GSM (Global System for Mobile Communications)

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1 GSM (Global System for Mobile Communications)

2 un pò di storia Inizio anni 80: sistemi cellulari analogici (es. TACS) 1982: inizio lavori del Groupe Special Mobile del CEPT 1989: il gruppo GSM diventa Technical Committee dell ETSI 1990: Prime specifiche complete. 1991: Primo avvio di una rete GSM 1992: reti commerciali nelle principali nazioni europee 1998: 268 reti GSM (in 109 paesi) con oltre 70 milioni di utenti 2

3 Architettura del GSM GSM Network (PLMN: Public Land Mobile Network) Area MSC (Mobile Switching Center) LA (Location Area) Celle (BTS: Base Transceiver Station) LA Area MSC 3

4 Architettura del GSM rete di comunicaizone BSS Base Station Subsystem O&MC MSS Mobile Switching Subsystem MS SIM BTS BSC MSC GMSC PSTN ISDN Altre Reti VLR MS SIM BSC BTS BTS SIM MS (con SIM card) HLR AuC EIR MS: Mobile Station HLR: Home Location Register BS: Base Station VLR: Visitor Location Register BSC: Base Station Controller AuC: Authenticaton Center MSC: Mobile Switching Center EIR: Equipment Identity Register GMSC: Gateway MSC O&MC: Operation & Maintenance Center 4

5 Architettura del GSM rete di segnalazione Rete SS#7 MS SIM BTS BSC MSC GMSC VLR MS SIM BSC BTS BTS SIM MS (con SIM card) HLR AuC EIR 5

6 Struttura dell architettura GSM L architettura di rete del GSM si puà dividere in 3 gruppi differenti: Base Station Subsystem (BSS) Mobile Switching Subsystem (MSS) Operation and Maintenance Subsystem (O&M) 6

7 Base Station Subsystem Il BSS è composto da Mobile Station (MS) e Base Tranceiver Station (BTS) MS e BTS comunicano mediante interfaccia radio Modulazione GMSK Uso di un set di canali logici e fisici Le BTS sono coordinate da un Base Station Controller (BSC) Il ruolo fondamentale del BSC è quello di gestire le operazioni di handover BTS e BSC comunicano mediante un iterfaccia standardizzata, chiamata Abis-interface 7

8 Mobile Switching Subsystem BSC e Mobile Switching Center (MSC) compongono il MSS Nel MSS troviamo anche i database che contengono informazioni sugli utenti (VLR, HLR, e AuC) HLR: elenco utenti residenti nella regione di riferimento del MSS VLR: elenco utenti residenti in una regione gestita da un altra MSS AuC: informazioni di sicurezza associate agli utenti registrati EiR: loista dei telefoni sotto controllo o bannat dalla rete BSC e MSC comunicano mediante un iterfaccia standardizzata, chiamata A-interface Il protocollo di comunicazione si chiama Signalling Correction Control Protocol (SCCP), che fa parte del sistema di segnalazione SS#7 MSC garantisce la connettività tra la rete GSM e altre reti esterne (es. PSTN) 8

9 Operation and Maintenance Subsystem (O&M) Composto dall Operation and Maintenance Center che gestisce operazioni di monitoraggio e manutenzione della rete Responsabile di tutte le problematiche relative alla tariffazione delle chiamate Gestisce tutte le problematiche legate alla gestione degli utenti (intesi come subscriber) 9

10 Identificazione di un utente MS è il terminale usato dall'abbonato per accedere alla rete GSM. È composta da il terminale vero e proprio detto ME (Mobile Equipment), e la smart card detta SIM (Subscriber Identity Module) contenente i dati personali dell'utente. Ogni ME è univocamente riconosciuto dalla rete mediante un codice IMEI (International Mobile Equipment Identity) memorizzato direttamente nell hardware del dispositivo dal costruttore dell'apparecchio. La SIM, invece, contiene i dati utili per il riconoscimento dell'abbonato da parte della rete. L'utente può accedere alla rete da qualsiasi terminale compatibile purchè fornisca alla rete i propri dati personali (contenuti nella SIM) 10

11 Parametri della SIM-card La SIM-card contiene le seguenti informazioni: MSISDN: numero telefonico dell'abbonato. IMSI: codice di identificazione d'utente (da non confondere con l'imei che è relativo invece al terminale mobile). TMSI: codice di identificazione temporanea. LAI: codice che identifica la posizione dell'abbonato (location area) Ki, chiave di autenticazione (si usa la crittografia simmetrica). A8: algoritmo di cifratura. A3: algoritmo di autenticazione. PIN1, PIN2, PUK1, PUK2. Informazioni personali proprie dell'utente: rubrica, messaggi ecc 11

12 Dettagli su indirizzi ed identificativi (1/3) IMEI (International Mobile Equipment Identity) Type approval Code (TAC): 6 cifre decimali (assegnato centralmente) Final Assemble Code (FAC): 6 cifre decimali (assegnato dal costruttore) Serial Number (SNR): 6 cifre decimali Spare: 1 cifra decimale IMSI (International Mobile Subscriber Identity) Mobile Country Code (MCC): 3 cifre dec. (standard internazionale, es. 222 Italy) Mobile Network Code (MNC): 2 cifre dec. (identificativo nazionale della rete, es. 01 TelecomItalia, 88 - Wind) Mobile Subscriber Identifiaction Number (MSIN): 6 cifre decimali MSISDN (Mobile Subscriber ISDN number) Country Code (CC): fino a 3 cifre dec. (standard internazionale) National Destination Code (NDC): 2-3 cifre dec. (standard inter.) Subscriber Number (SN):fino a 10 cifre decimali 12

13 Dettagli su indirizzi ed identificativi (2/3) MSRN (Mobile Station Roaming Number) Country Code (CC) della rete visitata National Destination Code (NDC) della rete visitata Subscriber Number (SN) della rete visitata Memorizzato nel VLR o direttamente comunicato dal VLR al corrispondente HLR LAI (Location Area Identity) Country Code (CC): 3 cifre dec. Mobile Network Code (MNC): 2 cifre dec. Location Area Code (LAC): massimo 2 byte TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) LMSI (Local Mobile Subscriber Identity) CI (Cell Identifier) 2 byte 13

14 Dettagli su indirizzi ed identificativi (3/3) BSIC (Base transceiver Station Identity Code) Network Color Code (NCC): 3 bit (assegnato dal gestore della PLMN(Public Land Mobile Network) Base transceiver station Color Code (BCC): 3 bit Identificativi SS#7 per MSC e Registri 14

15 Corrispondenza identificativi-architettura Terminale IMEI Cella CI BTS BSIC MSC SCP SIM Utente (SIM) IMSI, MSISDN, TMSI, MSRN SCP VLR LMSI, MSRN, IMSI, TMSI, MSISDN, LAI EIR IMEI SCP HLR IMSI, MSISDN, MSRN, profilo servizio utente AuC IMSI, RAND, SRES, K i, K c 15

16 GSM interfaccia radio Canali Fisici Definiti dalla coppia Time Slot/Frequenza (TDMA/FDMA) Canali Logici Sono trasmessi sui Canali Fisici e si dividono in Canali di Traffico Canali di Controllo (Segnalazione) 16

17 Canali logici del GSM (1/2) GRUPPO CANALE FUNZIONE DIREZIONE Canali di Traffico (TCH) TCH/F Voce/Dati Full Rate (voce:13 kbit/s; dati raw fino a 14.5 kbit/s.) TCH/H Voce/Dati Half Rate (voce:5.6 kbit/s; dati raw fino a 6 kbit/s.) MS BS MS BS Canali di Segnalazione Broadcast Channel BCCH Broadcast Control (Identificativo BTS, info sulle celle vicine, ecc.) FCCH SCH Frequency Correction (Correzione frequenza portante) Synchronization (Sincronizzazione frame TDMA) MS BS MS BS MS BS Common Control Channel (CCCH) RACH AGCH PCH Random Access (richiesta di allocazione di un SDCCH) Access Grant (conferma assegnazione SDCCH in risposta ad un RACH) Paging (Paging: chiamata entrante) MS BS MS BS MS BS Dedicated Control Channel (DCCH) SDCCH SACCH FACCH Stand-alone Dedicated Control (segnalazione per setup chiamata e assegnazione TCH; assegnato in risposta ad un RACH) Slow Associated Control (segnalazione durante una chiamata, associato ad un TCH) Fast Associated Control (segnalazione veloce, es. durante handover; a spese del canale TCH) MS BS MS BS MS BS 17

18 Canali logici del GSM (2/2) 18

19 Esempio di utilizzo dei canali logici Chiamata Entrante (Incoming Call) MS PCH Paging Request BTS RACH AGCH Channel Request Assegnamento SDCCH MSC SDCCH Segnalazioni Varie FACCH TCH Dati 19

20 Dettagli sui canali fisici (1/3) 20

21 Dettagli sui canali fisici (2/3) 21

22 Dettagli sui canali fisici (3/3) 22

23 GSM Risorse tempo/frequenza ARFCN = Absolute Radio Frequency Channel Number Ogni sottobanda (200 khz, GMSK, 271 kbps) è condivisa da 8 utenti a divisione di tempo Un frame è composto da 8 slot temporali (da ms ciascuno) Ad ogni utente viene periodicamente assegnato un timeslot 23

24 GSM Struttura dei frame (1/2) 960 MHz MHz 200 khz MHz 935 MHz Ogni canale di 200 KHz ha 8 Time Slot ms kbit/s DOWNLINK Data Burst, bit = 15/ ms 45 MHz Separazione 915 MHz MHz Delay 3 Time Slot UPLINK 200 khz MHz 890 MHz 1 24

25 GSM Struttura dei frame (2/2) In un timeslot posso trasmettere bit alla velocità di kbps 25

26 Mappatura canali logici-canali fisici HYPERFRAME (3h 24 min s) SUPERFRAME FRAME MULTIFRAME (235.4 ms) Canali di controllo trasmessi nei primi due Time Slot della frequenza principale della cella TDMA FRAME 26-FRAME MULTIFRAME (120 ms) Frame 1-13: TCH Frame 14: SACCH Frame 15-25: TCH Frame 26: TCH (Half Rate) IDLE (Full Rate) slot 0 slot 1 slot 7

27 Esempio 51-frame multiframe 27

28 Stealing Flag Burst GSM 26 bit 3 57 bit di Dati 1 Sequenza di Training 1 57 bit di Dati Periodo di Guardia NORMAL BURST Tail Bit (=0) bit = Periodo di Guardia FREQ. CORREC. BURST 3 64 bit 39 bit di Dati Sequenza di Sincronizzazione 39 bit di Dati Periodo di Guardia SYNCHRON. BURST 26 bit 3 Sequenza di Training Periodo di Guardia DUMMY BURST 3 41 bit Sequenza di Training 36 bit di dati Periodo di Guardia ACCESS BURST 28

29 Cell reselection (Cambio di Cella) Si sceglie la BTS (tra le 6 vicine) con segnale di qualità migliore secondo un criterio detto C2 BTS BTS BTS MS BTS BTS BTS

30 Normal Burst GSM 30

31 Schema di trasmissione/ricezione Source Encoding Elaborazione della Voce Channel Encoding Block Convol. Interleaving encoding encoding Encryption Creazione Burst Multiplexing Modulazione TRASMISSIONE Source Decoding Elaborazione della Voce Channel Decoding Block Convol. Deinterl. decoding decoding Decryption Demultiplex Demodulazione RICEZIONE 31

32 Source code Compressione della Voce (rapporto 1:8) Voce: 8000 campioni/s; 13 bit/campione (=104 kbit/s) Il Codec elabora ogni 20 ms i frame vocali, formati da 160 campioni In uscita si hanno blocchi da 260 bit (=flusso 13 kbit/s) VAD Voce 8000 sample/s 13 bit/sample Codec Voce (13 kbit/s) DTX Trasmissione Discontinua Comfort Noise 32

33 Channel encoding Block Encoding (Parity Bits) per Error Detection Convolutional Encoding per Error Correction Interleaving dei dati per ridurre gli effetti degli errori sui burst Block Encoder Parity Bits Convolutional Encoder Interleaving Encryption Burst 456 bit/blocco 114 bit/blocco Blocco Dati n-esimo: 456 bit NOTA: I bit del blocco sono distribuiti alternativamente nei blocchi di Interleaving (ogni otto, i bit finiscono nello stesso blocco di Interleaving) B B+1 B+2 B+3 B+4 B+5 B+6 B+7 Blocco di Interleaving 114 bit Bit Dispari Bit Pari Blocco Dati n+1-esimo 33

34 Accensione del terminale Vengono eseguite 2 procedure: Selezione di cella (cell selection): la MS sceglie la BTS con la quale scambiare dati Registrazione (avviene sempre con una procedura di location update): la MS informa l MSC di competenza della sua presenza in quella Location Area (LA) 34

35 Cell selection 1. MS scandisce le portanti radio che sente. Le portanti di ascolto sono le C 0, ovvero dove la BTS invia il BCCH 2. MS si aggancia alla portante più forte. 3. Attraverso il canale FCCH la MS si allinea alla frequenza trasmessa dalla BTS. 4. Attraverso SCH avviene la sincronizzazione. 5. A questo punto la MS legge il BCCH che contiene LAC (Location Area Code) CGI (Cell Glocal Identity) MCC (Mobile Country Code) MNC (Mobile Network Code) 35

36 Location registration Accensione del terminale (Trasmissione in chiaro dell IMSI, ricezione TMSI) MS BSS/MSC VLR HLR AuC Location Update Request (IMSI, LAI) Auth. Req. (RAND) Update Location Area (IMSI, LAI) Auth. Req. (RAND) Auth. Param. Req. (IMSI) Auth.Info (IMSI, K c, RAND, SRES) Auth.Info Req. (IMSI) Auth.Info (IMSI, K c, RAND, SRES) Procedura di Autenticazione SRES SRES = Location Update (IMSI, MSRN) Generazione TMSI Start Ciphering (K c ) Forward new TMSI (TMSI) Loc. Update Accep. Insert Subscriber Data (IMSI) Subscriber Data Insert. Ack (IMSI) Loc. Update Accep. (IMSI) Data (encryption con K c ) 36

37 Cambio di una Location Area (cambio LAI in HLR) Il terminale ha già un TMSI Location update MS BSS/MSC VLR HLR AuC Location Update Request (TMSI, LAI) Update Location Area (TMSI, LAI) Procedura di Autenticazione SRES SRES = Location Update (IMSI, MSRN) Generazione TMSI Start Ciphering (K c ) Forward new TMSI (TMSI) Loc. Update Accep. Insert Subscriber Data (IMSI) Subscriber Data Insert. Ack (IMSI) Loc. Update Accep. (IMSI) Data (encryption con K c ) Auth. Param. Req. (IMSI) Auth.Info (IMSI, K c, RAND, SRES) Auth.Info Req. (IMSI) Auth.Info (IMSI, K c, RAND, SRES) 37

38 Location update con cambio di VRL Oltre la LA si cambia VLR. Il nuovo VLR richiede i dati di identificazione dell utente al vecchio VLR e assegna un nuovo TMSI. MS BSS/MSC VLR new HLR VLR old IMSI, TMSI, Ki, Kc, LAI Location Update Request (TMSI, LAI) Update Location Area (TMSI, LAI) Send Parameters (TMSI, LAI) Procedura di Autenticazione SRES SRES = IMSI Response (IMSI, K c, RAND, SRES) Start Ciphering (K c ) Forward new TMSI (TMSI) Generazione TMSI Location Update (IMSI, MSRN) Insert Subscriber Data (IMSI) Subscriber Data Insert. Ack (IMSI) Loc. Update Accep. (IMSI) Cancel Location (IMSI) Cancel Location Ack (IMSI) 38

39 Instradamento della chiamata Es. Chiamata da rete fissa a rete mobile 6-MSRN 1-MSISDN PSTN Location Area (LA) 7-TMSI MSC GMSC 5-MSRN MS 8-TMSI BTS BTS BSC BTS VLR 4-MSRN 3-IMSI HLR 2-MSISDN 39

40 Misura della qualità del canale Misure per stabilire la qualità del canale radio e per il controllo della potenza trasmessa: Potenza Ricevuta Qualità del Segnale Ricevuto Livello Bit Error Rate Da a RXQUAL_0 -.2 RXQUAL_1.2.4 RXQUAL_2.4.8 RXQUAL_ RXQUAL_ RXQUAL_ RXQUAL_ RXQUAL_ MS Livello Livello segnale ricevuto (dbm) Da a RXLEV_ RXLEV_ RXLEV_ RXLEV_ BTS

41 Cell Selection Cell selection (accensione terminale) Si sceglie la BTS con segnale di qualità migliore secondo un criterio detto C1 BTS MS BTS BTS

42 Criterio C1 C1= A Max(B, 0) A = ReceivedLeveleAverage RXLEVEL _ ACCESS : MIN B = MX _TXPWR _ MAX _CCH MaximumRFpowerofMS RX_LEVEL_ACCESS_MIN assume valori tra -110 e -48 dbm MX_TXPWR_MAX_CCH è la massima potenza che una MS può usare sul canale RACH 1. Entrando in una cella si considerano solo quelle con C1 > 0 2. Si sceglie la cella con C1 maggiore - Il limite di una cella è quindi per ogni MS determinato dal valore C1 - Di conseguenza il confine di una cella è legato anche alla classe del terminale considerato - Il valore C1 varia molto nel tempo - Nel passaggio tra celle di LA diverse, si aggiunge al C1 della nuova cella un valore fisso (comunicato in broadcast) per evitare per quanto possibile rapidi cambiamenti di cella tra LA diverse 42

43 Cell Reselection Cell reselection (Cambio di Cella) Si sceglie la BTS (tra le 6 vicine) con segnale di qualità migliore secondo un criterio detto C2 BTS BTS BTS MS BTS BTS BTS

44 Handover (1/2) Handover Cambio di cella da parte di un utente con una chiamata in corso Intracell Handover Cambio del canale fisico all interno della stessa cella Intercell Handover Cambio della cella (nel cambio si può cambiare BSC e/o MSC) C i C j 44

45 Handover (2/2) Algoritmo esecuzione Handover Ciclo di isteresi per evitare cambi continui ai bordi delle celle Downlink Rx Level Old BTS NewBTS Threshold (Power Budget Evaluation start) Handover Margin Min Rx Level Handover Point MS connected to Old BTS MS connected to New BTS Distance from Old BTS 45

46 Diversi tipi di handover BTS (1) BSC MSC VLR (3) MSC VLR BTS BSC (2) Anchor MSC MSC VLR RelayMSC (1) Intra-BSC handover (2) Inter-BSS, Intra-MSC Handover (3) Inter-MSC Handover 46

47 Architettura protocollare Management plane Control plane BCH CCH DCCH User plane TCH Physical Layer User plane: tutti i protocolli necessari per il trasferimento dei dati dell utente su un TCH e quindi sul livello PHY Control plane: tutti i protocolli necessari per il controllo delle chiamate degli utenti e la trasmissione dei relativi dati sui canali di controllo (BCH, CCH, DCH) e quindi sul livello PHY. La presenza di canali di controllo/segnalazione permette il loro utilizzo durante una chiamata anche per la trasmissione di dati di altra natura (es. SMS, Short Message Service usando un SDCCH o multiplexando i dati nel SACCH) Management plane: tutti i protocolli per la gestione dei diversi layer 47

48 Protocolli e interfacce MS Interfaccia Radio Segnalazione specifica GSM BSS Interfaccia A Segnalazione ISDN MSC I protocolli utilizzati in ogni plane sono legati alla particolare interfaccia cui si fa riferimento. Tra BSS e MS si utilizzano protocolli specifici dello standard GSM Tra BSS e MSC si utilizzano protocolli tipici del mondo della telefonia (es. ISDN) 48

49 User plane: trasmissione voce (1/2) GSC TRAU GSC A-Law FEC FEC MUX MUX MS BSS MSC La voce è codificata nel MS a 13 kbps (GSC, GSM Speech Codec), protetta con codifica di canale FEC e criptata Nella BTS il segnale viene decriptato e il FEC viene verificato. I segnali così ottenuti sono trasmessi al BSC multiplexandoli su una stessa linea ISDN a 64 kbps (fino a 4 canali vocali per linea) L unità di transcodifica e adattamento del rate (TRAU, Transcoding and Rate Adptation Unit) converte il segnale vocale GSM nel segnale telefonico tradizionale a 64 kbps (es., A-law in Europa) Si potrebbe posizionare l elemento TRAU anche nella BTS, ma questo costringerebbe a collegare BTS e BSC con una linea ISDN a 64 kbps per ogni flusso vocale; inserendolo nel BSC si multiplexano più canali vocali GSM sulla stessa linea. Si potrebbe anche pensare di inserirlo nel MSC 49

50 User plane: trasmissione voce (2/2) TRAU in BSC TRAU in BTS Quando il TRAU non è nella BTS è necessario prevedere un canale di segnalazione in banda tra BTS e TRAU TRAU in MSC 50

51 Control Plane 51

52 Concetti base Segnalazione SS#7 Segnalazione a canale comune che introduce nuove funzionalità della rete Maggiore velocità dei messaggi di segnalazione Maggiore efficienza e affidabilità Commutazione di pacchetto (max size 560 bit) datagram Canali di segnalazione a 64 kbps Utente SSP SCP STP Utente Canali Voce SS7 SS7 SSP STP SCP - SSP: Service Switching Point o SP: Signalling Point - STP: Service Transfer Point o Signalling Transfer Point - SCP: Service Control Point 52

53 Struttura a due livelli C link STP STP SCP A link D link A link STP STP Utente A link STP B link STP Utente A link SSP F link SSP E link (verso un gruppo di STP di backup) 53

54 Pila Protocollare SS#7 Layer 7 Layer 4,5,6 OMAP TCAP Null Call Processing ISUP TUP Procedure per la gestione della rete Gestione servizi avanzati (es. passa ad un SCP le cifre che seguono 800 nei servizi di Numero Verde) SCCP Traduzione indirizzi globali in indirizzi SS7 Layer 3 MTP Level. 3 Trasf. Mess. tra nodi. Indirizzi SS#7: DCP (Destination Code Point) Layer 2 MTP Level. 2 Trasferimento affidabile dei dati (Signal Unit): ARQ (Go-back-n), flow control. Layer 1 MTP Level. 1 Link fisico bidirezionale digitale. MTP SCCP TCAP ISUP TUP OMAP Message Transfer Part Signalling Connection Control Part Transaction Capabilities Application Part ISdn User Part Telephone user Part Operation, Maintenance and Administration Part 54

55 Indirizzamento Indirizzi E.164 (indirizzamento Non Uniforme) 1-3 cifre max 40 cifre Country Code (CC) National Destination Code (NDC) Subscriber Number (SN) Subaddress max 15 cifre max 55 cifre - CC: es. 39 Italia, 01 USA - NDC: usato per l instradamento, definisce un area - SN: numero di utente 55

56 Esempio chiamata (1): call setup Chiamante Chiamato Subscriber Signalling SSP ISUP STP ISUP SSP Subscriber Signalling Origination Dial Tone Digit Ringing Tone IAM ACM IAM ACM ANM Ringing Answer ANM VOCE IAM Initial Address Message; ACM Address Complete Mess.; - ANM ANswer Mess. 56

57 Esempio chiamata (2): call release Chiamante Subscriber Signalling SSP ISUP ISUP STP SSP Subscriber Signalling Chiamato VOCE Disconnect SUS SUS Timeout REL RLC RLC REL REL RELease message; RLC ReLease Complete mess.; SUS SUSpend mess. 57

58 Concetti base ISDN - Evoluzione rete telefonica verso rete numerica a servizi integrati - ISDN (Integrated Services Digital Network): standard CCITT (oggi ITU-T) del Collezione di standard per definire una architettura digitale per la fornitura di servizi integrati voce/dati. Definizione interfaccia standard tra utente e rete. Argomento Protocollo Esempi Rete telefonica e ISDN Concetti, teminologia, interfacce, metodi Commutazione e segnalazione Serie E Serie I Serie Q E.164: numerazione internazionale ISDN E.163: piano di numerazione tel. internazionale I.100: Strutture, concetti, terminologia. I.400: User-Network Interface. Q.921: LAP-D (Link Access Procedure on D channel) Q.931: Network Layer tra terminali e commutatori.

59 Generalità Interfaccia unificata per voce e dati Servizi di fonia e dati a bassa e media velocità (fino a 2 Mbps) Commutazione di circuito e a pacchetto Interazione diretta con rete SS#7 Trasmissione numerica end-to-end (i telefoni sono in maggior parte analogici e il collegamento fino al Local Exchange, realizzato con il doppino telefonico, è anche analogico) Capacità del canale base: 64 kbit/s FAX Interfaccia NT ISDN ISDN phone PC

60 Servizi ISDN Servizi portanti a commutazione di circuito flussi a 64 kbit/s fonici flussi a 64 kbit/s dati con modalità UDI (Unrestricted Digital Information), cioè con trasferimento diretto di tutti i byte inviati flussi multiplati a bit rate più basso flussi nx64, 384, 1536, 1920 kbit/s Servizi portanti a commutazione di pacchetto chiamata virtuale e a circuito virtuale permanente connection-less segnalazione di utente Servizi supplementari Identificazione del Numero Call transfer, Call forwarding busy, Call forwarding no reply Call waiting (avviso di chiamata), Call hold Multiutenza (conferenze a tre o più) Comunità di interesse Comunicazione costo chiamata, addebito al chiamato trasferimento informazioni aggiuntive

61 Canali ISDN - Segnalazione e controllo con SS#7 - eventuali dati interattivi o diretti end-toend tramite SS#7 Canale D (16 o 64 kbps) Canale B (64 kbps) Flussi base: voce e dati a bassa velocità Canale H Dati con alte capacità H 0 : 384 kbps H 11 : 1536 kbps H 12 : 1920 kbps

62 Interfacce ISDN 16 kbps B D B 64 kbps BRI: Basic Rate Interface 144 kbps PRI: Primary Rate Interface Nord-America+Giappone: 1544 kbps; Europa: 2048 kbps 1 2 n H kbps H 0 H 0 n H 0 +D (n 3 in USA; n 5 in Europa) D In Nord America H kbps In Europa H kbps 1 2 n B B B D 64 kbps n B +D (n 23 in USA; n 30 in Europa)

63 Dispositivi e punti di riferimento TE1 (Terminal Equipment 1): terminale o sistema di utente nativo ISDN. TE2 (Terminal Equipment 2): terminale o sistema di utente non nativo ISDN. TA (Terminal Adapter): adattatore per collegare terminali TE2 a interfacce ISDN. (in Europa è a carico del gestore) NT1 (Network Termination 1): conversione di segnali elettrici (passaggio da 4 a 2 fili). Solo livello fisico. In Europa è di competenza del gestore. NT2 (Network Termination 2): terminazione che può svolgere funzioni di concentrazione e commutazione (es. PBX digitali). Tipologie di connessione tra due funzioni R: connessione tra TA e terminale non ISDN (TE2). S: interfaccia tra TE1e terminali di rete (NT). T: elettricamente identico a S; interfaccia tra NT2 e NT1 U: interfaccia tra NT1 e rete telefonica. TE1 2 fili 4 fili T NT2 S ISDN U NT1 TA R TE2 U NT1 S

64 Architettura Protocollare Superior Layer Segnalazione end-to-end Network Q.931 (call control) X.25 packet layer X.25 packet layer Data Link Q.921 (LAP-D) LAP-B Physical Interfaccia BRI e PRI Signalling Packet Circuit Switching Permanent Circuit Packet Switching Canale D Canale B

65 Data Link 8 bit 16 bit 8/16 bit Variable 16 bit 8 bit Flag Address Control Information FCS Flag LAP-D (Link Access Protocol-D) Simile a HDLC in modalità ABM Servizio riscontrato. Connection-oriented service, con ARQ di tipo Go-back-n. Servizio non riscontrato con controllo d errore, frame non numerate, nessun controllo di flusso. Usato per alte velocità e gestione di rete. Multiplazione di vari collegamenti logici sullo stesso canale D, assegnando ad ogni connessione un DLCI (Data Link Connection Identifier).

66 Configurazioni di accesso (a) Punto-punto. Max 1 km (o attenuazione max di 6 db). Ritardo max tra 10 e 42 µs. (b) Punto-Multipunto con bus-passivo corto. max 8 TE casuali sul bus. Lunghezza max funzione del ritardo di propagazione. Ritardo tra 10 e 40 µs (max m). NT1 a temporizzazione fissa. fino a 1 km TE r r NT 1 (a) m r r NT 1 (c) Punto-multipunto con bus-passivo esteso. Cavo tra 100 e 1000 m. max 8 TE tutti all estremità remota del bus con distanza reciproca tra 25 e 50 m. NT1 a temporizzazione fissa o adattativa. TE TE m TE (b) fino a 1 km N.B. Nelle configurazioni si usano resistenze r di adattamento delle interfacce r TE TE (c) r NT 1

67 Es. chiamata fonica ISDN (1) Chiamante Chiamato Q.931 SP ISUP STP ISUP SP Q.931 Setup Setup ACK Call Proceeding IAM IAM ACM Setup Alerting Ringing Tone Ringing Alerting ACM Connect ANM ANM Connect Connect ACK Conversation

68 Es. chiamata fonica ISDN (2) Chiamante Chiamato Q.931 SP ISUP STP ISUP SP Q.931 Disconnect Release REL RLC REL RLC Disconnect Release Release Complete Release Complete

69 Control Plane 69

70 Elementi Control Plane GSM (1/2) Le interfacce Um e Abis sono specifiche del sistema GSM Le altre interfacce (A, B, C, E) sono relative al sistema ISDN di cui utilizzano i protocolli standard Interfaccia Um: tra MS e BTS Interfaccia Abis: tra BTS e BSC Interfaccia A: tra BSC e MSC Layer 1 (Physical): canali logici di segnalazione sugli slot temporali del GSM (struttura multiframe) sull interfaccia Um; trasmissione su linee a 64 kbps (ITU-T G.703, G.705, G.732) o a rate più alto (2048 kbps) Layer 2: si utilizza una versione modificata del LAPD (cioè LAPDm) sull interfaccia radio per il supporto anche dei vari canali di segnalazione (BCCH, PCH, AGCH, SDCCH); sulle altre interfacce si usa il LAPD 70

71 Elementi Control Plane GSM (2/2) Layer 3: è suddiviso in 3 sublayer Radio Resource Management (RRM) Mobility Management (MM) Connection Management (CM) RRM: gestisce le frequenze e i canali per cui il modulo RR del MS interagisce con quello della BTS. Obiettivo è il setup, il mantenimento e il rilascio delle connessioni RR che permettono le comunicazioni punto-punto tra MS e rete (comprese le procedure di cell selection e handover). Effettua il controllo di BCCH e CCCH quando non ci sono chiamate in corso. MM: gestisce tutte le procedure relative alla mobilità e coinvolge MS e MSC (es. assegnazione TMSI, location update, identificazione e autenticazione MS) CM: è costituito da 3 componenti Call Control: gestione chiamata con segnalazione telefonica (compresa la gestione delle chiamate di emergenza) Supplementary Services: gestione dei servizi supplementari identici a quelli di ISDN (es., call forwarding, blocco chiamate, identificazione numero, trasferimento di chiamata, chiamata in attesa, ecc.) Short Message Service: gestione del servizio SMS Le funzioni di MM e CM sono gestite da MS e MSC. Quelle di RRM sono gestite da MS e BSS con la definizione anche di una specifica segnalazione tra MSC e BSC (la BSS Application Part) 71

72 Modalità operative Mobile Station Idle Mode: il terminale può essere Spento (NULL) Cercare il canale BCH con la migliore qualità del segnale (Search BCH) Sincronizzato con una specifica stazione e pronto a chiamare o a ricevere una chiamata (BCH) Dedicated Mode: il terminale può sincronizzarsi con un canale fisico (Tuning DCH) Essere pronto a stabilire canali logici dedicati (DCH) BCH Tuning DCH Null Idle MODE DCH Dedicated MODE Search BCH 72