Introducción a GSM. Global System for Mobile communications. Ing. Edgar Velarde edgar.velarde@pucp.pe blog.pucp.edu.pe/telecom

Transcripción

1 Introducción a GSM Global System for Mobile communications Ing. Edgar Velarde edgar.velarde@pucp.pe blog.pucp.edu.pe/telecom

2 Sub-Sistemas de GSM Mobile Station Air A MS BSS NSS O&M Network Switching Subsystem Base Station Subsystem Network Management Subsystem NMS 2

3 Sub-sistemas e interfases BSS: Base Station Subsystem Gestión de los recursos y enlaces de radio NSS: Network Switching Subsystem Conmutación Gestión de la movilidad Gestión de la conexión Tarificación NMS: Network Management Subsystem Gestión de fallas, configuración y performance Interfases abiertas 3

4 Elementos de un sistema GSM U m NSS BTS D EIR VLR HLR AuC F B C BSC Abis A PSTN MS BSS Data Communications Network MSC/GMSC NMS 4

5 Mobile Station (MS) Mobile Station (MS) está conformado por: Subscriber Identity Module (SIM) Mobile Equipment (ME) La SIM (Subscriber Identity Module) card contiene: La identificación del usuario (IMSI) y de las redes donde opera Los algoritmos y claves para la autenticación y el cifrado Dependiendo del tamaño, almacena aplicaciones y números telefónicos 5

6 International Mobile Equipment Identity El ME se identifica por el IMEI (International Mobile Equipment Identity)

7 Diagrama de bloques de un MS 7

8 Speech coding Los órganos de voz son relativamente lentos en adoptar cambios Para digitalizar la voz, los parámetros de los filtros que representan los órganos de voz se tienen que mantener constantes durante 20 mseg Para la codificación de voz en GSM, se toma un bloque de 20 mseg para codificarlo en un grupo de 260 bits Esto provee una calidad de voz suficiente para telefonía móvil

9 Full rate vocoder Tasa de bits (bit rate) de un codec Full Rate: 260 bits/20 mseg = 13 Kbps

10 Codecs de audio o vocoders de GSM CODEC Bit rate (Kpbs) FR (Full Rate) 13 EFR (Enhanced Full Rate) 12.2 HR (Half Rate) 5.6 AMR (Adaptive Multi-Rate)

11 Codec AMR (Adaptive Multi-Rate) Bit rate (Kbps) FR/HR 12.2 FR 10.2 FR 7.95 FR/HR 7.40 FR/HR 6.70 FR/HR 5.90 FR/HR 5.15 FR/HR 4.75 FR/HR

12 Canal físico y TDMA frame

13 Uso de codecs full rate and half rate 13

14 IMSI y MSISDN IMSI: International Mobile Subscriber Identity Identificación del usuario en la red móvil Se asigna en el momento de la subscripción Tiene hasta 15 dígitos MSISDN: Mobile Subscriber ISDN Número discado en la red PSTN para llamar al móvil Sigue la recomendación ITU-T E.164 Tiene hasta 16 dígitos 14

15 Lista parcial de CC y MCC 15

16 Network Switching Subsystem (NSS) El NSS está conformado por: MSC: Mobile Switching Center GMSC: Gateway Mobile Switching Center HLR: Home Location Register VLR: Visitor Location Register AuC: Authentication Center EIR: Equipment Identity Register 16

17 Mobile Switching Center (MSC) Control de llamadas Identificación y tipo de abonado llamante Análisis de dígitos y enrutamiento (troncal de destino, tono, anuncio, mensaje de texto) Señalización (establecimiento, control y liberación) Conmutación Tarificación (charging) Genera los CDR (Call Detailed Record) que contiene: números del abonado llamante y llamado, tiempo de inicio y fin de la llamada, tipo de llamada, etc. Se transfiere a un Billing Center Inicio del paging (búsqueda) El paging es el proceso de ubicación de una estación móvil para el caso de una llamada terminante 17

18 GMSC (Gateway MSC) En llamadas terminantes interactúa con el HLR En muchas redes, un MSC actúa como GMSC VLR 1 MSC 1 ISUP PSTN STP GMSC MSC n VLR n MAP HLR STP: Signaling Transfer Point ISUP: ISDN User Part MAP: Mobile Application Part 18

19 Home Location Register (HLR) El HLR mantiene un registro (perfil) permanente de los usuarios y contiene información de sus números de identificación (IMSI y MSISDN) y servicios El HLR contiene la dirección de la VLR donde se encuentra registrado el terminal móvil El MSC solicita a la HLR la ubicación del usuario para una llamada terminante 19

20 Visitor Location Register (VLR) La VLR es una base de datos que mantiene una copia temporal del registro del usuario de la HLR, mientras el usuario está dentro de su área de servicio La VLR mantiene información de seguridad para autenticación y cifrado Un abonado móvil siempre debe estar registrado en una VLR para tener servicio La VLR tiene registrada el área de ubicación (location area) donde se encuentra el abonado móvil La VLR está integrada en el MSC Cuando un abonado cambia de location area se realiza un proceso llamado location update para registrar la nueva ubicación del abonado 20

21 TMSI y MSRN TMSI: Temporary Mobile Subscriber Identity Identificación temporal del usuario Tiene hasta cuatro octetos MSRN: Mobile Station Roaming Number Es un número temporal que permite enrutar las llamadas entrantes dentro de la red GSM Tiene la misma estructura que el MSISDN 21

22 Authentication Center (AuC) El AuC provee de información de seguridad a la red Verifica la identificación del usuario mediante el proceso de autenticación entre el MS y la VLR usando el IMSI y Ki (authentication key) Realiza el cifrado de la información (voz y datos) transmitida en la interfase aérea (entre el MS y la BTS) usando el Kc (ciphering key) El AuC generalmente se encuentra en el mismo equipo de la HLR 22

23 Equipment Identity Register (EIR) El EIR es usado por razones de seguridad El EIR es responsable del chequeo del IMEI El EIR contiene tres listas: Lista blanca: Indica que el ME está permitido para operar normalmente Lista gris: Para monitorear equipos sospechosos Lista negra: Para equipos reportados como robados, o que no estén permitidos de operar en la red El chequeo del IMEI es un procedimiento opcional que depende del operador 23

24 Base Station Subsystem (BSS) El BSS está compuesto por: BSC: Base Station Controller BTS: Base Transceiver Station TRAU: Transcoder Rate Adapter Unit 24

25 Base Station Controller (BSC) Establecimiento de la conexión entre el MS y NSS Gestión de la movilidad Gestión del handover Soporte a la señalización de interfases de Abis y A Control y gestión de mantenimiento de BTS y TRAU Recolección de datos estadísticos El BSC recolecta información estadística de las BTS, TRAU, BSC y lo envia al NMS 25

26 Base Transceiver Station (BTS) Procesamiento de voz Garantiza una conexión libre de errores con el MS Incluye: Channel coding (protección de errores) Interleaving (protección contra faidings) Cifrado (protección contra interceptaciones) Formateo de burst (para una transmisión organizada en time slots) Modulación y demodulación GMSK Funciones O&M 26

27 Proceso de transmisión y recepción GSM

28 Base Transceiver Station (BTS) Señalización de interfase de aire Registraciones Establecimiento de llamadas originantes y terminantes Ejecución de handovers Contiene los TRX (transceiver) Cada TRX soporta un par de frecuencias (2x200 KHz) La cantidad de TRX se dimensiona de acuerdo a la demanda de tráfico por celda Soporta las antenas de transmisión y recepción Conexión de alarmas externas 28

29 Diagrama de bloques de BTS con TRX 29

30 Diversidad en la recepción de antenas

31 Soluciones de BTS Compact Solution RF Module BB Module Distributed Solution RRH CPRI CPRI BB Module BB Module BB: Baseband RRH: Remote Radio Head CPRI: Common Public Radio Interface 31

32 Power Class para MS y BTS 32

33 Transcoder Rate Adapter Unit (TRAU) Generalmente ubicado cerca al MSC Multiplexa hasta cuatro canales de tráfico en una trama PCM para incrementar la eficiencia de los E1 Hace el transcoding entre el codec PCM (64 Kbps) y el vocoder GSM (FR, HR, EFR, AMR) Permite habilitar el DTX (Discontinuous Transmission) que es usado durante una llamada cuando no hay conversación para reducir el ruido y ahorro de batería 33

34 Ubicación del TRAU MSC A BSC A-bis BTS Standard 64 kbps links MSC A BSC A-bis BTS Standard 64 kbps links Multiplexed 64 kbps MSC A M BSC A-bis BTS Multiplexed 64 kbps links Channel Codec Units (CCU) Transcoder/Rate Adapter Units (TRAU) 34

35 Network Management Subsystem (NMS) Consiste de servidores y terminales para monitorear los diferentes elementos y funciones de la red Sus funciones pueden ser divididas en tres categorías: Gestión de fallas Gestión de configuración Gestión de performance 35

36 Gestión de fallas Funciones del NMS Asegura la correcta operación de la red Rápida corrección de fallas Provee estado de alarmas y eventos Almacenamiento histórico de alarmas Gestión de la configuración Mantiene información de la configuración de los elementos de red Incluye gestión del hardware y software de los elementos de red, sincronización de tiempo 36

37 Funciones del NMS Gestión de performance Almacena mediciones de los elementos de red Estadísticas de performance de la red: Reportes de tráfico de los elementos de la red Ocupación de los procesadores Ocupación de los enlaces de señalización

38 Protocolos de una red GSM 38

39 Protocolos de señalización CM: Connection Management MM: Mobility Management RR: Radio Resource Management LAPD: Link Access Procedures on D channel LAPDm: Link Access Procedures on Dm channel BTSM: BTS Management BSSAP: BSS Application Part SCCP: Signaling Connection Control Part MTP: Message Transfer Part 39