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GSM parte II GSM. Argomenti della lezione Breve storia Elementi e componenti Architettura Interfacce.

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Presentazione sul tema: "GSM parte II GSM. Argomenti della lezione Breve storia Elementi e componenti Architettura Interfacce."— Transcript della presentazione:

1 GSM parte II GSM

2 Argomenti della lezione Breve storia Elementi e componenti Architettura Interfacce

3 Architettura del GSM

4 Base Station (BS) Base Tranceiver Station (BTS) Interfaccia fisica che si occupa della rice-trasmissione Stazione Radio Base Base Station Controller (BSC) Controllo delle risorse sullinterfaccia radio

5 Stazione Radio Base Base Tranceiver Station BTS Base Tranceiver Station BTS

6 Stazione Radio Base Base Tranceiver Station - BTS È il punto di accesso alla rete di TLC, o se si vuole, la controparte di MT

7 Base Tranceiver Station - BTS È collocata in un punto opportuno della cella (es. al centro per celle circolari, nel vertice delle celle settorizzate, ad un estremo delle celle oblunghe per la copertura stradale...) Stazione Radio Base

8 Base Tranceiver Station - BTS Dalla potenza del BTS dipende la dimensione fisica della cella: grazie a questa caratteristica è possibile aggiustare in modo dinamico le dimensioni delle celle Raggio min: 300m max: 35km ca. Dalla potenza del BTS dipende la dimensione fisica della cella: grazie a questa caratteristica è possibile aggiustare in modo dinamico le dimensioni delle celle Raggio min: 300m max: 35km ca. Stazione Radio Base

9 Base Tranceiver Station - BTS Ciascuna BTS può avere da 1 a 16 interfacce radio, corrispondenti a canali diversi in FDM Ciascuna interfaccia radio corrisponde a 8 canali TDM

10 Stazione Radio Base Base Tranceiver Station - BTS Effettua la codifica di canale (Channel Coding Unit –CCU) e la cifratura Modula / demodula i segnali Realizza il frequency hopping Effettua linterleaving

11 Base Tranceiver Station - BTS Effettua misura di qualità dei canali uplink e riceve da MT le misure relative al downlink, le invia al BSC che decide il controllo di potenza e lhandover Stazione Radio Base

12 Base Tranceiver Station - BTS Implementa i protocolli di livello fisico sullinterfaccia radio (Um) per il corretto scambio di informazioni tra MT e BTS Stazione Radio Base

13 Stazione Radio Base BTS Filtro output Filtro input diversity Controllo + clock TX HF (mod) RX HF (demod) TRX (digital proces.) Slow FH Trans. system Abis

14 Base Tranceiver Station - BTS È un apparato di livello fisico e non ha praticamente alcuna intelligenza: nel GSM anche la valutazione e la decisione sugli handover da effettuare è demandata ad altre entità (MT, BSC e MSC) Stazione Radio Base

15 Stazione Radio Base: esempi

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18 Base Station (BS) Base Tranceiver Station (BTS) Interfaccia fisica che si occupa della rice-trasmissione Stazione Radio Base Base Station Controller (BSC) Controllo delle risorse sullinterfaccia radio

19 Un BSC controlla un numero elevato di BTS: da alcune decine ad alcune centinaia Un BSC controlla un numero elevato di BTS: da alcune decine ad alcune centinaia Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)

20 Matrice di commutazione Controllo + clock DB TCE AAbis

21 BTS e BSC sono collegate da collegamenti a 2 Mb/s (32 canali PCM a 64 kb/s) Un canale PCM del collegamento a 2 Mb/s viene usato per trasportare 4 canali di traffico GSM a 13 kb/s Per ogni portante occorrono 3 canali PCM: 1 per segnalazione, 2 per trasportare 8 canali di traffico GSM Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)

22 La transcodifica della voce GSM (13 kb/s) PCM (64 kb/s) e viceversa è fatta dalla BSC (Transcoder Rate Adaptation Unit - TRAU) Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)

23 BTSBSCMSC Canali di traffico GSM (13kb/s) PCM a 2Mb/s Canali PCM standard 64 kb/s Trama PCM a 2Mb/s (32 x 64 kb/s) 3113 Trama PCM Transcodifica 2 TM

24 Comunicazione tra BTS e BSC La comunicazione tra BTS e BSC può avvenire: –via rete fissa telefonica, noleggiando le linee da un gestore nel caso l'operatore GSM non ne disponga di proprie –via radio La soluzione via radio é sicuramente più economica, (no canone di noleggio delle linee, né costose infrastrutture) E' così possibile installare le BTS nelle posizioni ideali, con l'unico obbligo di fornire una linea di alimentazione elettrica alla BTS.

25 Comunicazione tra BTS e BSC Ponte Radio a Microonde I canali PCM possono essere trasferiti al BSC con ponte radio a microonde (freq. da 13 a 58 GHz)

26 Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC) I compiti principali del BSC sono: Transcodifica della voce GSM PCM Transcodifica della voce GSM PCM

27 Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC) I compiti principali del BSC sono: Analisi delle misure di qualità del segnale sulla tratta radio Decisione se è il caso di fare handover Analisi delle misure di qualità del segnale sulla tratta radio Decisione se è il caso di fare handover

28 Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC) I compiti principali del BSC sono: Analisi delle misure di qualità del segnale sulla tratta radio Gestione dellhandover tra BTS controllate dallo stesso BSC o richiesta di gestione allMSC Analisi delle misure di qualità del segnale sulla tratta radio Gestione dellhandover tra BTS controllate dallo stesso BSC o richiesta di gestione allMSC

29 Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC) I compiti principali del BSC sono: Controllo delle risorse radio: gestione delle frequenze, che possono essere assegnate in modo dinamico alle varie BTS

30 Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC) I compiti principali del BSC sono: Gestione del paging Manutenzione del BSS

31 Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC) I compiti principali del BSC sono: La concentrazione del traffico verso un MSC e lo smistamento del traffico verso le BTS

32 I BSC possono essere colocati nel sito di un MSC o essere autonomi, o ancora essere posizionati vicino (o insieme) ad alcune BTS. Normalmente vengono colocati con MSC per questioni di controllo e manutenzione Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)

33 Architettura del GSM

34 Network and Switching Sub-system (NSS) Noto anche come Switching and Management Sub-system (SMSS), svolge funzioni fondamentali Gestione della mobilità Controllo delle chiamate Supporto ai servizi forniti

35 Network and Switching Sub-system (NSS) HLR VLR EIR AuC NSS BSS A Um TM (G)MSC

36 Mobile Switching Center (MSC): è la centrale di commutazione che gestisce i servizi mobili Network and Switching Sub-system (NSS)

37 Home Location Register (HLR): è il data base con –I dati permanenti degli utenti –I dati dinamici per gestire la mobilità (es. identificativo del VLR) Network and Switching Sub-system (NSS)

38 Visitor Location Register (VLR): è il data base con –Le informazioni relative ai MT attualmente presso larea di competenza del MSC Network and Switching Sub-system (NSS)

39 Equipment Identity Register (EIR): è il data base degli apparati rubati o difettosi Network and Switching Sub-system (NSS)

40 Authentication Center (AuC): genera chiavi di cifratura Network and Switching Sub-system (NSS)

41 E un normale commutatore PCM (commutatore a circuito) cui sono state aggiunte funzionalità di segnalazione per la gestione della mobilità Centro di Commutazione dei Servizi Mobili (Mobile Switching Center-MSC)

42 Funzioni fondamentali: Gestione della mobilità (location update, paging ecc.) Controllo delle chiamate (con autenticazione) Supporto ai servizi Funzioni fondamentali: Gestione della mobilità (location update, paging ecc.) Controllo delle chiamate (con autenticazione) Supporto ai servizi

43 Centro di Commutazione dei Servizi Mobili (Mobile Switching Center-MSC) Funzioni fondamentali: Alloca risorse e crea connessioni con i TM sulla rete fissa (Connection Management - CM) Consente linstradamento delle chiamate da un TM ad un altro Funzioni fondamentali: Alloca risorse e crea connessioni con i TM sulla rete fissa (Connection Management - CM) Consente linstradamento delle chiamate da un TM ad un altro

44 Centro di Commutazione dei Servizi Mobili (Gateway Mobile Switching Center-GMSC) Un caso particolare di MSC è il GMSC (Gateway-MSC), che è linterfaccia tra la rete GSM e le reti fisse (PSTN) e/o altre reti GSM (PLMN)

45 Centro di Commutazione dei Servizi Mobili (Gateway Mobile Switching Center-GMSC) Funzioni fondamentali: Interworking con altre reti Funzioni di gateway Funzioni fondamentali: Interworking con altre reti Funzioni di gateway

46 Centro di Commutazione dei Servizi Mobili (Gateway Mobile Switching Center-GMSC) GMSC è anche il punto di partenza per la ricerca dei TM nella rete cellulare per chiamate provenienti da altre reti (fisse o mobili) Consente linstradamento delle chiamate da un TM verso telefoni fissi e mobili in altre reti

47 A seconda delle dimensioni della rete e del numero di utenti un operatore può avere uno o più GMSC Centro di Commutazione dei Servizi Mobili (Mobile Switching Center-MSC)

48 Registro di Localizzazione Principale (Home Location Register) È una base dati permanente associata in modo univoco ad una PLMN A seconda delle dimensioni della rete e del numero di utenti un operatore può avere uno o più HLR a cui sono associati in modo fisso i TM. Spesso è colocato con un GMSC

49 Memorizza le informazioni (profilo di utente) relative a tutti i TM la cui localizzazione di default è presso lHLR considerato Registro di Localizzazione Principale (Home Location Register)

50 HLR memorizza informazioni permanenti come lIMSI (International Mobile Subscriber Identity), il numero di telefono della SIM associata (che NON sono la stessa cosa), i servizi supplementari a cui lutente è abilitato Registro di Localizzazione Principale (Home Location Register)

51 HLR memorizza anche informazioni volatili: Lindirizzo del VLR presso cui può essere reperito lutente Parametri temporanei per identificazione e crittografia Registro di Localizzazione Principale (Home Location Register)

52 HLR memorizza anche informazioni volatili: Eventuale numero di telefono per linoltro delle chiamate...

53 È una base dati temporanea associata a tutti gli MSC, anche ai GMSC (spesso MSC e VLR sono integrati) Contiene i dati essenziali per il servizio dei TM attualmente sotto la giurisdizione del (G)MSC a cui VLR è associato Registro di Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR)

54 Si noti che per questione di uniformità viene usato il VLR anche per i terminali mobili che si trovano presso il proprio MSC: linformazione memorizzata nellHLR viene duplicata localmente Registro di Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR)

55 Anche i dati usati usati per identificare e autenticare lutente Nel VLR vengono duplicati molti dei dati di un utente già presenti nellHLR

56 Il VLR crea il TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) che è usato invece dell IMSI per non trasmettere regolarmente lIMSI via radio (protezione da intrusioni) e lo memorizza Il VLR invia il TMSI in modo cifrato al TM che lo memorizza nella SIM Il VLR crea il TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) che è usato invece dell IMSI per non trasmettere regolarmente lIMSI via radio (protezione da intrusioni) e lo memorizza Il VLR invia il TMSI in modo cifrato al TM che lo memorizza nella SIM Registro di Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR)

57 Il TMSI viene modificato frequentemente ed è legato anche alla posizione del mobile (LAI) Registro di Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR) Il VLR memorizza anche il LAI e informazioni che servono per linstradamento delle chiamate verso il TM (MSRN)

58 Registro di Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR) Nel VLR viene mantenuto lo stato del TM: acceso (attached) o spento (detached)

59 Numero di identificazione di uso interno alla rete Composto da 3 campi IMSI

60 Composto da 3 campi: MCC: Mobile Country Code (3 cifre) MNC: Mobile Network Code, che identifica loperatore che fornisce il servizio (2 cifre) MSIN: Mobile Subscriber Identification Number, che identifica la SIM (fino a 10 cifre) IMSI

61 Es: , identifica una SIM italiana (222) del gestore TIM (01) Il numero di telefono dellapparato in questione è completamente scorrelato dallIMSI

62 Strutturalmente uguale a IMSI È legato al LAI e identifica univocamente un utente in una Location Area TMSI Numero assegnato temporaneamente dalla rete (VLR) a MT per questioni di privacy e protezione

63 Cambiato ad ogni uso, e ad ogni location update Trasmesso in chiaro dal MT per autenticarsi, viene ri-assegnato dalla rete dopo aver instaurato un canale sicuro (crittografato) una eventuale intercettazione è inutile TMSI

64 IMSI inviato solo se necessario, MS cerca prima di inviare TMSI Ad esempio: MS non ha un TMSI in memoria TMSI non è più valido Ad esempio: MS non ha un TMSI in memoria TMSI non è più valido TMSI & IMSI

65 MSISDN: Mobile Station International ISDN Number... il numero di telefono MSRN: Mobile Station Roaming Number MSISDN & MSRN

66 MSRN: Mobile Station Roaming Number MSRN: Mobile Station Roaming Number Numero usato dalla rete per linstradamento delle chiamate Memorizzato presso VLR, identifica lMSC dove si trova il mobile, quindi anche leventuale operatore di roaming MSISDN & MSRN

67 International Mobile Equipment Identity Numeri di identificazione dellapparato IMEI (60 bit) identifica lhardware IMEI e IMEISV

68 IMEISV (64 bit) identifica anche eventuali diverse versioni di software/firmware 24 bit: TAC (Type Approval Code) 8 bit: FAC (Final Assembly Code) - il produttore IMEI e IMEISV

69 IMEISV (64 bit) identifica anche eventuali diverse versioni di software/firmware 24 bit: SN (Serial Number) 8 bit: SVN (Software Version Number) in IMEISV IMEI e IMEISV (4 bit non usati in IMEI)

70 Data in the HLR and the VLR Subscriber specific Parameter HLR/AuCVLR IMSIYY KiKi YN TMSINY Service restrictionsYN Supplementary services YY MSISDNYY

71 Data in the HLR and the VLR Authentication and ciphering Parameter HLR/AuCVLR A3YN A5 (in BSS)NN A8YN RANDYY SRES YY KcKc YY

72 Data in the HLR and the VLR Subscriber location / Call Forwarding Parameter HLR/AuCVLR HLR numberNY VLR numberYN MSC numberYY LAINY MSRN NY Handover numberNY

73 È una base dati il cui uso è a discrezione delloperatore Contiene lidentificativo e le caratteristiche di tutti gli apparati GSM (MT - lhardware!!!) prodotti, insieme al produttore, al paese di fabbricazione, etc. Registro di Identificazione degli apparati (Equipment Identity Register)

74 Può essere usato per proteggere la rete dalluso di apparecchiature non a norma, rubate, esportate illegalmente... Registro di Identificazione degli apparati (Equipment Identity Register)

75 È associato a ciascun HLR È in grado di effettuare correttamente le stesse operazioni di codifica che sono associate a ciascuna SIM È il motore per lautenticazione delle SIM Centro di Autenticazione (Authentication Center–AuC)

76 Gestisce alcune importanti operazioni per abilitare la cifratura della trasmissione sullinterfaccia radio Centro di Autenticazione (Authentication Center–AuC)

77 È la sede di tutte le operazioni di gestione (tecnica e non) della rete Centro Gestione e Controllo (Operation and Maintenance Center)

78 Effettua la tariffazione, controlla il traffico in rete, gestisce i messaggi di errore provenienti dalla rete, controlla e memorizza il carico delle singole BTS e BSC per operazioni di pianificazione (eventualmente dinamica) Centro Gestione e Controllo (Operation and Maintenance Center)

79 Consente di configurare le singole BTS tramite le BSC e di controllare il funzionamento (corretto o meno) di tutte le apparecchiature periferiche della rete (cioè in pratica di tutti gli elementi descritti fino ad ora)

80 GSM parte II GSM


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