Roaming de GPRS - Uma abordagem sobre o processo de. Interconexão SÉRGIO DE OLIVEIRA

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1 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

2 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

3 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 Banca Examinadora: Prof. Msc. Alexandre Oliveira Prof. Esp. Alexandre Campos Prof. Esp. Flamaryon Guerin Gomes Borges (Orientador) Uberlândia 2007

4 Aos meus pais, principalmente ao Francisco, meu pai, que tanto sonhou com esta realização e não está aqui para poder partilhá-la comigo...

5 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....

6 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.

7 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

8 LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS ABNT BGP BSC BSS BTS CCC CEPT CGF CPE EDGE E-GSM ERB GGSN GPRS GRX GSM GSM GIWU HSCSD ISDN ISO IWF MNC MoU MS OSI PCS PCU PDN PLMN QoS Associação Brasileira de Normas Técnicas Border Gateway Protocol Base Station Controller Base Station System Base Transceiver Station Central de Comutação e Controle Conference of European Postal and Telecommunications Charging Gateway Function Customer Premises Equipment Enhanced Data rates for Global Evolution Extended Global System for Mobile Communications Estação Radio Base Gateway GPRS Support Node General Packet Radio Service GPRS Roaming Exchange Global System for Mobile Communications Groupe Spéciale Móbile GSM Interworking Unit High-Speed Circuit-Switched Data Integrated Services Digital Network International Standardization Organization Inter-Working Function Mobile Network Code Memoranda of Understanding Mobile Station Open Systems Interconnection Personal Communication Services Packet Control Unit Packet Data Network Public Land Mobile Network Quality of Service

9 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

10 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

11 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Número de conexões GSM 23

12 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

13 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO DELIMITAÇÃO E CENÁRIO ATUAL IDENTIFICAÇÃO DO PROBLEMA OBJETIVOS Objetivos Gerais Objetivos Específicos ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO GSM - ASPECTOS GERAIS SURGIMENTO, PROPÓSITO E FASES FREQÜÊNCIAS DE OPERAÇÃO QUADROS GSM E SUAS ESTRUTURAS CANAIS Canais de Tráfego (TCH) Canais de Tráfego (CCH) SERVIÇOS DO GSM Tipos de Serviços Tele-serviços Tipos de Serviços Suplementares ARQUITETURA DO SISTEMA GSM TOPOLOGIA DA REDE GSM Componentes e suas funções dentro da topologia INTERFACES DA REDE GSM Interface Aérea (Um) Interface Abis Interface A Interface B Interface C Interface D Interface E Interface F Interface G Interface R PROTOCOLOS DA REDE GSM HANDOFF OU HANDOVER GPRS ASPECTOS GERAIS BENEFÍCIOS DA TECNOLOGIA GPRS TAXAS DE VELOCIDADE, SENTIDOS E CLASSES DE MULTSLOT CLASSES DE GPRS ARQUITETURA GPRS REDES BACKBONE GPRS PONTO DE ACESSO (APN) GPRS ATTACH CONTEXTO PDP DE ATIVAÇÃO TARIFAÇÃO NO GPRS 55

14 3.11. ASPECTOS DO ROAMING PRÉ-REQUISITOS PARA O ROAMING ROAMING GPRS E SUA RELAÇÃO A UMA GRX TOPOLOGIA DE UMA GRX ASPECTOS DE SEGURANÇA NO GRX PRECIFICAÇÃO DE UM PROJETO DE INTEGRAÇÃO GRX ESTUDO DE CASO INTRODUÇÃO PRÉVIA APRESENTAÇÃO DA TOPOLOGIA PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DE ACORDO COM O ESTUDO E A TOPOLOGIA APRESENTADA BG SGSN GGSN DNS ROAMING GPRS NA PRÁTICA (PASSO - A - PASSO) CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS 78 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 80

15 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 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 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 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 Objetivos 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 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 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 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 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 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 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 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 (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 24 Quadro 1: Padrão GSM 1800 utilizado no Brasil 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 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 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 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 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 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 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) 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 29 Correio eletrônico por voz e Fax Mail 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...) Arquitetura do Sistema GSM

30 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 31 OSS / OMC 3 - Operation Support Subsytem: subsistema de suporte de operações, responsável por prover suporte e operação do Sistema GSM 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 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 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 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 - Inter- Working 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 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 Interface Aérea (Um) MS e o BTS. Conhecida por interface RF (Rádio freqüência), cuja premissa é o link entre o 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 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 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 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 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 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 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 36 rede, principalmente quando o MS encontra-se em estado do IMEI International Móbile Equipment Identity 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 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 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 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 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) 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) Ao obter as informações recebidas da célula que tem um melhor parâmetro 5 QoS de sinal, a BTS refaz a sincronização, mudando a freqüência e o canal para a nova célula. 4 Um destes parâmetros pode ser a distância entre uma BTS e a MS 5 A técnica para descobrir a melhor célula, advém da métrica do sinal entre MS e BTS.

39 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 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 41 RF em uma conexão de dados. Esta foi a técnica adotada pelo HSCSD (High- Speed Circuit-Switched), cujos primeiros sistemas apareceram em 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 ( ) 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 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 42 GSM. Rapidez - GPRS dá velocidades cinco vezes mais rápidas do que a 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); ; leitores de cartão de créditos, ou até mesmo aplicações de vendas de serviços; transmissão bancária; uso cientifico em software de telemetria etc 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 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 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 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 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 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 Redes backbone GPRS

47 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 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. (2006): O endereço APN é formando da seguinte forma, de acordo com Sverzut Figura 11: Endereço APN

49 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. 50

51 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. (aleatório). Passo 7: O SGSN autentica o MS emitindo um valor Randômico Passo 8: No MS, o SIM 8 (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 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). status. Passo 13: O EIR limpa o subscritor e responde de volta ao SGSN com o 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 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 54 Figura 13: Context PDP Activation. abaixo: Detalhes sobre cada passo, de acordo com a figura 13, podem ser vistos 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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.

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