Telecomunicações II
GSM
Arquitectura do Sistema - 1
• Princípios:
o minimização da complexidade das BTS;
o alterações topológicas facilmente implementas;
o gestão e manutenção centralizada da rede;
o possibilidade de interligação com outras redes.
A interface
Air interface
Mobile
Station
Visitor
Location
Register
Abis interface
Base
Transceiver
Station
Base
Station
Controloler
Mobile
service
Switching
Centre
SS7
Tráfego
+ SS7
PSTN
and
Tráfego ISDN
+ SS7
SS7
BSS
X.25
Data Communication Network
OMC
Outra
MSC/VLR
Home
Location
Register
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Arquitectura do Sistema - 2
• Mobile Station – MS
o Contém uma parte rádio e implementa funções de
processamento para acesso à rede através da
interface rádio;
o interface homem máquina;
o interface para interligação com equipamento
terminal;
o SIM (Subscriber Identity Module) cartão que contém
o informação relativa ao assinante e ao sistema.
Network Switching Sub system (NSS)
Base Station Sub System (BSS)
VLR
BTS
BSC
TRAU
MSC
EIR
MS
SIM
Mobile Subscriber
Subscriber Identity Module
HLR
AUC
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Arquitectura do Sistema - 3
• Base Station Sub-system – BSS
o É o responsável pelo estabelecimento da ligação
entre a estação móvel e o NSS (Networking Switching
System).
o Agrupa as infra-estruturas de máquinas que são
específicas aos aspectos rádio celulares.
o Encontra-se em contacto directo com as estações
base, através do interface rádio.
o O BSS encontra-se também em contacto com o
OMC (Operation and Maintenance Centre) através
duma rede de comunicação de dados.
Network Switching Sub system (NSS)
Base Station Sub System (BSS)
BTS
BSC
TRAU
VLR
HLR
MSC
AUC
MS
SIM
EIR
PST
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Arquitectura do Sistema - 4
• Base Station Sub-system – BSS (cont.)
o BTS - Base Transceiver Station.
A BTS compreende os dispositivos de
transmissão e recepção de rádio, incluindo as
antenas, bem como o processamento de sinal
específico da interface rádio.
Network Switching Sub system (NSS)
Base Station Sub System (BSS)
VLR
BSC
TRAU
MSC
EIR
SIM
BTS
HLR
AUC
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Arquitectura do Sistema - 5
• Base Station Sub-system – BSS (cont.)
o BSC - Base Station Controller.
O BSC é responsável por toda a gestão do
interface rádio, através do comando remoto da
BTS e da MS, e principalmente da atribuição de
canais de rádio bem como o controle de
handover. Está ligada por um lado ao SS, e por
outro a várias BTS’s .
Network Switching Sub
Base Station Sub System
VLR
BTS
TRAU
MSC
EIR
SIM
BSC
HLR
AUC
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Arquitectura do Sistema - 6
• Switching System - SS
o Inclui as principais funções de comutação do GSM,
bem como as bases de dadas necessárias para os
assinantes e para a gestão da mobilidade.
o As funções de comutação básicas são executadas
pelo MSC (Mobile Switching Centre).
Coordena e estabelece as chamadas de e para os
assinantes do sistema.
O MSC tem ligações com os BSS’s, com as redes
externas, com o OMC e com as bases de dados.
Network Switching Sub
Base Station Sub System
VLR
BTS
BSC
TRAU
HLR
AUC
SIM
MSC
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Arquitectura do Sistema - 7
• Switching System – SS (cont.)
o Três bases de dados do sistema armazenam
informação sobre os assinantes e equipamento.
o Home Location Register - HLR
Guarda a informação sobre níveis de
assinaturas, serviços suplementares e a posição
actual, ou mais recente, dos assinantes da
própria rede.
Network Switching Sub system (NSS)
Base Station Sub System (BSS)
VLR
BTS
SIM
BSC
TRAU
MSC
EIR
HLR
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Arquitectura do Sistema - 8
• Switching System – SS (cont.)
o Visitors Location Register - VLR
Contém informação sobre níveis de assinantes,
serviços suplementares e a posição actual dos
assinantes “visitantes” dessa área.
Network Switching Sub system (NSS)
Base Station Sub System (BSS)
H
BTS
BSC
TRAU
A
VLR
SIM
o Authentication Center - AuC
Contêm informação adequada para evitar as
intromissões no interface rádio e a utilização
indevida do equipamento.
Network Switching Sub system (NSS)
Base Station Sub System (BSS)
VLR
BTS
SIM
BSC
TRAU
HLR
MSC
EIR
AUC
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Arquitectura do Sistema - 9
• Operation and Suport System - OSS
o Operação e manutenção das máquinas da rede.
Responsável por este serviço está uma máquina a
que se dá o nome de OMC (Operation and
Maintenance Centre), e que é considerada a
interface entre o homem e a rede, permitindo a
este efectuar operações de manutenção, assim
como fazer a gestão de todas as máquinas do
sistema.
o Gestão das assinaturas, tarifação e contabilização.
Normalmente é uma máquina independente que
se ocupa destas tarefas. Com ligação ao HLR
para consulta e actualização de dados referentes
aos assinantes, assim como também para
tarifação.
o Gestão do equipamento móvel.
Parte desta tarefa é realizada na operação de
rede pelas máquinas da infra-estrutura.
Existe uma máquina, identificada como sendo
EIR (Equipment Identity Register), responsável
pelo armazenamento dos dados relativos ao
equipamento móvel.
Um exemplo da necessidade da gestão do
equipamento móvel é o de procurar MS’s
roubadas ou com funcionamento estranho.
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Arquitectura do Sistema - 10
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Arquitectura do Sistema - 11
• Mobile Station - MS
o Subscriber Identity Module
(SIM)
O módulo SIM é suportado por um cartão que
deve ser colocado no móvel.
A norma GSM define uma série de aspectos
relacionados com segurança que devem ser
suportados pelo SIM. Estes aspectos são:
Algoritmo de autenticação A3;
Chave de autenticação do assinante Ki;
Algoritmo para gerar a chave de encriptação A8;
Chave de encriptação Kc;
Controle de acesso aos dados armazenados e funções executadas
no SIM;
Os dados que a norma impõe que sejam
guardados no SIM são:
Informação administrativa: descreve o modo de operação do
SIM;
Identificação do CI do cartão: identificação única de cada SIM e
do seu emissor;
Tabela de serviços do SIM: Indica quais os serviços opcionais
implementados no SIM;
Identificação Internacional do Assinante móvel (IMSI);
Informação de localização: inclui a identificação temporária do
assinante (TMSI), a informação da área de localização, o valor
correnteda periodicidade de actualização periódica de
localização e o estado da actualização de localização;
Número de sequência da chave de encriptação e a própria chave
de encriptação(Kc);
Informação relativa aos canais BCCH: lista de portadoras de
frequências utilizadas na selecção de célula;
Classe(s) de controle de acesso;
PLMN’s esquecidas;
Período de procura da HPLMN;
Idioma preferido do assinante;
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Arquitectura do Sistema - 12
• Mobile Station – MS (cont.)
o Subscriber Identity Module – SIM (cont.)
Além da informação anterior o SIM deve
também guardar a seguinte informação
relacionada com os aspectos de segurança:
Número de Identificação Pessoal (PIN);
Indicador se PIN activo ou desactivo;
Contador de erros de introdução do PIN;
A chave para desbloquear o PIN (PUK);
Contador de erros de PUK;
Chave de autenticação do assinante, Ki;
o Características da Estação Móvel
As capacidades básicas podem ser obrigatória
(M) ou opcionalmente (O) implementadas.
Afixação do número chamado (M)
Indicação de progresso na chamada (M)
Indicação do País/PLMN (M)
Selecção de País/PLMN (M)
Teclado (O)
IMEI (M)
Indicação e reconhecimento de Mensagens Curtas (M)
Indicação de overflow de Mensagens Curtas (M)
Interface com DTE/DCE (O)
Interface com ISDN (O)
Função de Acesso Internacional (O)
Indicador de Serviço (M)
DTMF (M)
Comutador ON/OFF (M)
Gestão da identidade do assinante (M)
Chamadas de Emergência (M)
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Arquitectura do Sistema - 13
• Base Station System - BSS
o É o principal responsável:
pelas funções de rádio do sistema;
pela gestão dos recursos rádio da rede;
pelo handover das chamadas em curso;
pela gestão dos dados de configuração das
células;
pelo controlo do nível de potência na estação de
base e estação móvel;
possui também autonomia para tratar a maior
parte de possíveis falhas do sistema, não tendo
assim nestes casos que intervir o OSS.
o Arquitectura
A BTS, que inclui os recursos rádio e de
sinalização necessários a assegurar o tráfego
numa determinada célula.
O BSC, que controla todas as BTS’s e respectivos
interfaces rádio necessários para cobrir a área
do BSS.
Telecomunicações II
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Arquitectura do Sistema - 14
• Base Station System – BSS (cont.)
o Um BSC pode compreender uma ou mais BTS’s, de
modo a abranger diversas arquitecturas possíveis
da rede.
o BSC monitoriza as principais funções de operação e
manutenção das BTS.
o A gestão handovers entre células, é feita
autonomamente pelo BSC, desde que as células
envolvidas no processo sejam controlados pelo
mesmo BSC.
o Os conversores de Voz, speech transcoders ou
Transconding and Rate Adaptation Unit (TRAU),
são utilizados para adaptar o formato GSM de
codificação de baixo débito (13 Kbits/s), utilizados
no canal rádio, para o utilizado na rede fixa (64
Kbit/s).
o São assim reduzidos os custos de interligação,
agrupando-se quatro canais de voz GSM num canal
PCM.
o Toda esta arquitectura deve apresentar
flexibilidade em relação à cobertura que se
pretende, dependendo da área a cobrir, edifícios e
tipo de arruamentos.
o Poderá existir uma cobertura omnidirecional ou
sectorizada, de acordo com as necessidades de
tráfego.
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Arquitectura do Sistema - 15
• Base Station System – BSS (cont.)
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Arquitectura do Sistema - 16
• Base Station System – BSS (cont.)
o Base Station Controller (BSC)
Funções:
• Administração dos dados descritivos e de
configuração das células. É possível definir e
obter a descrição de células bem como alterar
e remover descrições e definições.
• Administração dos dados do sistema de
informação. Os dados do sistema de
informação são dados específicos a uma
determinada célula difundidos para as estações
móveis, quer estas estejam em modo de espera
ou dedicadas.
• Administração dos dados de localização.
Para assegurar as funções de localização é
utilizada uma série de dados que podem ser
alterados, corrigidos ou removidos.
• Medidas de Tráfego. O BSC executa uma
série de funções relacionadas com medidas de
tráfego. Exemplos destas medidas são o
número de tentativas para estabelecer
chamadas, congestionamento, níveis de
tráfego, número de handovers, número de
chamadas caídas, etc.
O BSC é responsável por carregar todo o
software das BTS que não têm discos rígidos.
O BSC assegura todos os mecanismos que
permitam estabelecer, manter e terminar
ligações rádio com os móveis.
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Arquitectura do Sistema - 17
• Base Station System – BSS (cont.)
o Base Station Controller – BSC (cont.)
Estabelecimento de ligações com os móveis:
• Paging
• Estabelecimento de uma ligação para
sinalização. Na fase de estabelecimento de
chamadas a comunicação passa a ser feita
através dos canais de sinalização próprios para
o efeito atribuídos pelo BSC. Se ligação tem
inicio no móvel é verificada a situação de
tráfego do BSC.
• Atribuição de canal de tráfego. O BSC
atribui um canal de tráfego para a ligação. Se
todos os canais de tráfego estiverem ocupados
pode ser feita uma tentativa de encontrar um
canal nas células vizinhas.
Supervisão e manutenção de ligações:
• Controlo de potência na MS e BTS:
o O BSC calcula a potência de emissão
dos móveis e estações base com base
nas medidas que lhe são enviadas.
o Esta informação é enviada para os
móveis e BTS com uma periodicidade
de 480 ms.
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Arquitectura do Sistema - 18
• Base Station System – BSS (cont.)
o Base Station Controller – BSC (cont.)
Supervisão e manutenção de ligações (cont.):
• Localização:
o O estado da ligação rádio entre o
móvel e a BTS é avaliado e, se
necessário, sugere um handover para
outra célula.
o Esta decisão é tomada com base nas
medidas na célula em causa e nas
células vizinhas.
• Handover.
o O handover é o processo pelo qual
uma ligação activa á transferida para
outra célula
• Frequency Hopping.
o As sequências de hopping são
definidas pelo BSC que as envia para
os móveis e BTS.
• Mensagens Curtas
o Assegura a gestão das listas de espera,
envio e repetições de mensagens
curtas.
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Arquitectura do Sistema - 19
• Switching System - SS
o O sistema de comutação inclui as principais funções
de comutação do sistema, assim como as bases de
dados necessárias para os assinantes e para a gestão
da mobilidade.
o A sua principal função é a gestão da comunicação
entre utilizadores de GSM e utilizadores de outras
redes.
o O sistema de comutação inclui os seguintes
elementos funcionais:
Gateway Mobile services Switching Centre
(GMSC);
Mobile services Switching Centre (MSC);
Visitor Location Register (VLR);
Home Location Register (HLR);
Authentication Centre (AuC);
Equipment Identity Register (EIR).
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Arquitectura do Sistema - 20
• Switching System – SS (cont.)
o MSC/VLR e GMSC
O Centro de Comutação de Serviços Móveis
(MSC) é responsável pela total gestão das
chamadas, tendo de estabelecer, encaminhar,
controlar e terminar chamadas.
O MSC é responsável pela gestão dos Handovers
entre dois BSCs.
Todas as funcionalidades relacionadas com
contas e tarifação são da responsabilidade do
MSC, bem como efectuar o interface com as
redes públicas de voz (PSTN) e dados (ISDN).
O VLR é basicamente uma base de dados que
contém diversa informação acerca de todos os
assinantes móveis presentemente cobertos pela
zona de serviço do MSC.
O MSC Gateway (GMSC) faz a interligação
entre a rede GSM e outras redes. É o ponto da
rede GSM por onde entram as chamadas para os
assinantes móveis
O GMSC é também responsável por encaminhar
a chamada para o MSC da área de serviço onde
esta localizado o assinante. O GMSC tem de
intervir sempre que um dos extremos da
chamada é um assinante fixo, ou de outra rede
externa.
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Arquitectura do Sistema - 21
• Interface Abis
o A interface Abis encontra-se localizada entre as
BTS e BSC.
Num sistema GSM é disponibilizado um canal
com uma capacidade de 13 Kbit/s é
disponibilizado para transmissão rádio de sinais
de voz, ao contrário das redes fixas de
transmissão onde a capacidade de canal é de 64
Kbit/s.
A interligação entre estes dois sistemas requer a
utilização de equipamento de transcoding (TCE),
existindo para cada canal de tráfego um TRAU
(Transcoder/ Rate Adapter Unit).
Para além de recodificar o sinal de voz, é
necessário que o ritmo de transmissão de dados
seja adaptado.
São utilizados canais de tráfego de 16 Kbit/s na
rede GSM, pois é necessário um canal adicional
de 3 Kbit/s entre o TRAU e a BTS para funções
de controlo.