parte II Base Tranceiver Station BTS

Architettura del GSM
GSM
parte II
PLMN
Stazione Radio Base
Stazione Radio Base
Base Station (BS)
Base Tranceiver Station (BTS)
Interfaccia fisica che si occupa della
rice-trasmissione
Base Tranceiver Station
BTS
Base Station Controller (BSC)
Controllo delle risorse
sull’interfaccia radio
Stazione Radio Base
Stazione Radio Base
Base Tranceiver Station - BTS
Base Tranceiver Station - BTS
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...)
1
Stazione Radio Base
Stazione Radio Base
Base Tranceiver Station - BTS
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
Ciascuna BTS può avere da 1 a 16
interfacce radio (tranceiver),
ognuna che gestisce 2 canali FDM
Stazione Radio Base
Stazione Radio Base
Ciascun canale FDM
corrisponde a 8 canali TDM
Base Tranceiver Station - BTS
Base Tranceiver Station - BTS
Implementa i protocolli di livello
fisico sull’interfaccia radio (Um) per
il corretto scambio di informazioni
tra MT e BTS
Effettua la codifica di canale (Channel
Coding Unit –CCU) e la cifratura
Modula / demodula i segnali
Realizza il frequency hopping
Effettua l’interleaving
Stazione Radio Base
Stazione Radio Base
BTS
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
l’handover
Filtro
output
Filtro
input
TX HF
(mod)
---------RX HF
(demod)
Slow
FH
TRX
(digital
proces.)
Trans.
system
Abis
diversity
Controllo + clock
2
Stazione Radio Base
Stazione Radio Base: esempi
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: esempi
Stazione Radio Base
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
Stazione Radio Base: esempi
Controllore della
Stazione Radio Base
(Base Station Controller-BSC)
Un BSC controlla un numero
elevato di BTS:
da alcune decine
ad alcune centinaia
3
Controllore della
Stazione Radio Base
(Base Station Controller-BSC)
DB
TCE
I compiti principali del BSC sono:
TCE
Matrice di
commutazione
TCE
Controllore della
Stazione Radio Base
(Base Station Controller-BSC)
TCE
TCE
La concentrazione del traffico
verso un MSC e
lo smistamento del traffico
verso le BTS
TCE
Controllo + clock
Abis
A
Controllore della
Stazione Radio Base
(Base Station Controller-BSC)
Î BTS e BSC sono collegate da
collegamenti a 2 Mb/s (32 canali
PCM a 64 kb/s)
Î Un canale PCM del collegamento a 2
Mb/s viene usato per trasportare 4
canali di traffico GSM a 13 kb/s
Î Per ogni portante occorrono 3
canali PCM: 1 per segnalazione, 2
per trasportare 8 canali di traffico
GSM
Canali di traffico
GSM (13kb/s)
PCM a 2Mb/s
BTS
TM
Canali PCM
standard 64 kb/s
BSC
MSC
Transcodifica
31
0
1
2
Trama PCM a 2Mb/s
(32 x 64 kb/s)
31 0
1 2 3
Trama PCM
Î La transcodifica della voce GSM
(13 kb/s) ↔ PCM (64 kb/s) e
viceversa è fatta dalla BSC
(Transcoder Rate Adaptation
Unit - TRAU)
Comunicazione tra BTS e BSC
Î 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
31 0
0123
Controllore della
Stazione Radio Base
(Base Station Controller-BSC)
31 0
Î La soluzione via radio é sicuramente più
economica, (no canone di noleggio delle
linee, né costose infrastrutture)
Î E' così possibile installare le BTS nelle
posizioni ideali, con l'unico obbligo di
fornire una linea di alimentazione elettrica
alla BTS
4
Comunicazione tra BTS e BSC
Ponte Radio a Microonde
Î I canali PCM
possono essere
trasferiti alla BSC
con ponte radio a
microonde (freq.
da 13 a 58 GHz)
Controllore della
Stazione Radio Base
(Base Station Controller-BSC)
I compiti principali del BSC sono:
Transcodifica della voce
GSM ↔ PCM
Controllore della
Stazione Radio Base
(Base Station Controller-BSC)
Controllore della
Stazione Radio Base
(Base Station Controller-BSC)
I compiti principali del BSC sono:
I compiti principali del BSC sono:
Analisi delle misure di qualità
del segnale sulla tratta radio
Analisi delle misure di qualità
del segnale sulla tratta radio
Æ Decisione se è il caso di fare
handover
Æ Gestione dell’handover tra
BTS controllate dallo stesso BSC
o richiesta di gestione all’MSC
Controllore della
Stazione Radio Base
(Base Station Controller-BSC)
Controllore della
Stazione Radio Base
(Base Station Controller-BSC)
I compiti principali del BSC sono:
I compiti principali del BSC sono:
Controllo delle risorse radio:
gestione delle frequenze,
che possono essere assegnate
in modo dinamico alle varie
BTS
Gestione del paging
Manutenzione del BSS
5
Controllore della
Stazione Radio Base
(Base Station Controller-BSC)
Architettura del GSM
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
PLMN
Network and Switching
Sub-system (NSS)
Noto anche come Switching
and Management Sub-system
(SMSS), svolge funzioni
fondamentali
→ Gestione della mobilità
→ Controllo delle chiamate
Network and Switching
Sub-system (NSS)
AuC
Um
TM
HLR
BSS
A
(G)MSC
VLR
EIR
NSS
→ Supporto ai servizi forniti
Network and Switching
Sub-system (NSS)
Î Mobile Switching Center (MSC):
è la centrale di commutazione
che gestisce i servizi mobili
Network and Switching
Sub-system (NSS)
Î 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)
6
Network and Switching
Sub-system (NSS)
Î Visitor Location Register
(VLR): è il data base con
– Le informazioni relative ai
MT attualmente presso l’area
di competenza del MSC
Network and Switching
Sub-system (NSS)
Î Authentication Center (AuC):
genera chiavi di cifratura
Centro di Commutazione
dei Servizi Mobili
(Mobile Switching Center-MSC)
Î Funzioni fondamentali:
Î Gestione della mobilità
(location update, paging ecc.)
Î Controllo delle chiamate (con
autenticazione)
Î Supporto ai servizi
Network and Switching
Sub-system (NSS)
Î Equipment Identity Register
(EIR): è il data base degli
apparati rubati o difettosi
Centro di Commutazione
dei Servizi Mobili
(Mobile Switching Center-MSC)
Î 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)
Î Funzioni fondamentali:
ÎAlloca risorse e crea connessioni
con i TM sulla parte di rete fissa
(Connection Management - CM)
ÎConsente l’instradamento
delle chiamate da un TM
ad un altro
7
Centro di Commutazione
dei Servizi Mobili
(Gateway Mobile Switching
Center-GMSC)
Î 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)
Centro di Commutazione
dei Servizi Mobili
(Gateway Mobile Switching
Center-GMSC)
Î Consente l’instradamento delle
chiamate da un TM verso telefoni
fissi e mobili in altre reti
Î GMSC è anche il “punto di
partenza” per la ricerca dei TM
nella rete cellulare per chiamate
provenienti da altre reti (fisse o
mobili)
Registro di
Localizzazione Principale
(Home Location Register)
Î È una base dati permanente
associata in modo univoco ad
una PLMN
Î 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
Centro di Commutazione
dei Servizi Mobili
(Gateway Mobile Switching
Center-GMSC)
Î Funzioni fondamentali:
Î Interworking con altre reti
Î Funzioni di gateway
Centro di Commutazione
dei Servizi Mobili
(Mobile Switching Center-MSC)
Î A seconda delle dimensioni della
rete e del numero di utenti un
operatore può avere uno o più
GMSC
Registro di
Localizzazione Principale
(Home Location Register)
Î Memorizza le informazioni (profilo
di utente) relative a tutti i TM la
cui localizzazione di default è
presso l’HLR considerato
8
Registro di
Localizzazione Principale
(Home Location Register)
Î HLR memorizza informazioni
permanenti come l’IMSI
(International Mobile Subscriber
Identity), il numero di telefono
della SIM associata (che NON sono
la stessa cosa), i servizi
supplementari a cui l’utente
è abilitato
Registro di
Localizzazione Principale
(Home Location Register)
Î HLR memorizza anche
informazioni volatili:
Æ Eventuale numero di telefono
per l’inoltro delle chiamate
Æ ...
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”
Registro di
Localizzazione Principale
(Home Location Register)
Î HLR memorizza anche
informazioni volatili:
Æ L’indirizzo del VLR presso
cui può essere reperito
l’utente
Æ Parametri temporanei per
identificazione e
crittografia
Registro di
Localizzazione dei Visitatori
(Visitor Location Register-VLR)
Î È una base dati temporanea
associata a tutti gli MSC,
anche ai GMSC (spesso MSC e
VLR sono integrati)
Î 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)
Î Nel VLR vengono duplicati molti
dei dati di un utente già presenti
nell’HLR
Î Anche i dati usati per identificare
e autenticare l’utente
9
Registro di
Localizzazione dei Visitatori
(Visitor Location Register-VLR)
Registro di
Localizzazione dei Visitatori
(Visitor Location Register-VLR)
Mobile Subscriber Identity), che è
usato invece dell’IMSI per non
Î Il TMSI viene modificato
frequentemente ed è legato
anche alla posizione del mobile
(LAI)
Î Il VLR invia il TMSI in modo cifrato
al TM che lo memorizza nella SIM
Î Il VLR memorizza anche il LAI e
informazioni che servono per
l’instradamento delle chiamate
verso il TM (MSRN)
Î Il VLR crea il TMSI (Temporary
trasmettere regolarmente l’IMSI via
radio (protezione da intrusioni), e lo
memorizza
Registro di
Localizzazione dei Visitatori
(Visitor Location Register-VLR)
Î Nel VLR viene mantenuto lo stato
del TM: acceso (attached) o
spento (detached)
IMSI
IMSI
Î Numero di identificazione
di uso interno alla rete
Î Composto da 3 campi
IMSI
Composto da 3 campi:
Æ MCC: Mobile Country Code (3 cifre)
Æ MNC: Mobile Network Code,
che identifica l’operatore
che fornisce il servizio (2 cifre)
Æ MSIN: Mobile Subscriber
Identification Number, che identifica
la SIM (fino a 10 cifre)
Î Es: 222 01 4572228769, identifica
una SIM italiana (222) del gestore
TIM (01)
Î Il numero di telefono dell’apparato
in questione è completamente
scorrelato dall’IMSI
CC16
10
Diapositiva 60
CC16
no. di telefono completamente diverso, infatti del tipo 349...etc.
Carla Chiasserini; 12/10/2003
TMSI
Î Numero assegnato temporaneamente
dalla rete (VLR) a MT per questioni
di privacy e protezione
Î Strutturalmente uguale a IMSI
Î È legato al LAI
(alla Location Area)
TMSI & IMSI
Î IMSI inviato solo se necessario,
MS cerca prima di inviare TMSI
Î Ad esempio:
ÎMS non ha un TMSI in
memoria
ÎTMSI non è più valido
MSISDN & MSRN
MSRN:
Mobile Station Roaming Number
Æ Numero usato dalla rete per
l’instradamento delle chiamate
Æ Memorizzato presso VLR, identifica
l’MSC dove si trova il mobile,
quindi anche l’eventuale operatore
di roaming
TMSI
Î Cambiato ad ogni uso, e ad ogni
location update
Î Trasmesso in chiaro dal MT per
autenticarsi, viene ri-assegnato
dalla rete dopo aver instaurato
un canale sicuro (crittografato)
⇒ una eventuale intercettazione
è inutile
MSISDN & MSRN
Î MSISDN: Mobile Station
International ISDN Number...
il numero di telefono
Î MSRN: Mobile Station
Roaming Number
IMEI e IMEISV
Î International Mobile
Equipment Identity
Î Numeri di identificazione
dell’apparato
Î IMEI (60 bit) identifica l’hardware
11
IMEI e IMEISV
IMEI e IMEISV
IMEISV (64 bit) identifica anche
eventuali diverse versioni
di software/firmware
IMEISV (64 bit) identifica anche
eventuali diverse versioni
di software/firmware
Æ 24 bit: TAC (Type Approval Code)
Æ 8 bit: FAC (Final Assembly Code)
- il produttore
Dati Memorizzati nel
HLR e nel VLR
Æ 24 bit: SN (Serial Number)
Æ 8 bit: SVN (Software Version Number)
in IMEISV
Æ (4 bit non usati in IMEI)
Dati Memorizzati nel
HLR e nel VLR
Informazioni di utente
Parametro
HLR/AuC
Autenticazione e ciphering
VLR
IMSI
Y
Y
Ki
Y
N
TMSI
N
Y
Service restrictions
Y
N
Supplementary services
Y
Y
MSISDN
Y
Y
HLR/AuC
VLR
A3
Y
N
A5 (in BSS)
N
N
A8
Y
N
RAND
Y
Y
SRES
Y
Y
Kc
Y
Y
Parametro
Algoritmi
per la
sicurezza
Parametri
per la
sicurezza
Dati Memorizzati nel
HLR e nel VLR
Localizzazione di utente /
Inoltro di chiamata
Parametro
HLR/AuC
VLR
HLR number
N
Y
VLR number
Y
N
MSC number
Y
Y
LAI
N
Y
MSRN
N
Y
Handover number
N
Y
GSM
parte II
12