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