Comunicații mobile

❑Controlerul staţiei de bază (BSC)▪partea inteligentă a BSS

▪ este interconectat cu echipamentele de tip BTS pe interfaţa Abis şi cu MSC

prin interfaţa A (sau cu TRAU prin interfaţa Ater)

▪ gestionează canalele radio într-un TRX;

canalele alocate sunt memorate într-un tabel

▪ gestionează canalele de semnalizare ale unei staţii mobile: le

interpretează sau le transferă transparent către/dinspre NSS

▪ include o reţea de comutație digitală

▪ implementează funcţii de multiplexare şi demultiplexare

▪ memorează configuraţiile software ale BTS-urilor permiţând de

asemenea şi instalarea de noi configuraţii de la distanţă

▪ de obicei BSC şi BTS sunt produse de acelaşi producător

Comunicații mobile

▪ are un rol extrem de important în transferul legăturii

MSBTS1

BTS2

BSC

Raport cu

masurători

(downlink)

Raport cu

masurători

(uplink)

Raport cu

masurători

(downlink)

Activare canal

Comandă de

handover

Emisie pe noul

canal alocat

- decizia este luată întotdeauna de BSC pe baza raportelor înaintate de

MS şi BTS

Comunicații mobile

❑Transcodorul (TRAU)

▪Funcţii principale-transcodarea vocii din format GSM (13kbiţi/s) în format

PCM (64kbiti/s) şi invers- adaptarea ratei de transmisiune (8/16 kbiţi/s <-> 64 kbiţi/s)

- implementează codorul de voce GSM

Interfeţele A şi Abis transportă date în format PCM la 64 kbiţi/s

- poziţia TRAU în interiorul BSS – nu este specificată de standard

MS BTS BSC MSCTRAU

13kbps 64kbps

MS BTS BSC MSCTRAU

13kbps 64kbps64kbps

MS BTS BSC MSCTRAU

13kbps 64kbps

Abis A

Abis A

Abis A

Comunicații mobile

▪un singur echipament TRAU poate controla mai multe BSC-uri

(tipic până la 25) și e conectat la MSC folosind multiple legături E1

2.5.3 Subsistemul reţea şi de comutare

▪ funcţii de comutare (MSC/GMSC)

▪ funcţii de securitate şi de tarifare

▪ conţine baze de date pentru gestiunea mobilităţii HLR,VLR

▪ conţine baze de date cu identităţile terminalelor mobile (EIR)

▪ echipamentele din interiorul NSS sunt conectate printr-o reţea

completă de semnalizare (SS7)

Centrul de comutaţie a serviciilor mobile -MSC

▪comutaţie de circuite la 64kbiţi/s – ca o centrală digitală standard

▪ coordonează alocarea de canale pentru apeluri către utilizatorii

mobili şi pentru transferuri de legături inter MSC

▪ iniţiază procedurile de paging

▪ implementează funcţii de rutare a apelurilor către utilizatorii mobili

Comunicații mobile

-SMS - GMSC - Short Message Service Gateway MSC

-SMS- IWMSC – Short Message Service Inter Working MSC

-transferul de SMS-uri are loc între staţiile mobile SMS-GMSC or

SMS-IWMSC şi un Centru de servicii SMS (nespecificat în

standard)

▪ implementează funcţii de interfaţare cu alte reţele

GMSC

▪ echipament de tip MSC care nu supervizează un BSS

▪ punct de acces pentru apeluri iniţiate din exteriorul reţelei

▪implementează funcţii de interogare a HLR și funcții de tarifare pentru

apeluri din roaming

▪funcţiile GSMC pot fi distribuite între mai multe MSC-uri

▪ există MSC-uri dedicate exclusiv transferului de mesaje scurte

Comunicații mobile

HLR – Home Location Register

▪ bază de date centrală

▪ conţine informaţii legate de orice utilizator propriu (abonat) al

unei reţele GSM

Date statice

- tipul cartelei SIM (abonament sau cartelă prepaid)

- IMSI şi MSISDN – corespondenţa este făcută de obicei la activarea

serviciului de către HLR

- categoria utilizatorului (obişnuit/ cu prioritate)

- cheia de autentificare

Date dinamice

- locaţia curentă = localizare la nivel de MSC/VLR

- triplete pentru autentificare şi criptare

- lista serviciilor abonatului

- starea staţiei mobile asociată IMSI-ului : ataşată/detaşată

Comunicații mobile

VLR – Visitor Location Register

▪ bază de date asociată tipic cu un singur MSC

▪ conţine date despre toţi utilizatorii aflaţi în aria de servicii a MSC-ului

asociat (abonați sau vizitatori în roaming)

▪ informaţia stocată nu e permanentă

Cele mai importante date stocate sunt:

-IMSI, MSISDN

-triplete de autentificare şi criptare – tipic 5 (7) /utilizator

-localizare mai precisă – aria de localizare curentă (LAI)

-identitatea temporară a abonatului – TMSI – alocată de către VLR

-adresa SS7 a HLR SS7

▪ pentru fiecare vizitator datele pot fi obţinute fie prin dialog cu HLR fie

de la vechiul VLR

▪generează o adresă de rutare (MSRN)

Comunicații mobile

▪Rol: interzicerea accesului în reţea a terminalelor mobile raportate ca

fiind furate sau pierdute

▪ este asociat unei reţele, memorează numerele de serie ale terminalelor

mobile (IMEI)

▪ menţine 3 liste:

listă albă: terminale mobile ce se pot conecta

listă neagră: terminale mobile cărora li se interzice accesul

listă gri : terminale mobile al căror statut trebuie clarificat

❑ CEIR –EIR centralizat pentru toţi operatorii GSM

EIR – Equipment Identity Register

▪ verificarea IMEI poate fi făcută la fiecare apel sau la orice procedură de

actualizare a localizării;

▪ lista neagră nu este implementată de obicei

Comunicații mobile

AuC – Authentication Center

▪Autentificare – confirmarea de către reţea că o anumită identitate (IMSI)

transferată de către o staţie mobilă printr-o procedură de identificare este

validă

▪autentificarea are loc la orice stabilire de nou apel sau (opțional) la orice

procedură de actualizare a localizării

▪Triplet:

- un număr aleator de 128 biţi

- o cheie de criptare de 64 biţi calculată utilizând un algoritm

dedicat (A8)

- o "semnătură” (signed response) de 32 biţi calculată utilizând

un algoritm dedicat de autentificare (A3)

▪AuC –generează continuu triplete pentru fiecare utilizator (fiecare IMSI)

şi le transmite către HLR

Comunicații mobile

IMSI Ki

A8

A3

RAND

Kc RANDSRES

spre HLR

Triplet

din HLR

Comunicații mobile

2.5.4 Centrul de operare şi întreţinere

❑Funcţii principale:- stocarea în baze de date a datelor principale din BSS şi NSS

- definirea celulelor

- instalarea de software

--efectuarea de măsurători și colectarea de indicatori (nr. de handover-

uri, traficul în celule etc)

2.5.5 Interfeţele GSM

❑Interfaţa Um – radio interface (air interface)

- canalele de trafic/semnalizare sunt organizate pe o structură de tip

TDMA/FDMA

- largimea de bandă a unei purtătoare 200Khz

- 8 intervale temporale pe fiecare purtătoare

- utilizează tehnici de codare a canalului❑Interfaţa Abis

- BSS între BTS şi BSC

- legături PCM E1 sau T1 la 2,048 (1,544) Mbiţi/s

Comunicații mobile

- canale de trafic – voce 13kbiţi/s, date 8/16 kbiţi/s

- canalele de semnalizare cu fiecare TRE – 64kbiţi/s fără multiplexare sau cu

multiplexare la 32/16 kbiți/s (RSL – Radio Signaling Link)

- canalele de trafic sunt multiplexate

- o legătură dedicată de 64 kbiţi/s este folosită pentru operare şi

întreţinere

(OML- Operation and

Maintenance link)

•Exemplu- BTS cu 4 TRE /TRX

Canale de semnalizare de 64kbiți/s

Comunicații mobile

TRX1, TRX2, TRX3 și/sau TRX4

•Exemplu- BTS cu 4 TRX/TRE

Canale de semnalizare de 64kbiți/s (multiplexare statistică)

Semnalizări RSL (64 kbps dinamic)

Comunicații mobile

TRX1 TRX2 TRX3 TRX4

•Exemplu- BTS cu 4 TRX/TRE

Canale de semnalizare de 16kbiți/s

Semnalizări RSL (16kbps pt

fiecare TRX)

Comunicații mobile

❑Interfaţa A

Exemplu:

- BSC-MSC în arhitectura GSM

- TRAU-MSC în implementări curente

- 2,048 (1,544) Mbiţi/s

- o legătură dedicată SS7 de 64 kbiţi/s SS7 trebuie să existe pentru

fiecare subsistem BSS

OML

Comunicații mobile

❑Interfaţa X.25

- OMS şi NSS şi BSS

- comutaţie de pachete

2.6 Distribuția geografică a unei reţele GSM

▪Arie de servicii GSM : aria deservită de toţi operatorii GSM

▪Arie de servicii PLMN : aria deservită de un operator GSM

▪Arie de servicii MSC/VLR : aria deservită de un a MSC/VLR

▪Arie de localizare: grup de celule indexate printr-un acelaşi identificator

(LAI)

▪Celulă (Cell): aria deservită de un BTS

Comunicații mobile

MSC VLR MSC VLR

MSC VLR MSC VLR

Arie de servicii MSC/VLR

Arie de servicii PLMN

LA1 LA2 LA3

LA4 LA6LA5

Arie de localizare

Cell 1 Cell 2

Cell 3 Cell 4

BTS BTS

BTS BTS

BSC

Arie de servicii

MSC/VLR

Arie de servicii MSC/VLR

Arie de servicii MSC/VLR Arie de servicii MSC/VLR

Comunicații mobile

3.Adrese şi identificatori. Rutarea de apeluri în

reţele GSM

Comunicații mobile

▪ Mobilitate, confidenţialitate, securitate -> utlilizarea de numeroase adrese

şi identificatori, fiecare servind unui scop precis (ex: actualizarea localizării)

▪ Numărul de telefon al unui abonat mobil nu este legat de poziţia sa

geografică

▪ GSM utilizează proceduri specifice pentru rutarea apelurilor

▪ Adresele şi identificatorii GSM sunt utilizate pentru:

- asigurarea confidenţialităţii

- prevenirea utilizării echipamentelor furate

- a permite implementarea procedurilor suport pentru mobilitate

❑ Tipuri:- identificatori ai abonatului mobil- identificatori ai echipamentului mobil

- adrese şi identificatori de reţea

3.1 Introducere

Comunicații mobile

3.2 Identificatori ai abonatului mobil

- IMSI (International Mobile Subscriber Identity)

- MSISDN (Mobile Station ISDN number)- TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)

- MSRN (Mobile Station Roaming Number )

❑ IMSI – International Mobile Subscriber Identity

– identifică în mod unic un abonat GSM într-o arie de servicii GSM (

= identitatea GSM a abonatului); nu se transmite pe interfața radio.

– datele legate de un anumit abonament sunt indexate de IMSI

– stocarea IMSI are loc în: HLR, cartela SIM şi VLR-ul curent

– corespondenţa dintre IMSI şi numărul de telefon al abonatului se poate

face la activarea abonamentului (în HLR) sau poate fi predefinită

(servicii prepaid)

– are o lungime de până la 15 biţi ce respectă structura următoare:

Comunicații mobile

MCC MNC MSIN

IMSI

3 digiți 2 digiți

MCC (Mobile Country Code) - identifică ţara în care operează operatorul

GSM al abonatului mobil (Ex: MCC=226 România)

MNC (Mobile Network Code) –identifică reţeaua GSM a abonatului

HPLM – reţeaua PLMN pentru care serviciile căreia abonatul a optat

(Ex: MNC= 01-Vodafone, MNC=10-Orange, MNC=03-Telekom)

MSIN (Mobile Subscriber Identification Number) – identitate naţională a

abonatului, unică pentru un anumit operator

❑ TMSI- Temporary Mobile Subscriber Identity

– are o semnificaţie locală (în interiorul unei arii de servicii MSC/VLR)

Comunicații mobile

- TMSI este alocat de VLR –ul curent

- este utilizat în procedura de paging pentru a ascunde identitatea GSM

(IMSI) pe interfaţa radio; utilizat de asemenea în procedura de actualizare

a localizării

- lungime de până la 4 octeţi; este memorat în VLR şi pe cartela SIM

❑ MSIDSN- Mobile Station International ISDN number= numărul de telefon al abonatului mobil

Structură:CC NDC SN

MSISDN

Număr în format național

CC (Country code) - Ex: CC=+40 Romania)NDC (National Destination Code) – Ex: 0740,0744,0745… -Orange

SN (Subscriber Number)

Comunicații mobile

Scop: rutarea de apeluri către abonaţii mobili

❑ MSRN- Mobile Station Roaming Number

Structură:

-similară cu MSISDN

MSRN – este rezultatul unei proceduri de interogare a HLR, procedură de

interogare efectuată de un GMSC, MSC sau de o centrală PSTN

- “număr apelat” în mesajele IAM generate de GMSC

-SN indică aria de servicii MSC/VLR

- nu trebuie memorat pe SIM sau HLR

Procedura de obţinerea a MSRN este ilustrată pe slide-ul următor:

- este alocat de către VLR-ul curent

Comunicații mobile

PSTN/ISDN GMSC HLR

MSC VLR

Arie de servicii MSC/VLR

MS(2) MSISDN este transferat către HLR

MSISDN (2)

MSISDN (1)

(1) un utilizator formează numărul abonatului

mobil - MSISDN

IMSI (3)

(3) HLR cunoaşte adresa ariei de servicii

MSC/VLR a staţiei mobile (MS); face

translaţia IMSI-MSISDN şi trimite o cerere de

obţinere a MSRN către VLR indicând

identitatea GSM (IMSI) a abonatului apelat

MSRN(4)

(4) MSRN este alocat de către VLR şi

transmis către HLR

(5) HLR trimite MSRN către GMSC

MSRN (5)

MSRN (6)

(6) Apelul este rutat de către GMSC către MSC-ul asociat VLR-ului curent

❑ IMEI (lista “albă”), IMEISV (lista “gri” şi “neagră”) – sunt utilizate

pentru identificarea echipamentului mobil

❑ IMEI – International Mobile station Equipment Identity

Structură

(Faza 2)

TAC (Type Approval Code) – cod de conformitate

FAC (Final Assembly Code) – producător (Nokia, Alcatel etc)

SNR (Serial number) – unic pentru aceleaşi valori ale TAC şi FAC

Faza 2+ – FAC este inclus în TAC (8 digiţi)

CD (check digit) – rol de evitare a erorilor de transmisie (CRC/FCS

în protocoale de legături de date)

TAC FAC SNR

IMEI (15 digiti)

CD

6 digiti 2 digiti 1 digit6 digiti

3.3 Identificatori ai terminalului mobil

Comunicații mobile

Comunicații mobile

❑ IMEISV – International Mobile Equipment Identity and

Software Version Number

Structură:

SVN – Software version number

❑ IMEI / IMEISV poate fi afişat prin tastarea numărului *#06#;

valoarea indicată trebuie să corespundă cu numărul tipărit pe

echipament

❑LAI – Location Area Identity

- utilizată în proceduri de actualizare a localizării; identifică în mod

unic grupul de celule în care un mesaj de paging va fi difuzat- valoarea stocată pe SIM este comparată cu cea difuzată în grupul de

celule

3.4 Adrese şi identificatori de reţea

TAC SNR

IMEISV (16 digiti)

8 digiti 6 digiti

SVN

2 digiți

Comunicații mobile

Structură:

- MCC/MNC – semnificaţia descrisă pentru IMSI

- LAC – location area code – valorea cunoscută de reţea (VLR) la orice

moment de tip pentru orice staţie mobilă în stare inactivă (dar ataşată)

- standardul permite definirea de maxim 65534 arii de localizare pentru

fiecare operator

❑CI/CGI – Cell Identity/Cell Global Identity

CI – identifică în mod unic o celulă într-o arie de localizareCGI – identifică în mod unic o celulă în aria de servicii GSM

MCC MNC LAC

3 digiti 2 digiti 16 biti

LAI

MCC MNC LAC CI

CGI

Comunicații mobile

❑BSIC (Base Station Identity Code)

❑nu reprezintă un identificator unic pentru staţiile de bază !

❑Frecvenţă baliză : o frecvenţă pe care staţia mobilă emite continuu

- este utilizat pentru a permite staţiei mobile să poată distinge între

staţii de bază ce emit aceeaşi frecvenţă baliză (beacon frequency –

frecvența pe care se transmit informațiile de pe BCCH)

- pentru celulele vecine staţia mobilă efectuează măsurători ale

nivelului semnalului recepţionat pe frecvenţa baliză

- măsurătorile sunt trimise către BTS indexate de către BSIC

- procedurile de handover inter-PLMN nu sunt implementate de

standardul GSM, BSIC trebuie să indexeze măsurători efectuate doar

pentru frecvenţele baliză ale aceluiaşi operator

❑Alte utilizări :indică secvenţele de antrenare în downlink utilizată de

egalizorul de canal Viterbi

Comunicații mobile

Structură:

NCC (National Color Code) BCC (Base Station Color Code)

Formatul NCC : x y y

x-operator, yy ţară

-> câmpul NCC permite distingirea doar a doi operatori /ţară

BCC – distincţie între frecvenţele baliză ale aceluiaşi operator

NCC=3

BCC=1NCC=1

BCC=1NCC=1

BCC=7NCC=5

BCC=1

Ţara A

1 operator

Ţara B

2 operatori

op1. NCC=1

op.2=NCC+4=5

Posibile probleme : la graniţele între două ţări

NCC BCC

3 bits 3 bits