GSM – GPRS - EDGEGSM GPRS EDGE

Arquitetura e componentes de um sistema GSM

Hierarquia em um sistema GSM

MSC region n x Location Areas m x BSC k x BTS

Componentes essenciais no GSM

MS Mobile StationS ob e Stat oBTS Base Transceiver StationBSC Base Station ControllerMSC Mobile Switching CentergGMSC Gateway MSCOMC Operation and Maintenance CenterEIR Equipment Identity RegisterAUC Authentication CenterHLR Home Location RegisterVLR Visitor Location RegisterISDN Integrated Services Digital NetworkPDN Public Data NetworkPSTN Public switched telephone network

Interfaces entre os diversos componentes da rede GSMGSM

Um Radio InterfaceAbis BTS-BSCA BSS MSCA BSS-MSCB MSC-VLRB MSC VLRC MSC-VLRD HLR-VLRE MSC MSCE MSC-MSCF MSC-EIRF MSC EIRG VLR-VLR

O telefone móvel no sistema GSMO GSM separa o telefone móvel em dois componentes distintos:

Mobile Equipment (ME)É o telefone celular propriamente dito (o aparelho)Tem um endereço/identificador:Tem um endereço/identificador:

IMEI (International Mobile Equipment Identity)

Subscriber Identity Module (SIM)É hi d l l é did l d• É o chip de celular, que é vendido pelas operadoras e

inserido dentro do telefone celular•Tem os seguintes endereços/identificadores:

IMSI (International Mobile Subscriber Identity)( y)MSISDN (Mobile Subscriber ISDN number)

Funções do Mobile Termination (MT)Estrutura do Mobile EquipmentFunções do Mobile Termination (MT)• Fazer a interface de rádio interface (tx, rx, sinalização)Funções do Terminal Equipment (TE)

I t f á i ( i f t l d• Interface com o usuário (microfone, teclado, fones, etc.• Funções ou serviços que independem do GSM (fotos, MP3 player, fax, etc.)(fotos, MP3 player, fax, etc.)Funções do Terminal Adaptor (TA)• Interface do MT com diferentes tipos de terminais (PCs, Fax, etc.)

Classes de potência do Mobile Equipment900 Mhz900 Mhz

Para 1800 MHz apenas duas classes: 1W e 0.25 W

IMEIInternational Mobile Equipment IdentityInternational Mobile Equipment Identity

Identificador único para o Mobile Equipment (ME)

• 15 digitos de endereçamento hierarquico

• É designado durante a produção do telefone

O gerenciamento dos números IMEIPara proteger o sistema contra roubos ou falhas de funcionamento dos t i i ó i é á i i IMEI I t é f it t é dterminais móveis, é necessário gerenciar os IMEI. Isto é feito através de um EIR (Equipment Identity Register ), que nada mais é do que um banco de dados para cada operadora do sistema, tendo sempre:

WHITE LIST:• Contém os IMEIs válidos no sistema• Corresponde a todos os assinantes que podem utilizar a rede GSM• Corresponde a todos os assinantes que podem utilizar a rede GSM

BLACK LIST:• IMEIs de todos os MEs que estão impedidos de acessar a redeIMEIs de todos os MEs que estão impedidos de acessar a rede GSM• Excessão: ligações de emergência (190)• Esta lista é periodicamente compartilhada entre todas asEsta lista é periodicamente compartilhada entre todas as operadoras

GRAY LIST:• IMEIs correspondente a MEs que podem continuar a operar o sistema, mas por qualquer razão (apresentam histórico de mal funcionamento, software obsoleto, etc.) precisam ser recolhidas pela operadora• Uma chamada que é efetuada por um IMEI na GRAY LIST gera um relatório na operadora, permitindo localizar imediatamente o usuário.

SIM Card (Subscriber Identity Module)Associado a um único usuário e não a um telefoneAssociado a um único usuário e não a um telefone.No SIM Card são armazenados os seguintes endereços:

• IMSI• MSISDN• MSISDN• Endereço temporário para localização, roaming, etc.

T f i lid d d i t fiTem funcionalidades de criptografia e segurança:• Todas as funções de segurança do GSM são armazenados no SIM Card para a máxima proteção• Chave secreta de autenticação de assinante (Ki)• Algorítmo de autenticação (A3)• Algoritmo de geração de chave Cipher (A8)g g ç p ( )

Personalização• SIM card armazena o perfil do usuário (quais serviços estão habilitados paraSIM card armazena o perfil do usuário (quais serviços estão habilitados para este usuário)• Memória RAM disponível para SMS, agenda, arquivos, etc • Utiliza códigos de proteção contra violação:• Utiliza códigos de proteção contra violação:

•PIN (Personal Identification Number, 4-8 digitos)•PUK (PIN Unblocking Key, 8 digitos)

IMSIInternational Mobile Subscriber IdentityInternational Mobile Subscriber Identity

Identificador único para o Usuário (SIM Card)Identificador único para o Usuário (SIM Card)

• 15 digitos de endereçamento hierarquico

• É designado pela operadora na produção do SIM Card

MSISDNMobile Subscriber ISDN NumberMobile Subscriber ISDN Number

É o número de telefone como nós conhecemosDeve seguir a estrutura de plano de numeração do ISDN (ITU-T E.164)

O GSM foi a primeira rede de celulares a distinguir a identificação de usuário (IMSI) do seu número telefônico (MSISDN).

Esta separação (IMSI-MSISDN) proteje as informações confidenciais do assinante:p ç ( ) p j ç

• IMSI é o endereço real do usuário e nunca e público• Para criar uma identidade falsa é necessário um IMSI válidoPara criar uma identidade falsa é necessário um IMSI válido

Esta separação (IMSI-MSISDN) permite uma fácil modificação de numeração e planos de roteamento de chamadasplanos de roteamento de chamadas.

Um único IMSI pode estar associado a diversos MSISDN

Números Temporários no sistema GSMTMSI T M bil S b ib Id tit

32 bitsTMSI - Temporary Mobile Subscriber Identity

Designado pelo VLR em uma determinada área administrativa

Somente é autorizado naquela área adimistrativa

É transmitido pela interface de rádio ao invés do IMSI

R d bl d t l fô iReduz o problema de grampos telefônicos

MSRN Mobile Station Roaming NumberMSRN - Mobile Station Roaming Number

Roaming AutomáticoRoaming Automático

Base Station Sub-SystemInfra estrutura fixa

Base Station Sub SystemBase Transceiver Station (BTS)

• Contém os rádios transmissores e receptores, faz a codificação e decodificação da voz adata asdecodificação da voz, adata as taxas de transmissão para dados. • Provê toda a sinalização necessária para a interface denecessária para a interface de rádio

Base Station Controller (BSC)Base Station Controller (BSC)

Faz grande parte do processamento importante necessário ao pfuncionamento do sistema:

• Alocação de canais para cada usuário;• Gerenciamento de handover;• Emissão de sinalização• Etc.

Por dentro da BTS (Base Transceiver Station)Basicamente uma BTS é um modem!

As principais funções do TRX são:

Basicamente uma BTS é um modem!

- Modulação e demodulação GMSK- Codificação de canal

C i fi d i t fi d d d- Cripografia e decriptografia de dados- Embaralhamento dos dado, formação do burst de transmissão- Medidas de nível de sinal- Medidas de sinais interferentes

Potências de transmissão das BTSs GSM

GSM 900320 W (56 dB )320 W (56 dBm)160 W (52 dBm)80 W (49 dB ) DCS 180080 W (49 dBm)40 W (46 dBm)20 W (43 dB )

DCS 180020 W (43 dBm)10 W (40 dB )20 W (43 dBm)

10 W (40 dBm)5 W (37 dB )

10 W (40 dBm)5 W (37 dBm)2 5 W (34 dB )5 W (37 dBm)

2.5 W (34 dBm)0 25 W (24 dB )

2.5 W (34 dBm)1.6 W (32 dBm)0 5 W (27 dB )0.25 W (24 dBm)

0.08 W (19 dBm)0 03 W (15 dB )

0.5 W (27 dBm)0.16 W (22 dBm)

0.03 W (15 dBm)

Base Station Controller - BSCDB (Base de dados)- Parâmetros de sistema da BSS- Software das BTSs

PRINCIPAIS FUNÇÕES:PRINCIPAIS FUNÇÕES:

Fazer a comutação de chamadas que vem da MSC para a BTS

( i )

Uma BSC pode controlar até 40 BTSs

correta ( e vice-versa)

controlar até 40 BTSs

Codificar a conversação e coloca-lá corretamente dentro do

t l GSMprotocolo GSM

Gerenciar a mobilidade do móvelGerenciar a mobilidade do móvelEstabelecer o controle de

potência

Transcoding e Rate AdaptationBTSBTS:

- Recebe a informação de voz proveniente dos ME- Recebe a informação de voz proveniente dos ME- Faz a decodificação utilizada no canal de rádio e remove os algorítmos de proteção de errog p ç- O que sobra são 13 kbps de sinal já codificado e que deve ser enviado para o destino

MSC:

- É uma central de comutação ISDN modificada- Por isto precisa receber os sinais de voz no padrão ISDN-coded- Este padrão é de 64 kbps PCM (A-law)

Portanto se fa necessário ma Transcoding andPortanto, se faz necessário uma Transcoding and Rate Adaptation Unit (TRAU)!

Pontos de possível intalação da TRAU

Porque 16 kbps ao invés de 13kbps?Além da voz é necessário acrescentar a sinalização entre MSC e BTS

Network Switching Sub-SystemElementos:Mobile Switching Center (MSC)Gateway MSC (GMSC)Home Location Register (HLR )

C ( C)Authentication Center (AuC)Visitor Location Register (VLR)E i Id i R i (EIR)Equipment Identity Register (EIR)

F õFunções:Controle de chamadasG i t d á iGerenciamento de usuários

C i ã t l tComunicação entre elementosToda via rede de sinalização SS7

Mobile Switching Center - MSC

É um central de comutação do tipo ISDN (Integrated Services Digital Network ) (canais de 64 kbps )) ( p )

É responsável pela comutação e roteamento com outras centrais telefônicas (móveis ou fixas)telefônicas (móveis ou fixas)

Tem aindas as seguintes funções de mobilidade:

• Alocação e administração de todos os recursos de rádio• Gerenciamento da mobilidade dos usuários

Tarefas de registo e autenticação de usuários• Tarefas de registo e autenticação de usuários• Execução e controle de todo o processo de handover• Funções de paging

Uma PLMN (Public Land Mobile Network - Operadora de telefonia celuar) , possui, geralmente, diversas MSCs

Cada MSC é responsável por um cojunto de BSSs

Home Location Register - HLRApenas uma base de dados por operadora (PLMN)Na teoria apenas um por operadora… Na prática, podem acontecer:

• Ser duplicada por questões de segurança E d d it i t ã i d• Em grandes operadoras, com muitos assinantes, são criados

HLRs diferentes para prefixos diferentes.

Q tá HLR?Quem está no HLR?

Qualquer usuário/MSISDN que tenha uma conta com a operadora de telefonia celulartelefonia celular.

O que é armazenado no HLR?

Informações permanentes dos usuários• IMSI, MSISDN• Serviços contratados pelos assinantes

Informações temporárias dos usuários:• Informações da pósição atual dos usuários (a nível de setor de BTS)

• Restrições de serviços dos assinantes ( roaming, dados, tipos de chamadas, etc.) • Parâmetros para serviços adicionais (tipos de

( )• Endereço atual de VLR• Endereço atual de MSC• MSRN (se o usuário está fora da sua

SMS que recebe, etc.) • Informações sobre o terminal do usuário• Dados de autenticação do usuário

PLMN)

Authentication Center - AUC

Associado ao HLR

Fornece o Search Key IMSI

Responsável pelo armazenamento dos dados importantes para a segurança da informação do usuário

C ( )• Chave secreta de assinante Ki (para autenticação)• Chave criptográfica para canal de rádio (Kc)

O l í d d d• Os algorítmos computados durante o processo de autenticação

Visitor Location Register - VLRNo máximo 1 database por MSCNo máximo 1 database por MSC

Entra no VLR :

Todo usuário/MSISDN que está atualmente dentro da área administrativa associada a uma MSC

A entrada acontece quando o MS entra dentro da área da MSC (registro)

P d t d d d i it t ( i t d t d )Pode conter os dados dos visitantes (assinantes de outras operadoras)

Armazena:Informações sobre o assinante e sua assinatura

Informações de localização e roteamerto:

•Mobile Station Roaming Number (MSRN)• IMSI, MSISDN• Parâmetros para serviços adicionais• Informações sobre o terminal móvel

•Mobile Station Roaming Number (MSRN)•Temporary Mobile Station Identity (TMSI)•Location Area Identity (LAI) – onde o MS está registrado – É utilizado para paging eç

(IMEI)• Dados referentes a autenticação do usuário

está registrado – É utilizado para paging e estabelecimento de chamadas

Operation & Maintenance Sub-system (OSS)

Moperado monitorado e inicialiado atravésMoperado, monitorado e inicialiado através do OMC (Operation and Maintenance C t )Center)

áFunções básicas:•Administração da redeC fi ã ã i d•Configuração, operação, gerenciamento de

performance, levantamento de estatísticas, etc.O ã i l d d• Operação comenrcial e carregamento da rede

• Bilhetagem e tarifaçãoG i t d E i t• Gerenciamento de segurança - Equipment

Identity Register (EIR)

Gateway MSC (GMSC)

Faz a interligação da PLMN com todas as outras centrais