeric dengan

beberapa keuntungan. Jika pelanggan unit mobile mematikan alatnya atau meninggalkan

coverage area, pesan akan disimpan dan mengirimkan kembali saat mobile unit telah

kembali menyala atau telah memasuki area yang tercakup dalam suatu jaringan. Fungsi

ini menjamin suatu pesan akan diterima.

Cell broadcast – variasi dari layanan SMS adalah fasilitas cell broadcast. Sebuah pesan

dengan maksimum 93 karakter dapat di pancarkan tersebar ke seluruh pelanggan mobile

pada area geografi tertentu.

voice mail – layanan ini sebenarnya seperti mesin penjawab didalam suatu jaringan,

dimana dapat di kontrol oleh pelanggan. Panggilan dapat di teruskan ke pelanngan voice-

mail-box dan pelanggan meng'check pesan tersebut dengan menggunakan kode

keamanan pribadi.

Fax mail – dengan layanan ini, pelanggan dapat menerima pesan fax pada mesin fax

lainnya. Pesan tersebut tersimpan di service center dimana mereka dapat oleh pelanggan

melalui kode keamanan pribadi yang diinginkan nomor fax.

Layanan Tambahan

GSM mendukung layanan-layanan tambahan secara luas dan juga mendukung layanan telephony

dan data. Sebagian daftar layanan tambahan GSM sebagai berikut.

call forwarding – layanan ini memungkinkan pelanggan untuk meneruskan panggilan

yang masuk ke nomor lain jika mobile unit yang tidak dapat dicapai, jika sedang sibuk,

tidak ada balasan, atau jika fasilitas panggilan diteruskan di gunakan pada saat keadaan

tak terkondisi.

barring of outgoing calls – layanan ini memungkinkan pelanggan untuk mencegah

seluruh panggilan keluar.

barring of incoming calls – berfungsi untuk mencegah panggilan masuk. Terdapat dua

kondisi : baring seluruh panggilan masuk dan baring seluruh panggilan masuk bila

termasuk roaming.

Advice of charge (AoC) – layanan AoC memungkinkan pelanggan memperkirakan biaya

panggilan. Terdapat dua tipe informasi AoC: yang pertama memungkinkan pelanggan

memmperkirakan tagihan biaya dan yang kedua dapat digunakan untuk pengisian. AoC

untuk panggilan berupa data sebagai basis menghitung waktu.

Call hold – layanan ini memungkinakan pelanggan untuk menyela panggilan dan secara

berurutan membuat panggilan kembali. Layanan ini hanya dapat dipakai ke telepon biasa.

Call waiting – layanan ini memungkinkan pelanggan untuk diberitahukan adanya

panggilan masuk ketika sedang terjadi percakapan. Pelanggan dapat menjawab, menolak,

atau menyisihkan panggilan yang datang tersebut. Call wating hanya dapat dipakai ke

seluruh layanan telekomunikasi GSM dengan menggunakan koneksi circuit-switched.

Multiparty service - layanan ini memungkinkan pelanggan untuk melakukan percakapan

multyparty – percakapan yang simultan antara 3 dan 6 pelanggan lainnya. Layanan ini

hanya dapat dipakai untuk telepon biasa.

Calling line identification presentation/restriction – layanan ini menyediakan called

party dengan layanan ISDN secara terpadu. Pembatasan layanan memungkinkan party

yang memanggil untuk membatasi presentasi.

Closed user gorups (CUGs) – CUGs pada umumnya sebanding dengan PBX, dimana

merupakan group dari pelanggan yang capable jika memanggil group mereka sendiri dan

nomor-nomor tertentu.

Elemen Sistim Keamanan 2G Dipertahankan 3G

Elemen-elemen dari sistim keamanan 2G yang dipertahankan pada sistim keamanan 3G antara lain:

Authentification pengguna untuk akses layanan yakni jika terjadi ketidak-seimbangan algoritma yang mana terkait dengan otentifikasi;

Encryption interface radio. Kekuatan dari enkripsi menjadi lebih besar bila dibandingkan dengan yang digunakan pada sistim keamanan generasi kedua (kekuatan dimaksud adalah kombinasi panjang kunci dan desain algoritma);

Confidential identity subscriber pada radio interface. SIM yang removable dan hardware module sistim keamanan yang memiliki feature misalnya dapat dikelola oleh operator jaringan; dan independen dari terminal sebagaimana fungsi keamanan;

Aplikasi SIM, feature keamanan menyediakan jaminan kanal layer aplikasi antara SIM dan server jaringan rumah;

Feature operasi sistim keamanan sifatnya independen untuk pengguna, artinya bahwa pengguna tidak harus melakukan apapun untuk mengoperasikan feature keamanan.

Kelemahan Sistim Keamanan 2G Diperbaiki untuk 3G

Kelemahan-kelemahan pada generasi kedua GSM antara lain:

o Penyerang yang aktif menggunakan kekeliruan BTS mungkin terjadi;

o Cipher key dan otentifikasi data ditransmisikan secara jelas di antara dan di dalam

jaringan;

o Enkripsi tidak diperluas untuk hasil inti jaringan dalam transmisi cleartext dari

pengguna dan sinyal data melewati links gelombang mikro (di GSM, dari BTS ke

BSC);

o User authentication yang menggunakan cipher key yang dikembangkan terlebih

dahulu seperti RAND, SRES dan A3/8 tidak ada lagi;

o Integritas data tidak disediakan. Integritas data akan gagal menghadapi penyerangan

BTS tertentu yang keliru dan, tanpa adanya enkripsi, menyediakan perlindungan

terhadap kanal hijack ;

o IMEI merupakan identitas yang tidak terjamin dan seharusnya disediakan;

o Sistim pada generasi kedua tidak memiliki fleksibilitas untuk meningkatkan atau

memperbaikai fungsi keamanan setia p waktu.