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GSMparte IIGSMGSM

parte IIparte II

Argomenti della lezioneArgomenti della lezione

Breve storiaBreve storia

Elementi e componentiElementi e componenti

ArchitetturaArchitettura

InterfacceInterfacce

Architettura del GSMArchitettura del GSM

Base Station (BS)

Base Tranceiver Station (BTS) Interfaccia fisica che si occupa della

rice-trasmissione

Stazione Radio BaseStazione Radio Base

Base Station Controller (BSC)Controllo delle risorse

sull’interfaccia radio


Base Tranceiver StationBTS

Base Tranceiver StationBTS


Base Tranceiver Station - BTSBase Tranceiver Station - BTS

È il punto di accesso alla rete di TLC, o se si vuole,

la “controparte” di MT

È il punto di accesso alla rete di TLC, o se si vuole,

la “controparte” di MT


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...)

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...)



Dalla potenza del BTS dipende la dimensione fisica della cella: grazie a questa caratteristicaè 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 caratteristicaè possibile “aggiustare” in modo dinamico le dimensioni delle celle

Raggio min: 300m max: 35km ca.




Ciascuna BTS può avere da 1 a 16 interfacce radio, corrispondenti a

canali diversi in FDM

Ciascuna BTS può avere da 1 a 16 interfacce radio, corrispondenti a

canali diversi in FDM

Ciascuna interfaccia radio corrisponde a 8 canali TDM Ciascuna interfaccia radio corrisponde a 8 canali TDM



Effettua la codifica di canale (ChannelCoding Unit –CCU) e la cifratura

Effettua la codifica di canale (ChannelCoding Unit –CCU) e la cifratura

Modula / demodula i segnaliModula / demodula i segnali

Realizza il frequency hoppingRealizza il frequency hopping

Effettua l’interleavingEffettua l’interleaving


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

l’handover

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

l’handover



Implementa i protocolli di livello fisico sull’interfaccia radio (Um) per il corretto scambio di informazioni

tra MT e BTS

Implementa i protocolli di livello fisico sull’interfaccia radio (Um) per il corretto scambio di informazioni

tra MT e BTS


Stazione Radio Base BTSStazione Radio Base BTS

Filtrooutput

Filtroinput

diversityControllo + clock

TX HF (mod)

----------

RX HF (demod)

TRX

(digital proces.)

Slow FH Trans.

system Abis


È un apparato di livellofisico 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)

È un apparato di livellofisico 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: esempiStazione Radio Base: esempi

Base Station (BS)

Base Tranceiver Station (BTS) Interfaccia fisica che si occupa della

rice-trasmissione


Base Station Controller (BSC)Controllo delle risorse

sull’interfaccia radio

Un BSC controlla un numeroelevato di BTS:

da alcune decinead alcune centinaia

Un BSC controlla un numeroelevato di BTS:

da alcune decinead alcune centinaia

Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)




Matrice di commutazione

Controllo + clock

DBTCE

TCE

TCE

TCE

TCE

TCE

AAbis

BTS e BSC sono collegate dacollegamenti a 2 Mb/s (32 canaliPCM 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 trafficoGSM



La transcodifica della voce GSM (13 kb/s) ↔ PCM (64 kb/s) e viceversa è fatta dalla BSC (Transcoder Rate Adaptation Unit - TRAU)



BTS BSC MSC

Canali di trafficoGSM (13kb/s) PCM a 2Mb/s

Canali PCM standard 64 kb/s

31 0 1 31

0 1 32

Trama PCM a 2Mb/s(32 x 64 kb/s)

31 1 3 31

Trama PCM

0 2

0

0

Transcodifica

2

TM

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 radioLa 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.

Comunicazione tra BTS e BSCPonte Radio a Microonde

I canali PCM possono essere trasferiti al BSC con ponte radio a microonde (freq. da 13 a 58 GHz)



I compiti principali del BSC sono:I compiti principali del BSC sono:

Transcodifica della voceGSM ↔ PCM

Transcodifica della voceGSM ↔ PCM




Analisi delle misure di qualità del segnale sulla tratta radio

Decisione se è il caso di fare handover


Decisione se è il caso di fare handover





Gestione dell’handover tra BTS controllate dallo stesso BSC o richiesta di gestione all’MSC


Gestione dell’handover tra BTS controllate dallo stesso BSC o richiesta di gestione all’MSC




Controllo delle risorse radio: gestione delle frequenze,

che possono essere assegnate in modo dinamico alle varie

BTS

Controllo delle risorse radio: gestione delle frequenze,

che possono essere assegnate in modo dinamico alle varie

BTS




Gestione del pagingGestione del paging

Manutenzione del BSSManutenzione del BSS




La concentrazione del traffico verso un MSC e

lo smistamento del traffico verso le BTS

La concentrazione del traffico verso un MSC e

lo smistamento del traffico verso le BTS

I BSC possono essere colocatinel sito di un MSC o essere autonomi,

o ancora essere posizionati vicino(o insieme) ad alcune BTS.

Normalmente vengono colocaticon MSC per questioni di controllo

e manutenzione

I BSC possono essere colocatinel sito di un MSC o essere autonomi,

o ancora essere posizionati vicino(o insieme) ad alcune BTS.

Normalmente vengono colocaticon MSC per questioni di controllo

e manutenzione



Architettura del GSMArchitettura del GSM

Network and SwitchingSub-system (NSS)Network and SwitchingSub-system (NSS)

Noto anche come Switching and Management Sub-system (SMSS), svolge funzionifondamentali

→ Gestione della mobilità

→ Controllo delle chiamate

→ Supporto ai servizi forniti


HLR VLR

EIR

AuC

NSS

BSS

A

Um

TM

(G)MSC

Mobile Switching Center (MSC): è la centrale di commutazione che gestisce i servizi mobili


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)


Visitor Location Register(VLR): è il data base con

–Le informazioni relative ai MT attualmente presso l’area di competenza del MSC


Equipment Identity Register(EIR): è il data base degli apparati rubati o difettosi


Authentication Center (AuC): genera chiavi di cifratura


E’ un “normale” commutatore PCM (commutatore a circuito) cui sono state aggiunte funzionalità di segnalazione per la gestione della mobilità

E’ un “normale” commutatore PCM (commutatore a circuito) cui sono state aggiunte funzionalità di segnalazione per la gestione della mobilità

Centro di Commutazionedei Servizi Mobili (Mobile Switching Center-MSC)




Funzioni fondamentali:

Gestione della mobilità (location update, paging ecc.)

Controllo delle chiamate (con autenticazione)

Supporto ai servizi


Gestione della mobilità (location update, paging ecc.)

Controllo delle chiamate (con autenticazione)

Supporto ai servizi




Alloca risorse e crea connessioni con i TM sulla rete fissa (Connection Management - CM)

Consente l’instradamento delle chiamate da un TM ad un altro


Alloca risorse e crea connessioni con i TM sulla rete fissa (Connection Management - CM)

Consente l’instradamento delle chiamate da un TM ad un altro

Centro di Commutazionedei Servizi Mobili (Gateway Mobile SwitchingCenter-GMSC)


Un caso particolare di MSC è il GMSC (Gateway-MSC), che è l’interfaccia tra la rete GSM e le reti fisse (PSTN) e/o altre reti GSM (PLMN)

Un caso particolare di MSC è il GMSC (Gateway-MSC), che è l’interfaccia tra la rete GSM e le reti fisse (PSTN) e/o altre reti GSM (PLMN)




Interworking con altre reti

Funzioni di gateway


Interworking con altre reti

Funzioni di gateway



GMSC è anche il “punto di partenza” per la ricerca dei TM nella rete cellulare per chiamate provenienti da altre reti (fisse o mobili)

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 l’instradamento delle chiamate da un TM verso telefoni fissi e mobili in altre reti

Consente l’instradamento delle chiamate da un TM verso telefoni fissi e mobili in altre reti

A seconda delle dimensioni dellarete e del numero di utenti un operatore può avere uno o piùGMSC

A seconda delle dimensioni dellarete e del numero di utenti un operatore può avere uno o piùGMSC



Registro di Localizzazione Principale (Home Location Register)


È una base dati permanenteassociata in modo univoco ad una PLMN

È una base dati permanenteassociata in modo univoco ad una PLMN

A seconda delle dimensioni dellarete e del numero di utenti un operatore può avere uno o piùHLR a cui sono associati in modo fisso i TM. Spesso è colocato con un GMSC

A seconda delle dimensioni dellarete e del numero di utenti un operatore può avere uno o piùHLR a cui sono associati in modo fisso i TM. Spesso è colocato con un GMSC

Memorizza le informazioni (profilo di utente) relative a tutti i TM la cui localizzazione di default è presso l’HLR considerato

Memorizza le informazioni (profilo di utente) relative a tutti i TM la cui localizzazione di default è presso l’HLR considerato



HLR memorizza informazioni permanenti come l’IMSI (International Mobile SubscriberIdentity), il numero di telefono della SIM associata (che NON sono la stessa cosa), i servizi supplementari a cui l’utenteè abilitato

HLR memorizza informazioni permanenti come l’IMSI (International Mobile SubscriberIdentity), il numero di telefono della SIM associata (che NON sono la stessa cosa), i servizi supplementari a cui l’utenteè abilitato



HLR memorizza anche informazioni volatili:HLR memorizza anche informazioni volatili:

L’indirizzo del VLR presso cui può essere reperito l’utente

L’indirizzo del VLR presso cui può essere reperito l’utente

Parametri temporanei per identificazione e crittografia

Parametri temporanei per identificazione e crittografia





HLR memorizza anche informazioni volatili:HLR memorizza anche informazioni volatili:

Eventuale numero di telefonoper l’inoltro delle chiamateEventuale numero di telefonoper l’inoltro delle chiamate

......

È una base dati temporaneaassociata a tutti gli MSC, anche ai GMSC (spesso MSC e VLR sono integrati)

È una base dati temporaneaassociata 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

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)


Si noti che per questione di uniformità viene usato il VLR anche per i terminali mobili che si trovano presso il proprio MSC: l’informazione

memorizzata nell’HLR viene “duplicata localmente”

Si noti che per questione di uniformità viene usato il VLR anche per i terminali mobili che si trovano presso il proprio MSC: l’informazione

memorizzata nell’HLR viene “duplicata localmente”





Anche i dati usati usati per identificare e autenticare l’utenteAnche i dati usati usati per identificare e autenticare l’utente

Nel VLR vengono duplicati molti dei dati di un utente già presenti nell’HLR

Nel VLR vengono duplicati molti dei dati di un utente già presenti nell’HLR

Il VLR crea il TMSI (TemporaryMobile Subscriber Identity) che è usato invece dell’IMSI per non trasmettere regolarmente l’IMSI 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 (TemporaryMobile Subscriber Identity) che è usato invece dell’IMSI per non trasmettere regolarmente l’IMSI via radio (protezione da intrusioni) e lo memorizza

Il VLR invia il TMSI in modo cifrato al TM che lo memorizza nella SIM



Il TMSI viene modificato frequentemente ed è legatoanche alla posizione del mobile (LAI)

Il TMSI viene modificato frequentemente ed è legatoanche alla posizione del mobile (LAI)



Il VLR memorizza anche il LAI e informazioni che servono per l’instradamento delle chiamate verso il TM (MSRN)

Il VLR memorizza anche il LAI e informazioni che servono per l’instradamento delle chiamate verso il TM (MSRN)



Nel VLR viene mantenuto lo stato del TM: acceso (attached) o spento (detached)

Nel VLR viene mantenuto lo stato del TM: acceso (attached) o spento (detached)

Numero di identificazione di uso interno alla reteNumero di identificazione di uso interno alla rete

Composto da 3 campiComposto da 3 campi

IMSIIMSI

Composto da 3 campi:Composto da 3 campi:

MCC: Mobile Country Code (3 cifre)MCC: Mobile Country Code (3 cifre)

MNC: Mobile Network Code, che identifica l’operatore che fornisce il servizio (2 cifre)

MNC: Mobile Network Code, che identifica l’operatore che fornisce il servizio (2 cifre)

MSIN: Mobile SubscriberIdentification Number, che identifica la SIM (fino a 10 cifre)

MSIN: Mobile SubscriberIdentification Number, che identifica la SIM (fino a 10 cifre)

IMSIIMSI

IMSIIMSI

Es: 222 01 4572228769, identifica una SIM italiana (222) del gestore TIM (01)

Es: 222 01 4572228769, identifica una SIM italiana (222) del gestore TIM (01)

Il numero di telefono dell’apparatoin questione è completamente scorrelato dall’IMSI

Il numero di telefono dell’apparatoin questione è completamente scorrelato dall’IMSI

Strutturalmente uguale a IMSIStrutturalmente uguale a IMSI

È legato al LAI e identifica univocamente un utente in una Location Area

È legato al LAI e identifica univocamente un utente in una Location Area

TMSITMSI

Numero assegnato temporaneamente dalla rete (VLR) a MT per questionidi privacy e protezione

Numero assegnato temporaneamente dalla rete (VLR) a MT per questionidi privacy e protezione

Cambiato ad ogni uso, e ad ogni location updateCambiato ad ogni uso, e ad ogni location update

Trasmesso in chiaro dal MT per autenticarsi, viene ri-assegnatodalla rete dopo aver instaurato un canale sicuro (crittografato) ⇒ una eventuale intercettazione è inutile

Trasmesso in chiaro dal MT per autenticarsi, viene ri-assegnatodalla rete dopo aver instaurato un canale sicuro (crittografato) ⇒ una eventuale intercettazione è inutile

TMSITMSI

IMSI inviato solo se necessario, MS cerca prima di inviare TMSIIMSI inviato solo se necessario, MS cerca prima di inviare TMSI

Ad esempio:MS non ha un TMSI in

memoriaTMSI non è più valido

Ad esempio:MS non ha un TMSI in

memoriaTMSI non è più valido

TMSI & IMSITMSI & IMSI

MSISDN: Mobile Station International ISDN Number... il numero di telefono

MSISDN: Mobile Station International ISDN Number... il numero di telefono

MSRN: Mobile Station Roaming NumberMSRN: Mobile Station Roaming Number

MSISDN & MSRNMSISDN & MSRN

MSRN:Mobile Station Roaming Number

MSRN:Mobile Station Roaming Number

Numero usato dalla rete per l’instradamento delle chiamateNumero usato dalla rete per l’instradamento delle chiamate

Memorizzato presso VLR, identifical’MSC dove si trova il mobile, quindi anche l’eventuale operatore di roaming

Memorizzato presso VLR, identifical’MSC dove si trova il mobile, quindi anche l’eventuale operatore di roaming

MSISDN & MSRNMSISDN & MSRN

International Mobile Equipment IdentityInternational Mobile Equipment Identity

Numeri di identificazione dell’apparatoNumeri di identificazione dell’apparato

IMEI (60 bit) identifica l’hardwareIMEI (60 bit) identifica l’hardware

IMEI e IMEISVIMEI e IMEISV

IMEISV (64 bit) identifica anche eventuali diverse versioni

di software/firmware



24 bit: TAC (Type Approval Code)24 bit: TAC (Type Approval Code)

8 bit: FAC (Final Assembly Code) - il produttore

8 bit: FAC (Final Assembly Code) - il produttore






24 bit: SN (Serial Number)24 bit: SN (Serial Number)

8 bit: SVN (Software Version Number) in IMEISV

8 bit: SVN (Software Version Number) in IMEISV


(4 bit non usati in IMEI)(4 bit non usati in IMEI)

Data in the HLR and the VLRData in the HLR and the VLR

Subscriber specific

YYMSISDN

YYSupplementary services

NYService restrictions

YNTMSI

NYKi

YYIMSI

VLRHLR/AuCParameter


Authentication and ciphering

YYKc

YYSRES

YYRAND

NYA8

NNA5 (in BSS)

NYA3

VLRHLR/AuCParameter


Subscriber location / Call Forwarding

YNHandover number

YNMSRN

NNLAI

YYMSC number

NYVLR number

YNHLR number

VLRHLR/AuCParameter

È una base dati il cui uso èa discrezione dell’operatoreÈ una base dati il cui uso èa discrezione dell’operatore

Contiene l’identificativo e le caratteristiche di tutti gli apparati GSM (MS - l’hardware!!!) prodotti, insieme al produttore, al paesedi fabbricazione, etc.

Contiene l’identificativo e le caratteristiche di tutti gli apparati GSM (MS - l’hardware!!!) prodotti, insieme al produttore, al paesedi fabbricazione, etc.

Registro di Identificazione degli apparati (Equipment Identity Register)


Può essere usato per proteggerela rete dall’uso di apparecchiature non a norma, rubate, esportate illegalmente...

Può essere usato per proteggerela rete dall’uso di apparecchiature non a norma, rubate, esportate illegalmente...



È associato a ciascun HLRÈ associato a ciascun HLR

È in grado di effettuare correttamente le stesse operazioni di codifica che sono associate a ciascuna SIM

È in grado di effettuare correttamente le stesse operazioni di codifica che sono associate a ciascuna SIM

È il “motore” per l’autenticazione delle SIMÈ il “motore” per l’autenticazione delle SIM

Centro di Autenticazione(Authentication Center–AuC)Centro di Autenticazione(Authentication Center–AuC)

Gestisce alcune importantioperazioni per abilitare

la cifratura della trasmissione sull’interfaccia radio

Gestisce alcune importantioperazioni per abilitare

la cifratura della trasmissione sull’interfaccia radio

Centro di Autenticazione(Authentication Center–AuC)Centro di Autenticazione(Authentication Center–AuC)

È la sede di tutte le operazionidi gestione (tecnica e non)

della rete

È la sede di tutte le operazionidi gestione (tecnica e non)

della rete

Centro Gestione e Controllo (Operation and MaintenanceCenter)


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)

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)





Consente di configurare le singole BTS tramite le BSC

e di controllareil funzionamento (corretto o meno)

di tutte le apparecchiature periferiche della rete (cioè in pratica di tutti gli elementi descritti fino ad ora)

Consente di configurare le singole BTS tramite le BSC

e di controllareil funzionamento (corretto o meno)

di tutte le apparecchiature periferiche della rete (cioè in pratica di tutti gli elementi descritti fino ad ora)

GSMparte IIGSMGSM

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