B2 - Tema 1. Sistema GSM (telefonía móvil celular)

Transcripción

1 B2 - Tema 1 Sistema GSM (telefonía móvil celular) 1

2 1. Principios de comunicaciones celulares 2

3 Arquitectura básica Server (Home Location Register) Terminales Estación base Nodo de conmutación/ enrutamiento Red externa Red Celular 3

4 Organización del sistema celular La filosofía de los sistemas celulares es utilizar estaciones base de pequeña o mediana potencia y dar servicio a un área más pequeña de la que se quiere cubrir (estación base <-> célula). En cada célula se puede utilizar un subconjunto de recursos (frecuencias, códigos), del total de los disponibles, que se compartirán entre todos los terminales de esa celda. Aumentar la capacidad de los sistemas en general relacionado con el aumento del número de celdas. Se resuelven los problemas de limitaciones globales de capacidad del sistema pero aparecen otros: Interferencias (debidas a la estructura celular) Movilidad de los usuarios. Limitaciones de los recursos por celda 4

5 Registro Se sintoniza con la estación de donde se reciba mejor señal 5

6 Petición de servicio La/las estaciones con la que sintoniza el terminal es la que establece la conexión con la red troncal 6

7 Movilidad Usuarios alcanzables en cualquier momento y lugar => soportar funcionalidades de paging, actualización de posición (location updating) y traspasos (handover) Handover: Siempre que el terminal se mueva de una estación a otra, la conexión radio se traspasa sin necesidad de ser interrumpida. Actualización de posición: Permite a la red conocer la localización del usuario dentro del área de cobertura. Paging: Mecanismo para alcanzar al terminal cuando hay información desde la red destinada hacia él. 7

8 Paging Escucha y responde: Terminal 1? Terminal 1? Terminal 1 Terminal 1? Terminal 1? Terminal 1? El paging se realiza sólo a lo largo de pequeñas áreas 8

9 Actualización de posición Área localización 1 (ID = 1) Área localización 2 (ID = 2) 1. Cambio LA 5. Se informa al registro Central de la red de la nueva área de localización del usuario 2. Se recibe el ID de la nueva LA 3. Se compara con el almacenado 4. Si es diferente, se informa a la red Todas las estaciones dentro de un mismo área de localización envían el ID de ese área periódicamente (broadcast) El usuario informa de los cambios de área de localización. Cuando llega una transmisión entrante (voz o datos), se hace un paging a través de todas las celdas de ese área. 9

10 Cubrir áreas extensas La forma de cubrir áreas extensas es mediante la reutilización de los recursos de acceso con los que se cuente. En el caso del acceso radio, se usa la técnica de reutilización de frecuencias. f1 f1 f1 f1 f1 f1 f1 Patrón de reutilización de frecuencia FR=7 (ej: FDMA -> GSM) Patrón de reutilización FR=1 (ej: CDMA si 1 frecuencia -> UMTS) 10

11 1G: Telefonía analógica Años 80: Sistemas de telefonía analógica Problemas: Limitaba la calidad, características y tipos de servicios. Escasas prestaciones (regimen de monopolio). No permitía roaming (incompatibilidad de sistemas) En 1982, en el marco de la CEPT (Conference Europeenne des Postes et Telecommunications) se crea el llamado Groupe Speciale Mobile (GSM), para preparar el estándar de un sistema de telefonía móvil público. Objetivo: Especificar unas interfaces básicas entra las unidades funcionales del sistema para construirse las redes con equipos de distintos fabricantes. 11

12 Primer sistema digital. Permite : 2G. Sistema GSM (I) Servicios básicos de voz (13kbps FR, 6.5 kbps HR) y datos (9600 bps) Empleo de sistemas de señalización digitales Amplia variedad de servicios suplementarios: desvío, identificación llamante, llamada en espera, grupo cerrado de usuarios,prohibición de llamadas... Interconexión con la ISDN Uso de teléfonos portátiles Calidades altas de cobertura y de señal recibida Gran capacidad de tráfico Utilización eficiente del espectro radioeléctrico Seguridad y encriptado de los datos. Itinerancia internacional dentro de los países de la CE 12

13 2G. Sistema GSM (II) PSTN/ISDN PSTN: Public Switch telephone Network PLMN: Public Land Mobile Network 13

14 2. Arquitectura funcional red GSM (sistemas/nodos/interfaces) 14

15 Arquitectura funcional Unidades funcionales: Son entidades que tienen a su cargo la ejecución de las funciones del sistema. Funciones de red: transmisión y conmutación (NSS) Funciones relativas a los aspectos radioeléctricos (BSS) Interfaces: Son las fronteras de separación entre las unidades. Tres grandes bloques: El subsistema de estación base BSS (Base Station Subsystem) El subsistema de conmutación y red NSS (Network Switching Subsystem) OSS Subsistema de operación y mantenimiento, (Operation and Support Subsystem) 15

16 Unidades funcionales: BSS El subsistema BSS está formado por: Las estaciones base o BTS (base transceiver station) son equipos que contienen los transceptores radio (TRX) y las antenas. El controlador de estación base BSC (Base Station Controller). Actúa como concentrador remoto de tráfico de varias estaciones base. Son responsables de la asignación dinámica de canales radio para la comunicación entre las estaciones base y móviles. Pueden conectarse a las estaciones base por cable o radioenlace. 16

17 Estaciones móviles MS El conjunto de estaciones móviles MS (Mobile Stations). No son sólo móviles, cualquier dispositivo en el que puedas insertar una SIM: Portátil, Blackberry, Móvil con cable al portatil. La estación móvil está formada por el terminal del usuario y la tarjeta SIM (Subscriber Identity Module). Todo terminal GSM tiene un número de serie (IMEI, International Mobile Equipment Identifier) que lo identifica internacionalmente. El IMEI permite a los operadores controlar el acceso de un terminal concreto a sus redes. La SiM es una tarjeta inteligente que almacena, entre otras informaciones (frecuencias vecinas, localización...), el identificador universal de usuario GSM (IMSI; International Mobile Suscriber Identity). 17

18 BTS: Base Station System Constituidas por : Equipos transmisores/receptores de radio (transceptores) Elementos de conexión al sistema radiante (combinadores, multiacopladores, cables coaxiales) Antenas Instalaciones accesorias (torres soporte, pararrayos, tomas de tierra, etc..). 18

19 BSC: Controlador de estaciones base Elemento de red que se encarga de: Gestión de varias BTS en lo relativo a los recursos radio : asignación, utilización y liberación de las frecuencias, ciertos tipos de traspasos, control de potencia etc... Ciertas funciones de conmutación Se interacciona con el a través del OMC para labores de operación y mantenimiento. Recoge estadísticas y alarmas tanto de su propio funcionamiento como de las BTS (detección de posibles problemas en la red radio). 19

20 Conexiones típicas BTS-BSC (topología) Conexión en estrella: En este caso la configuración física coincide con la lógica, todas las BTS van directamente conectadas al BSC. Configuración en estrella remota: Una BTS actúa como concentrador de otras cercanas a ella. Conexión en anillo: Es la más fiable junto a la de estrella, al proporcionar un camino alternativo para cada BTS Conexión en cascada: Las BTS se encadenan una a otra. Permite un ahorro muy grande en el coste de los enlaces Un elemento muy importante para poder realizar las distintas topologías es el transconector digital, DXX (Digital Cross Connector). Permite combinar canales (intervalos temporales) que le llegan de diferentes fuentes de entrada en una única o varias de salida mediante conexiones semipermanentes. Pueden utilizarse tanto líneas enterradas como radioenlaces 20

21 Unidades funcionales: NSS MSC: Centros de conmutación de servicios móviles MSC (Mobile Switching Center). Son centrales de conmutación como las de las redes fijas, con software específico para el entornos móviles y para actuar como pasarela a red fija (en el caso de las GMSC) funciones de encaminamiento y conmutación de llamadas para las MS situadas en su área de actividad. Soporte de movilidad, traspasos, autenticación... GMSC: MSC de cabecera, (Gateway MSC), a través del cual se efectúa la conexión de la PLMN/GSM con las redes fijas. Registros de información y localización: El tratamiento de llamadas requiere la consulta por parte de la MSC de distintas bases de datos (protocolo MAP de SS7) o dispositivos de almacenamiento: Identidad de los abonados y de los terminales. Servicios a los que está subscrito un abonado. Localización actual de una estación móvil dentro de la red. Parámetros de seguridad como claves personales para la autenticación de móviles y el cifrado de las comunicaciones. Registros de información y localización 21

22 Registro de abonados (HLR) y de abonados itinerantes (VLR) Home Location Register (HLR): Base de datos donde están inscritos todos los clientes de un operador, que se utiliza para la gestión de los abonados móviles. El HLR contiene información de dos tipos: Estática: Información administrativa de cada abonado (parámetros de identificación, servicios contratados, limitaciones de servicio) Dinámica: Datos de localización del usuario (direcciones del VLR y del MSC e identidad temporal de la MS). Esta información permitirá encaminar las llamadas dirigidas al móvil. Visitor Location Register (VLR): Base de datos, asociada a una MSC, donde se almacena información dinámica (temporal) sobre los usuarios transeúntes en el área cubierta por la MSC. Información más precisa que el HLR (contiene LA, área de localización) Cuando un MS itinerante entra en una zona de MSC, ésta lo notifica al VLR asociado. El MS recibe una dirección de visitante que sirve para encaminar las llamadas destinadas a ese móvil. El HLR posee la información de cada abonado. Cuando el UE se mueve por la red, se hace una copia de estos valores en el VLR de la zona en que se encuentra dicho abonado (está localizado ). Cuando realiza una llamada:si la información sobre él está actualizada en el VLR de la zona en donde se encuentra, no es necesario que intervenga el HLR. Cuando recibe una llamada: siempre es necesario que intervenga el HLR. (averigua en qué VLR se encuentra dicho cliente) Centro de conmutación 22

23 Centro de autenticación (AUC) y Registro de Identidades de Equipos (EIR) Autenthication Center (AUC): Elemento vinculado al HLR Gestiona parámetros relacionados con seguridad y privacidad de las comunicaciones. Información necesaria para la validación de los usuarios por parte de la red. Base de datos en donde se guardan las identidades IMSI de los clientes junto con la clave secreta de identificación ki de cada usuario, el cual tiene una copia almacenada en la tarjeta SIM de su teléfono móvil. Equipment Identity Register (EIR): Base de datos que contiene las identidades de los terminales, IMEI (International Mobile Equipment Identity). El IMEI permite identificar cada terminal internacionalmente de forma unívoca. Incluye (código del fabricante, número de serie del equipo) Cuando un MS trata de realizar una llamada, el MSC consulta al EIR la validez del IMEI de ese equipo. Contiene tres tipos de listas -Lista blanca: terminales autorizados para el acceso a la red -Lista gris: terminales en observación (fallos, irregularidades) -Lista negra: terminales que tienen prohibido el acceso a la red (por ejemplo por haber sido robados) 23

24 Interfaces normalizadas Al especificar entidades funcionales e interfaces normalizadas, siempre que se cumplan las especificaciones, los equipos de todos fabricantes podrán interaccionar entre sí y un operador podrá comprar sus equipos a distintos fabricantes. 24

25 3. Red de acceso - interfaz radio 25

26 Distribución frecuencias asignadas.el ancho de banda total en GSM es: De 890 a 915 MHz (25MHz) para el ascendente De 935 a 960 MHz (25MHz) para el descendente La canalización viene dada por: GSM 900 (124 radiocanales, 1 < n < 124) inferior MHz Fuplink (n)= ,2 n superior MHz Fdownlink (n)= Fuplink(n) + 45 GSM 1800 o DCS (374 radiocanales, siendo 512 <n < 885) inferior MHz Fuplink (n)=1710,2 + 0,2(n-512) superior MHz Fdownlink (n)= Fuplink(n) + 95 También se definió GSM 800 y GSM 1900 (no europeas) 26

27 FDMA y TDMA Cada portadora de RF sustenta una trama temporal (TDMA) constituida por ocho intervalos de tiempo (time slots) numerados del 0 al 7 que se utilizan para llevar información de usuarios y señalización móvil-red. Un canal físico está formado por el intervalo de tiempo i en cada una de las tramas. Este canal físico se puede usar o bien para señalización o para datos. Sobre una portadora se transmiten 26 tramas cada 120ms. A cada estación se le puede añadir más de una portadora. La señal digital transmitida/recibida en un intervalo se denomina ráfaga (burst) y se modula en GMSK Desde MS Desde Red Trama=4.615ms 1 intervalo:114 bits 27

28 Canal físico vs. Canal lógico Se denomina canal físico a cada uno de los ocho intervalos temporales en que se divide un radiocanal de 200 KHz. Si una estación base tiene N radiocanales (N frecuencias portadoras), puede ofrecer 8xN canales físicos. Un canal físico puede soportar varios canales lógicos que se repartirán los intervalos de tiempo del canal físico: De tráfico: Transportan datos de usuario. De control: Señalización De difusión (info de BTS a todas las celdas) Canales de control comunes (señalización bidireccional no exclusiva). Canales de control dedicados (señalización bidireccional en exclusiva para un móvil) 28

29 Canales físicos 1 canal físico (voz o datos) => Agrupaciones de 26 tramas (multitramas, 120 ms). Si el canal físico se emplea para señalización, las multitramas son de 51 tramas. Sobre el mismo canal físico se pueden multiplexar varios canales de señalización. 29

30 Detalle canales físicos 30

31 Qué es un canal lógico? Cada una de las frecuencias de una BTS se estructura en 8 canales físicos bidireccionales mediante la trama de 8 intervalos de tiempo (transparencia anterior) Y UN CANAL LÓGICO? La consideración individual de cada uno de los intervalos asociados a un canal físico, a lo largo de la sucesión temporal de tramas, configura un canal lógico (o más de uno). EJEMPLO: Si a lo largo de 26 tramas, definimos el intervalo 0 para tráfico (13 tramas) y señalización (13 tramas), tendríamos 2 canales lógicos sobre un mismo canal físico

32 Canales lógicos Difusión Comunes Dedicados al móvil 32

33 Canales lógicos: Difusión y Comunes DIFUSIÓN: BCCH (Broadcast Common Control Channel), FCCH (Frequency Correction Channel) y SCH (Synchronization Channel) => identificación de celdas y acceso a la red. COMUNES: PCH (Paging): Difusión de avisos de llamadas dirigidas a móviles. RACH (Random Access): Pedir un canal de señalización dedicado (SDCCH). AGCH (Access Grant): Difusión de asignaciones de canales SDCCH 33

34 Canales lógicos: Dedicados al MS SDCCH (Stand-alone Dedicated Control Channel) Señalización durante la fase inicial del establecimiento de llamada y para mensajes cortos. FACCH (Fast Associated Control) El canal de conversación para completar establecimiento y traspasos. Roba tramas de los canales de voz. SACCH (Slow Associated Control) Asociado a cada TCH y a cada SDCCH Señalización durante la llamada (medidas de calidad) TCH: Canal de tráfico, no es de control 34

35 Canales lógicos: Establecimiento de llamada Los canales de control comunes se usan para la toma de contacto inicial MS - BTS (sesión radio): El usuario quiere comunicarse con la red (llamada saliente, mensaje corto) 1) La MS envía a la BTS petición sobre RACH y solicita la asignación de un canal dedicado SDCCH. 2) La BTS responde a la MS a través del canal AGCH, indicándole qué canal SDCCH le ha sido asignado. Si es la red se quiere comunicar con el usuario El procedimiento anterior va precedido del envío de un mensaje de búsqueda hacia la MS (paging) a través del canal PCH. La MS contesta solicitando SDCCH a través del RACH. La BTS responderá con el AGCH. BCCH RACH AGCH BCCH PCH RACH AGCH 35

36 Canales lógicos: Establecimiento de llamada(ii) Tras la petición sobre RACH/AGCH, se le asigna al MS un canal SDCCH que se usa para intercambiar señalización: Actualización posición MS-> BTS, en el IMSI attach o al cambiar el área de localización. Notificación de apagado (IMSI detach), para evitar los paging de la red. Notificar deseo de llamar o aceptar llamada entrante. El diálogo acaba cuando la red asigna un TCH. El resto de la señalización necesaria para acabar de establecer la llamada se envía sobre el propio canal de conversación usado como FACCH (mismas tramas físicas). Durante la conversación se envía señalización por el SACCH, asociado a SDCCH o TCH (medidas) SDCCH FACCH TCH 36

37 Configuraciones de canales La elección de las configuraciones de canales lógicos en una celda depende del tráfico. Poco tráfico: 1 portadora con un intervalo de señalización mixto (BCCH+SDCCH) y 7 de tráfico. Mixta TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH Tráfico elevado: 1 portadora: 1 intervalo de señalización + 2 intervalos de canales dedicados + 5TCHs N portadoras restantes: 8xn canales TCH BCCH SDCCH TCH SDCCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH 37

38 4. Señalización GSM 38

39 Ambito funciones señalización GSM Funciones de señalización generales (RTC, RDSI) y otras específicas de GSM debidas al acceso radio y la movilidad: 1) Funciones de gestión de la comunicación (CM, Communication Management): Establecimiento y liberación de llamadas, control de servicios suplementarios, servicio de mensajes cortos. Entre las MS y las MSC (transparente a BTS y BSC) La MSC se apoya en HLR y VLR 2) Funciones de autenticación y gestión de movilidad (MM, Mobility Management). Intercambio señalización MS-MSC y MSC-registros (localización y cifrado). 3) Funciones del subnivel de gestión de recursos radio (RR, Radio Resource Management): establecimiento y liberación de canales - traspasos. Entre MS y BSC. En el caso de traspasos entre BSCs o MSCs, interviene una o más MSC. En telefonía fija: Señalización en establecimiento y liberación. En GSM: Además, localización de móviles, traspasos, seguridad... 39

40 Protocolos de señalización GSM CM DTAP CM Capa 3 MM MM MAP RR RR BSSMAP BSSMAP TCAP Capa 2 LAPDm LAPDm SCCP SCCP SCCP TUP/ISUP MTP MTP MTP MTP Capa 1 TDMA TDMA Capa 1 Capa 1 Capa 1 Capa 1 Terminal BTS BSC MSC Señalización móvil-red Um Abis A Sobre canales radio de varios tipos hasta BTS. Transporte hasta BSC y/o MSC Protocolos basados en la señalización de usuario de RDSI: Q.931 y LAPD MAP definido sobre TCAP: Consultas entre nodos de conmutación MSC y registros de información de usuarios y terminales (HLR, VLR, EIR) Uso del Sistema de Señalización número 7 en la red (NSS y comunicación con la red fija). VLR, HLR, PSTN, GMSC Bloques generales del SS7 (MTP, SCCP, TCAP, ISUP) y bloques específicos de móviles: Mobile Application Part (MAP) y otros. Entre BSC y MSC, sobre enlaces SS7, se utiliza un protocolo específico BSSAP (BSS Application Part) sobre SCCP y MTP. Consta de 2 partes: BSSMAP (BSS Management Part), transporte de señalización del subnivel RR entre MSC y BSC. DTAP (Direct Transfer Application Part), transporte de señalización CC y MM entre MS y MSC (la BSC en estos procesos hace de pasarela, no participa) Parte de Usuario (TUP/ISUP) Control de llamadas y servicios suplementarios entre nodos de la red móvil y para interconexión con la red fija. 40

41 4.1 Protocolos de señalización MS - Red (Nivel 3) Subnivel RR 41

42 Casos de establecimiento de canales de señalización La MS puede solicitar un canal de señalización dedicado para: Iniciar llamada Responder a una llamada tras un aviso de la red (paging) Actualizar su posición. Pedir su desactivación temporal. Reestablecer una llamada (ej. Tras un desvanecimiento) Enviar SMS (los SMS van sobre protocolos de señalización) 42

43 Detalle establecimiento de señalización (MS llamante) MS BTS BSC MSC BTSM BSSMAP Channel request RACH Inm. assignment AGCH LAPD sobre SDDCH asignado Channel required Channel activation Ch. Activation ack Inmmediate assignment comand Establish_indication ( quiero establecer SDCCH ) Establecido trayecto de señalizacion MS-MSC. Se indica motivo de conexión (tramas lapd) Complete_L3_info (conexión SCCP con la MSC) Intercambio de mensajes MM para autenticación y cifrado Ch. activation Ch. Activation ack Assignment Request (para establecer TCH en exclusiva) Assignment command Paso a FACCH, SDCCH libre Assignment complete RF ch release (desactiva SDCCH) RF ch release ack Assignment complete (la MS confirma que pasa a usar TCH) Resto de mensajes CC para B2.1: completar Sistema el establecimiento GSM 43

44 Detalle establecimiento de señalización (MS llamado) MS BTS BSC MSC BTSM BSSMAP Paging request PCH Paging command Establecimiento de conexión SCCP entre MSC y BSC donde, según el VLR, está el MS (paging) RACH Channel request, para que la MS solicite un canal SDCCH Channel required El diagrama presupone que, mediante consulta al HLR, la red ha determinado la MSC visitada bajo la que está el MS, y ha establecido un circuito MSC origen - MSC visitada. 44

45 Liberación de canales MS BTS BSC MSC BTSM BSSMAP Channel release Cierre de LAPD sobre FACCH (si había llamada) Release indication RF ch release RF ch release ack Clear command Clear complete Incluidos dentro de los mensajes de liberación de SCCP Se libera el canal radio una vez que la MS cierra el LAPD Liberación en cadena controlada desde la MSC. 45

46 Traspasos de llamadas El traspaso o handover permite cambiar de canal radio cuando el móvil pasa de una célula a otra durante la llamada. Periódicamente el móvil mide la calidad de la señal en la célula en la que está y en las vecinas y envía los resultados a la BSC por el SACCH. La BSC puede decidir traspaso. Casos de traspaso: Dentro del mismo BSC (RR) Dentro del mismo MSC (RR) Entre MSCs (requiere MAP - SS7) 46

47 Traspaso intra BSC BSC 1. Medidas (SACCH) 2. Channel activation (reserva canal radio para agilizar el traspaso) BTS 1 3. Activation ACK 4. HO command (FACCH): célula, portadora, intervalo tiempo BSC BTS 2 3. RF ch. release 4. RF ch release ack 1. HO detect (reserva canal voz BTS2 y MSC) 2. HO complete (MS ya sincronizada. Después de 2, la comunicación sigue por TCH BTS 1 BTS 2 1. HO Access (sobre nuevo FACCH) 47

48 Traspaso intra MSC (I) 2. HO required 3. HO request MSC 7. HO command 6. HO ack BSC 1 BSC 2 Después de 3, búsqueda de canal radio libre en BTS2 y activación. 4. Ch. Activ 8. HO command 5. Activ. ACK BTS 1 BTS 2 Cuando se recibe 8, la MS 1.medidas puede efectuar el traspaso porque los nuevos recursos ya han sido reservados 48

49 Traspaso intra MSC (II) 4. Clear command 1. HO detect Los HO detect establecen nuevo trayecto MS-MSC a través de la BTS2 y BSC2 MSC 5. Clear complete 3. HO complete 1. HO detect BSC 1 BSC 2 6. RF ch release 2. HO complete BTS 1 7. RF ch release ack Se libera el antiguo TCH-FACCH Con 2, la MS indica que va a empezar a usar TCH2, y se empieza a usar el nuevo trayecto reservado BTS2- BSC2 BTS 2 1. HO access (FACCH) 49

50 Traspaso entre MSCs (III) BSC-A MSC-A MSC-B BSC-B BSSAP MAP, ISUP MSC-A comprueba que la celda pertenece a MSC-B -> dialogo MAP, (excede el nivel RR) HO Requiered Perform-HO HO - request MSC-B pide MSRN(*) a su VLR y lo pasa a MSC-A en el perform HO ACK HO-command Perform-HO-ACK HO-request-ACK Se establece canal entre centrales ISUP Clear command Send-end-signal Ho-complete En este momento, el tráfico de usuario se conmuta sobre el circuito MSC-A/MSC-B MSRN(*) Mobile subscribe roaming number 50

51 4.2 Protocolos de señalización MS - Red (Nivel 3) Gestión de movilidad (MM) y gestión de comunicación (CM-> CC/SS/SMS) 51

52 Nivel 3-MM. Autenticación y cifrado La autenticación tiene lugar cuando el usuario inicia llamada o solicita algún otro servicio a la red, actualiza posición... (no es la marcación PIN). Autenticación: El MSC propone un número aleatorio al móvil, NA. La SIM calcula la respuesta que debe dar aplicando un algoritmo al número aleatorio y a la clave de usuario (Ki), conocida sólo por la SIM y la red (AUC). Si la respuesta coincide con la esperada por la MSC, se permite el acceso de la MS a la red. Cifrado: A partir del NA y Ki, se aplica otro algoritmo para obtener otra clave kc para cifrar la comunicación. Las claves Ki y los 2 algoritmos son conocidos por SIM y AUC. 52

53 Nivel 3-MM.Actualización de posición Objetivo: Evitar que los mensajes de paging se tengan que enviar a todas las celdas. La inicia el móvil al notar un cambio en el área de localización LA (conjunto de celdas de la misma MSC donde se envían los avisos de llamada) -> evita señalización en cada cambio de celda. En cada celda se difunde el LAI (identificador de área de localización, BCCH). La actualización de posición tiene lugar antes del establecimiento o bien de forma periódica. Si vence un temporizador y el móvil no ha repetido la actualización, se borra el registro de ese VLR. Casos de actualización: Con cambio de VLR Sin cambio de VLR 53

54 Nivel 3-MM.Actualización de posición MISMO VLR La MS observa una portadora de mayor potencia => Decide cambiar. Observa que el LAI ha cambiado => empieza procedimiento de actualización de posición. La MS empieza sesión radio RR enviando hacia la MSC el mensaje location updating request sobre el SDCCH asignado. Contiene el TMSI del anterior LAI (o IMSI si es encendido). TMSI, identidad temporal en el LAI, evita enviar el IMSI sin cifrar por la red. La MSC consulta el VLR, que detecta a la MS como ya registrada. El VLR actualiza el LAI y asigna TMSI libre. Devuelve el control a la MSC, que envía Location Updating Accept al MS VLR MSC 2. LU - Accept LAI 1 1. Location Updating Request (IMSI) LAI 2 VLR_old 5. Cancel Location 6. CL result HLR 3. Update Location (IMSI) 4. UL result VLR CAMBIO DE VLR MSC - Al inicial el MS la actualización de posición, el LA pertenece a otra MSC y al consultar el VLR no aparece => se crea entrada para ella. 2. LU - Accept Se inicia diálogo MAP con el HLR para informarle de que la MS está en otra MSC (3. Update location). El HLR anota cuál es el nuevo VLR visitado y confirma la actualización (4) Finalmente, el HLR le pide al VLR antiguo que borre la entrada del MS (5), y el VLR lo confirma (6) LAI 1 1. LU- Request (IMSI) LAI 2 54

55 Nivel 3-MM. Desactivación temporal La desconexión de una MS va precedida de la notificación a la red de su paso a estado inactivo. En este caso, la MS avisa a la MSC/VLR visitada con un mensaje IMSI detach. Objetivo: Ahorro de recursos de señalización y transmisión en el caso de que haya llamadas a MS (pagings). La MSC/VLR rechazará las llamadas dirigidas a ese móvil (el HLR no es informado). Cuando el móvil vuelve a activarse, ejecuta de nuevo el procedimiento de actualización de posición. 55

56 Nivel 3 CC: Establecimiento de llamadas - Encaminamiento El número MSISDN (número de teléfono) no indica donde está el usuario llamado, sino el registro HLR del usuario llamado (red, país, HLR). Mediante los procedimientos de localización, el HLR sabe en qué VLR está cada una de las MS. La GMSC (gateway MSC) es la encargada de consultar el HLR y obtener la información sobre la MSC visitada (protocolo MAP) Encaminamiento de la llamada: 1.Desde llamante hasta GMSC (otro móvil o usuario fijo). 2.Desde GMSC hasta el móvil llamado, previa consulta del HLR para fijar la MSC visitada. Se usa un número de itinerancia, MSRN (mobile station roaming number), que se asigna al MS durante una llamada. 3. El HLR entabla contacto con el VLR visitado y solicita un número de itinerancia MSRN (lo asigna el VLR). 4. El VLR devuelve el MSRN (Provide roaming Number Result) 1.ISUP IAM (MSISDN, info llamada) 2. Send Routing Info GMSC 6. ISUP IAM 4. PRN-result (MSRN) HLR 3. Provide Roaming Number 5. SRI-result (MSRN) VLR 5. El HLR devuelve el MSRN para que la central encamine la llamada al VLR visitado. 6. Cuando la MSC destino recibe el mensaje de llamada (IAM), consulta su VLR para determinar el IMSI al que se ha asignado temporalmente ese MSRN. Conocido el IMSI (y el LAI), la MSC hace el aviso sobre PCH (paging) 56

57 Nivel 3 CC: Establecimiento de llamada MS1 MSC1 MSC2 MS2 N3-CC SS7 ISUP N3 - CC Establecimiento a niveles RR y MM Establecimiento a niveles RR y MM Setup IAM Setup Alerting Call proceeding ACM Call confirmed alerting Corriente de llamada TONO Connect ANM Connect Abonado descuelga Connect ACK Connect ACK Caso 1: alerting se envía sobre SDCCH y el resto sobre FACCH Caso 2: la asignación de TCH/FACCH se retrasa hasta que el usuario llamado responde (establecimiento off-air) Mensajes ISUP: Initial Address Message (IAM): called number en bloc Address Complete Message (ACM): callee being rung Answer Message (ANM): callee has answered the phone 57

58 Nivel 3 SS: Servicios suplementarios - retención de llamada MS1 MSC1 MSC2 MS2 N3-CC SS7 ISUP N3 - CC Llamada establecida Hold SUSPEND Notify Hold ACK MS A recupera llamada Retrieve RESUME MS B retenido Notify Retrieve ACK Aa Mensajes ISUP Suspend Message (SUS): suspend call, but keep connection Resume (RES): resume suspended call 58

59 Nivel 3 SMS: Servicio de mensajes cortos - Consiste en el envío de mensajes en modo almacenamiento y reenvío a través de un centro de servicio de mensajes cortos o SMSC (al que se accede por una SMSG, SMS Gateway). No implica trayecto de comunicación MS1 -> MS2. - El MS origen envía el mensaje al SM-SC, que lo envía al MS destino. Si no se puede entregar en cierto plazo de tiempo, se descarta. El SM-SC se comunica con la pasarela SMSG, que consulta el HLR para saber si la MS está activa y bajo que MSC se encuentra. En ese caso se entrega. La tx del mensaje se realiza sobre SACCH o SDDCH. Submit (m) Deliver (m) SMSC BSC a MSC: Vía DTAP SMSG MSC1 MSC2 Dentro de la red NSS: Vía MAP y TCAP 59

60 Otras plataformas de servicios Gestión de la aparición de nuevos servicios. Las plataformas de servicio son ordenadores conectados a la red cuya misión es facilitar la creación, desarrollo y prestación de servicios sofisticados, independizándolos de la red, sin tener que estar modificando la red en cada ocasión. Los desarrolladores de un servicio pueden ir mejorándolo en la plataforma sin que la red se vea afectada (además de probarlos en maqueta antes de su implantación definitiva en red) Algunas plataformas en GSM: Plataforma de Prepago. Centro de Mensajes Cortos Buzón de voz: Almacenan los mensajes de voz y permiten su escucha a sus destinatarios Servicios suplementarios (terminal como medio de pago) Plataforma WAP: Facilita el acceso a Internet desde el terminal móvil Servicios basados en localización. 60

61 Buzón de voz En una estructura de red GSM tradicional, las plataformas que soportan el buzón de voz estaban conectadas a los MSC, que encaminan las llamadas dirigidas a este servicio. Funciones de estas plataformas: Recoger, almacenar y recuperar los mensajes de voz Notificar a los usuarios que tienen mensajes pendientes Locuciones grabadas que guían al usuario en su acceso al buzón Detección de tonos DTMF: tonos que genera el teléfono cuando pulsamos sus teclas, por ejemplo para borrar mensajes, volverlos a escuchar etc Reconocimiento del habla: Detección de voz y procesado de órdenes Gestión de claves para acceso personalizado y restringido al buzón Cuando un cliente utilizaba los servicios de su operadora en el extranjero, por ejemplo el buzón de voz, en lugar de marcar el número propio habitual necesitaba marcar un número mucho mayor (prefijos, número completo...). Con las primeras capacidades de inteligencia de red proporcionadas por la tecnología CAMEL (Customised Applications for Mobiles network Enhanced Logic) se resuelven estos problemas, ya que permite a los usuarios de teléfonos móviles seguir usando los servicios de su operadora cuando se encuentran en otro país (capacidades de red inteligente y consultas al HLR de la red original). 61

62 Conclusiones GSM, primer sistema de comunicaciones móviles digitales, que basa su funcionamiento en una arquitectura distribuida. Se definen nodos e interfaces de red, y se establece una estructura de protocolos basada en una ampliación de SS7 (RTC),para dar servicio a una red donde el usuario no es fijo. Aparecen registros en la red troncal para tener información de la localización del usuario en todo momento, además de otros parámetros para autenticar o mantener la seguridad de las comunicaciones. El usuario puede desplazarse a redes externas de forma casi transparente (roaming) y acceder a multitud de servicios fácilmente ampliables (concepto de plataforma ). 62

63 5. ANEXO (Canales y tráfico) 63

64 Canal físico para tráfico CONFIGURACION TCH/FACCH + SACCH: Soporte de un canal lógico de tráfico (TCH) y sus canales asociados. Se utiliza multitrama de 26 tramas => 26 intervalos de tiempo. TCH o FACCH (24 intervalos) + SACCH (1 intervalo) + 1 intervalo libre. Un canal físico con esta configuración es capaz de soportar una codificación telefónica o datos (9.6kbps). 64

65 Canal físico para señalización 3 configuraciones alternativas (51 tramas): 1) CANALES COMUNES RACH (51 int) PCH/AGCH (36 int) + BCCH*(14 int) + 1 libre BCCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH 2) CANALES DEDICADOS 8 SDCCHs (8x4 int) + 8 SACCH (8x2 int) + 3 libres -> 4 ráfagas por canal SDCCH, 2 ráfagas por SACCH. 3) CONF. MIXTA (COMUNES Y DEDICADOS) RACH (27 int) + 4 SDCCH (4x4int) + 4 SACCH (4x2int) PCH/AGCH (12 int) + BCCH* (14 int) + 4 SDCCH (4x4) + 4 SACCH (4x2) + 1 libre BCCH* : Incluye BCCH, FCCH y SCH BCCH SDCCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH MIXTA TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH 65

66 EJERCICIO (I) Célula GSM con 3 frecuencias. Se emplea 1 intervalo para canales de señalización comunes, N para SDCCH y el resto para TCH. Tráfico medio x usuario = 2 llamadas/hora Establecimiento: 25seg Conversacion y liberación: 75 seg Calcular el máximo número de usuarios que puede atender la celda para que P(todos canales TCH ocupados)<1% y P(todos SDCCH ocupados)<0.1% Cuánto es N? Nota: Un Erlang de carga indica la ocupación continua, al 100%, de un circuito telefónico. Bloqueo = E(Tráfico,Canales) 66

67 EJERCICIO (II) - Si N=1 => 8 SDCCH para 0.1% de probabilidad de bloqueo => (ver tabla) => 2.05 Erlangs Segundos ocupación/ Busy hour 2.05 #Users x 2 x 25 / => #Users 147 usuarios Con 1 intervalo para los SDCCH, el número de TCHs posibles sería: #TCH = 8x = 22 TCH, que para 1% admiten erlang #Users x 2 x 75 / => #Users 327 usuarios Si N=1, en número de usuarios de la celda estaría limitado por el número de SDCCHs configurados. 67

68 EJERCICIO (III) - Si N=2 => 16 SDCCH para 0.1% de probabilidad de bloqueo => (ver tabla) => 6.72 Erlangs Segundos ocupación/ Busy hour 6.72 #Users x 2 x 25 / => #Users 483 usuarios Con 2 intervalo para los SDCCH, el número de TCHs posibles sería: #TCH = 8x = 21 TCH, que para 1% admiten erlang #Users x 2 x 75 / => #Users 307 usuarios Si N=2, en número de usuarios de la celda estaría limitado por el número de canales TCH configurados. Esto significa que cualquier N>2 empezaría a reducir el número de TCHs. 68

69 EJERCICIO (IV) 69