Politecnico di Milano. Facoltà di Ingegneria dell Informazione. 3.4 Segnalazione. Reti Radiomobili

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1 Politecnico di Milano Facoltà di Ingegneria dell Informazione 3.4 Segnalazione Reti Radiomobili

2 La segnalazione in GSM si si veda O. O. Bertazioli, L. L. Favalli, GSM-GPRS, Hoepli Informatica 2002 Capitoli 7, 7, 8 e 9 100

3 Politecnico di Milano Facoltà di Ingegneria dell Informazione Richiami sulla segnalazione telefonica Reti Radiomobili

4 Segnalazione la segnalazione è una componente fondamentale delle reti telefoniche perché consente di gestire dinamicamente i circuiti disponibili Scopo primario della segnalazione è quello consentire la comunicazione tra gli elementi della rete in modo da trovare un circuito disponibile da assegnare per la chiamata richiesta da un utente funzionalità di chiamata base Due sono le componenti della segnalazione necessaria: segnalazione utente-rete segnalazione di rete 102

5 Segnalazione segnalazione utente-rete consentire all utente di comunicare le informazioni su: servizio richiesto destinatario ricevere informazioni sullo stato della chiamata rete disponibile chiamata in corso destinatario raggiunto ecc. rete telefonica 103

6 segnalazione di rete Segnalazione far colloquiare le centrali per trovare un percorso disponibile in rete per la chiamata in arrivo colloquiare con altri elementi della rete per: fornire servizi avanzati esempi: numeri verdi notifica del chiamante gestione della mobilità deviazione di chiamata ecc. 104

7 Segnalazione utente-rete l interfaccia utente-rete può essere analogica o ISDN la segnalazione utente-rete dipende dal tipo di interfaccia nel caso di interfaccia analogica la segnalazione che si scambiano utente e rete deve essere di tipo analogico usare lo stesso canale analogico usato per la trasmissione della voce 105

8 Segnalazione utente-rete: interfaccia analogica utente telefono rete destinatario sganciamento del ricevitore segnale di linea impegnata segnale di centrale segnale di centrale selezione del numero eco dei toni o impulsi toni o impulsi multifrequenza segnale di squillo di ritorno Pronto? Ciao, sono Antonio. segnale di squillo di ritorno Pronto? Ciao, sono Antonio. corrente di squillo Pronto? Ciao, sono Antonio. 106

9 Segnalazione utente-rete ISDN Ben diverso, invece, è il caso in cui l'interfaccia tra utente e rete è di tipo digitale ISDN In questo caso tutta la segnalazione passa in forma di messaggi sulle trama trasportate dal canale D dell'interfaccia d'accesso segnalazione fuori banda L'insieme dei protocolli che definiscono la segnalazione utente rete è detto DSS1 (ITU-T Q.930, Q.931 e Q.932) I messaggi dei protocolli di DSS1 sono trasportati direttamente nel campo dati del LAPD DSS1 LAPD DSS1 LAPD L1 L1 L1 TE NT1 LE 107

10 Segnalazione utente-rete ISDN Piano U Piano C Servizi supplementari I I.257 Q.932 Elementi informativi per la gestione di servizi supplementari Messaggi per la gestione dei servizi supplementari Q.931 Messaggi per la gestione della chiamata base 2 Q.920 LAPD connessione a pacchetto su canale D multiplazione - controllo errore 1 I.430/I.431 I.430/I.431 Interfaccia numerica Protocollo non simmetrico 108

11 Segnalazione utente-rete ISDN I messaggi per la chiamata base (Q.931) sono formati da una parte iniziale comune a tutti e da una sequenza di elementi informativi aggiuntivi la cui presenza e tipo dipende dal messaggio considerato byte Discriminatore di protocollo 1 Discriminatore di protocollo CRF CRV lunghezza del CRV 2 3 CRV (solo per PRI) 0 Tipo di messaggio Altri elementi informativi

12 Segnalazione utente-rete ISDN Il discriminatore di protocollo indica il protocollo vale [ ] per il Q.931 Il CRV (Call Reference Value) è un identificatore di chiamata e viene stabilito all'inizio della chiamata dalla parte (utente o rete) che prende l'iniziativa per evitare che utente e rete possano scegliere lo stesso numero per differenti chiamate viene anteposto al CRV un bit, il CRF (Call Reference Flag), identifica la parte che ha generato l'identificatore (chi ha originato la richiesta pone CRF=0 mentre l'altro estremo pone CRF=1). Il CRV può avere lunghezza variabile secondo quanto indicato nel campo "lunghezza del CRV". Per i messaggi Q.931 il CRV è di un byte per l'interfaccia BRI e di due byte per l'interfaccia PRI. 110

13 tipo di messaggio Segnalazione utente-rete ISDN Tipo di messaggio ALERTING CALL PROCEDING CONNECT CONNECT ACKNOWLEDGE PROGRESS SETUP SETUP ACKNOWLEDGE DISCONNECT RELEASE RELEASE COMPLETE RESTART RESTART ACKNOWLEDGE INFORMATION significato indicazione di squillo tutte le informazioni per l instaurazione sono state ricevute e sono in fase di eleborazione fase di instaurazione completata conferma del messaggio di CONNECT segnale di attesa richiesta iniziale di chiamata conferma del messaggio di SETUP chiusura della connessione rilascio della chiamata conferma del msesaggio di RELEASE riavvio del protocollo di segnalazione conferma del messaggio di RESTART informazioni addizionali durante l instaurazione 111

14 Chiamata base utente telefono rete destinatario sganciamento del ricevitore SETUP segnale di centrale SETUP ACKNOWLEDGE selezione del numero eco dei toni o impulsi INFORMATION CALL PROCEEDING SETUP canale D CALL PROCEEDING segnale di squillo di ritorno ALERTING ALERTING CONNECT CONNECT CONNECT ACKNOWLEDGE CONNECT ACKNOWLEDGE Pronto? Ciao, sono Antonio. Pronto? Ciao, sono Antonio. Pronto? Ciao, sono Antonio. canale B 112

15 Chiamata base nel messaggio di SETUP il terminale inserisce le informazioni iniziali di cui la rete necessita per instaurare la connessione tipo di servizio richiesto, capacità di trasporto dell'utente il canale B che si suggerisce di utilizzare, ecc. il messaggio di SETUP ACKNOWLEDGE riscontra il ricevimento del SETUP e richiede all'utente di aggiungere alcune informazioni il messaggio di INFORMATION di solito aggiunge l informazione del destinatario il messaggio di CALL PRODEEDING informa che la chiamata è in corso di elaborazione 113

16 Chiamata base Appena il destinatario viene raggiunto, la rete gli invia un messaggio di SETUP il terminale può rispondere con un messaggio di CALL PROCEEDING ad indicare che è in corso l'elaborazione dell'informazione e l'inoltro della chiamata poi con un messaggio di ALERTING indica che il terminale è stato raggiunto e che è in corso la ricerca dell'utente Quando il destinatario accetta la chiamata il terminale invia un messaggio di CONNECT Al ricevimento del CONNECT la rete informa il chiamante inviando a sua volta un messaggio di CONNECT Tali messaggi sono riscontrati con dei messaggi di CONNECT ACKNOWLEDGE 114

17 Chiamata base terminale 1 rete terminale 2 DISCONNECT RELEASE RELEASE COMPLETE DISCONNECT RELEASE RELEASE COMPLETE 115

18 I Servizi supplementari servizi supplementari con identificazione del numero DDI: Direct Dial In MSN: Multiple Subscriber Number CLIP: Calling Line Identification Presentation CLIR: Calling Line Identification Restriction COLP: Connected Line Identification Presentation COLR: Connected Line Identification Restriction MCI: Malicious Call Identification Subaddressing 116

19 I Servizi supplementari Servizi supplementari con offerta e completamento di chiamata CT: Call Transfer CFB: Call Forwarding on Busy CFNR: Call Forwarding on No Replay CFU: Call Forwarding on Unconditional CD: Call deflection CW: Call Waiting CH: Call Hold Call Park and Pickup CCBS: Completion of Calls to Busy Subscribers 117

20 I Servizi supplementari Altri servizi supplementari CONF: Conference Calling 3PTY: Three Party Service CUG: Closed User Group (Reti Private Virtuali) PNP: Private Numbering Plan OCB: Outgoing Call Barring CRED: Credit Card Calling AOC: Advice of Charge RC: Reverse Charging 118

21 I Servizi supplementari Sono accessibili attraverso protocolli funzionali, o tasti funzione, o protocollo di tastiera Il protocollo funzionale utilizza il messaggio Q.932 Facility che contiene gli elementi informativi Facility e User-to-User, usati in modo command-response: richiesta risposta di ritorno errore di ritorno rifiuto Q.932 Messages Facility Hold Hold Acknowledge Hold Reject Retrieve Retrieve Acknowledge Retrieve Reject 119

22 Servizi CLASS I servizi Custom Local Area Signaling Services sono servizi per l interfaccia analogica analoghi a quelli ISDN, convogliati attraverso la segnalazione analogica a terminali stupidi o con funzionalità arricchite 120

23 La segnalazione di rete In passato (prima degli anni '70) la segnalazione per instaurare una chiamata telefonica in rete veniva trasportata in banda uno scambio di toni, simili a quelli usati nell'interfaccia d'utente, avveniva tra le centrali i toni venivano trasportati nella banda fonica del canale che si intendeva mettere su il circuito veniva messo su tratta per tratta mediante l'invio della segnalazione in banda da parte di una centrale alla volta sul canale del fascio prescelto verso la centrale successiva sul cammino. 121

24 La segnalazione di rete Successivamente questo metodo di segnalazione è stato sostituito dall'introduzione dei metodi di segnalazione fuori banda la segnalazione fuori banda prevede l'uso di canali dedicati per la segnalazione i primi meccanismi di questo tipo prevedevano comunque l'uso di una segnalazione associata, ovvero con l'uso di un piccolo canale di segnalazione per ogni canale del fascio il meccanismo di interazione tra le centrali, dunque, era simile a quello della segnalazione in banda 122

25 La segnalazione di rete Il vero cambiamento nelle tecniche di segnalazione si è avuto con l'introduzione delle tecniche di segnalazione a canale comune CCS (Common Channel Signaling) Tali tecniche consentono lo scambio di informazioni tra le centrali con tecnica a commutazione di pacchetto di tipo datagram la rete di segnalazione è separata con i propri nodi e i propri canali per il controllo di tutta la rete telefonica i messaggi scambiati tra le centrali per l'instaurazione di una chiamata vengono instradati sulla rete di segnalazione a pacchetto e possono passare anche su percorsi diversi dal collegamento diretto tra le centrali. 123

26 La segnalazione SS7 Il sistema di segnalazione a canale comune utilizzato di fatto in tutto il mondo è l'ss7 (Signaling System number 7) (Rif. ITU-T Q.700 e successive) Service Control Point SCP SCP Signaling Transfer Point STP STP STP STP Service Switching Point SSP SSP 124

27 La segnalazione SS7 La ridondanza è una componente importante del sistema in quanto lo scambio di segnalazione deve essere garantito anche in caso di guasto di un nodo o di un collegamento di segnalazione. Per questo motivo ogni centrale di commutazione è normalmente controllata da almeno due SP più di un percorso è presente in rete per lo scambio di segnalazione tra ogni coppia di centrali. Nella pratica i canali che costituiscono la rete di segnalazione sono ricavati dai fasci che congiungono le centrali di commutazione, ma questo ovviamente non cambia il fatto che la rete di segnalazione è di fatto una rete separata da quella del servizio di commutazione. 125

28 La segnalazione SS7 Signaling Transfer Point Service Switching Point STP canale fisico STP SEP SSP SSP 126

29 La segnalazione SS7 I servizi della rete telefonica, da quello di chiamata base a quelli di rete intelligente, richiedono lo scambio di informazione tra i nodi della rete. Lo scambio di tale informazione avviene mediante l'uso del servizio di comunicazione offerto dalla rete di trasferimento dei messaggi di SS7 definita da una pila di protocolli detti MTP (Message Tranfer Part). MTP-3 MTP-3 MTP-2 MTP-1 SP MTP-2 MTP-1 SP MTP-3 MTP-2 MTP-1 SP 127

30 MTP - Message Tranfer Part Il livello 1 (fisico) ha il compito di trasferire l'unità informativa minima, il bit, tra i due estremi di un collegamento Le sue caratteristiche dipendono dal tipo di canale fisico che è utilizzato di solito il canale è ricavato da uno di quelli definiti dalla trama PCM e quindi il livello fisico è quello definito dallo schema E1 di multiplazione possono anche essere usati altri tipi di collegamenti come link satellitari o addirittura linee commutate analogiche con modem. 128

31 MTP - Message Tranfer Part Il livello 2 (di linea) ha il compito di dividere in trame il flusso di bit, di assicurare che le trame vengano trasferite senza errore tra i due estremi della linea, di assicurare che la velocità di trasmissione sia controllata dalla velocità di assorbimento da parte del ricevitore allo scopo vengono adottate tecniche di divisione delle trame, di controllo d'errore mediante ritrasmissione e di controllo di flusso simili a quelle usate per HDLC. 129

32 MTP - Message Tranfer Part Il livello 3 (di rete) ha il compito di fare instradamento. la modalità di trasferimento dei pacchetti è datagram ogni pacchetto viene identificato mediante degli indirizzi di sorgente e di destinazione. l'instradamento adottato consente di ripartire il carico di traffico tra una coppia di nodi su tutti i cammini in rete che li collegano ciò consente di utilizzare efficientemente le risorse e di tenere basso il carico di ogni canale minimizzando il tempo di trasferimento dei messaggi. 130

33 Architettura dei protocolli SS7 7 OMAP ASE TCAP ISDN-UP (ISUP) chiamata base servizi supplementari 3 SCCP MTP - 3 Trasporto a connessione Trasporto datagram e routing 2 MTP MTP - 1 TCAP: Transaction Capabilities Application Part SCCP: Signaling Connection Control Part MTP: Message Transfer Part OMAP: Operation, Maintenance and Administration Part ASE: Application Service Element 131

34 Segnalazione ISUP E costituita da messaggi che mappano, uno a uno, quasi tutti i messaggi Q.931 Q.932, più alcuni altri SETUP ALERTING CONNECT DISCONNECT.. Initial Address Message (IAM) Address Complete Message (ACM) Answer Message (ANM) Release (REL). 132

35 TE Chiamata base in SS7 LE centrale di transito LE TE SETUP SETUP ACKNOWLEDGE INFORMATION CALL PROCEEDING IAM IAM SETUP CALL PROCEEDING ACM ALERTING ALERTING ACM ANM CONNECT CONNECT ANM CONNECT ACKNOWLEDGE CONNECT ACKNOWLEDGE canale B collegamento a circuito da estremo a estremo canale B DISCONNECT RELEASE RELEASE COMPL REL RLC REL RLC DISCONNECT RELEASE RELEASE COMPL 133

36 I servizi di Rete Intelligente (IN) periferica intelligente con la capacità di processare richieste remote indipendenti dal servizio (800, 900, xxx) IP STP rete a canale comune STP SCP Service Control Point SSP Fornitore di servizi IN indipendente dalla rete (traduzione di n. 800, call screening, private numbering plan, televoto.) 134

37 Parte applicativa di SS no. 7 Fornisce alle applicazioni le capacità di richiedere un operazione in un altro nodo e di ricevere il risultato SSP IP SCP STP STP STP STP 135

38 TCAP Component Portion Il colloquio fra ASE per l esecuzione di un servizio può richiedere l esecuzione di diverse procedure remote atomiche nei due sensi ASE Application Service Element ASE Application Service Element Transazione 136

39 TCAP Component Portion Tali procedure remote vengono effettuate scambiando dei comandi di tipo client-server codificati in un protocollo chiamato TCAP Component portion Invoke Return Result Return Error Reject Invoke Return-Result-Last Return-Result-Not-Last Return-Error Reject Invoke-ID Linked-ID Operation-Code Error-Code General-problem Return-Result-Problem Return-Error-Problem Parameter 137

40 TCAP Transaction Portion Diverse Component Portion vengono incapsulate in un protocollo chimato Transaction Portion ASE Application Service Element Component Portion Component Portion Component Portion Transaction Portion 138

41 TCAP Transaction Portion definisce un colloquio orientato alla connessione di tipo peer-to-peer che comprende diversi messaggi descritti da Information Elements Begin Continue End Abort Unidirectional Originating TID Destination TID P-abort-cause U-abort-cause Component Portion 139

42 TCAP Component Portion e Transaction Portion sono visti come due sottolivelli dell unico strato TCAP, Transaction Capabilities Application Part ASE Application Service Element TCAP Component sublayer Transaction sublayer 140

43 Messaggi fra ASE ASE Application Service Element ASE Application Service Element TCAP TCAP SCCP SCCP 141

44 SS no. 7 - Rete Intelligente - Esempio Centrale BEGIN - invoke ID # 1 (richiesta di numero per xxxxx) Data base di rete CONTINUE - invoke ID # 2 (richiesta di effett. annuncio e digitare cifre) CONTINUE - RR ID # 2 (cifre raccolte) END - RR ID # 1 (invio numero richiesto) 142

45 Politecnico di Milano Facoltà di Ingegneria dell Informazione La segnalazione nel GSM Reti Radiomobili

46 Segnalazione in GSM Il sistema SS7 usato nelle PSTN non è sufficiente per gestire la segnalazione in GSM vengono aggiunte nuove funzionalità ai protocolli SS7 specifici per la rete radiomobile 144

47 GSM/DCS SS7 MAP BSSAP TCAP SCCP MTP level 3 MTP level 2 MTP level 1 ISUP MTP=Message Transfer Part ISUP=ISDN User Part MAP=Mobile Application Part SCCP=Signalling Connection and Control Part BSSAP=Base Station Sub-system Application Part TCAP=Transaction Capabilities Application Part 145

48 Base Station Sub-system Application Part Protocollo specifico della rete GSM/DCS usato per scambio di informazioni tra MSC - BSC e MSC - MS (virtual connection) Alcuni protocolli di BSSAP permettono una comunicazone diretta tra MSC e MS (ovviament attraverso il BSS) Es: SMS, supplementary services, mobility management, call control, location updating, HO management, paging Gestisce la fase di autenticazione l assegnamento di un nuovo TMSI 146

49 Mobile Application Part Gestisce la segnalazione tra elementi dell NSS MSC - MSC E usato durante: la procedura di location updating la richiesta di MSRN da parte di HLR SMS procedure di handover gestione degli utenti 147

50 CM Protocol Stack MS BTS BSC MSC CM MM MM RR RR BTSM RR BTSM BSSMAP BSSAP BSSMAP DTAP SCCP SCCP LAPDm fisico LAPDm fisico LAPD fisico LAPD fisico MTP MTP BTSM=BTS Management BSSMAP=BSS Mobile Appl. Part DTAP=Direct Transfer Appl. Part RR=Radio Resource management MM=Mobility Management CM=Connection Management 148

51 BSSMAP E il protocollo per lo scambio di segnalazione tra BSC e MSC tutti i messaggi BSSMAP inviati dal MSC richiedono una interpretazione da parte del BSC Ad esempio: messaggi per iniziare la procedura di paging per una chiamata entrante scambio di informazioni per il meccanismo di autenticazione e cifratura 149

52 DTAP E usato nel colloquio diretto tra MSC e MS DTAP è usato nell interfaccia tra MSC e BSC, poi nella altre interfacce i messaggi di livello superiore sono semplicemente inoltrati verso BTS e poi MS attraverso il trasporto dei livelli inferiori DTAP e BSSMAP sono in realtà due funzionalità del BSSAP che gestisce il colloquio tra MSC e BSC 150

53 BTSM E il protocollo per lo scambio di segnalazione tra BSC e BTS tutti i messaggi BTSM inviati dal BSC richiedono una interpretazione da parte della BTS E il protocollo usato dal BSC per inviare i comandi di controllo e configurazione alla BTS e dalla BTS per inviare le misurazione al BSC 151

54 Radio Resource management (RR) E il livello di gestione delle risorse radio e coinvolge MS, BTS e BSC E il livello che: gestisce lo scambio inziale di messaggi su RACH e AGCH lo scambio delle misurazioni sul SACCH gestisce lo scambio messaggi per il riassegnamento di risorse durante un handover gestisce procedure di timing advance e controllo di potenza ecc. 152

55 Connection Management (CM) Gestisce lo scambio di messaggi tra MS e MSC per l instaurazione e il controllo di una chiamata Esempio: Originating call: dopo che una MS ha iniziato una richiesta con una BTS inoltra il messaggio di richiesta di servizio verso il MSC il MSC/VLR autentica la MS mediante le procedure di MM (vedi dopo) e si inizia il processo di cifratura mediante scambio di messaggi BSSMAP la MS invia un messaggio di CM di SETUP contenente le cifre del chiamato in base alle cifre del chiamato l MSC effettua l instadamento della chiamata verso la centrale telefonica o MSC cui è collegato l utente nel frattempo mediante messaggi BSSMAP si chiede al BSC di assegnare un risorsa radio alla chiamata 153

56 Mobility Management (MM) Gestisce lo scambio di messaggi di segnalazione per le procedure di mobilità (localizzazione, paging) e di autenticazione Fornisce il supporto al passaggio dei messaggi di CM (deve prima essere instaurata una connessione MM per poter aprire le procedure di CM) Esempi di procedure MM Location updating Authentication IMSI attach e detach 154

57 Protocol Stack in HLR MAP TCAP SCCP MTP level 3 MTP level 2 MTP level 1 HLR non si occupa del controllo di chiamata HLR non comunica direttamente con il BSC 155

58 Protocolli e terminazioni SS7 in GSM/DCS MSC BSSAP SCCP MAP TCAP TUP / ISUP PSTN Exchange SCCP TUP / ISUP MTP MTP BSC BSSAP SCCP MTP HLR MAP TCAP SCCP MTP 156

59 Numeri e identità nel GSM Numeri assegnati all utente: MSISDN (Mobile Station ISDN Number) MSRN (Mobile Station Roaming Number) Handover Number Identificativi utente in rete: IMSI (International Mobile Subscriber Identity) TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) IMEI (International Mobile Equipment Identity) 157

60 Numeri e identificativi.. LAI (Location Area Identity) CGI (Cell Global Identity) RSZI (Regional Subscription Zone Identity) BSIC (Base Station Identify Code) 158

61 Servizi di rete GSM/DCS Basic Services Sono automaticamente disponibili all atto della stipula del contratto Teleservices: sono servizi di telecomunicazione che forniscono una capacità di comunicazione completa tra utenti e comprendono anche le funzioni relative agli apparati per comunicare (ad esempio voce comprensiva di codifica/decodifica a 13 Kbit/s) Bearer Services: sono servizi di trasporto di informazione tra punti di accesso al servizio (ad esempio servizio dati a circuito) Supplementary services: sono servizi aggiuntivi disponibili su richiesta (deviazione di chiamata, presentazione del numero del chiamante, ecc.) 159

62 Teleservices Service Description GSM Specification Features Code Speech (Telephony) T11 The most important service for mobile systems, normal speech service, including emergency calls Speech (Emergency Calls) T12 Emergency calls are possible automatically Short Message Service (Mobile terminated) T21 For the reception of Short messages Short Message Service (Mobile originated) Short Message Service (cell broadcast) Group 3 Facsimile transmission (with alternate speech) Automatic Group 3 Facsimile transmission T22 T23 T61 T62 For sending a short message to another GSM subscriber For sending short messages to more than one receiver simultaneously within a given cell Presently not supported For sending and receiving facsimile messages 160

63 Voce e Chiamate di Emergenza Servizio più diffuso nella rete GSM/DCS La telefonia è un teleservizio che offre le tradizionali chiamate Le chiamate di emergenza non richiedono la SIM card 161

64 Short Message Service Le MS trasmettono e ricevono brevi messaggi in formato testo La lunghezza massima prevista è di 160 caratteri E necessario un dispositivo di rete aggiuntivo Short Message Service Centre (SMSC) può essere all interno della NSS o fuori la rete GSM è connesso all MSC memorizza e inoltra i messaggi anche se l MS è irraggiungibile 162

65 Short Message Sevice (SMS) Numero di SMS inviati in Italia 163

66 MO and MT Short Message Service Air A MSC BTS BSC TC VLR Mobile Originate SMS Mobile Terminated SMS SMS Alfaskopm346 Alfaskopm346 Alfaskopm

67 Afs la kopm346 Af lask opm346 Aako lf s p m4 3 6 Short Message Service (Cell Broadcast) Air A BTS BTS BTS BSC BTS BTS SMS, Cell Broadcast O & M 165

68 Bearer service dati asincroni con velocità da 300 a 9600 bit/s per l accesso a reti pubbliche a pacchetto dati sincroni con velocità da 1200 a 9600 bit/s per l accesso a reti dati a circuito 166

69 Servizi Supplementari Sono gli stessi già visti per la rete SS7: CLIP (Calling Line Identification Presentation) CoLP (Collected Line Identification Presentation) CF (Call Forwarding) nei vari tipi: unconditional, on no reply, on not reachable, on busy, ecc.) CW (Call Waiting) e HOLD CUG (Closed User Group) AoC (Advise of Charging) ecc. 167

70 Politecnico di Milano Facoltà di Ingegneria dell Informazione 3.5 Procedure Reti Radiomobili

71 Procedure si si veda O. O. Bertazioli, L. L. Favalli, GSM-GPRS, Hoepli Informatica 2002 Capitolo

72 Esempi di procedure GSM Accesso alla rete Mobilità Chiamata originata (Call Set Up) Handover Chiamata terminata (Paging) 170

73 Registrazione e Location Update 171

74 Accensione di una MS Procedure seguenti l accensione: Selezione di Cella (Cell Selection): la MS sceglie la BTS su cui attestarsi Registrazione (avviene sempre con una procedura di Location Update): la MS informa l MSC di competenza della sua presenza in quella Location Area 172

75 Cell Selection MS scandisce le portanti radio che sente le portanti scandite sono le c0 sono quelle dove viene trasmesso il BCCH tali portanti sono a potenza costante (se neccessario si usano i dummy burst per gli slot vuoti) e a queste portanti non viene applicato il frequency hopping MS si aggancia alla portante radio che riceve più forte Attraverso il canale FCCH la MS si allinea alla frequenza trasmessa dalla BTS Attraverso il canale SCH la MS si sincronizza con la BTS e ne riceve l ID (BSIC Base Station Identity Code) A questi punto la MS può leggere il BCCH che contiene LAC (Location Area Code) CGI (CellGlocalIdentity) MCC (Mobile Country Code) MNC (Mobile Network Code) 173

76 Registrazione Due casi: LAI ricevuto coincide con quello memorizzato nella SIM (Cellulare spento e riacceso nella stessa LA). Chiamata ad una procedura di IMSI attach con cui la MS attiva il proprio IMSI memorizzato nel VLR corrente. Nessun LAI memorizzato o LAI ricevuto diverso da quello memorizzato (Cellulare spento e riacceso in una LA diversa). Chiamata alla procedura di Location Update 174

77 Location Update (1) Due casi di Location Update: Spostamento tra diverse LA ma facenti capo allo stesso MSC/VLR (caso più semplice) LA 1 LA 2 BTS 1 BTS 2 BSC BSC MSC VLR 175

78 Location Update (2) Roaming tra diverse LA facenti capo a diversi MSC/VLR LA 2 LA 1 BTS 2 BTS 1 BSC BSC 2 MSC VLR 1 MSC VLR 176

79 Location Update - Intra MSC Location Update Req +TMSI vecchio +LAI nuovo Location Update Req BSC MSC VLR Location Update Ack+TMSI nuovo BTS 2 Location Update Ack +TMSI nuovo IMSI Nuovo TMSI Nuovo LAC 177

80 Location Update - Intra MSC Messaggi Canali MS CHAN REQ IMMEDIATE ASSIGNMENT LOC UPD REQ AUTH REQ AUTH RES CIPH MOD CMD CIPH MOD COM LOC UPD ACK + TMSI new RACH AGCH SDCCH SDCCH SDCCH SDCCH SDCCH SDCCH RETE TMSI REALL CMD SDCCH CHAN REL SDCCH 178

81 Location Update inter MSC HLR MSC (old) VLR MSC (new) VLR BTS (new) 179

82 Location Update inter MSC MS BSS MSC VLR new VLR old HLR 1. channel assignment 2. location update request (TMSI+LAI) 3. request subscriber identity (TMSI) 4. provide subscriber identity (IMSI) 5. request subscriber data 6. provide subscriber data 7. security procedures 8. Location update 9. HLR update 10. acknowledgement update 11. cancel old location 12. location cancelling accepted 180

83 Call Set Up 181

84 Chiamata originata da rete fissa PSTN PSTN GSM/DCS Instaurare una comunicazione su rete fissa è di per sé difficile Instaurare una comunicazione tra rete fissa e rete mobile richiede uno sforzo ancora maggiore 182

85 Call Set-up Step by Step (1) A L utente PSTN/ISDN compone il Mobile Subscriber International ISDN Number (MSISDN) del chiamato PSTN MSISDN MSISDN: = Country Code (Italy) 347 = National Destination code = Subscriber Number 183

86 Call Set-up Step by Step (2) B La rete PSTN/ISDN analizza il numero e contatta il GMSC della PLMN del chiamato grazie al National Destination Code (NDC) C GMSC riceve attraverso SS7 un messaggio con l MSISDN composto GSM Network HLR PSTN VLR MSISDN GMSC 184

87 Call Set-up Step by Step (3) D Il GMSC risale all indirizzo dell HLR dove sono memorizzati i dati del chiamato (il GMSC non conosce la posizione della MS!!) E Il GMSC manda all HLR un messaggio di HLR Enquiry F L HLR analizza il messaggio e identifica l indirizzo del VLR dove la MS chiamata è attualmente registrata PSTN GSM Network VLR HLR MSISDN GMSC VLR MSC 185

88 Call Set-up Step by Step (4) G L HLR manda un messaggio di routing information request alla coppia MSC/VLR H L MSC/VLR alloca temporaneamente Mobile Station Roaming Number (MSRN) per la chiamata HLR Request Message VLR VLR GMSC MSC 186

89 Mobile Subscriber Roaming Number L MSRN è simile all MSISDN, ma è temporaneo (durata della chiamata) MSRN = CC + NDC + SN CC = Country Code NDC = National Destination Code SN = Subscriber Number 187

90 Call Set-up Step by Step (5) I L MSC inoltra l MSRN all HLR J Il GMSC analizza l MSRN instrada la chiamata verso l MSC/VLR che presiede la LA dove si trova la MS HLR MSRN VLR VLR GMSC MSC 188

91 Call Set-up Step by Step (6) K L MSC/VLR attiva la procedura di paging identifica la LA dove si trova il mobile ordina al BSC di iniziare il paging L BSC ordina alle BTS di diffondere su canale di paging (PCH) il messaggio di paging indirizzato alla MS (this message contains the TMSI assigned to the MS) M La MS risponde al messaggio di paging iniziando una procedura di accesso sul Random Access CHannel (RACH) per richiedere uno Stand alone Dedicated Control CHannel (SDCCH) 189

92 Call Set-up Step by Step (7) N L MSC/VLR attiva le procedure di autenticazione e cifratura P La rete assegna un canale di traffico (TCH) per la comunicazione Q MSC/VLR avverte il chiamante che il telefono chiamato sta squillando R Il chiamato è avvertito che il chiamante ha risposto S La connessione è stabilita 190

93 Summary of the Call Set-up Steps (1) Fixed Caller PSTN/ ISDN GMSC HLR MSC/VLR BSC+BTS Called MS Call Setup (MSISDN) Analyse Number Call Setup (MSISDN) MSISDN IMSI MSRN MSRN Call Setup (MSRN) Page Page req. (PCH) Page resp. Channel resp. (SDCCH) Channel ack. (SDCCH) Ack. 191 Authenticat.,ciphering,TMSI reallocat.

94 Summary of the Call Set-up Steps (2) Fixed Caller PSTN/ ISDN GMSC HLR MSC/VLR BSC+BTS Called MS Connection Setup Connection Confirmation TCH Assign Req. TCH Assign Command Ringing Connection established Ringing notice Unhook notice Alert Connect Connect ack. 192

95 MS compone il numero Chiamata originata da MS L MSC servente analizza i dati del chiamante e: autorizza o impedisce la chiamata attiva la procedura di instardamento Se il chiamante appartiene alla stessa rete GSM, viene iniziata una procedura di HLR enquiry per ottenere l MSRN la procedura è simile a quella per chiamate originate da PSTN Se il chiamato non appartiene alla stessa rete del chiamante, la chiamata viene inoltrata al GMSC. 193

96 Summary of the Call Set-up Steps EXC GMSC HLR MSC/VLR BSS MS 1. channel assignment 2. Authenticat., ciphering,tmsi reallocat. 8.set up the call 3. call setup 4. check services etc. 5. all ok 6. call is proceeding 7. allocate TCH 9. call set up done 10. alert 11. if B answers the call will be connected 194

97 Chiamata originata (1) BSC 3 MSC VLR 3 PSTN BTS 1-Accesso e allocazione di risorse per la segnalazione 2 -Autenticazione e cifratura,scambio dell identificativo del chiamato e allocazione del canale di traffico 3 -Instradamento della chiamata 195

98 Chiamata originata (2) Canali RACH CHAN REQ IMM ASSIGN Procedura di rete SDCCH assignment MS SDCCH SDCCH SDCCH SABM UA SET UP ASSIGNMENT CONNECT ACK Service Request Authentication Ciphering TCH/SACCH Assignment RETE TCH SACCH DISCONNECT RELEASE RELEASE COMPLTE TCH/SACCH Release 196

99 Handover 197

100 Handover e GSM In GSM la procedura di handover è decisa dalla rete, tuttavia la decisione viene presa essenzialmente in base a misure effettuate da MS Quando MS si connette ad una cella, il relativo BSC gli comunica un elenco di canali alternativi (BCCH di 6 celle adiacenti), su cui effettuare misure di potenza RF; Il risultato di queste misure viene trasmesso al BSC su canale SACCH ogni 480 msec Il BSC analizza le misurazioni dal mobile, le integra con le misure effettuate dalle BTS ed eventualmente decide l handover 198

101 Requisiti Handover La procedura richiede criteri per individuare la necessità di un handover procedure per commutare una comunicazione da un canale radio ad un altro Tutto questo deve essere invisibile all utente 199

102 Parametri di attivazione Misure lato MS Intensità del segnale ricevuto sulle portanti BCCH delle celle adiacenti (RXLEVNCELLn) Intensità di segnale ricevuto sul canale di traffico TCH attivo (RXLEV) Qualità del canale di traffico attivo TCH (RXQUAL) 200

103 Parametri di attivazione- Misure lato BTS Intensità segnale ricevuto dalla MS sul canale di traffico (RXLEV) Qualità del canale di traffico dalla MS (RXQUAL) Distanza dalla MS, utilizzando la tecnica di Timing Advance 201

104 Perché l Handover Qualità trasmissiva inadeguata (RXLEV e/o RXQUAL scendono sotto una certa soglia) Distanza MS/BTS sale sopra un limite massimo Motivi di traffico (cella troppo carica ) Esigenze di controllo e manutenzione 202

105 Tipi di Handover 4 tipi di Handover Intra Cell - Intra BSC Inter Cell - Intra BSC Inter Cell - Inter BSC Inter MSC 203

106 Intra Cell - Intra BSC Handover Air A BTS BSC TC Old radio channel New radio channel 204

107 Intra Cell - Intra BSC Handover Handover più semplice, deciso autonomamente dal BSC Cambiamento del canale di traffico (TCH) e in genere anche della frequenza all interno di una BTS Causato da: qualità insufficiente del canale TCH nessun altra BTS può garantire una qualità migliore 205

108 Inter Cell - Intra BSC Handover Air A BTS BSC TC BTS Old cell / BTS New cell / BTS L MS si sposta in una nuova cella controllata dallo stesso BSC 206

109 Inter Cell-Intra BSC Handover La procedura di handover è completamenmte controllata dal BSC il BSC identifica la migliore BTS e il migliore TCH per la MS il BSC instaura una connessione verso la nuova BTS e riserva il nuovo canale TCH il BSC ordina all MS di sintonizzarsi sul nuovo canale e la vecchia portante radio viene rilasciata l MS inizia ad inviare traffico sul nuovo canale la vecchia connessione è rilasciata il BSC informa l MSC/VLR dell avvenuto handover 207

110 Ulteriori Operazioni Dopo l handover la MS deve acquisire informazioni sulle nuove celle adiacenti attraverso lo Slow Associated Control CHannel (SACCH) Se l handover ha determinato un cambiamento di LA la MS deve richiedere una procedura di Location Update 208

111 Inter Cell - Inter BSC Handover Air New cell / BTS A BTS BSC TC MSC VLR BTS BSC TC Old cell / BTS 209

112 Inter Cell-Inter BSC Handover La procedura di handover è iniziata dal BSC il BSC identifica la migliore BTS e il migliore TCH per la MS il BSC corrente invia un messaggio all MSC/VLR perché la nuova BTS è controllata da un altro BCS l MSC instaura una connessione verso il nuovo BSC il nuovo BSC riserva un canale radio per la MS e la vecchia portante viene rilasciata il nuovo BSC ordina alla MS di sintonizzarsi sul nuovo canale radio (TCH) the MS inizia ad inviare traffico sul nuovo canale radio, dopo che l MSC ha commutato la connessione verso il nuovo BSC la vecchia connessione è rilasciata 210

113 Inter MSC Handover Air New cell / BTS A BTS BSC TC MSC VLR BTS BSC TC MSC VLR Handover più complesso perché coinvolge differenti MSC/VLR La chiamata è instradata dall MSC iniziale (Anchor) all MSC finale Old cell / BTS 211

114 Inter MSC Handover (1) La procedura è iniziata dal BSC il BSC corrente decide l handover verso una BTS controllata da un altro MSC/VLR il BSC corrente invia un comando di handover request all MSC/VLR iniziale l MSC/VLR iniziale invia una richiesta all MSC/VLR finale l MSC/VLR finale alloca un HandOver Number (HON) e lo trasmette all MSC/VLR iniziale 212

115 Inter MSC Handover (2) L MSC/VLR finale instaura una connessione verso il nuovo BSC il nuovo BSC riserva un canale di traffico per la MS la MS si sintonizza sul nuovo canale la MS inizia ad inviare traffico sul nuovo canale dopo che l MSC ha commutato la chiamata verso il nuovo BSC la vecchia connessione viene rilasciata 213

116 HandOver Number Stesso formato di MSRN e MSISDN HON = CC + NDC + SN CC = Country Code NDC = National Destination Code SN = Subscriber Number SN points to a database in case of MSISDN located in the HLR in case of HON and MSRN located in VLR HON contiene informazioni sufficienti per permettere al GMSC di instradare la chiamata verso l MSC destinazione 214