UNIÃO EDUCACIONAL MINAS GERAIS S/C LTDA
FACULDADE DE CIÊNCIAS APLICADAS DE MINAS
Autorizada pela Portaria no 577/2000 – MEC, de 03/05/2000
BACHARELADO EM SISTEMAS DE INFORMAÇÃO
Roaming de GPRS - Uma abordagem sobre o processo de
Interconexão
SÉRGIO DE OLIVEIRA
Uberlândia
2007
SÉRGIO DE OLIVEIRA
Roaming de GPRS - Uma abordagem sobre o processo de
Interconexão
Trabalho de Final de curso submetido ao
Curso de Bacharelado em Sistemas de
Informação da União Educacional de
Minas Gerais – UNIMINAS, como parte
dos requisitos para a obtenção do grau de
Bacharel em Sistemas de Informação.
Orientador: Prof. Esp. Flamaryon Guerin
Gomes Borges
Uberlândia
2007
SÉRGIO DE OLIVEIRA
Roaming de GPRS - Uma abordagem sobre o processo de
Interconexão
Trabalho de Final de curso submetido ao
Curso de Bacharelado em Sistemas de
Informação da União Educacional de
Minas Gerais – UNIMINAS, como parte
dos requisitos para a obtenção do grau de
Bacharel em Sistemas de Informação.
Orientador: Prof. Esp. Flamaryon Guerin
Gomes Borges
Uberlândia, 30 de agosto de 2007.
Banca Examinadora:
Prof. Msc. Alexandre Oliveira
Prof. Esp. Alexandre Campos
Prof. Esp. Flamaryon Guerin Gomes Borges (Orientador)
Uberlândia
2007
Aos meus pais, principalmente ao Francisco, meu pai,
que tanto sonhou com esta realização e não está aqui
para poder partilhá-la comigo...
AGRADECIMENTOS
A DEUS primeiramente, a todos os meus amigos que, direta ou indiretamente,
me apoiaram.
A minha eterna namorada Luciene e aos meus familiares, a quem, por muitos
finais de semana, tive que sacrificar, ausentando-me da companhia de todos em prol
deste objetivo.
Ao professor Flamaryon, que cedeu seu tempo e sua paciência para me
ajudar.
Com carinho, a todos os professores (a)s: Alexandre Campos, Ana Maria,
Kátia, Luiz Leonardo, Alexandre Oliveira, Marcelo, Luciano, Walteno, Gilson, Tereza,
Marilia, Reny, Stela, Alexandre Rangel, Ângelo entre outros tantos que sempre,
desde o início do Curso e principalmente no seu final, ajudaram-me muito,
mostrando o “caminho das pedras” para atingir o objetivo e acima de tudo,
contribuindo para minha evolução como pessoa e profissional.
Seria também muito injusto não lembrar da Professora Sandra Diniz que
gentilmente me ajudou a corrigir muitos erros ortográficos e de concordância,
conforme ela mesma disse... “Troquei alguns termos que estava usando bermuda e
coloquei um jeans...”.
RESUMO
O tema deste trabalho fundamentou-se no fato de não haver um estudo
focado sobre o que é Roaming GPRS e como funciona esta interação entre
operadoras. O resultado pretende ser útil a profissionais da área ou não, que
anseiam por definições mais simples a respeito do assunto.
Resultado de uma pesquisa bibliográfica e de buscas na Internet fez-se
necessário um estudo das tecnologias relacionadas ao processo de Roaming GPRS,
como GPRS, GSM e GRX, para que, ao final, fosse possível elaborar um estudo de
caso, detalhando os componentes e elementos de rede de uma operadora local, no
que tange a GPRS em suas interfaces relacionados ao Roaming, com a principal
premissa de responder o que é e como funciona, e como essa tecnologia posicionase no cenário brasileiro e mundial.
Palavras Chave: Roaming, GRX, GPRS.
ABSTRACT
This work is based on the fact that there is not a complete study on Roaming
GPRS that describes what is it and how this interconnectivity technology works on
between phone operators. The results may be useful to professionals on this area as
well to other people who yearns for simpler definitions that don’t include details
regarding the subject.
A bibliographical research was made on GSM, GPRS and GRX technologies,
with the aim to explain what are these technologies and how do they function in
Brazilian and world-wide scene. In order to accomplish this goal, one needed to study
the related in the process of Roaming GPRS technologies and a case study was
made, in order to detail the components and the elements of net in a local operator,
in what it is referred to GPRS in its interfaces that understand the Roaming. It is
necessary to remember and to emphasize that Roaming GPRS and its integration
process are the focus of this search.
Key words: Roaming, GRX, GPRS, Interconnection
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
ABNT
Associação Brasileira de Normas Técnicas
BGP
Border Gateway Protocol
BSC
Base Station Controller
BSS
Base Station System
BTS
Base Transceiver Station
CCC
Central de Comutação e Controle
CEPT
Conference of European Postal and Telecommunications
CGF
Charging Gateway Function
CPE
Customer Premises Equipment
EDGE
Enhanced Data rates for Global Evolution
E-GSM
Extended Global System for Mobile Communications
ERB
Estação Radio Base
GGSN
Gateway GPRS Support Node
GPRS
General Packet Radio Service
GRX
GPRS Roaming Exchange
GSM
Global System for Mobile Communications
GSM
Groupe Spéciale Móbile
GIWU
GSM Interworking Unit
HSCSD
High-Speed Circuit-Switched Data
ISDN
Integrated Services Digital Network
ISO
International Standardization Organization
IWF
Inter-Working Function
MNC
Mobile Network Code
MoU
Memoranda of Understanding
MS
Mobile Station
OSI
Open Systems Interconnection
PCS
Personal Communication Services
PCU
Packet Control Unit
PDN
Packet Data Network
PLMN
Public Land Mobile Network
QoS
Quality of Service
R- GSM
Railways Global System for Mobile Communications
RDSI
Rede Digital de Serviços Integrados
RFC
Request for Comments
SGSN
Serving GPRS Support Node
TDMA
Time Division Multiply Access
WAP
Wireless Application Protocol
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Fases do GSM _____________________________________________22
Figura 2: Intervalo de tempo de canal TDMA no sistema GSM.________________25
Figura 3 - Multiquadros de canais de controle. ____________________________27
Figura 4: Componentes da Rede GSM. __________________________________30
Figura 5: Arquitetura do Sistema GSM e seus componentes principais. _________31
Figura 6: Tipos de Interfaces do GSM.___________________________________34
Figura 7: Modelo de Sinalização da rede. ________________________________37
Figura 8 - Tipos de handovers._________________________________________39
Figura 9: GPRS - Topologia. __________________________________________44
Figura 10: Redes backbones intra e Inter PLMN.___________________________47
Figura 11: Endereço APN ____________________________________________48
Figura 12: GRPS Attach. _____________________________________________50
Figura 13: Context PDP Activation. _____________________________________54
Figura 14: BSC no contexto Roaming ___________________________________57
Figura 15: Roaming entre operadoras ___________________________________58
Figura 16: Proposta Link para Roaming direto. ____________________________60
Figura 17: Integração comum para prover o Roaming _______________________61
Figura 18: GRX - Topologia Padronizada ________________________________63
Figura 19: Interconexão entre PLMN com uso de uma GRX. _________________64
Figura 20: Topologia GPRS do estudo de caso na operadora “X” ______________68
Figura 21: Visão macro da interconectividade proposta. _____________________70
Figura 22: Parte da configuração do BG. _________________________________70
Figura 23: Parte da configuração do SGSN relacionado a APN. _______________71
Figura 24: Elemento GGSN. __________________________________________72
Figura 25: Configurando o GGSN para prover Roaming outbound._____________73
Figura 26: Inquirição recursiva de DNS.__________________________________74
Figura 27: Parte de uma configuração do DNS na operadora "X".______________75
Figura 28: Elementos envolvidos no Roaming GPRS. _______________________76
Figura 29: Interações durante o procedimento de Roaming GPRS. ____________77
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Número de conexões GSM ___________________________________23
LISTA DE QUADROS
Quadro 1: Padrão GSM 1800 utilizado no Brasil.___________________________24
Quadro 2: Classes de Multislotes. ______________________________________43
Quadro 3: Itens adicionados à rede GSM para prover GPRS. _________________45
Quadro 4: Interfaces do GPRS. ________________________________________46
SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO _________________________________________________15
1.1. DELIMITAÇÃO E CENÁRIO ATUAL. ____________________________________15
1.2. IDENTIFICAÇÃO DO PROBLEMA _____________________________________18
1.3. OBJETIVOS ___________________________________________________18
1.3.1. Objetivos Gerais ___________________________________________18
1.3.2. Objetivos Específicos _______________________________________19
1.4. ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO ______________________________________20
2.
GSM - ASPECTOS GERAIS ______________________________________21
2.1. SURGIMENTO, PROPÓSITO E FASES. _________________________________21
2.2. FREQÜÊNCIAS DE OPERAÇÃO ______________________________________23
2.3. QUADROS GSM E SUAS ESTRUTURAS ________________________________24
2.4. CANAIS ______________________________________________________26
2.4.1. Canais de Tráfego (TCH) ____________________________________26
2.4.2. Canais de Tráfego (CCH)____________________________________26
2.5. SERVIÇOS DO GSM _____________________________________________28
2.5.1 Tipos de Serviços – Tele-serviços _____________________________28
2.5.2 Tipos de Serviços – Suplementares ____________________________29
2.6. ARQUITETURA DO SISTEMA GSM ___________________________________29
2.7. TOPOLOGIA DA REDE GSM________________________________________31
2.7.1. Componentes e suas funções dentro da topologia. ________________32
2.8. INTERFACES DA REDE GSM _______________________________________34
2.8.1. Interface Aérea (Um) _______________________________________34
2.8.2. Interface Abis _____________________________________________34
2.8.3. Interface A _______________________________________________35
2.8.4. Interface B _______________________________________________35
2.8.5. Interface C _______________________________________________35
2.8.6. Interface D _______________________________________________35
2.8.7. Interface E _______________________________________________35
2.8.8. Interface F _______________________________________________35
2.8.9. Interface G _______________________________________________36
2.8.10.Interface R _______________________________________________36
2.9. PROTOCOLOS DA REDE GSM ______________________________________36
2.10. HANDOFF OU HANDOVER _______________________________________38
3.
GPRS ________________________________________________________40
3.1. ASPECTOS GERAIS ______________________________________________40
3.2. BENEFÍCIOS DA TECNOLOGIA GPRS _________________________________41
3.3. TAXAS DE VELOCIDADE, SENTIDOS E CLASSES DE MULTSLOT. _______________42
3.4. CLASSES DE GPRS _____________________________________________43
3.5. ARQUITETURA GPRS____________________________________________44
3.6. REDES BACKBONE GPRS_________________________________________46
3.7. PONTO DE ACESSO (APN) ________________________________________48
3.8. GPRS ATTACH ________________________________________________49
3.9. CONTEXTO PDP DE ATIVAÇÃO _____________________________________53
3.10. TARIFAÇÃO NO GPRS _________________________________________55
3.11.
3.12.
3.13.
3.14.
3.15.
3.16.
4.
ASPECTOS DO ROAMING ________________________________________56
PRÉ-REQUISITOS PARA O ROAMING ________________________________58
ROAMING GPRS E SUA RELAÇÃO A UMA GRX ________________________61
TOPOLOGIA DE UMA GRX _______________________________________62
ASPECTOS DE SEGURANÇA NO GRX _______________________________66
PRECIFICAÇÃO DE UM PROJETO DE INTEGRAÇÃO GRX __________________66
ESTUDO DE CASO _____________________________________________67
4.1. INTRODUÇÃO PRÉVIA ____________________________________________67
4.2. APRESENTAÇÃO DA TOPOLOGIA_____________________________________67
4.3. PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DE ACORDO COM O ESTUDO E A TOPOLOGIA
APRESENTADA_____________________________________________________69
4.3.1 BG _____________________________________________________69
4.3.2 SGSN ___________________________________________________71
4.3.3 GGSN___________________________________________________72
4.3.4 DNS ____________________________________________________73
4.4. ROAMING GPRS NA PRÁTICA (PASSO - A - PASSO) ________________75
5.
CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS ___________________________78
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ____________________________________80
15
1. INTRODUÇÃO
1.1. Delimitação e Cenário atual.
Atualmente, quase todas as operadoras têm como produtos comerciais planos
de dados que podem ser GPRS (General Packet Radio Service), EDGE (Enhanced
Data for GSM Evolution), CDMA (Code Division Multiple Access), 1XRTT 1, 1XEVDO
(1XRTT Evolution Data Only) entre outras tecnologias cuja meta é conseguir competir
no mercado, que se mostra cada vez mais exigente.
[...] a operadora Vodafone anunciou um serviço que permitirá que clientes
móveis vejam e enviem vídeos para o YouTube. O anúncio segue outros nesta
semana da Vodafone com o Myspace e com o eBay. Os acordos apontam para
um interesse crescente de fornecedores de conteúdo online para oferecer
serviços para clientes móveis assim como manter esforços das operadoras para
aumentar o uso de redes sem fio. O serviço móvel do YouTube será lançado
inicialmente no Reino Unido, onde clientes poderão ver vídeos selecionados,
encaminhar links e buscar ou enviar conteúdo. A Vodafone planeja lançar o
serviço em outros europeus também. O YouTube tem uma oferta especial nos
Estados Unidos, onde clientes da Cingular Wireless, Sprint Nextel, T-Mobile e
Verizon Wireless podem enviar vídeos a partir dos seus telefones. Na quintafeira, a Vodafone disse que seria a primeira operadora a lançar um novo serviço
móvel do eBay fora do Reino Unido. Clientes da Vodafone na Itália serão os
primeiros a baixar aplicações gratuitas para buscar e comprar itens no site de
leilões. A aplicação virá carregada em celulares no futuro e a Vodafone espera
lançar o serviço em toda Europa até o final do ano. Na Alemanha, o eBay lançou
uma versão customizada do Opera Mini que permite a compra, venda e
acompanhamento de leilões. O site também permite que usuários do Reino
Unido dêem lances e comprem itens a partir do celular. Também nesta semana,
a Vodafone anunciou que seus clientes, a começar pelo Reino Unido, poderão
baixar aplicativos para o celular que permitirão a edição de perfis no MySpace,
envio fotos e edição de posts em blogs. É a primeira vez que o MySpace chega
aos celulares na Europa. Todos os serviços estarão disponíveis dentro do
Vodafone Live, portal móvel da operadora [...] (GOHRING, 2007, p. )
_____________
1
1XRTT é uma tecnologia baseada no CDMA. 1x refere-se a canais de 1.25MHz e RTT (Radio Transmission Technology;).
16
Conforme Morimoto (2007), com toda essa necessidade de inovação em
serviços, sentida pelo mercado, seja para entretenimento seja para negócios, a
tecnologia GPRS é uma das opções mais razoáveis em termos financeiros e está
presente em quase toda a área de cobertura das operadoras brasileiras, permitindo
taxas teóricas de 47kbits. Há outras tecnologias diferentes do GPRS, citadas no início
de capítulo, no entanto as áreas de cobertura são mais restritas.
Embora não seja tópico específico deste estudo, vale citar a tecnologia EDGE,
que é um melhoramento do GPRS. Não há mudanças críticas em sua utilização, e a
própria infra-estrutura de rede GSM pode ser aproveitada para uso do EDGE,
facilitando as convergências da tecnologia GPRS, que se encontra na Geração 2.5G,
para a de Terceira Geração, mais conhecida por 3G.
O uso do GSM e GPRS vem-se popularizando, numa demanda por serviços
cuja mobilidade é o diferencial, na busca de qualidade e eficiência nas transações
comerciais. Integra a força de venda do campo e suas matrizes, por exemplo, facilita a
vida de pessoas que buscam conectividade sem fios em qualquer lugar, a qualquer
momento.
Um relato interessante sobre as necessidades modernas, pode ser visto no
trecho que se segue, retirado de um artigo eletrônico sobre o “Mobile Payment”, uma
nova tendência utilizada de forma cada vez mais freqüente pelas entidades financeiras
de cartão de crédito, agregando mais uma função aos equipamentos móveis e
trazendo benefícios excelentes aos usuários de forma generalizada. Outro detalhe que
não se pode deixar de mencionar é que a sensação de que possam ser agregados
serviços somente à tela do computador ou da televisão não é mais válida, diante da
terceira “telinha”, a dos equipamentos móveis (MS).
[...] Eu já posso, para dar um exemplo concreto, adquirir um ingresso para um
filme pelo celular e, quando me dirigir ao cinema, simplesmente apontar o
aparelho para a catraca e, via infravermelho ou bluetooth, ter minha entrada
autorizada. Não é ruim. Não precisarei levar minhas galinhas ao cinema para
trocar por ingressos (bem, isso eu já não fazia...), poderei evitar filas, será mais
fácil garantir um lugar marcado etc. (na prática esse serviço ainda é limitado a
algumas redes de cinema, operadoras e administradoras de cartão, mas deverá
ser expandido em breve). [...] (AUBERT, 2007)
17
Há serviços que a tecnologia GSM/GPRS não atende, principalmente os que
exige QoS com trafego acima dos 172kbit/s. A título de informação, existem
velocidades médias de 70 kbits para conexão GPRS e 230 kbits numa conexão EDGE.
Seria grotesco comparar estas tecnologias a uma conexão comum ADSL (Asymmetric
Digital Subscriber Line) ou a cabo; no entanto, há que se lembrar a comodidade de
usar a tecnologia em qualquer lugar, a qualquer hora, tendo, para isso, um
equipamento que proveja a conexão e uma assinatura com alguma operadora que
forneça o serviço.
Em contrapartida, uma vez que se tem uma taxa de transferência de dados
baixa na rede GPRS, quando é comparada com o ADSL, tem-se uma inversão nos
custos. Existem vários planos oferecidos pelas operadoras, tendo formas de cobrança
por volume de tráfego transmitido ou uso ilimitado (flat). A opção de escolha vai ao
encontro das necessidades específicas do público usuário.
Com a evolução do GPRS e a concorrência entre as operadoras, as tarifas
tendem a tornar-se mais atraentes, podendo chegar a preços praticados semelhantes
aos cobrados pelo uso da tecnologia ADSL.
Tendo como base todo este cenário descrito, pretende-se fazer um estudo da
interconexão entre redes GPRS, com especial foco nos detalhes técnicos do
funcionamento do Roaming entre as operadoras que provêem tal funcionalidade.
Seguindo uma linha mais técnica, são tratadas na pesquisa as peculiaridades
existentes nas redes ditas como “redes backbones”, responsáveis pelo transporte do
tráfego de dados por pacotes entre os elementos de rede GPRS, cuja responsabilidade
é prover a interface de conexão entre diferentes redes PLMN (Public Land Mobile
Network).
18
1.2. Identificação do Problema
O que é rede GSM? Como fazer com que uma operadora GSM consiga
configurar uma rede GPRS? O que é Roaming GPRS e como funciona? Como integrar
operadoras A e B, por exemplo?
Estas são algumas perguntas que se pretende esclarecer, tendo-se o cuidado
de fazê-lo em uma linguagem simples, pois existem muitos documentos, como as RFC
(Request for Comments), formuladas por grupos como GSM World a respeito das
tecnologias envolvidas neste trabalho, que, entretanto, não estão organizados de forma
sucinta, voltada para qualquer profissional que tenha ou não experiência na área de
rede ou telecomunicação; todos são muito técnicos e não focalizam o tema em
questão.
A questão principal desta pesquisa é explicar o funcionamento do Roaming
GPRS; para tanto, faz-se necessário estudar, de antemão, as tecnologias GSM e
GPRS e encetar pesquisas sobre empresas integradoras de interconectividade.
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivos Gerais
Este trabalho visa a complementar os estudos sobre o assunto e a contribuir
para esclarecer, em uma linguagem simples, o funcionamento da Interconectividade
entre as operadoras, no que tange ao provimento do Roaming GPRS e suas
propriedades. O foco é o detalhamento dos pontos de interconexão dos periféricos, tais
como o BG (Border Gateway), GGSN (Gateway GPRS Support Node) entre outros,
periféricos que compõem as redes, sinalizar os fluxos ocorrentes nas possibilidades de
situações de Roaming entre nuvens PLMN´s e realizar uma abordagem objetiva no
aspecto técnico do Roaming GPRS.
19
1.3.2. Objetivos Específicos
• Estudar as tecnologias GSM, GPRS e pesquisar sobre empresas
integradoras de GRX que provêem interconectividade através de backbones
comuns.
• Pesquisar e demonstrar o funcionamento do Roaming GPRS.
• Estudar as questões de Billing em situações de Roaming, com especial
foco sobre GPRS.
• Especificar os periféricos da rede GPRS, bem como os elementos e suas
interfaces quanto à Interconexão entre rede GPRS de uma operadora a uma rede
de uma empresa integradora.
20
1.4. Organização do trabalho
O trabalho foi dividido em cinco capítulos. No primeiro capítulo, descreve-se
o projeto de pesquisa, de forma introdutória; no segundo, apresentam-se uma
pesquisa sobre a tecnologia GSM, seu surgimento, evolução e detalhes técnicos a
respeito de rede, topologia e serviços. O terceiro capítulo aborda as particularidades da
tecnologia GPRS, de forma semelhante ao que foi feito a respeito do GSM, ou seja,
relata suas origens, objetivos, topologia, conceitos em especial foco em GPRS, no qual
se tentaram responder algumas questões relacionadas à interconectividade, integração
de operadoras, como o processo funciona no âmbito técnico e sua topologia. No quarto
capítulo, apresenta-se um estudo de caso, que descreve os periféricos que compõem
a rede GPRS responsáveis pela interface com redes backbones de empresas
integradoras que, por sua vez, provêem GRX e assim permitem o Roaming GPRS em
uma operadora local. E por fim, nos capítulos 5 e 6, respectivamente tem-se as
conclusões e sugestões para trabalho futuro bem como as referências bibliográficas
utilizadas no decorrer do trabalho.
21
2. GSM - ASPECTOS GERAIS
2.1. Surgimento, Propósito e Fases.
No início da década de 1980, as administrações ligadas à Conference of
European Postal and Telecommunications (CEPT) criaram o Groupe Spéciale Móbile,
com o objetivo de desenvolver um sistema pan-europeu que substituísse os múltiplos
sistemas até então usados naqueles países (ALENCAR apud YACUB, 2004, p. 359).
O GSM - Global System for Móbile - é um sistema aberto (não proprietário)
que surgiu para ser usado em transmissões de voz e dados, provendo maior
mobilidade de funcionamento. É importante ressaltar, também, que houve a
necessidade uma padronização nos sistemas móveis na Europa, a fim de
compatibilizar os elementos de comunicação não somente lá, mas em todo o mundo.
Esta foi a justificativa apresentada para a tecnologia GSM, que foi desenvolvida e
apresentada por um grupo especial de serviços móveis, com o intuito de, além de
estabelecer um padrão único, suprir as necessidades que os sistemas analógicos da
época não atendiam (Sistema GSM, 2006).
De acordo com Alencar (2004), no seu lançamento em 1991, era óbvio que o
processo de padronização da tecnologia GSM não poderia ser finalizado, sem que
houvesse antes o lançamento dos seus serviços, principalmente por razões
econômicas. Então, foram adotadas etapas (phases) para a introdução dos novos
serviços, sendo que os primeiros foram denominados GSM Phase1. As fases
seguintes ficaram conhecidas por Phase 2 e Phase 2+. Vale ressaltar que, em cada
etapa, só foi possível acrescer os serviços novos, depois que o sistema estava em
operação. A figura 1 na pagina 23, mostra as fases e o que houve em termos de
evolução no decorrer das ultima décadas.
22
Figura 1: Fases do GSM
Entre uma fase e a outra, foram feitas especificações, padronizações entre
operadoras de telecomunicação européias, com parcerias de empresas fabricantes de
componentes, em que o intuito era prover uma tecnologia que permitisse mobilidade e
flexibilidade para os usuários de telefonia na Europa, facilitando o uso em comum por
todos os países. Com estas padronizações e com a adoção da tecnologia em quase
todo o mundo, é possível até mesmo haver GSM Satellite Roaming, expandindo-se os
acessos aos seus serviços em quase todo o orbe.
Ao final de 1993, de acordo com TFC (2003), vários países na América do Sul,
Ásia, além da África do Sul e Austrália começaram a operar e adotar o GSM e o
padrão tecnicamente equivalente e a partir dele desenvolvido, o DCS 1800, ou GSM
1800. Que suporta serviços de comunicação pessoal (PCS – Personal Communication
Services) nas faixas de rádio de 1.8GHz a 2GHz criadas recentemente pelos governos
em todo o mundo.
No Brasil, o GSM passou a ser adotado em 2002, sendo que a o padrão
utilizado, tem a largura de faixa de canal de 200 kHz e a faixa de operação de 1,8 GHz
conforme (SVERZUT, 2006).
Conforme TFC (2003), houve diversas fases, até chegar aos padrões DCS
1800 mais recentes, que, inicialmente, usavam as freqüências de 900MHz, 850MHz,
1.800MHz e 1.900MHz. Há variações de país para país, o que beneficiava a
capacidade de Roaming Internacional e permitia que os usuários dessa tecnologia,
mesmo viajando de um país para outro.
23
Sua popularização pode ser vista na tabela 1, onde se pode constatar o
grande crescimento de sua adoção em todo o mundo pelo número de conexões desde
o terceiro quadrimestre de 2005 até o último quadrimestre de 2006.
Tabela 1: Número de conexões GSM
Fonte: (GSM WORLD, 2007)
2.2. Freqüências de Operação
De acordo com a padronização do GSM, há muitos modelos que são utilizados
ao redor do mundo; o que caracteriza e difere uns dos outros é o uso de faixas de
freqüências alocadas. Dentre estes padrões, alguns podem ser citados: P-GSM
(Primary GSM), E-GSM (Extended GSM), R-GSM (Raiways GSM), GSM 1800
(utilizado no Brasil na faixa 1.8 GHZ) ou DCS 1800
2
(utilizado na Europa) e por fim o
PCS 1900 (adotado nos EUA).
Embora não seja o propósito deste trabalho detalhar todos os padrões, no
quadro 1, pode-se visualizar os detalhes do padrão que foi adotado no Brasil, como
sua largura de canal, faixa de freqüência etc.
_____________
2
GSM 1800 e DCS 1800 têm o mesmo significado. Oferecem os mesmos serviços e freqüência.
24
Quadro 1: Padrão GSM 1800 utilizado no Brasil.
2.3. Quadros GSM e suas Estruturas
As informações transportadas são de diferentes tipos, com destinos e origens
diversificados. A sincronização dos dados no sistema GSM requer um controle muito
rígido da sinalização da rede, no intuito de não parar o tráfego e, sim, fazê-lo fluir de
forma normal. Para conseguir tal intento, os dados são organizados antes do envio por
meio de quadros, ou frames TDMA (Time Division Multiply Access), de forma que os
receptores consigam estruturar as informações assim que chegam ao seu destino.
Conforme Sverzut (2006), o sincronismo é um fator crítico para os sistemas
digitais, tanto para uma Estação Móvel (MS) quanto para um BTS (Base Transceiver
Station), pois ambas devem transmitir as informações (quadros) no momento certo, no
intervalo de tempo do canal correto, caso contrário, a conexão não será bem sucedida.
Nesse contexto de quadros TDMA, para um melhor entendimento da
criticidade mencionada anteriormente, vale lembrar que uma portadora de RF do GSM
possui 200 kHz de largura de faixa e permite até oito estações móveis (MS). Pode-se
visualizar na figura 2 os intervalos de tempo de um canal, denominado de (ITC),
identificados de 0 a 7 e com suas durações. Se não houver um controle minucioso do
acesso ao meio, durante um sincronismo pode haver problemas de atraso de
propagação, devido às variações de distância.
25
Figura 2: Intervalo de tempo de canal TDMA no sistema GSM.
Na interface aérea do GSM, existem alguns tipos de burst, conhecidas por
rajada de dados, que são informações geradas pelo ITC; caracteriza-se como se fosse
um tipo de informação que está sendo transportado em um intervalo de tempo (ITC).
Há cinco tipos definidos para Burst, cada um tem com sua função conforme se segue:
• Burst Normal: transporta informações nos canais de tráfego e controle.
• Burst de Correção de freqüência: tem função de sincronizar a freqüência
da MS para correção de localização das MS em relação às BTS.
• Burst de sincronismo: útil na sincronização do quadro TDMA na MS.
Transporta algumas informações de controle e os códigos de identidade da BTS.
• Burst de preenchimento: Utilizada quando não há nada para enviar.
• Burst de acesso: Usada quando há procedimentos de chamadas
advindas da MS.
26
2.4. Canais
Há dois tipos de canais lógicos, denominados canais de tráfego TCH (Traffic
Channels) e canais de controle CCH (Control Channels). Um serve para transportar
dado e voz e um outro para transportar sinalizações e comandos de sincronismo entre
uma estação (ERB) e terminal (MS).
Importante citar também que o link entre estes dois periféricos, ERB e MS,
pode ser direto ou reverso. Há seis tipos diferentes de canais de tráfego no GSM e um
número muito superior de Canais de Controle.
2.4.1. Canais de Tráfego (TCH)
Estes canais atuam de duas formas de operação. Full-rate ou Half-rate e
servem para transporte de dados e de voz (digitalizados). Como o próprio nome diz, o
Full-rate usa todos os quadros GSM, ao contrário do Half-rate, que utiliza quadros
alternados. Um exemplo prático, conforme TFC (2003), seria o exemplo de dois
usuários de canais operando em half-rate: nesse caso, utilizariam o mesmo slot de
tempo, mas transmitiriam em quadros alternados.
2.4.2. Canais de Tráfego (CCH)
São muitos os canais de controle no GSM, cada um com suas particularidades
e funções de controles necessários. No entanto, os três principais são:
• Canal de broadcast BCH (Broadcast Channel)
• Canal de controle comum CCCH (Common Control Channel)
• Canal de controle dedicado DCCH (Dedicated Control Channel)
27
Canais como o BCH e o CCCH são usados somente em alguns canais
ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Numbers), que são pares de canais direto
e reverso de 45MHz, separados, compartilhados por um número máximo de oito
usuários por canal usando a técnica TDMA, enquanto os slots temporais são alocados
de forma específica. Na documentação do GSM, foram definidos 34 tipos de ARFCN´s
como padrão de utilização de canais de controle do tipo broadcast, a uma relação
dependente do sentido (reverso ou direto) ao uso dos quadros em cada transmissão. O
BCH é dividido em três outros tipos:
• Broadcast Control Channel (BCCH): Consiste em um canal de controle
direto, utilizado para transmitir informações em broadcast, contendo informações
importantes do tipo: identificação da rede e célula; característica da operação.
• Frequency Correction Channel (FCCH): Seqüência especial de dados.
Ocupa a primeira parte do quadro (0) do GSM e repete-se a cada dez quadros.
• Syncronization Channel (SCH): transmitido em broadcast no tempo zero
do primeiro quadro conseqüente ao quadro do FCCH. Serve para identificação da
ERB, permitindo com que o MS estabeleça sincronismo de quadro com a ERB.
Na figura 3, tem-se o exemplo de esquema de um multíquadros de canais de controle.
Figura 3 - Multiquadros de canais de controle.
28
2.5. Serviços do GSM
Os serviços oferecidos pelo GSM foram implementados de acordo com suas
variações e experiência em cada fase evolutiva relatadas no tópico 2.1 deste trabalho.
Cada fase teve a sua importância, todavia, a Fase 3, mas comumente conhecida por
GSM Fase 2.5 (GPRS), foi muito importante e marcante para o crescimento e
popularização da tecnologia, já que se tornava possível integrar a rede GSM a outras
redes de comutação por pacotes, permitindo assim um espectro mais amplo de
serviços a serem explorados e desenvolvidos não só na área de tele-serviços, mas
também na de transmissão de dados.
Nem todos os serviços que hoje existem foram lançados já no início do
sistema GSM. Muitos foram desenvolvidos com o passar do tempo e uso e surgiram a
partir das necessidades dos usuários já em plena atividade. Entretanto, desde o início
do projeto do sistema GSM, foi estipulada uma norma, conhecida por MoU
(Memoranda of Understanding), pela qual foram estabelecidos quatro classes de
serviços diferentes (ALENCAR, 2004).
De acordo com as classes instituídas no memorando, a tecnologia GSM provê
dois tipos de serviços: o primeiro que permite a um assinante falar com outro
assinante, com o propósito de tráfego de voz propriamente (o que, na terminologia
técnica, é chamado de Tele-serviços) e segundo tipo, definido neste trabalho como
“dados”, e que, na literatura, denomina-se “serviço de suporte” (ALENCAR, 2004).
2.5.1 Tipos de Serviços – Tele-serviços
• Chamadas de emergência (destaque).
• Chamadas normais.
• Serviços de fax.
• SMS – Short Message Services (160 caracteres).
• Cell broadcast (93 caracteres para uma determinada célula), muito útil
em marketing direcionado.
29
• Correio eletrônico por voz e Fax Mail.
2.5.2 Tipos de Serviços – Suplementares
Serviços Suplementares são aqueles que complementam os de suporte, tais como:
• Call forwarding (redirecionamento de chamadas recebidas para outro
número em determinadas situações, como por exemplo, quando o MS estiver
ocupado).
• Call barring (impedimento de chamadas, que consiste em bloquear
chamadas internacionais em determinadas situações).
• Call hold (serviço que permite ao usuário atender outra ligação durante
uma em andamento).
• Call waiting (que consiste em o usuário ter controle no atendimento de
uma chamada, mesmo com uma em andamento).
• Advice of charge (avisa ao usuário a carga da bateria de seu MS).
• Multiparty service (disponibiliza ao assinante uma espécie de conferência
entre três usuários, de forma simultânea).
• Closed user groups (De acordo com Alencar [2005], funciona como se
fosse um grupo de assinantes e a ligação somente funcionaria entre os membros
do grupo, muito parecido com um PABX e seus ramais...).
2.6. Arquitetura do Sistema GSM
30
Constituídas por interfaces abertas e padronizadas, as operadoras de sistemas
móveis celulares podem combinar diversos componentes de diferentes fabricantes,
tornando sua arquitetura muito flexível (SVERZUT, 2006).
Existem recomendações, mas uma das principais, definida pelo ITU-T (The
Telecommunication Standardization Sector), define a arquitetura básica do sistema
GSM em três subsistemas, explicitados na figura 4, que apresenta as interfaces e
deixa clara a interação entre eles e os usuários, por meio de suas interfaces de rede.
Figura 4: Componentes da Rede GSM.
Os detalhes de cada interface são:
• BSS – Base Station Subsystem: subsistemas de estação rádio base,
responsáveis pelas conexões de RF – Rádio Freqüência da MS – Móbile Station
para o sistema de comutação NSS.
• NSS – Network and Switching Subsystem: subsistemas de rede e de
comutação têm a finalidade de prover operações de manutenção, permitindo
também monitoração a fim diagnosticar e resolver panes no sistema GSM,
interagindo com os outros subsistemas.
31
• OSS / OMC 3 - Operation Support Subsytem: subsistema de suporte de
operações, responsável por prover suporte e operação do Sistema GSM.
2.7. Topologia da Rede GSM
Cada subsistema definido para a arquitetura do sistema GSM tem os seus
principais componentes, que desempenham suas funções de acordo com o
padronizado. Na figura 5, pode-se vê-los juntos com suas interconexões. E logo mais à
frente, no item 2.7.1 são definidas as responsabilidades de cada um deles na topologia
do sistema GSM.
Figura 5: Arquitetura do Sistema GSM e seus componentes principais.
_____________
3
OSS – Operation Support Subsytem e OMS - Operations and Maintenance System. Ambos têm a mesma
finalidade: administração, operação e manutenção dos grupos de componentes. (SVERZUT, 2005) e (ALENCAR, 2004).
32
2.7.1. Componentes e suas funções dentro da topologia.
•
BTS: Estação Transceptora Base, é composta por antenas e
transceptores usados em cada célula da rede. O que define o tamanho da célula é,
basicamente, a potência que estes equipamentos transmitem.
• BSC: Controlador de Estação Rádio Base, responsável por controlar um
grupo de BTS: Estação Base de Transferência.
• BSS: Subsistemas de Estação Rádio Base, é um gerenciador e/ou
controlador de um ou mais BSC (Base Station Controler), com a finalidade de
controlar canais de rádio com foco no uso de voz, dados e sinais, liberando e
controlando freqüências e transmissões advindas do MS.
• VLR: Visiting Location Register, registra, temporariamente, dados com
informações de quem está conectado à rede, neste caso, MS´s que estão na área
de cobertura da MSC/VLR. Quando um MS não faz parte da lista de assinantes
dessa MSC, é feita uma requisição à HLR (Home Location Register) da MSC na
qual se origina o MS, guardando as informações para que sejam usadas na
contabilização e na autenticação.
• EIR: Registro de Identificação de Equipamento, responsável por manter
informações sobre o equipamento. Tem com premissa evitar fraudes de terminais,
no caso de roubo. Há uma convenção de listas destes equipamentos. Dependendo
de onde ele se contra, poderá ou não ser negada a autenticação que está
solicitando o serviço à rede.
• AUC: Authentication Center, composto por uma base de informações
com um alto grau de segurança, que manipula as chaves de autenticação e de
criptografia para cada usuário no HLR ou VLR. Nela, está contido o EIR, onde é
feito o cruzamento de informações para compor a decisão de liberação ou não do
link ou não.
• GMSC: Gateway MSC, componente que funciona como um Gateway
para outros componentes de redes diferentes. Utilizado também como exemplo
33
para o sistema GSM, em chamadas de um MS que esteja em uma PLMN
diferente, muito comum em situações de roaming, pois, por meio deste
componente, é possível a um PLMN consultar um HLR ou VLR e outra rede para
autorizar conexão do MS.
• MCS: Central de Comunicação Móvel, componente dentre os mais
importantes do subsistema NSS. Atua como comutador e, de acordo com Alencar
(2004), a MSC faz o mesmo que um ISDN - Integrated Services Digital Network,
que nada mais é do que uma Rede Digital de Serviços Integrados que, em
determinadas situações, por exemplo, “handover”, tem a função de IWF - InterWorking Function, controlando os canais de usuários conectados local ISDN com
funções de gerenciar a mobilidade, para registro de terminais.
• AC: Autentication Center, mecanismo que provê segurança e fornece
parâmetros para as funções de autenticação e de encriptação.
34
2.8. Interfaces da rede GSM
Por se tratar de uma rede cuja premissa e essência é prover uma
comunicação móvel, a estrutura da rede é muito complexa e exige que haja na
elementos que servem para integrar, tornando-se um importante elemento de interface,
com protocolos específicos e particularidades a parte.
As interfaces têm como principal função prover as características físicas do
meio de transmissão, o funcionamento interno, a execução dos serviços e aplicações
móveis entre os elementos da rede GSM (SVERZUT, 2006).
A Figura 6 exemplifica as interfaces, que foram identificadas como: Aérea, A,
B, C, D, E, F, G e R. Em seguida, são detalhadas.
Figura 6: Tipos de Interfaces do GSM.
2.8.1. Interface Aérea (Um)
Conhecida por interface RF (Rádio freqüência), cuja premissa é o link entre o
MS e o BTS.
2.8.2. Interface Abis
Refere-se
à
interconexão
entre
os
elementos
BTS (Base
Estação
Transceptora) e o BSC (Controlador de estação base), permitindo o controle dos
equipamentos e o uso dos recursos de RF na BTS.
35
2.8.3. Interface A
De acordo com Sverzut (2006), esta interface é responsável pela interconexão
dos elementos de rede BSC (Controlador de estação base) e MSC (central de
comunicação móvel) para transportar informações de tentativas relacionadas a
chamadas, gerenciamento de BSS (Sistema de estação base), alocação de circuitos e
gerenciamento de mobilidade.
2.8.4. Interface B
Responsável pela ligação entre os elementos de rede (MSC – central de
comunicação móvel) e (VLR- local de registro de visitante). A sua função é muito
importante, pois é por este link que é feito o gerenciamento de informações dos
assinantes que fazem uso da rede que compartilham.
2.8.5. Interface C
Liga os elementos de rede MSC e HLR. É útil, quando uma MSC necessita de
informações de assinantes para estabelecer ou não algum tipo de serviço da rede.
2.8.6. Interface D
Faz a junção entre os elementos HLR e VLR, para situações em que uma
precisa atualizar a outra, por exemplo, em situações de atualização de localidade do
MS.
2.8.7. Interface E
Sua função é ligar MCS diferentes. Usada quando um MS desloca-se de uma
MCS para outra, ocasionando o que tecnicamente se denomina ”Handover”.
2.8.8. Interface F
Liga os elementos (MSC – Central de comunicação Móvel) e (EIR – Registro
de identidade de equipamento). Sua função está vinculada ao momento em que uma
MCS precisa saber, por exemplo, se uma MS está habilitada a utilizar os recursos da
36
rede, principalmente quando o MS encontra-se em estado do IMEI – International
Móbile Equipment Identity.
2.8.9. Interface G
Interconecta VLR de uma MSC com uma outra MSC. Usa-se quando se
deseja recuperar as informações que uma MS passa para outra.
2.8.10.Interface R
Conexão entre o MS e DTE – Data terminal equipment. Útil, quando se usa um
computador a um MS com o intuito de usufruir a rede usando transmissão por pacotes.
2.9. Protocolos da rede GSM
Sem entrar em detalhes de cada camada, uma vez que não é o objetivo
deste trabalho, destaca-se bem, na definição deste tópico, o que o Sverzut (2006)
comentou em seu livro sobre o protocolo, quando o compara ao modelo de referência
OSI.
O modelo de sinalização da rede GSM é constituído por camadas de protocolos
dispostas na forma do modelo de referência OSI, em que cada uma dessas
camadas tem uma função específica, sendo responsável pelo provimento de um
determinado tipo de serviço á rede GSM. A camada física é responsável pela
transferência da informação entre os elementos da rede GSM. As camadas
superiores desempenham funções de suporte á transferência e roteamento da
informação e aplicações, como, por exemplo, detecção e correção de erros,
processamento de chamadas e pacotes [...] (Sverzut, 2006, p.84)
A Figura 7 representa o modelo de sinalização da rede GSM.
37
Figura 7: Modelo de Sinalização da rede.
Dentre algumas particularidades importantes a citar, com relação ao protocolo
e à sinalização no GSM, é necessário evidenciar o canal comum, o de número 7.
Conhecido por SSC #7 (Common Channel Signalling n.º7), nasceu com o
objetivo essencial de prover um sistema de sinalização comum em todo o mundo,
atendendo os avanços das tecnologias que envolvem os sistemas de telefonia. Este
canal SSC #7 é comutado por pacotes, pois fica separado das redes de voz.
O avanço crescente e a contínua evolução dos sistemas digitais dos meios de
transmissão deram origem a uma vasta gama de nós com estruturas de
processamentos distribuídos, requerendo um poder de sinalização mais eficiente e
com uma compatibilidade entre tais nós, para permitir também a implementação de
novos serviços e integração da rede de telefonia convencional às RDSI (Redes digitais
de Serviços), bem como à rede de telefonia móvel.
Por canal comum entende-se a existência de um canal de comunicação
dedicado à sinalização, que interliga os sistemas de processamento das centrais
38
envolvidas na conexão, independente dos outros canais existentes para o
transporte de voz e dados comutados. Por esse canal comum, a sinalização
número 7 é transportada, levando informação de sinalização associada a um
grupo de circuitos ou a uma interação gerencial com um propósito qualquer.
Essa nova concepção de sinalização ocasionou uma nítida separação entre os
caminhos usados pela sinalização número 7 e os usados para o tráfego de voz
e de dados comutados, resultando com isso num desmembramento da rede
telefônica em duas redes distintas: redes de sinalização e Redes de conexão de
circuitos. (SVERZUT, 2006, p.85).
2.10.Handoff ou Handover
Os termos Handoff e Handover têm o mesmo significado e referem-se à
aplicabilidade na rede wirelless. Há uma diferença no que se refere às decisões e às
métricas de qualidade de sinal. Handoff foi um termo amplamente utilizado nas
tecnologias analógicas, enquanto Handover é um termo utilizado na tecnologia GSM.
No que diz respeito a seu significado, ambos têm funções que consistem em manter
uma ligação ativa, mesmo que uma MS migre para outra célula ou outra rede.
De acordo com Alencar (2004), antigamente, antes destas duas técnicas
“Handoff e Handover”, uma chamada ou uma ligação ativa, ao cruzar uma fronteira de
uma célula para outra, independente da rede, a chamada caía, sendo necessário o
assinante do MS refazer a ligação. O processo Handoff trabalha da seguinte forma:
a)
Quando uma BTS nota que os parâmetros
4
de QoS (Quality of Service)
da conexão entre ela e o MS estão ruins, a BTS pesquisa e solicita uma nova
sincronização às células adjacentes.
b)
parâmetro
Ao obter as informações recebidas da célula que tem um melhor
5
QoS de sinal, a BTS refaz a sincronização, mudando a freqüência e o
canal para a nova célula.
_____________
4
5
Um destes parâmetros pode ser a distância entre uma BTS e a MS
A técnica para descobrir a melhor célula, advém da métrica do sinal entre MS e BTS.
39
Quanto ao Handover aplicado à tecnologia GSM, apesar de terem o mesmo
significado no propósito de suas funções, diferem quanto à decisão de qual será a
célula a ser usada como link entre a MS e a BTS.
Enquanto na Handoff a BTS é que fazia a métrica da qualidade do sinal, no
Handover as decisões também são tomadas a partir do MS, que também tem a
inteligência de saber se o sinal está ruim e também sabe quais sãos as BTS próximas
a elas, pois quando o aparelho é ligado, ele obtém uma lista que lhe é passada pela
BTS mais próxima de todas as estações com canais e freqüências.
Nos dois casos, tanto Handover quanto Handoff, o processo de verificação de
qualidade do sinal é feito freqüentemente. Havendo necessidade de Handoff ou
Handover, caso o MS cruze as fronteiras entre células ou redes, o procedimento é feito
mantendo-se o link transparente, sem perda de conexão.
No GSM, pode-se caracterizar o Handover em duas situações distintas: uma
delas ocorre quando a troca de células requer uma mudança e sincronização entre
BSC ou MSC´s. A figura 8, mostra os tipos Handovers no GSM.
Figura 8 - Tipos de handovers.
Se uma MS estiver cruzando uma célula para outra e esta extrapola a fronteira
de forma que o grupo de BTS de uma MSC não consegue gerenciar uma delas, há,
então, um handover entre MSC´s, e a MS passou a usar outra rede que tem outra
MSC como gerenciador.
40
A outra situação ocorre quando a MS cruza a fronteira entre uma célula e
outra, mas mesmo assim ainda permanece ao alcance de BTS da mesma MSC. Vale
lembrar, conforme bem lembrado pelo Alencar (2004), que mesmo que haja um
Handover em que é necessária a mudança de uma MSC para outra, o gerenciamento
da chamada ainda continua sendo feito pela primeira MSC no início da
chamada/ligação.
3. GPRS
3.1. Aspectos gerais
O GPRS (General Packet Radio Service) é um serviço Wireless, voltado para
dados, que usa a infra-estrutura de uma rede GSM, com pouquíssimas alterações e
custo relativamente pequeno. Baseado em protocolos da Internet, suporta uma grande
quantidade de aplicações do mundo corporativo e até mesmo de consumidores
comuns.
Sua criação veio de suprir necessidades que, até então, a rede GSM não
permitia. Por usar meio de transmissão via comutação por pacotes, diferentemente da
rede GSM, o mesmo provê oportunidades de implementar muitos outros serviços a
atender a demanda por novidades do usuários, advindo da grande influência da
evolução da Internet.
Com taxas razoavelmente satisfatórias, dentro do propósito para o qual foi
desenvolvida, pode atingir um throghput de 40 kbit/s até 172 Kbit/s 6. Diferente do que
é feito no GSM, a tecnologia GPRS (General Packet Radio Service) somente utiliza o
canal quando for requisitada, melhorando a eficiência espectral e, com isso, é possível
ter conexões “always on”, não havendo necessidade de reserva de canais prévios, o
que faz com que a conexão esteja sempre disponível.
A solução mais simples para aumentar a taxa de transporte de dados em uma
rede GSM é a utilização de mais de um slot de tempo do quadro de um canal de
_____________
6
Valor teórico, pois para que isso ocorra oito (8) canais têm que estar livres.
41
RF em uma conexão de dados. Esta foi a técnica adotada pelo HSCSD (HighSpeed Circuit-Switched), cujos primeiros sistemas apareceram em 2000.
Dependendo do número de slots utilizado a taxa de transporte de dados pode
ser então multiplicada por 3 x (28,8 kbit/s) ou mais vezes. A desvantagem do
HSCSD é que ele consome uma grande quantidade de recursos da rede, uma
vez que os slots ficam reservados para o transporte de dados enquanto durar a
conexão. (TUDE, 2003, p.2).
Os usuários da tecnologia GPRS podem fazer uso dos serviços avançados,
tais como:
• Uso da Internet, de posse de um browser específico para cada
equipamento.
• Correio Eletrônico (e-mail)
• Comunicações visuais (vídeo, mensagens multimídia)
A exploração deste nicho de mercado pelas operadoras é muito disputada,
principalmente devido à receptividade dos usuários aos equipamentos móveis
provenientes do que a tecnologia pode oferecer e o que o mercado oferece como
atrativo: e-comerce (comércio eletrônico), serviços de informações, entretenimento.
3.2. Benefícios da tecnologia GPRS
Devido à sua velocidade de transmissão de dados, o uso da tecnologia GPRS
em equipamentos móveis é muito atraente aos consumidores e usuários. Dentre os
benefícios proporcionados por ela, podem-se destacar::
• Eficiência - os dispositivos móveis de GPRS usam somente a rede da
GSM quando os dados são transferidos.
• Compartilhamento - A conexão da GSM não é dedicada a cada usuário,
consequentemente, pode ser compartilhado por muitos usuários, o que incrementa
o uso eficiente da rede.
42
• Rapidez - GPRS dá velocidades cinco vezes mais rápidas do que a
GSM.
• Taxas mais baixa - A tecnologia GPRS oferece taxas de dados máximas
de 56Kbps (para baixo) e 14.4 Kbps (acima), no entanto, estas taxas de dados
reais compartilhadas da largura de faixa consequentemente estão potencialmente
mais baixas.
• Pagamento baseado no uso dos dados, ou seja, o faturamento não é
baseado no tempo, mas na quantidade real de dados transferidos.
• Immediancy - facilidade em conectar à rede, não havendo necessidade
de conexões dial up e ficando o usuário conectado por todo o tempo. Pode-se
dizer que isso se deve ao fato de o GPRS não utilizar redes comutadas por
circuitos, e sim, por pacotes.
• Flexibilidade no uso de aplicações verticais ou horizontais, como por
exemplo: chat (bate papo); web; FTP (File transfer protocol); e-mail; leitores de
cartão de créditos, ou até mesmo aplicações de vendas de serviços; transmissão
bancária; uso cientifico em software de telemetria etc.
3.3. Taxas de velocidade, sentidos e classes de MultSlot.
As velocidades de taxa no GPRS são caracterizadas em dois canais: downlink
e uplink e podem ser atingidas conforme o tipo de classe escolhida para cada caso. As
classes de Multislot são dependentes do produto e determinam as taxas de dados
máximas nos sentidos de uplink ou downlink, em que são especificados os parâmetros
de taxa de recebimento e transmissão. De acordo com a classe que o aparelho utilizar,
serão definidos os slots de uplink e downlink. No quadro 2, encontram-se as combinais
possíveis.
43
Quadro 2: Classes de Multislotes.
Caso seja escolhido pela operadora o uso de uma classe multislot 1, por
exemplo, o canal terá somente 1 canal para Download e 1 outro para Upload. Esses
valores podem ser mudados de acordo com os serviços e grau de QoS que varia de
operadora.
3.4. Classes de GPRS
No que diz respeito à tecnologia GPRS, o uso dos aparelhos pode ser definido
de acordo com a necessidade específica para cada caso de uso:
• Classe A: Opera-se em sessões com modalidades simultâneas
modalidades de GSM e GPRS, ao mesmo tempo, de voz e de dados.
• Classe B: Opera-se em modalidades da GSM e GPRS ao mesmo
tempo, mas não se pode prender chamadas simultâneas.
• Classe C: Pode ser ativo na modalidade da GSM ou do GPRS, mas não
ao mesmo tempo.
44
3.5. Arquitetura GPRS
O GPRS é um aproveitamento básico da rede GSM, conforme citado
anteriormente, no item 3.1. Para melhorar as taxas de transferência de dados
aplicados no GPRS, fez-se necessário acrescer alguns elementos de rede. A figura 9
demonstra e delineia os equipamentos adicionados à rede GSM e explicita suas
interfaces com os novos itens do GPRS.
Figura 9: GPRS - Topologia.
O quadro 3 exemplifica os elementos adicionados e algumas observações em
cada um dos itens.
45
Quadro 3: Itens adicionados à rede GSM para prover GPRS.
Dos elementos acrescidos, vale ressaltar as características do PCU (Packet
Control Unit), que consiste em um equipamento adicionado ao BSC dentro de uma
BSS (Base Station System). O mesmo implementa e provê as interfaces física e lógica
em relação ao tráfego de dados por pacotes. Sua função de transporte liga o BSS a
um nó SGSN (Serving GPRS Support Node), lembrando que os canais de tráfego de
voz continuam sendo tratados e feitos entre uma BSS e a MSC.
O SGSN é um servidor de nó de Suporte GPRS introduzido na rede GSM e
pode ser entendido como uma “MSC de comutação por pacotes”, analogia proposta
por Svertuz (2005), para explicar sua função de ponto de acesso das MS´s à rede
GPRS. A principal interface entre estas redes e o Gb é feita por uma conexão Framerelay 7 (até aqui)
Quanto ao GGSN, trata-se de um Gateway de nó de suporte GPRS, que tem a
responsabilidade de estabelecer a interface entre as redes IP (Internet) e a rede de
dados por pacotes PDN (Packet Data Network). Tem funções de manutenção,
roteamento, mapeamento de endereço de rede, QoS e tarifação.
_____________
7
Frame-relay é um protocolo de alto desempenho que opera nas camadas física e de enlace de
dados no modelo OSI, muito usada das redes RDSI. (Fonte: Svertuz, 2006)
46
Um GGSN, conforme Svertuz (2005) pode prover suporte a mais de um SGSN
e um GGSN pode requisitar informações de localização ao HLR via interface Gc.
O quadro 4 apresenta os elementos da rede GPRS que fazem fronteiras uns
com os outros. Também são mostradas funções desempenhadas pelos equipamentos,
mediante suas concepções.
Quadro 4: Interfaces do GPRS.
O PDN é formado por alguns servidores, que vão desde um DNS a um
Firewall. Importante ressaltar que há também um servidor DHCP; sem entrar no mérito
de suas particularidades, definem-se a sua importância no contexto do GPRS como
um importante item de designador de IP, que se aplica ao item RADIUS (Remote
Access Dial in User Service), Firewall e DNS (Domain Name Service), que têm as
mesmas utilizações em uma rede IP e não são elementos de uma rede GPRS, mas
são importantes no contexto.
3.6. Redes backbone GPRS
47
Responsáveis pelo transporte de dados por pacotes entre elementos da rede
GPRS. Existem dois tipos conforme Sverzut (2006). São elas:
• Rede backbone intra-PLMN: responsável pela interconexão dos
elementos da rede GPRS de uma mesma PLMN
• Rede
backbone
inter-PLMN:
responsável
pela
interconexão
de
elementos de diferentes PLMN.
Figura 10: Redes backbones intra e Inter PLMN.
Cada rede backbone intra-PLMN é uma IP privada dedicada aos transportes de
dados e sinalização GPRS. Duas redes backbone intra-PLMN podem ser
conectadas pela interface Gp, usando o elemento de rede gateway de borda
(border Gateway – BG). O elemento BG é responsável pelo tratamento de todas
48
as transações que envolvem o uso de uma PLMN externa, provendo o nível de
segurança requerido pela operadora de rede GPRS. (SVERZUT, 2006, p.342)
3.7. Ponto de Acesso (APN)
Para se fazer uma conexão entre uma operadora a uma rede IP (Internet
Protocol), torna-se necessário haver ponto de acesso, no GPRS. O nome dado a esse
serviço é APN, que advém do Inglês (Access Point Name). Pode haver várias APN´s
em uma rede de uma operadora, portanto o mais comum, pelo que a topologia de rede
foi definida, é fazer uma interface entre uma rede pública WAP (Wireless Application
Protocol).
APN são os endereços IP alocados a cada interface externa de rede
conectada ao GGSN (Gateway GPRS Support Node), cuja função principal é
especificar as aplicações que poderão ser acessadas pelos usuários.
Os endereços APN estão armazenados no profile do assinante no HLR da
operadora e, às vezes, também podem estar armazenadas no MS. Esses endereços
são resolvidos pelos DNS, pois somente assim será possível uma conexão entre o
SGSN e o GGSN.
O endereço APN é formando da seguinte forma, de acordo com Sverzut
(2006):
Figura 11: Endereço APN
49
3.8. GPRS Attach
Para que um usuário de telefonia móvel utilize os serviços em seu
equipamento MS “Mobile Station”, é necessário alem de o equipamento ser compatível
com a tecnologia, também seja acordado entre os clientes e a operadora de telefonia.
Uma vez que estas situações estejam plenamente satisfeitas, ao ligar o
equipamento haverá alguns procedimentos que automaticamente irão ser executados
em “background” ate o momento em que o MS estará apto para fazer ligações ou ate
mesmo enviar mensagens, navegar na Internet entre outros serviços.
Na figura 12 na pagina 50, há um diagrama de interação, onde se pode
observar todos os passos e equipamentos envolvidos durante o contexto PDP.
50
Figura 12: GRPS Attach.
51
Em cada passo durante o procedimento de ativação do contexto PDP, há
varias interações e detalhes sobre cada passo abaixo esta detalhado a seguir:
• Passo 1: O Terminal (MS) inicia o processo de Attach após ser ligado.
Uma mensagem é enviada contendo (TMSI, MNC, MCC, LAC, RAC).
• Passo 2: O SGSN (Serving GPRS Support Node) procurara pela TMSI
em sua base de dados
• Passo 3: Não tendo nenhuma ocorrência do TMSI pesquisado no
Passo 2, o SGSN usa a sua ultima LAC para identificar o seu antigo SGSN no qual
era servido.
• Passo 4: O SGSN anterior (old) que servia o MS responde com o IMSI
do equipamento para o SGSN atual com o IMSI (International Mobile
Subscriber Identity).
• Passo 5: O SGSN pede o terminal (MS) para identificar-se.
• Passo 6: O MS responde ao SGSN.
• Passo 7:
O SGSN autentica o MS emitindo um valor Randômico
(aleatório).
• Passo 8: No MS, o SIM8 (Subscriber Identity Module)
faz cálculos
aplicando algoritmos e chaves de acordo com o valor Randômico recebido pelo
SGSN e a partir dai obtêm a chave de sessão SRES (Signature Response).
• Passo 9: A SRES calculada e enviada para SGSN
• Passo 10: O SGSN requisita a checagem de identificação do MS.
• Passo 11: O MS responde de volta ao SGSN sobre sua identificação.
_____________
8
SIM contem informações relacionadas ao assinante referente à: IMSI, MCC e MNC e outros.
52
• Passo 12: O SGSN faz uma verificação do MS se o mesmo não é
roubado ou está irregular. O IMEI obtido do MS é enviado para o EIR (Equipment
Identification register).
• Passo 13: O EIR limpa o subscritor e responde de volta ao SGSN com o
status.
• Passo 14: O SGSN informa ao HLR sobre a posição nova do MS.
• Passo 15: O HLR informa ao antigo SGSN no qual foi a ultima posição do
MS a sua nova posição.
• Passo 16: O SGSN antigo (anterior) reconhece a informação do HLR.
• Passo 17: O HLR atualiza o SGSN atual onde a MS foi reconhecida com
todas as suas informações.
• Passo 18: O SGSN responde de volta para o HLR.
• Passo 19: O HLR responde de volta ao SGSN com uma mensagem para
atualização de localidade.
• Passo 20: Combinado o Attach do MS, o SGSN atualiza a posição de
informações no MSC-VLR que ira manter as chamadas de voz.
• Passo 21: O MSC inicia também um update no HLR. A seqüência das
ações neste ponto é idêntica àquela do update de HLR do SGSN.
• Passo 22: O HLR envia um pedido de cancelamento para o MSC VLR.
• Passo 23: O MSC VLR recepciona o pedido do cancelamento
• Passo 24: O HLR insere as informações no MSC
• Passo 25: O MSC VLR retorna a mensagem de confirmação da inserção
• Passo 26: O HLR envia uma atualização de localidade para a MSC VLR.
• Passo 27: O MSC VLR informa ao SGSN sobre a atualização.
53
• Passo 28: O SGSN responde de volta ao MS solicitante de onde partiu o
combinado para o "attach".
• Passo 29: O MS reconhece a resposta de "Attach Accept"
• Passo 30: Neste passo, conclui-se os procedimentos de "Attach” é
enviado a MSC-VLR a informação de "TMSI reallocation" completa
3.9. Contexto PDP de ativação
O contexto PDP (Packet Data Protocol), conhecido por “PDP Context
Activation” tem como função estabelecer uma sessão e link lógico entre o MS e
o SGSN.
No
Contexto
PDP,
temos
três
situações
possíveis:
Activation,
Modification e Deactivation. No entanto, será demonstrado neste trabalho somente o
Activation.
Na figura 13, há um diagrama evidenciando o passo a passo durante o
procedimento de “Activation”.
54
Figura 13: Context PDP Activation.
Detalhes sobre cada passo, de acordo com a figura 13, podem ser vistos
abaixo:
• Passo 01: O MS inicia agora a ativação do contexto de PDP
procedimento para obter endereço IP para o dispositivo. A APN especificado pelo
fornecedor de serviço é passada como um parâmetro para o SGSN.
• Passo 02: O SGSN inicia uma pergunta do DNS para encontrar o GGSN
correspondente a APN especificada pelo MS.
• Passo 03: O DNS resolve o endereço IP (Internet Protocol) do GGSN.
• Passo 04: O SGSN faz o encaminhamento do pedido de ativação do
contexto PDP ao GGSN correspondente a APN do MS.
•
Passo 05: O GGSN faz a autenticação do usuário MS em um Servidor
RADIUS (Remote Authentication Dial In User Service).
55
• Passo 06: O servidor RADIUS autentica o usuário e envia de volta ao
GGSN.
• Passo 07: O GGSN solicita neste ponto
ao um servidor DHCP um
endereço, lembrando que o próprio GGSN esta configurado este serviço.
• Passo 08: O GGSN responde de volta ao SGSN a informação de "PDP
Context Activation" estabelecido com sucesso.
• Passo 09: O GGSN retorna para o SGSN a resposta sobre o
requerimento de “PDP Context Activation”.
• Passo 10: O SGSN retorna ao MS a resposta de contexto concluído e
apartir deste ponto o MS tem um endereço IP e estará conectado a uma rede
GPRS.
3.10.Tarifação no GPRS
Cada PLMN possui seus elementos SGSN e GGSN, responsáveis pela
geração de bilhetes (CDRs) de um MS que esteja utilizando recursos da rede. O SGSN
trata as informações de todos os MS relacionadas à interface de Radio, enquanto o
GGSN trata das informações dos recursos de rede externa de dados.
Um SGSN tem as seguintes funções:
• Na interface aérea, verifica o volume de informações ou tráfego que, no
caso, mede-se em bytes transferidos;
• Obtém informações da MS quanto à sua localização. Se estiver na
própria rede da operadora, dá-se o nome de HPLMN ou, se estiver em visita a
outra rede de outra operadora, chama-se VPLMN;
• Contém informações gerais sobre as aplicações em uso por um MS.
Quanto ao GGSN, notam-se as seguintes funções:
56
• Informações de origem e destino relacionados às aplicações do MS;
• Informações sobre a MS em relação ao uso de redes externas (Internet);
• Também contém informações sobre localização (VPLMN ou HPLMN).
O uso do GTP (GPRS Tunneling Protocol) é recomendado não somente entre
GSN´s (GPRS Support Nodes), mas também na interface ‘Ga” que liga o GGSN e o
SGSN ao CGF (Charging Gateway Function), como reforço de segurança dos bilhetes
CDR´s que trafegam por este caminho.
Um aspecto interessante de se ressaltar, é que ambos os gateways (GGSN e
SGSN)
tem interface
de ligação com o CGF. Isso por que servirá como fonte
comprobatoria de detalhes sobre que visitou sua rede e qual o valor que será cobrado,
mesmo se o Roaming for Inbound ou Outbound. As operadoras utilização isso antes de
pagar a fatura de seus moveis que usaram as redes de outras operadoras.
3.11.Aspectos do Roaming
Antes de especificar as definições técnicas do “Roaming”, há que se delinear o
foco a ser abordado a respeito, pois se trata de uma realidade presente em qualquer
tecnologia, seja ela desenvolvida para terminais TDMA, AMPS (Advanced Mobile
Phone System), CDMA (Code Division Multiple Access) ou até mesmo para
GSM/GPRS, que é objeto de estudo deste trabalho no capítulo 2 e 3.
A palavra Roaming vem do idioma Inglês e pode ser traduzida para o
português por “vaguear”. O termo aplica-se às situações em que um assinante de uma
operadora qualquer se desloca de uma célula para outra. Nesse movimento, pode
haver dois tipos de Roaming:
• Roaming dentro da própria operadora: por exemplo, quando um
assinante, ao vaguear de localidade, sai de sua localidade, mas mantém ainda a
sua área de sua operadora.
• Roaming entre operadoras: por exemplo, quando um assinante de uma
operadora A adentra em uma área de cobertura de uma operadora B.
57
Sendo objeto central de este trabalho explicar o que é Roaming GPRS, não
serão abordados aspectos de baixo nível, como por exemplo, interfaces aéreas, bem
como planejamento de células geograficamente, porem, como forma introdutória ao
proposto, se faz necessário esclarecer alguns pontos sobre o Roaming no contexto da
tecnologia GSM e GPRS.
Em uma área geográfica são dispostas antenas (BTS) que formam uma
determinada jurisdição, mediante sinais emanados de acordo com freqüências,
amplitudes devidamente estudadas de acordo com o relevo e entre outros aspectos
inerentes a transmissão e recepção de sinais digitais ou analógicos.
Na figura 14, observa-se algumas BTS que estrategicamente são dispostas a
fim de cobrir uma área sem ter interferência ou ate mesmo ficar com áreas sem
cobertura. Há muitos fenômenos que podem prejudicar a qualidade destes sinais,
porem, não será discutido neste trabalho.
Figura 14: BSC no contexto Roaming
O Roaming é a ação de transposição de um Móvel (MS) de um domínio de um
BSC em uma PLMN qualquer a outro domínio BSC de outras PLMNs (operadora
diferente), seja ela nacional ou internacional, conforme figura 15.
58
Figura 15: Roaming entre operadoras
A forma conforme o Roaming irá funcionar ou não, depende muito do acordo
existente entre uma operadora A, por exemplo, e uma outra operadora B.
Estes acordos são importantes, pois neles são firmados contratos onde uma
operadora ao recepcionar um MS em sua rede, tendo ele como visitante, terá de fazer
com que todo os serviços que o cliente tenha funcione, seja dados / voz. Vale a pena
lembrar que, para alguns casos, isso é basicamente transparente para o consumidor.
No entanto, existem aparelhos que exigem uma configuração prévia ao entrar em uma
rede diferente de sua origem.
3.12. Pré-requisitos para o Roaming
Para que o Roaming seja concretizado, é necessário que os terminais móveis
(MS) tenham freqüências de operações comuns e as operadoras tenham algum tipo de
acesso comum que permita a comunicação entre elas.
Existem no mercado muitos MS que permitem o uso de várias freqüências em
um único aparelho, denominados “Tri-band”. Dependendo do acordo entre as
operadoras, o Roaming pode ser automático, ou seja, não necessita de nenhuma
configuração extra. No entanto, há casos em que as configurações têm que ser feitas
manualmente, de acordo com as exigências da outra operadora.
59
Quanto ao acesso comum, entre a operadora proponente e uma outra
aceitante, há um comum acordo entre as partes em partilhar parte de seus recursos
computacionais e de rede afim de que um usuário mesmo não estando em sua área de
localidade HPLMN (Home PLMN), poderá usar o seu equipamento (MS) em uma rede
VPLMN (Visitor PLMN).
Analisando agora, sobe a ótica de uma operadora qualquer, encontra os
seguintes dilemas: Como pode e deve ser feito esse acordo? Como isso irá ser
executado?
Questões como estas poderão ser sanadas de duas formas:
• Link direto entre operadoras (contratante e contratado).
• Link comum entre operadoras através de uma empresa Integradora.
O link direto consiste na comunicação de duas operadoras sem uso de
integradora, usando meios quaisquer, de forma a atender a demanda e estabelecer
conectividade na tecnologia GPRS.
Observando a figura 16 pode-se observar um exemplo para a primeira opção
“link direto” que notavelmente não é muito viável, seja do ponto de vista performático e
de escalabilidade. Haja vista que em um mundo globalizado, estabelecer um link
especifica para cada operadora torna-se dispendioso e muito arriscado de gerenciar,
seja gerencia técnica ou os diversos acordos comerciais.
60
Figura 16: Proposta Link para Roaming direto.
Por outro ângulo, agora avaliando a segunda opção, o cenário torna-se mais
prático. Existem muitas empresas integradoras que realizam acordos entre operadoras
nacionais e internacionais, tendo comum acesso a uma única empresa. Isso facilita,
pois os proventos disso tudo são muito significativo. Um exemplo disso é: a segurança,
desempenho, qualidade de serviço, conectividade entre outras empresas integradoras,
alta disponibilidade de recursos de acesso, conforme demonstrado na figura 17.
61
Figura 17: Integração comum para prover o Roaming
3.13.Roaming GPRS e sua relação a uma GRX
Conforme demonstrado no tópico anterior, o Roaming pode ser efetivado com
base em acordos entre operadoras. O meio para que isso aconteça, pode ser de
diversas formas, porém o mais plausível destaca-se o acordo em comum com uma
empresa Integradora ou “GRX Provider”, cuja especialidade é excelência voltada a
prover infra-estrutura devida que garanta conectividade ponto-a-ponto entre as
operadoras desejadas.
Em se tratando de GPRS, o nome utilizado é GRX “GPRS Roaming
Exchange”, que originou em meados do ano 2000, cujo propósito inicialmente foi
somente Roaming GPRS. Desde então, foram desenvolvidos e acrescentados outros
serviços, como: MMS Interconection “Multimídia Messaging Service” , autenticação de
Roaming de dados .
Antes de entrar nos detalhes quanto à topologia de uma GRX, há de se
lembrar antecipadamente das três formas para se prover conectividade ponto-a-ponto,
que podem ser:
62
• Túnel entre redes públicas IP (recomenda-se um alto cuidado e o uso do
protocolo IPSec, a fim de prover confidencialidade, autenticidade e uma conexão
fim-a-fim);
• Linhas dedicadas (Leased Line), tais como: FR; ATM ou IP/PPP;
• VPN, baseado nas linhas diretas.
Pode-se afirmar que todas as alternativas citadas acima são diretas, do ponto
de vista de “hops”, pois o link é de um ponto “A” par um ponto “B” logicamente. Existem
algumas desvantagens a citar, como por exemplo, o tunelamento via redes públicas
“Internet” que não provê QoS onde a segurança é fraca constituindo uma ameaça
para alguns casos em que determinados clientes não sejam aceitos.
No caso de Leased Line e VPN (Virtual Private Network), tem-se um alto custo,
contratos, equipamentos, podendo não ser muito bem receptível a todos, todavia,
dependendo do caso, faz-se necessário, devido ao seu alto grau de segurança e
controle de QoS.
Afinal, qual a melhor alternativa a ser utilizada? Essa pergunta não se tem
respostas imediatas sem antes fazer uma avaliação de cada caso. Cada operadora
possui exigências, projetos, acordos específicos que variam de uma para outra. No
trabalho logo mais a frente, encontram-se tópicos específicos que darão uma idéia de
preço, custo para atendimento de vários perfis de operadoras bem como topologia
sugerida para cada caso.
3.14.Topologia de uma GRX
GRX advém do termo GPRS Roaming Exchange. Como o próprio nome se
define, o modelo GRX veio para atender os anseios de varias operadoras espalhadas
pelo mundo no que tange troca dos dados GPRS no contexto “Roaming”. Os
problemas oriundos quanto a trafico GPRS em relação links, entre diferentes redes e
operadoras terminaram. Antes, conforme explicito nos tópicos anteriores, os links
poderiam ser feitos através de links dedicados (ligando uma operadora diretamente a
aquela cuja parceria foi firmada), tornando isso um verdadeiro “caos”.
63
Com o concebimento da GRX, este link pode ser feito da mesma forma
anterior ou então via GRX, porém, com total flexibilidade, trazendo maiores benefícios
como: eficiência de roteamento, menor complexidade de configuração, suporte a
diferentes tecnologias.
GRX tem uma topologia especifica, vista na figura 18, e foi padronizada e
adotada pela comunidade mundial. Facilitando a integração com qualquer outra
companhia ao redor do mundo. Normalmente, por traz desta topologia, existem
empresas Privadas que exploram o mercado, denominadas GRX Provider, que
oferecem total infra-estrutura e interconectividade com varias outras empresas GRX.
Importante frisar que, tanto as Operadoras, Intergradoras (GRX) e indústria,
seguem os mesmo padrões estipulados pelo GSMA, cuja importância vem na forma de
padronização das referencias técnicas.
Figura 18: GRX - Topologia Padronizada
A Operadora, ao expandir seus negócios e expandindo cobertura resta avaliar
o projeto e ver qual a melhor solução e melhor Integradora lhe atende.
Não sendo mérito deste trabalho, mas vale a pena levantar importâncias a
serem observadas antes de estabelecer algum contrato com alguma empresa
64
Integradora (GXR), sendo enriquecedor no contexto geral, a de se frisar alguns pontos
a respeito de:
• Qualidade de Serviço (QoS): Ferramentas, meios que consiga
estabelecer métricas para controle de qualidade do meio a fim de garantir banda,
trafego, segurança.
• Clientes e parceria: Há de ser observado a questão de quantidade de
clientes e parceiros que a empresa tem cujo propósito seja estratégico, caso no
futuro venha a firmar parcerias com estas.
• Abrangência e Suporte: Representação nacional, com equipe pronta para
assumir falhas garantindo o mínimo de “down time”
• Auto disponibilidade: “Peering”, ser “Mult Home” a fim de garantir a
interconectividade sempre ativa, mesmo com a falha de algum GRX.
Voltando ao foco central do GRX, a figura 19, exemplifica dois domínios de
operadoras diferentes (PLMN “A” e PLMN “B”) conectadas tendo meio comum uma
GRX.
Figura 19: Interconexão entre PLMN com uso de uma GRX.
65
O link estabelecido entre as duas operadoras depois de configurado, será
como se fosse um link direto. Pois mesmo sendo utilizado o canal público via
Internet, ou um outro qualquer, terá por trás uso de protocolos específicos de
comunicação GTP, que criará um túnel lógico, dando toda segurança às informações
nela trafegada. Esse link será provido como um backbone IP privado, sem qualquer
interferência com rede publica “Internet”.
No capitulo 5 deste trabalho, será abordado os periféricos que compõem esta
interface, bem como os protocolos e regras de roteamento para prover conectividade
dos equipamentos conforme exemplo prático de uma operadora local.
Quanto aos tipos de links em que as empresas Integradoras oferecem,
destaca-se grande parte voltada quanto ao critério de redundância e balanceamento
de carga. Restando a operadora de acordo com o seu projeto e disponibilidade
recursos financeiros escolher o que melhor se enquadra a sua realidade. A seguir,
alguns tipos planos de uma empresa GRX oferecidos:
• Conexão sobre IP: uso do IPSEC não sendo necessária conexão com
uso de equipamentos que provenha link dedicado. Neste caso, os aspectos
voltados para redundância são indispensáveis, utilizando Provedores de Internet
distintos.
• Conexão Simples: uso de equipamentos roteadores que ligando uma
rede a outra, usando circuitos dedicados.
• Conexão Redundante: o mesmo esquema de uma Conexão Simples,
porem, aplicando técnicas de redundância onde uma fica inativa e será utilizada
em caso de falha do link principal. Pode o cliente usar como balanceamento de
carga.
66
3.15.Aspectos de segurança no GRX
As empresas Integradoras, que provem GRX, seguem normas e orientações
seguidas de acordo com documentos guias de implementação. Exemplo este o IR.349.
Algumas dessas regras seguidas são importantes e valem serem ressaltadas, tais
como:
• Autenticação entre pontos de acesso (clientes e GRX) ou ate mesmo
GRX com outra GRX, a fim de evitar intrusos.
• Uso de filtros de pacotes e roteamento específicos, evitando fluxo de
informações desnecessárias tanto para o cliente quanto para GRX.
• Rede IP exclusiva, isolada da rede publica.
• Adoção de IPSec, aumentando o grau de confiabilidade no trafego dos
dados na rede.
3.16.Precificação de um projeto de integração GRX
Os valores para estabelecer o Roaming GPRS entre uma operadora com a
outra, terá variações. A sua precificação dependerá do tipo de conexão que será
escolhido, taxa de transmissão do meio exigido entre outras particularidades.
Os custos são mensais e de acordo com o contrato, poderá ter custos
adicionais de suporte, equipamentos extras, instalação, manutenção.
_____________
9
Documento de referencia permanente do GSM Association.
67
4. ESTUDO DE CASO
4.1. Introdução prévia
Foram gastos três meses para compor e concluir o estudo de caso, que tem
por base um cenário real de uma rede GSM/GPRS configurada e em pleno
funcionamento no que tange o Roaming GPRS.
Durante todo o processo de construção deste capítulo, foram necessárias
várias visitas “in loco” em uma operadora “X”, com total acompanhamento do
Engenheiro responsável por dar execução do projeto do Roaming GPRS nesta
operadora.
Inúmeras informações foram coletadas a respeito da rede, os periféricos que a
compõem e detalhes sobre as formas propostas pela empresa “Verisign10” para
provimento de “Inter Backbone GPRS”. Com isso, foi possível desenhar a topologia
completa a que se propõe expor como abordagem no processo de interconectividade,
foco deste trabalho.
Vale lembrar que, com base no conteúdo do IR33, estaremos abordando neste
estudo de caso apenas o cenário onde o usuário visitante é registrado por um SGGN
Virtual com um GGSN da operadora de origem. Este cenário foi escolhido com base no
fato de ser o mais utilizado pelas operadoras.
4.2. Apresentação da topologia
Na topologia representada pela figura 20 na página 69, todos os padrões e
normas foram seguidos mesmo sendo feito no laboratório, sendo fidedigna a rede real.
Alguns equipamentos podem não estar explícitos, pois somente o “CORE” da
rede GSM/GPRS foi ressaltado para maior entendimento do que se objetiva
demonstrar.
68
Figura 20: Topologia GPRS do estudo de caso na operadora “X”
Dentro de uma PLMN, o BG da rede GPRS é o principal centro de referências.
Sua importância é notada pelo fato do mesmo ser o elemento de extremidade da
interface Gp que liga uma PLMN “X” à outra PLMN Y, ou seja, o mesmo será o elo em
termos de conectividade e segurança entre um SGSN de uma operadora ao GGSN da
outra operadora.
Além de ser responsável pelo estabelecimento da conectividade, pode prover
regras de Firewall e recursos adicionais de segurança dentro de sua configuração,
como filtros, regram bem definidos de roteamento BGP (Border Gateway Protocol),
controle de acesso físico a ele próprio, bem como aos demais elementos que
abrangem o “CORE” da Rede GPRS, como os servidores de DNS locais e o SGSN.
10
Verisign é a empresa que atua na área comercial, representante da Belgacom, empresa Belga que
detêm totalidade de abrangência e parcerias relacionadas à Backbone GPRS mundialmente.
69
4.3. Principais equipamentos de acordo com o estudo e a topologia
apresentada
Existem diversos equipamentos que compõem uma rede GSM/GPRS,
detalhes sobre cada um deles podem ser encontrados nos capítulos 1, 2 e 3 deste
trabalho. Há de se comentar e frisar a importância de alguns como: o BG, GGSN e
DNS, pois no estudo de caso eles são os mais importantes e necessários de
configuração.
Começaremos pelo BG, cuja importância se destaca pela centralização da
conectividade entre as PLMNs, e pela responsabilidade de garantir a disponibilidade e
segurança da Rede GPRS.
4.3.1 BG
É um Router de alto desempenho, com um posicionamento extremamente
estratégico dentro da topologia GPRS. Seu chassi deve, sempre que possível for,
prover alta disponibilidade em hardware de forma a garantir a continuidade do serviço
em situações que acarretem em problemas físicos.
Sua conectividade está relacionada com a possibilidade de entroncamento
com uma considerável quantidade de VLAN’s (Virtual Local Área Network), onde os
demais elementos do Backbone GPRS estarão sendo conectados, pois este deverá
ser o gateway default para todo o encaminhamento de pacotes.
Na figura 21 há um exemplo proposto da ligação do BG. Nele pode-se ser
observado um outro roteador CPE (Customer Premises Equipment) que normalmente
são equipamentos fornecidos e gerenciados pela empresa integradora que fornece o
link para provimento do backbone GPRS.
Importante lembrar que o protocolo IPSec será utilizado pois a conexão utiliza
a Internet como meio para prover a conexão.
70
Figura 21: Visão macro da interconectividade proposta.
Algumas configurações de roteamento são necessárias para que a
interconectividade funcione. Abaixo se tem um exemplo de configuração a ser
implementada no BGP, considerando a utilização do protocolo de roteamento dinâmico
BGP de acordo com o que foi utilizado em laboratório relacionado:
Figura 22: Parte da configuração do BG.
71
Conforme figura 22, pagina 71, nota-se que no BG há quatro interfaces. Sendo
uma para comunicação com o GGSN, outra para o Backbone GPRS interno “Trunk” e
outra para o DSN. Há também algumas configurações a respeito da comunicação da
com a Integradora, relacionado ao aspectos importantes para o Roaming e o
funcionamento do BGP.
4.3.2 SGSN
SGSN, no da rede GPRS responsável por prover acesso da MS a rede GPRS,
cuja tarefa muita se assemelha ao MSC da rede GSM, no entanto, serve para
comutação de pacotes. O mesmo contém interfaces como: Gn que corresponde a
ligação entre SGSN e GGSN, conhecido por IP backbone, que na topologia proposta,
corresponde ao “trunk” assim como Gr que faz a ligação ao HLR e o mais importante
no estudo de caso, que esta relacionado à interface Gp, pois neste caso , será o elo de
comunicação como o GGSN de outras PLMNs.
Figura 23: Parte da configuração do SGSN relacionado a APN.
Na figura 23, tempos algumas APNs explicitas cuja premissa visa estabelecer
algumas tipos de
informações de serviços, tais como MMS, PTT e WAP e o
apontamento de do respectivo GGSN, que podemos observar na figura como
“ADDR1”.
O SGSN, no contexto PDP e também no Attach GPRS, durante o processo de
Roaming GPRS, tentará conectar com o GGSN do Home PLMN do MS romeiro. O
mesmo faz repassa ao DNS de seu domínio na tentativa de resolve a APN do MS. Não
tendo êxito, o DNS inquirirá o DNS Root da GRX. O passo a passo sobre este passo
pode ser observado na figura 25 da página 77.
72
4.3.3 GGSN
GGSN, elemento responsável pelo roteamento IP de uma rede GPRS.
Interfaces como: Gn, Gi, Ga são responsáveis pela conexão deste a outros elementos,
conforme figura 23.
No contexto deste estudo de caso, o papel do GGSN será de gerenciar o
roteamento para provimento do Roaming, através dos procedimentos antes e depois
do Túnel GTP entre ele e o SGSN de outra operadora conforme especificado na APN
do MS visitante.
Figura 24: Elemento GGSN.
A interface Gn liga os dois GSN´s e a interface Ga faz ligação entre o GGSN e
o CGF , equipamento responsável pela tarifação. A interface Gi faz a ligação da Rede
GPRS a uma rede PDN, que no figura 23 esta exemplificado com as nuvens “Internet”
e “Intranet”. O GGSN tem como responsabilidade também, prover integridade a rede
GPRS.
O GGSN neste estudo de caso, na hipótese de algum MS da operadora X em
questão, esteja em Roaming em outra operadora, e deseja fazer um contexto PDP
(Roaming outbound), estando em outra PLMN, o GGSN deverá estar preparado,
contendo em sua rota o endereço IP e Mascara de rede da interface Gn da operadora
visitada. Um exemplo de um comando para criação desta rota pode ser vista na figura
24 abaixo :
73
Figura 25: Configurando o GGSN para prover Roaming outbound.
No caso de haver um cenário de roaming inbound, ou seja, romeiros de outras
PLMNs visitando a PLMN “x”, o equipamento SGSN
na PLMN “x” deverá estar
configurado para que suas rotas relacionadas às interfaces envolvidas consigam ser
encaminhadas. Não sendo o foco deste trabalho, iremos explorar somente o Roaming
Outbound.
4.3.4 DNS
O DNS é um elemento importante dentro da rede GPRS.
Na topologia
proposta no estudo de caso, conforme figura 20, na página 68, não foram levados em
conta os aspectos de redundância, para efeitos de simplificação. No entanto, é de
extrema importância ter-se pelo menos dois DNS por domínio, caso um venha a falhar,
o outro assume.
O DNS tem sua serventia na resolução de nomes de APN´s, muito importante
no contexto PDP, pois dentro das informações contidas na APN, há o código da
Operadora do MS, útil para que o SGSN consiga encontrar o endereço IP do GGSN
para assim estabelecer um túnel GTP.
Importante lembrar que o método de inquirição de DNS utilizado no estudo de
caso, é o Interrogativo, conforme figura 24 retirando do IR33.
Há outras formas de Inquirição, como o modo Recursivo. No entanto, não foi o
método utilizado no estudo de caso.
74
Figura 26: Inquirição recursiva de DNS.
Uma vez que o MS logra para uma área de uma PLMN, passo 1 da figura 26
acima, inicia-se o processo de sinalização, com a finalidade de efetuar o registro do
MS, será iniciado o procedimento GPRS attach. O VSGSN da rede visitada deverá
comunicar com o HLR da rede HPLMN a fim de identificar se o móvel está apto ou não
para fazer Roaming, passo não explicito na figura 26, mas que implicitamente existe
tendo a confirmação positiva, o MS recebe a liberação e a partir daí inicia-se o contexto
PDP de ativação.
O elemento VSGSN tentara resolver a APN do MS visitante em seu próprio
DNS, (passo 2) da figura 26. Não conseguindo, haverá uma inquirição ao DNS Root da
GRX conforme (passo 3) da figura 26, no qual caberá o mesmo retornar
como
resposta o DNS da HPLMN responsável pela resolução da APN (passo 4). Finalizando
o procedimento, o DNS da HPLMN retorna para o DNS da VPLMN o IP do VGGSN
(passo 5)
e consequentemente repassa para o VSGSN (passo 6) , que usa o
endereço IP a fim de estabelecer o túnel GTP.
Cada DNS tem os endereços IP´s das APN´s de cada Operadora de acordo
com cada serviço. Na figura abaixo, pode-se ver a linha de configuração de um DNS
conforme estudo de caso.
Para cada serviço, seja ele Wap, Web e etc. temos zonas especificas para
cada serviço dentro de uma mesma operadora.
75
Figura 27: Parte de uma configuração do DNS na operadora "x".
4.4. ROAMING GPRS NA PRÁTICA (PASSO A PASSO)
Considerando um MS de um HPLMN estando em um VPLMN, que neste caso
denomina-se por PLMN “X” e PLMN “B”, abaixo na figura 26, na página 77, temos os
elementos principais envolvidos durante o processo de “Roaming GPRS”, interligando
os dois domínios através de uma GRX.
76
Figura 28: Elementos envolvidos no Roaming GPRS.
O passo a passo, desde o momento do “Attach” ate o “PDP Context” foi
supridos alguns detalhes intrínsecos dos dois contextos, uma vez que isso já esta
detalhado no capitulo 4 deste trabalho. No entanto, serão citados e exemplificados
somente os que realmente interessam para a interconectividade.
Tomando como exemplo, um MS de uma operadora “B” que esteja em uma
área de domínio ou cobertura de outra Operadora, que neste caso é “X”, as primeiras
informações feitas entre o móvel e a PLMN, antes mesmo do usuário/cliente sequer
solicitar alguma chamada de voz ou dados.
Para que a conexão e o uso dos serviços por parte deste cliente sejam
possíveis, sendo ele um visitante à rede em questão, o Attach GPRS bem como o
Contexto PDP terá de ser feito com sucesso e para que isso ocorra, é necessário que
toda a configuração de Roaming GPRS esteja concretizada.
Configuração do Roaming GPRS consiste em terem seus equipamentos
configurados para que o roteamento, comunicação entre equipamentos da rede
visitada consiga conversar com os equipamentos da rede “home” em relação ao móvel
visitante.
Tendo as configurações e os acordos entre as duas operadoras “X” e “B”, a
figura 27, na pagina 78,esta explicito as fases consistentes para garantir a
interconectividade e os detalhes ocorridos em cada fase.
77
Figura 29: Interações durante o procedimento de Roaming GPRS.
78
5. CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS
Muitos foram os desafios encontrados, pois as documentações não são claras
e também não são de fácil acesso e compreensão, pois não se tem documentação de
uma implementação, mas sim documentos de referências.
Muitos detalhes a respeito de canais e protocolos relacionados à GSM/GPRS
não foram totalmente explorados e explícitos, tendo em vista que, o foco seria o
entendimento do Roaming GPRS e o como é feito para que isso seja possível.
Poderia também ser explorados melhor a questão do BGP e TGP, protocolos
utilizados, no entanto, o assunto é vasto e sairia do escopo do trabalho.
A parte de Billing somente foi abordado a questão de quais equipamentos e
interfaces são responsáveis e o papel de cada um deles nos dois tipos de Roaming
previsto. No entanto, poderia ter sido explorado a questão de custos e acordos sobre
este tratado.
Com relação a perguntas sobre : Por que não ter estudado tecnologia 3G? e
sim tecnologia que por sua vez já esta se tornando obsoletas? Enfim, em respostas a
estas possíveis indagações, se justifica no fato da topologia GPRS utilizada na rede
GSM ser um degrau para esta tecnologia, haja visto que para implementação de redes
de Terceira Geração, somente teremos upgrade de softwares e adicionamentos de
alguns componentes na infra-estrutura da rede, mantendo a base da rede GSM/GPRS.
Questões sobre QoS e segurança
entre os equipamentos extremos da
redeBackbone GPRS podem ser assunto para trabalhos futuros, uma vez que podem
ter, e há, algumas falhas flagradas nesta topologia, como possíveis ataques de
negação de serviço, entre outras uma vez que os endereços IP desta rede podem
vazar e tornar expostos, caso a rede de uma GRX filiada esteja vulnerável.
Outro aspecto interessante denotado é a questão do desperdício de banda,
processamento dos equipamentos durante a validação de um MS, no contexto de
roaming, uma vez que, todo o processo interconectividade será feito mesmo o MS não
tem “grants’ para a realização do trafego de Voz/ ou Dados”. Isso enseja um projeto
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futuro na concepção de uma solução que minimize estas verificações e
consequentemente reduz o custo por uso de banda.
Pode ser objeto de estudo futuro também, a questão do VOIP, tendo como uso
a rede GSM/GPRS e ate mesmo o processo de migração desta rede 2G para uma 3G.
Em suma, o trabalho abordou bem a questão de Roaming e sua
Interconectivada. Fatos simples e demonstrações do passo-a-passo no momento em
questão foram explorados e creio que isso favoreça bem a curiosidades iniciais no
concebimento de uma interconectividade dentro do foco em questão.
80
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