Commutazione a circuito Trasmissione dati fino a 9.6 Kbit/s Telefonia sia full rate (13 kbit/s), sia half rate (6.5 kbit/s) Messaggi brevi (SMS)

Transcript

1 GSM

2 GSM Commutazione a circuito Trasmissione dati fino a 9.6 Kbit/s Telefonia sia full rate (13 kbit/s), sia half rate (6.5 kbit/s) Messaggi brevi (SMS)

3 Architettura del GSM PLMN

4 Terminale Mobile (Mobile Station MS) È il terminale di proprietà dell utente Si occupa della codifica vocale

5 Modulo di Identificazione Utente (Subscriber Identity Module SIM) + = MT SIM MS (Mobile Station)

6 Architettura del GSM

7 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

8 Architettura del GSM

9 Stazione Radio Base 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 l interleaving

11 Stazione Radio Base 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

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

13 Stazione Radio Base 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)

14 Architettura del GSM

15 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

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

17 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

18 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

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

20 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

21 Architettura del GSM

22 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

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

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

25 Network and Switching Sub-system (NSS) 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)

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

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

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

29 Centro di Commutazione dei Servizi Mobili (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 (PSTN) e/o altre reti GSM (PLMN)

30 Registro di 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

31 Registro di 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 (MSRN)

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

33 Procedure di sicurezza Le procedure di sicurezza hanno 2 obiettivi: Autenticazione:proteggere da tentativi di utilizzo fraudolento della rete da parte di persone non autorizzate Cifratura: proteggere da tentativi di accesso non autorizzato ai dati da parte di utenti regolari

34 Architettura del GSM

35 Operation and Maintenance Sub-system (OMSS) È la sede di tutte le operazioni di gestione della rete Gestione dei guasti Gestione della manutenzione Configurazione degli elementi di rete (configura le singole BTS tramite le BSC) Controllo delle prestazioni degli elementi di rete

36 Operation and Maintenance Sub-system (OMSS) È la sede di tutte le operazioni di gestione della rete Gestione della sicurezza del sistema Raccolta dei dati relativi alla tariffazione Gestione della ripartizione della tariffazione tra gestori diversi per chiamate inter-gestore

37 Riepilogo IMSI: identifica l utente MSISDN: è il numero di telefono TMSI: è l identificativo temporaneo usato al posto dell IMSI sulla tratta radio MSRN: è il numero usato dal GMSC per instradare una chiamata, è memorizzato nell HLR

38 Riepilogo LAI: identifica la Location Area su cui è l utente Identificativo del VLR presso cui sono memorizzati i dati. Il MSRN permette di identificare l MSC/VLR d interesse Identificativo del HLR presso cui l utente è registrato. Il MSISDN permette di individuare l HLR

39 Dati generali Definizione di interfacce standard (non proprietarie) tra elementi della rete Distanza tra portanti 200 KHz Codifica a 13 kb/s (full rate) o 6.5 kb/s (half rate)

40 Dati generali Modulazione GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) Uso di controllo di potenza Uso dell interleaving

41 Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali GSM usa una tecnica di accesso mista a divisione di tempo e frequenza (FDMA/TDMA) La porzione di spettro disponibile è suddivisa in canali FDM di 200 khz l uno

42 Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali Ciascun canale FDM è ulteriormente suddiviso in 8 canali con tecnica TDM La trama TDM è quindi composta da 8 slot

43 Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali La trasmissione è organizzata in burst Ogni TM trasmette un blocco di dati in un intervallo temporale (1 canale TDM) e tace durante gli altri 7 intervalli dedicati agli altri canali La velocità di cifra al trasmettitore è di circa 271 kbit/s

44 FDM/TDM Frequenza + time slot = canale fisico Ciascun time slot porta un burst di trasmissione frequenza 200 khz n+1 n n-1 tempo ms (15/26) ms bit

45 Struttura della trama GSM La trasmissione bidirezionale in GSM è ottenuta mediante separazione sia in frequenza sia in tempo; in questo modo serve una sola interfaccia radio!

46 Struttura della trama GSM Le trame sui canali uplink e downlink sono sincronizzate (su base slot) e sfasate di 3 slot, in modo da consentire la separazione tra trasmissione e ricezione TDM Frame ms BTS Transmits MS Transmits

47 Avanzamento temporale (timing advance) La BTS ordina al terminale di anticipare la trasmissione di una quantità di tempo che compensa il ritardo di propagazione

48 Avanzamento temporale (timing advance) Senza TA Con TA BTS tx TM rx TM tx BTS rx TM tx BTS rx Tr Ta

49 Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali Spegnimento e accensione del trasmettitore RF pongono notevoli problemi di ramping, cioè di transitorio per portare l amplificatore a regime prima di cominciare la modulazione dei dati

50 Ramp-up e inviluppo +4dB +1dB -1dB -6dB -30dB -70dB 148 bit 549 µs 28 µs 28 µs tempo

51 Frequency hopping In GSM è previsto di poter trasmettere messaggi consecutivi della stessa comunicazione su frequenze diverse FH serve a ridurre gli effetti del fading da percorsi multipli: si guadagnano circa 2 db

52 Frequency hopping Il FH usato in GSM è lento perché il cambio di frequenza avviene con cadenza di trama (8 slot=4.615 ms) e non di pochi bit come in altri sistemi TM deve essere in grado di re-sintonizzare Tx ed Rx in circa 1 ms

53 Frequency hopping f f f