Objetivos del módulo Al final del módulo, el estudiante será...
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GSM
Objetivos del módulo
Al final del módulo, el estudiante será capaz de:
• Nombrar los tres subsistemas de GSM, explicar el concepto de
movilidad, (handover, location update, paging).
• Explicar el flujo de origen y destino de las llamadas en GSM.
• Explicar el concepto de seguridad.
• Enumerar y explicar el funcionamiento de al menos cuatro servicios
ofrecidos por las redes GSM.
SUSCRIPTOR MÓVIL
•¿Dónde está el abonado?
•¿Quién es el abonado?
•¿Qué es lo que desea el suscriptor?
Información sobre el abonado
REGISTRO DE UN ABONADO
ACTUALIZACIÓN DE DATOS
APROVISIONAMIENTO
SERVICIOS
FUNCIONES DE MOVILIDAD, REGISTRO
Y
BASE DE DATOS
BTS
BASES DE DATOS GSM (1)
Módulo de Identidad del Suscriptor “Subscriber Identity Module” (SIM)
Información en una tarjeta SIM
•Manejo de la información de seguridad.
•Identidad del Suscriptor.
•Información de la red actual, de forma
temporal.
•Los derechos de acceso (na, int).
•Redes preferidas.
•Redes prohibidas.
INTERFACES ABIERTAS DE GSM
• The Network and Switching Subsystem
(NSS) – comprising an MSC and
associated registers.
• The Base Station subsystem (BSS) –
comprising a BSC and several BTSes
• The Network management system (NMS)
Simple Network Management Protocol
(SNMP)
ARQUITECTURA GENERICA RED GSM
ACEIR
BTS
OMC
MSC
VLR
HLR
BSC
BTS
BTS
BTS
BTS
BSC
BSS - Base StationSubsystem
NSS - Network Subsystem
NMS - Network Management SystemMS
AbisAir A
IWF
SC
PSPDN
PSTNISDN
Transcoder
ARQUITECTURA GENERICA RED GSM
• AUC Authentication Center :El Centro de autenticación (AUC) es un dispositivo, que
normalmente se encuentra en el HLR de un sistema
GSM, para autenticar cada tarjeta SIM que intenta
conectarse a la red básica GSM (normalmente cuando
el teléfono está encendido). Una vez que la
autenticación se realiza correctamente, el HLR se le
permite manejar la tarjeta SIM y los servicios que
contrato. Una clave de cifrado se genera también que
posteriormente se utiliza para cifrar todas las
comunicaciones inalámbricas (voz, SMS, etc) entre el
teléfono móvil y la red básica GSM.
ARQUITECTURA GENERICA RED GSM
• EIR: EQUIPMENT IDENTIFICATION REGISTER La EIR es una
base de datos en la que existe información sobre el estado de los
teléfonos móviles. Dentro de esta base de datos existen tres listas
de IMEI: la blanca, la gris y la negra.
• La lista blanca identifica a los equipos que están autorizados de
recibir y realizar llamadas. Esta lista debe siempre existir en el EIR,
aún cuando sea la única; las otras dos son opcionales.
• La lista gris identifica a los equipos que pueden hacer y recibir
llamadas, pero que pueden ser monitoreados para descubrir la
identidad del usuario utilizando la información almacenada en el
chip o tarjeta SIM.
• La lista negra identifica los equipos a los que se les impide
conectarse a la red. Por lo tanto, no pueden realizar ni recibir
llamadas.
.
IMPLEMENTACION NOKIA
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
BSS - Base StationSubsystem
NSS - Network Subsystem
NMS / 2000Network
ManagementSystem
AbisAir A
PSPDN
PSTNISDN
SMSC
DX 200
MSC/VLR
DX 200
HLR/AC/EIR
DX 200
BSC
DX 200
TCSM
NSS Site
NMS
Data
Communications
Network
ServersRouter
Workstations
LAN
BASES DE DATOS GSM (2)
VLR
MSC
HLR
Registro de Localización en Casa (HLR)
“Home Location register”
• Datos permanentes.
• Actualización periódica de los. abonados
en el VLR.
Registro de localización de Visitante (VLR)
“Visitor Location register”
• Datos Temporales.
• Mantiene el registro de los abonados
mientras se encuentren en el área de su
cobertura.
• Actualización de HLR.
• Siempre asociado con un Centro de
Servicios Móviles de conmutación (MSC).
VLR
MSC
GSM Network
SIM
HLR
BASES DE DATOS EN UNA RED GSM
ACTUALIZACIÓN DE UBICACIÓN
•Las estaciones móviles monitorean los mensajes de actualización
difundidos por la red.
•La estación móvil almacena la ubicación actual en el campo de identidad
de la tarjeta SIM.
•La estación móvil continúa supervisando la emisión de información.
•Si la identidad de la zona, que se está emitiendo por la red es distinta a
la almacenada en la tarjeta SIM, la estación móvil inicia el procedimiento
de actualización de ubicación.
PROCEDIMIENTO DE ACTUALIZACIÓN DE UBICACIÓN - PRIMERA VEZ
VLR
MSC(old)
VLR
MSC(new)
HLR
SIM
LocationUpdate
MSC1
MSC2
ELEMENTOS INVOLUCRADOS EN LA ACTUALIZACIÓN DE UBICACIÓN
MS BSS MSC VLRnew VLRold HLR
1. channel assignment
3. request subscriber identity
4. request subscriber identity
5. request subscriber data
6. request subscriber data7. security procedures
2. location update request
8. update location
9. update HLR
10. update acknowledgement
11. cancel old location
12. location cancelling accepted
PASOS PARA LA ACTUALIZACIÓN DE UBICACIÓN
ESTABLECIMIENTO DE LLAMADA EN LA RED GSM (1)
Numero marcado = Mobile Subscriber International ISDN Number (MSISDN)
MSISDN = CC + NDC + SN
CC: Código del País
NDC: Código Nacional de Destino o código de área
SN: Numero del Abonado
358505527268
358 = Código del País (Finland)
50 = Código Nacional de Destino (Radiolinja)
5527268 = Numero del Abonado
• La PSTN enruta la llamada a la red GSM.
• La MSC conectada a la PSTN, se
comporta como puerta de enlace
(GMSC).
• GMSC analiza el MSISDN recibido.
• La única base de datos que sabe la
ubicación del abonado en cualquier
momento es el HLR.
• GMSC consulta al HLR para saber a
donde se enruta la llamada.
• Este procedimiento se conoce como
Consulta HLR o HLR Enquiry.
VLR
GMSC
GSM
Network
MSISDNPSTN
HLR
ESTABLECIMIENTO DE LLAMADA EN LA RED GSM (2)
ESTABLECIMIENTO DE LLAMADA EN LA RED GSM (3)
HLR consulta su base de datos.
Contenido de la base de datos:
MSISDN: 358505527268
IMSI: 244052200002345
Direccion del VLR: xyz
Datos del Abonado: Services....
IMSI = MCC + MNC + MSIN
IMSI: International Mobile Subscriber Identity
MCC: Mobile Country code (3 digits)
MNC: Mobile Network Code (2 digits)
MSIN: Mobile Subscriber Identity Number (10
digits)
244052200002345
244: MCC de Finland
05: MNC of Radiolinja
2200002345: MSIN
Recomendacion ITU E.212
CRT, Comisión de Regulación de Telecomunicaciones
SUBSISTEMAS DE RED - RESUMEN
Air A
O & M
VLRMSC
VLRMSC
HLR
Elementos: MSC, VLR, HLR
Funciones:
•Control de llamadas.
•Gestión de Movilidad.
•Señalización (hacia BSS, otras redes, otros elementos NSS ).
•Datos del abonado.
•Localizar abonados para el enrutamiento de llamadas.
Reception Restaurant Bar Pool
LA 1
VLRMSC
LA 5
LA 4
LA 3LA 2
ÁREAS DE UBICACIÓN
• La cobertura de la MSC / VLR se
divide en pequeñas áreas llamadas:
“Location Area”.
• Los abonados se pueden mover sin
hacer actualización de ubicación.
• El tamaño máximo de Monteria se
puede ser cubierto por un MSC y el
tamaño mínimo es una celda.
• El “Paging” se hace en todas las
celdas de Monteria, donde el
abonado se encuentra actualmente.
• LAI = MCC + MNC + LAC
LAI = “Location Area Identity”
MCC = “Mobile Country Code”
MNC = “Mobile Network Code”
LAC = “Location Area Code”
SUBSISTEMA DE ESTACIÓN BASE
Elementos:
• Controlador de Estación Base (BSC), Radio Base(BTS*), Transcoder (TC).
Funciones:
• Ruta de acceso de radio control, BTS y TC controla, la sincronización con el MSC.
• Señalización entre las interfaces Air y A interfase, con la NSS.
• Gestión de movilidad, Codificación de la Voz.
• Datos estadísticos.
* “Base Transceiver Station”
TIEMPO VS TRAFICO EN DIFERENTES ÁREAS
BTS
BTS
MSC
BSC
CONEXIÓN MSC - BSC - BTS
BTS BTS
Paging
BTS
Mobile responds
to paging
Location Area
Paging
Paging
PROCESO DE “PAGING”
ORIGINAR UNA LLAMADA MÓVIL
•La estación móvil de usuario marca un número.
•La MSC analiza los datos del usuario,
dependido de esto:
>autoriza o deniega el uso de la red.
>activa el servicio solicitado.
>Enruta al llamada.
•Si el número marcado MSISDN es de otra
estación móvil que pertenecen a la misma red, se
realiza un “HLR enquiry” para obtener el MSRN.
•El procedimiento es igual, al de una llamada
originada desde una PSTN.
•Si se trata de cualquier otro número, la llamada
se dirige a la red telefónica pública conmutada
(PSTN) a través una GMSC.
1. channel assignment
ESTABLECIMIENTO DE LLAMADAS
PSTN GMSC HLR MSC/VLRA-
Subscriber
CALL SETUP (MSISDN)
ANALYSE NUMBERCALL SETUP (MSISDN)
MSISDN
IMSI
MSRNMSRN
CALL SETUP (MSRN)
PAGING
TIPOS DE ACTUALIZACIÓN DE UBICACIÓN
Encendido:
• “IMSI Attach” y “Location stration”.
• Se realiza cada ves que un móvil
se enciende.
Genérico
• Se hace cada ves que un móvil
cambia de área de localización.
Periódico
• Realizado por la programación de
un temporizador.
• Valor programado por el operador
de RED.
El móvil Inicia este procedimiento
VLRMSC
LA 2LA 1
HANDOVERS
Handover debido a razones de trafico
• Cuando la capacidad de una celda se aproxima a su máximo, la
estación móvil puede entregar el trafico a celdas vecinas con menor
carga.
• La MSC se encarga de este proceso.
Handover debido a la calidad y potencia de la señal
• Cuando el abonado esta en movimiento durante una llamada, esta
puede viajar de una celda a otra.
• Los recursos de frecuencia de la celda anterior no se pueden reutilizar.
• La estación móvil es entregada a la nueva celda.
• La BSC, controla la celda actual y toma la decisión de realizar el
HANDOVER mas conveniente.
• Hay cuatro tipos de este HANDOVER.
INTRA CELL - INTRA BSC HANDOVER
Air A
TCBTS
BSC
New Channel
Old Channel
INTER CELL - INTRA BSC HANDOVER
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell / BTS New Cell / BTS
INTER CELL - INTER BSC HANDOVER
Air A
BTS
Old Cell / BTS
New Cell / BTS
BTS
BSC TC
BSC TC
VLRMSC
INTER MSC HANDOVER (1)
Air A
BTS
Old Cell / BTS
New Cell / BTS
BTS
BSC TC
BSC TC
VLRMSC
VLRMSC
INTER MSC HANDOVER (2)
• La MSC fuente es conocida como, MSC ANCLA.
• La llamada es enrutada de una MSC origen a una MSC destino.
• Se necesita un numero de enrutamiento para realizar este proceso.
• La MSC, origen pide a la MSC destino un numero de enrutamiento O HON,
(handover Número)
INTER MSC HANDOVER (3)
MS BSSold MSCold MSCnew BSSnew MS (after HO)
1. measurement reports
3. request HON
5. radio resources reserved
6. provide HON and target cell info
7. set up speech connection (HON)
2. handover required
4. request for radio resources
8. handover command9. handover complete
10. handover complete
11. connect
12. release old connections
ESPECIALIZACION EN TELECOMUNICACIONES, UTB – COMUNICACIONES CELULARES- 12 de mayo de 2011
PRUEBA (1)
QUIÉN REALIZA COBRO?
Calling Party
Where is theCalled Party?
Bill to subscriber
PSTN
BC
Path ofthe call
MSC
BC
HLR
Charging
Transfer of
Charging data
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
ARQUITECTURA DE LA RED GSM
Mobile StationsBase Station Subsystem Network Management Subsystem
BaseTransceiverStations
Base StationController
TranscoderSubmultiplexer
Digital CrossConnect
A-Interface Air Interface ETH Interface Abis Interface
IN Service Control PointShort MessageService Centre
Voicemail
Mobile Switching Centre/Visitor Location Register
Home Location Register/Authentication Centre/Equipment IdentityRegister
Network Switching Subsystem
PSTN/ISDN
CommunicationsServer
DataCommunication
Network
Database Server
Workstations
NetworkPlanningSystem
NetworkMeasurementSystem
TCP/IP
Data CommunicationsServer
ESPECIALIZACION EN TELECOMUNICACIONES, UTB – CMUNICACIONES CELULARES- 12 de mayo de 2011
NUEVOS ELEMENTOS EN NSS Y BSS
Network Switching Subsystem (NSS)
• Centro de Autenticación (AC)
• Registro de identificación de equipos (*EIR)
• Ambos son utilizados en lo referente a seguridad.
Base Station Subsystem (BSS)
• Transcoder (TC).
• Responsable de la codificación de la voz.
• Realiza conversiones de la rata de bits de 13kbits/s to 64 kbits/s y
viceversa.
* “Equipment Identity Register”
A InterfaceA ter’ Interface
A ter Interface
MSC
SUB-MUX
TC
TC
TC
TC
Transcoder andSubmultiplexer (TCSM)
BSC
UBICACIÓN DEL TRASCODER
SUBSISTEMA DE GESTIÓN DE RED
BSC
HLR/AC/EIR
TCSM
MSC/VLR
UnixWorkstations
Database andCommunications
Servers
NMS/2000
GSM Network
Router
DataCommunicationsNetwork (DCN)
Network Management Subsystem (NMS/2000)
FUNCIONES DE NMS (1)
Gestión de Fallas
•Colectar el reporte de alarmas para
cada elemento de red.
•Criticidad de alarmas.
FUNCIONES DE NMS (2)
CONFIGURACIÓN DE LA GESTIÓN
•Gestión de la configuración en la Red de Radio
Acceso.
•Actualización del estatus de los elementos de red.
NOC, “Network operations center”
FUNCIONES DE NMS (3)
Gestión del rendimiento de la RED
•Recolección de datos estadísticos de cada elemento.
•Análisis, almacenamiento y direccionamiento de los mismos.
AUTENTICACIÓN
•Cada abonado tiene una clave de identidad, Ki, almacenados en el
centro de autenticación (AC) y la tarjeta SIM.
•Comparación de Ki, dato no enviado por la interfase de Aire.
•La autenticación es realizada por el VLR antes de el establecimiento
de la llamada y la actualización de ubicación.
A
VLR
MSC
Air
* IMSI
* Ki
* IMSI
* Ki
ACSIMcard
•Comparación de Ki.
•Uso de un algoritmo unidireccional, A3, que produce una “firma de
Respuesta”, para se usado con un “numero aleatorio” y el Ki.
•SRES es calculada en la SIM y AC, y comparado en el VLR.
•Se necesita una llave de cifrado para realizar el encriptado de la
voz,**Kc, es generado por el algoritmo A8.
•La Kc generada y la Voz, son las entradas a un algoritmo de
encriptado llamado A5.
•A5 también se ejecuta en la BTS.
¨*Signed Response (SRES)
** cipherkey
ALGORITMOS DE SEGURIDAD
UBICACIÓN DE LOS ALGORITMOS DE SEGURIDAD
AAir
VLR
MSCBTSTCBSC
ME + SIM
AC
A3 A8
A3 A8A5
A5