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Torino, novembre 003 Reti e sistemi telematici - GSM Short Message Service network architecture Dati GSM e : sistema e servizi VLR Gruppo Reti TLC giancarlo.pirani@telecomitalia.it http://www.telematica.polito.it/ SDCCH MAP SACCH Radio network AP CCS7 network G IW Intermediate network S- SC AP Application Part GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 1 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - Short Message Service (S) Radio access channel Short Message Service Mobile Originated Procedure VLR SDCCH 0 7 (stand-by terminal) SACCH 0 7 (connection in progress) SDCCH set-up short message 1 4 5 IW VLR IW S-C send routing information routing info forward S transfer S S-C delivery rep delivery rep delivery report GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 3 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 4 Short Message Service Mobile Terminated Procedure Short Message Service Alert Procedure S-C 1 4 G? info 3 Short Mess. transfer 5? VLR VLR info 6 forward Short Message routing info routing info 7 8 routing info delivery report routing info G- S-C short message delivery rep. S-C 4 Alert G 3 Alert 5 present storage available VLR 1 answer to Paging II attach location update available storage capability GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 5 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 6 Titolo della presentazione 1

C * 0 # C * 0 # C * 0 # C * 0 # Titolo della presentazione Short Message Service Cell Broadcasting Trasmissione dati Dati a commutazione di circuito Info Cell 1 Broadcast Centre 3 3 Modified V.110 Digital PLMN IWF Modem PSTN 3,1 Khz audio Bit rate fino a 9.6 kb/s Servizi sincroni e asincroni Modi trasparenti e nontrasparenti 1 Info 3 Voce e dati alternati Accesso a dati a pacchetto attraverso PAD o AU Portante radio sempre commutata a circuito Modified V.110 Digital PLMN IWF ISDN V.110 64 K Digital GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 7 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 8 Adattamento del bit rate V.110 modified V.110 Bit rate adaptation 300 100 400 4800 9600 1000 kbit/s dispositivo terminale flusso asincrono flusso sincrono RA0 rate di campionamento RA1 rate intermedia: 3.6, 6, 1 e 14.5 kbit/s interfaccia radio MT BS rate intermedia: 3.6, 6, 1 e 14.5 kbit/s sync fill rate intermedia: 8 or 16 kbit/s RA1 / RA1 RA 64 kbit/s +TRAU 64 kbit/s A 3 X 16 kbit/s +TRAU 3.1 KHz audio UDI 3.1 KHz audio TAF fill A ter UDI + TRAU (Transmission Rate Adaptation Unit) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 9 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 10 Trasmissione trasparente/non trasparente Appli c. I/F TE V.4 D I/F S RA 0 MT RA1' Radio CEPT.048 RA1' RA1 FEC FEC RA RA Modo non trasparente Ri-trasmissione (RLP) Throughput variabile Bit Error Rate fisso Ritardo variabile RA1 RA 0 S D Al modem TE L3 L L1 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 11 LAPB V.4 Modo trasparente Senza ri-trasmissione (FEC) Throughput fisso (con errori) Bit Error Rate variabile Ritardo fisso LAPB L1 MT D' RLP D RA1' FEC RA1' x.5 Packet level Protocol Radio Link Protocol FEC LRBOP RA1 RA D' RA1 RA RLP D LAPB S D Accesso GSM a /Intranet di accesso diretto GSM 3 Modem Pool PSTN 1 Router Corporate Intranet di accesso di sicurezza GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 1 Titolo della presentazione

C 0 # * C 0 # * Titolo della presentazione Accesso GSM a /Intranet Architettura HSCSD Indirizzi privati Indirizzi privati di sicurezza Indirizzi pubblici Gateway corporate di sicurezza corporate TAF + TRAU I W F PSTN ISDN PDN di accesso Um Abis A Utente remoto GSM Intranet N bearer full-rate su N time slot per trama TDMA sulla stessa portante N bearer su N circuiti a 16 kbit/s N bearer su un circuito a 64 kbit/s GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 13 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 14 : il concetto di trasparenza TE MT G p G i TE R PDN U m esterna mobilità, adattamento radio servizio trasparente punto-punto GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 15 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 16 : concetto : concetto (1) (General Packet Radio Service) è: 1. un servizio portante. che usa una trasmissione a pacchetto end-to-end (cioè, compreso l accesso radio!) è parte del GSM di fase + ed è chiamato normalmente.5g Un servizio portante significa: un servizio che può supportare altre applicazioni Risorse condivise e elevati ritardi incoraggiano dati bursty e applicazioni in background. Il non è adatta a applicazioni real-time GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 17 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 18 Titolo della presentazione 3

Connessioni dati su GSM (impiego di 3 Time Slot) Connessioni dati su (impiego di 1 Time Slot) TS 1 t TS t Ut3 Ut1 Ut Ut3 Ut1 Ut TS 3 t Inizio della connessione Fine della connessione Canale attivo ma non impegnato TS: Time Slot GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 19 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 0 : concetto () : concetto (3) Trasmissione a pacchetto end-to-end significa: 1. Uso ottimizzato delle risorse radio. Always on 3. Tariffazione a volume Concetto di base: uso ottimizzato delle risorse radio non significa che un piccolo ammontare di risorse radio è sufficiente Serviziadattiper il: WAP M Servizi di comunicazione personale leggera E-mail Web browsing FTP GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 1 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - : concetto (4) : concetto (sintesi) UMTS Servizi non adatti per il : Voce Videostreaming 64 kb/s HSCSD Applicazioni Real Time 14.4 9.6 kb/s S CSD Dati bursty Dati continui GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 3 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 4 Titolo della presentazione 4

Architettura Elementi base del Rete GSM Rete di accesso MAP-D /VLR A Gs MAP-C MAP-H S-G S-IW Gr G C Gd MAP-F S-SC EIR Radio resource management Gr VLR Gs Rete dati esterna Gi Gn PCU TE MT R Um Abis Gb BG Gn Gi PDN TE Abis Gb Segnalazione e traffico Solo segnalazione Gp Altre PLMN (Public Land Mobile Network) Rete Segnalazione Dati utente Gestione mobilità Authenticazione Cifratura Routing Gateway Gestione mobilità Routing Incapsulamento GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 5 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 6 Protocolli di base Attivazione di un contesto PDP (Packet Data Protocol) Application Abis s /VLR IP / X.5 IP / X.5 SNDCP LLC RLC MAC GSM PL LLC Relay RLC GP Frame MAC Relay GSM PL L1bis SNDCP GP Frame Relay L1bis L L1 GTP TCP-UDP /IP Um Gb Gn Gi LLC GTP TCP-UDP /IP L L1 L L1 Gb Gr BACKBONE Gn BACKBONE Gi IP Network GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 7 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 8 Interconnessione con servizi modo trasparente e non trasparente RADIUS Accesso alle reti corporate Connessione via linea affittata Operatore TLC Rete IP WWW e-mail LAN Intranet corporate Rete di accesso Indirizzo dominio PLMN PDN Indirizzo dominio esterno RADIUS PC PC Backbone Proxy/Firewall Connessione via WWW e-mail LAN Intranet corporate GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 9 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 30 Titolo della presentazione 5

Accesso remoto a Intranet modo trasparente A VPN Client 1. User_id&pw 3. 1 Rete accesso GSM/GPR 4. User_id & pw Radius RADIUS. User_id&pw Client RADIUS CPE () A Corporate VPN GW Autenticazione 5. 6. Accesso ai servizi Intranet A B A Accesso remoto a Intranet modo non trasparente (ETSI) 1. - APN - User_id & pw Rete accesso GSM/ Radius client. User_id & pw CPE IPSec tunnel Radius Corporate IPsec 3. Indirizzo IP 4. Accesso a servizi Intranet A B 1 VPN Gw Intranet B CPE Intranet B GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 31 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 3 Accesso non trasparente a Intranet mediante protocollo LTP (Layer Tunneling Protocol) Lo strato fisico condivisione di risorse e funzioni con il GSM TE parametri di attiva rich. sessione contesto PDP internet LNS (LAC) crea accett. contesto PDP crea rich. contesto PDP (LAC) crea risp. contesto PDP LTP tunnel stabilito LNS (LTP Network ) server di autenticazione Host Intranet Condivisione di risorse radio con i servizi voce e dati del GSM Allocazione dinamica e statica dei canali fisici Uno o più slot per un singolo utente Uno o più utenti su un singolo slot Parte di radio frequenza immutata rispetto al GSM dati 1 condivisione di slot Servizio Servizio voce trama TDMA dati variazione di confine dinamica priorità ai servizi voce trasferimento trame PPP GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 33 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 34 Esempio di allocazione delle risorse Packet (N-PDU) PH data flow User Data Network layer TS 7 Compressione/Decompressione Segmentazione/Ri-assemblaggio SN-PDU SH Information Field SNDCP layer Frame (LL-PDU) FH Information Field FCS LLC layer TS 0 Blocks BH Info Field BH Info Field BH Info Field Numero di trama Utente 1 Blocco primario... Blocchi seguenti... Codifica di canale Riordino & Partizione Interleaving Burst formatting RLC/MAC layer Utente Normal Burst Normal Burst Normal Burst Normal Burst Physical layer Utente 3 PH = Packet Header SH = SN-PDU Header FH = Frame Header FCS = Frame Check Sequence BH = Block Header GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 35 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 36 Titolo della presentazione 6

Possibili gestioni alternative delle risorse radio Ricezione in downlink 0 ms TS i- TS i-1 TS i TFI=1 TFI=1 TFI= TFI=3 TFI=3 TFI=4 TFI=4 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 37 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 38 Principio di funzionamento dell USF Dati per #1 USF=3 Esempio di regolazione dell accesso alle risorse radio in uplink DL USF=1 USF= USF=3 USF=4 Time Slot i 0 ms 1 3 UL Time Slot i Dati da 3 3 1 Ut.=1 Ut.= Ut.=3 Ut.=4 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 39 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 40 Schemi di codifica Throughput atteso per utente Schema di codifica CS-1 CS- Throughput (kbps) 9.05 13.4 C/I (db) 9 13 CS, TS 0.44 kb/s. kb/s.3 kb/s.6 kb/s CS, 4 TS 40.88 kb/s 44.44 kb/s 44.64 kb/s 45.4 kb/s Application data TCP/IP SNDCP Logical link CS-3 15.6 15 3. kb/s 46.4 kb/s Radio link CS-4 1.4 3 6.8 kb/s 53.6 kb/s Radio layer GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 41 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 4 Titolo della presentazione 7

Throughput in un singolo time slot in funzione del rapporto C/I e dello schema di codifica Throughput [kbit/s] 14 1 10 8 6 4 0 CS4 CS3 CS CS1 0 5 10 15 0 5 30 Stati di gestione della mobilità (Mobility Management MM) La gestione della mobilità del è circa la stessa di quella del GSM La gestione della mobilità del include Attach/Detach Le funzioni di sicurezza sono le stesse del GSM CS Location Update a livello di cella (Cell Update) e a livello di rete (Routing Area Update) Alcune differenze sono: la Cell Update può essere gestita solo dal terminale (l handover del GSM CS è gestito solo dalla rete) Gli stati di mobilità sono denominati e gestiti in modo diverso: Idle/Standby/Ready corrispondono a Detached/Idle/Connected C/I [db] GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 43 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 44 Stati di mobilità Idle Routing Area Attach Ready Timer expiry Idle Ready Standby Detach transmissione PDU Implicit Detach Attach READY timer expiry o Force to STANDBY o Abnormal RLC condition Ready Standby Detach ricezione PDU Modello degli stati MM of RA (Routing Area) è concettualmente la stessa di LA (Location Area) Il insegue gli utenti: al livello di cella quando sono attivi (Ready State) al livello RA quando essi sono inattivi (Standby State) Cell Cell Cell Cell RA è più piccola o uguale a LA: RA RA RA può essere più piccola di LA, per ridurre il flooding di paging LA RA non può incrociare LA, per permettere procedure combinate di updating di RA/LA. (Se l interfaccia G s è attiva) Cell RA Cell GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 45 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 46 Routing area Riassunto delle procedure di Mobility Management Routing Area (RA): è compresa in una sola LA è gestita da un solo l identificatore di Routing Area (RAI) è annunciato sul BCCH tra le informazioni di sistema La coppia RAI + TLLI è unica in tutta la rete Le procedure relative alla Routing Area sono: Update della Routing Area (Intra e Inter ) Periodico Update della Routing Area (sempre intra ) LAa RA m RA k Update della cella RA j Update di RA Update periodico di RA LAb Update di LA\RA GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 47 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 48 Titolo della presentazione 8

Handover GSM CS Nella procedura di Handover di CS-GSM è la rete () che stabilisce qual è la nuova cella (target cell) Update della cella Nel la sceglie autonomamente la cella target (Autonomous Cell Re-selection) -Selezione della cella target 1- Misure radio sulle celle vicine 3 - Informazione sulla cella target - Selezione della cella migliore 3- La tenta di 1- Misura radio attestarsi sulla sulle celle vicine nuova cella GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 49 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 50 Attach (registrazione) APN (Access Point Name) Il terminale invia l APN al durante l attivazione del contesto PDP 3. Accettazione di Attach 1. Richiesta di Attach. Autenticazione e download del profilo d utente Il invia l APN a un che lo risolve nell indirizzo IP opportuno del IP. Il inoltra l APN al scelto Il può intraprendere un azione specifica sulla base dell APN (IPSec o LTP tunnelling, selezione del di Autenticazione appropriato, ecc.) Alla fine della procedura la e il stabiliscono il contesto di MM In sintesi l APN definisce: Il percorso virtuale di connessione (--) Parte del profilo di servizio (Autenticazione, crittografia, QoS, networking) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 51 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 5 Formato dell APN L APN è composto secondo le regole dei nomi di dominio. Il formato è: network_identifier.operator_identifier.gprs Il campo network_identifier è deciso dall operatore Il campo operator_identifier ha il formato: mnc<mnc>. mcc<mcc> Ad esempio, un APN è : Waptim.tim.it.gprs * è il cosiddetto APN wild card Profilo di QoS Precedenza di servizio: livello di priorità nel mantenere gli impegni di servizio. Tre livelli: Alto, Medio, Basso. Affidabilità: Cinque classi di affidabilità ai livelli GPT, LLC, RLC Ritardo: quattro classi di ritardo Throughput: Classi di throughput di picco e medio La negozia la QoS con la rete durante la procedura di attivazione del contesto PDP GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 53 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 54 Titolo della presentazione 9

C 0 # * Titolo della presentazione Attivazione del contesto PDP Rete dati esterna Protocolli 1. Attiva la richiesta di Contesto PDP 5. Attiva una risposta di Contesto PDP. Query a per APN 3. Crea una richiesta di contesto PDP 4. Crea una risposta di contesto PDP GTP ( Tunnelling Protocol) Trasferimento dati tra gli appropriati GSN dal TID (Tunnel Identifier) SM (PDP CA), MM (RAU) tra GSN TCP/UDP protocollo di controllo affidabile/non affidabile (IP/X.5) per GTP PDU Alla fine della procedura la, il e il stabiliscono il Contesto PDP IP Protocollo di trasporto per la rete core GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 55 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 56 Protocolli Protocolli SNDCP (SubNetwork Dependent Convergence Protocol) Multiplazione sullo stesso link logico Compressione dati, frammentazione LLC (Logical Link Control) Basato su LAPDm, gestisce un link logico tra e - Variante del LAPDm Alta affidabilità (controllo di flusso, CRC) e cifratura GP ( Gprs application Protocol) Dialogo Gestione priorità FR (Frame Relay) protocollo bearer di GP PDU RLC/MAC (Radio Link Control/Medium Access Control) RLC: link affidabile - BS. segmentazione/riassemblaggio delle trame LLC MAC: gestione accesso radio (request e grant) multiplazione delle risorse radio condivise GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 57 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 58 Roaming Terminali SS7 Wireless data Mobile HPLMN Intra-PLMN backbone BG Inter-PLMN backbone BG Intra-PLMN backbone VPLMN Data Network () 1 Packet Data Network GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 59 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 60 Titolo della presentazione 10

Terminali Classe A Traffico CS e PS simultaneo Class B Attach simultaneo; traffic simultaneo CS e PS non permesso Class C Attach simultaneo non permesso Operatore come ISP WWW e-mail LAN IP backbone WAP IP backbone LAN Public CDN GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 61 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 6 Operatore as ISP Operatore come ISP Access Network RDAIUS HTTP Proxy WAP Gateway Operator s Content L indirizzamento è tipicamente effettuato dal. Alternativamente puo essere effettuato attraverso un RADIUS (la maggiorparte dei realizzano un Client RADIUS) Gli indirizzi possono essere pubblici o privati: indirizzi privati richiedono application proxy non tutte le applicazioni permettono l uso di proxy server (es., applicazioni VPN sicure) RADIUS puo essere usato anche per scopi di autenticazione GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 63 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 64 Servizi per clienti privati Accesso a ISP/Intranet via WEB browsing: HTTP 1.1 is recommended WWW e-mail LAN ISP B Typically standard HTTP compression algorithms are not implemented on Web s. Gateway Accelerating proxies can be used. Acceleration proxies typically optimize TCP connections to the wireless link characteristics and compress contents. The cost of content compression is a reduced quality of images. The advantage is an acceleration of a or 3 factor E-mail: IMAP4 is recommended SMTP/POP3 accelerating proxies can be used backbone Corporate Intranet GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 65 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 66 Titolo della presentazione 11

Accesso remoto a Intranet tramite RAS (Remote Access Service) controllato dall operatore Accesso remoto a host e server sulla Intranet Tunnelling Temi principali: Autenticazione Indirizzamento Sicurezza dei dati Access Network RADIUS Corporate GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 67 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 68 RAS (Remote Access Service) controllato dall utente VPN VPN client Access Network Corporate VPN tunnel GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB Dati - 69 Titolo della presentazione 1