GSM. parte II. Base Tranceiver Station BTS. Architettura del GSM. Stazione Radio Base. Stazione Radio Base. Stazione Radio Base. Stazione Radio Base

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1 Architettura del GSM GSM parte II PLM 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 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...)

2 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 Ciascun canale FDM corrisponde a 8 canali TDM 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 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 diversity BTS Filtro output Filtro input TX HF (mod) RX HF (demod) Slow FH TRX (digital proces.) Controllo + clock Trans. system Abis

3 : esempi 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) : esempi : 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 numero elevato di BTS: da alcune decine ad alcune centinaia

4 TCE DB TCE I compiti principali del BSC sono: Abis TCE TCE Matrice di commutazione Controllo + clock TCE TCE A La concentrazione del traffico verso un MSC e lo smistamento del traffico verso le BTS 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 La transcodifica della voce GSM (13 kb/s) PCM (64 kb/s) e viceversa è fatta dalla BSC (Transcoder Rate Adaptation Unit - TRAU) Canali di traffico GSM (13kb/s) PCM a 2Mb/s Canali PCM standard 64 kb/s Comunicazione tra BTS e BSC TM Trama PCM a 2Mb/s (32 x 64 kb/s) BTS BSC MSC Transcodifica Trama PCM 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

5 Comunicazione tra BTS e BSC Ponte Radio a Microonde I canali PCM possono essere trasferiti alla BSC con ponte radio a microonde (freq. da 13 a 58 GHz) I compiti principali del BSC sono: Transcodifica della voce GSM PCM I compiti principali del BSC sono: 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 Gestione dell handover tra BTS controllate dallo stesso BSC o richiesta di gestione all MSC 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

6 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. ormalmente vengono colocati con MSC per questioni di controllo e manutenzione PLM etwork and Switching Sub-system (SS) etwork and Switching Sub-system (SS) oto anche come Switching and Management Sub-system (SMSS), svolge funzioni fondamentali Gestione della mobilità Controllo delle chiamate Supporto ai servizi forniti TM Um BSS A AuC HLR (G)MSC SS VLR EIR etwork and Switching Sub-system (SS) etwork and Switching Sub-system (SS) 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)

7 etwork and Switching Sub-system (SS) etwork and Switching Sub-system (SS) 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 etwork and Switching Sub-system (SS) Authentication Center (AuC): genera chiavi di cifratura Centro di Commutazione (Mobile Switching Center-MSC) E un normale commutatore PCM (commutatore a circuito) cui sono state aggiunte funzionalità di segnalazione per la gestione della mobilità Centro di Commutazione (Mobile Switching Center-MSC) Funzioni fondamentali: Gestione della mobilità (location update, paging ecc.) Controllo delle chiamate (con autenticazione) Supporto ai servizi Centro di Commutazione (Mobile Switching Center-MSC) Funzioni fondamentali: Alloca risorse e crea connessioni con i TM sulla parte di rete fissa (Connection Management - CM) Consente l instradamento delle chiamate da un TM ad un altro

8 Centro di Commutazione (Gateway Mobile Switching Center-GMSC) Un caso particolare di MSC è il GMSC (Gateway-MSC), che è l interfaccia tra la rete GSM e le reti fisse (PST) e/o altre reti GSM (PLM) Centro di Commutazione (Gateway Mobile Switching Center-GMSC) Funzioni fondamentali: Interworking con altre reti Funzioni di gateway Centro di Commutazione (Gateway Mobile Switching Center-GMSC) Consente l instradamento delle chiamate da un TM verso telefoni fissi e mobili in altre reti GMSC è anche il punto di partenza per la ricerca dei TM nella rete cellulare per chiamate provenienti da altre reti (fisse o mobili) Centro di Commutazione (Mobile Switching Center-MSC) A seconda delle dimensioni della rete e del numero di utenti un operatore può avere uno o più GMSC Localizzazione Principale (Home Location Register) È una base dati permanente associata in modo univoco ad una PLM 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 Localizzazione Principale (Home Location Register) Memorizza le informazioni (profilo di utente) relative a tutti i TM la cui localizzazione di default è presso l HLR considerato

9 Localizzazione Principale (Home Location Register) HLR memorizza informazioni permanenti come l IMSI (International Mobile Subscriber Identity), il numero di telefono della SIM associata (che O sono la stessa cosa), i servizi supplementari a cui l utente è abilitato Localizzazione Principale (Home Location Register) HLR memorizza anche informazioni volatili: L indirizzo del VLR presso cui può essere reperito l utente Parametri temporanei per identificazione e crittografia Localizzazione Principale (Home Location Register) HLR memorizza anche informazioni volatili: Eventuale numero di telefono per l inoltro delle chiamate... Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR) 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 Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR) 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 el VLR vengono duplicati molti dei dati di un utente già presenti nell HLR Anche i dati usati per identificare e autenticare l utente

10 Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR) Il VLR crea il TMSI (Temporary Mobile 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 Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR) Il TMSI viene modificato frequentemente ed è legato anche alla posizione del mobile (LAI) Il VLR memorizza anche il LAI e informazioni che servono per l instradamento delle chiamate verso il TM (MSR) Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR) el VLR viene mantenuto lo stato del TM: acceso (attached) o spento (detached) IMSI umero di identificazione di uso interno alla rete Composto da 3 campi IMSI Composto da 3 campi: MCC: Mobile Country Code (3 cifre) MC: Mobile etwork Code, che identifica l operatore che fornisce il servizio (2 cifre) MSI: Mobile Subscriber Identification umber, che identifica la SIM (fino a 10 cifre) IMSI Es: , identifica una SIM italiana (222) del gestore TIM (01) Il numero di telefono dell apparato in questione è completamente scorrelato dall IMSI CC16

11 CC16 no. di telefono completamente diverso, infatti del tipo etc. Carla Chiasserini; 12/10/2003

12 TMSI umero assegnato temporaneamente dalla rete (VLR) a MT per questioni di privacy e protezione Strutturalmente uguale a IMSI È legato al LAI (alla Location Area) TMSI 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 & IMSI 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 MSISD & MSR MSISD: Mobile Station International ISD umber... il numero di telefono MSR: Mobile Station Roaming umber MSISD & MSR MSR: Mobile Station Roaming umber umero usato dalla rete per l instradamento delle chiamate Memorizzato presso VLR, identifica l MSC dove si trova il mobile, quindi anche l eventuale operatore di roaming IMEI e IMEISV International Mobile Equipment Identity umeri di identificazione dell apparato IMEI (60 bit) identifica l hardware

13 IMEI e IMEISV IMEISV (64 bit) identifica anche eventuali diverse versioni di software/firmware IMEI e IMEISV IMEISV (64 bit) identifica anche eventuali diverse versioni di software/firmware 24 bit: TAC (Type Approval Code) 24 bit: S (Serial umber) 8 bit: FAC (Final Assembly Code) - il produttore 8 bit: SV (Software Version umber) in IMEISV (4 bit non usati in IMEI) Dati Memorizzati nel HLR e nel VLR Dati Memorizzati nel HLR e nel VLR Informazioni di utente Autenticazione e ciphering Parametro HLR/AuC VLR Parametro HLR/AuC VLR IMSI K i Algoritmi per la sicurezza A3 A5 (in BSS) TMSI A8 Service restrictions Supplementary services MSISD Parametri per la sicurezza RAD SRES K c Dati Memorizzati nel HLR e nel VLR Localizzazione di utente / Inoltro di chiamata Parametro HLR/AuC VLR HLR number GSM VLR number MSC number parte II LAI MSR Handover number