Princípios: Telecomunicações II. GSM Arquitectura do Sistema - 1

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1 Arquitectura do Sistema - 1 Princípios: o minimização da complexidade das BTS; o alterações topológicas facilmente implementas; o gestão e manutenção centralizada da rede; o possibilidade de interligação com outras redes. A interface Mobile Station Air interface Base Transceiver Station Abis interface BSS Base Station Controloler Visitor Location Register Mobile service Switching Centre SS7 Tráfego + SS7 PSTN and ISDN Tráfego + SS7 SS7 Outra MSC/VLR Home Location Register X.25 Data Communication Network OMC

2 Arquitectura do Sistema - 2 Mobile Station MS o Contém uma parte rádio e implementa funções de processamento para acesso à rede através da interface rádio; o interface homem máquina; o interface para interligação com equipamento terminal; o SIM (Subscriber Identity Module) cartão que contém o informação relativa ao assinante e ao sistema. Network Switching Sub system (NSS) Base Station Sub System (BSS) VLR HLR BTS BSC TRAU MSC AUC EIR MS Mobile Subscriber SIM Subscriber Identity Module

3 Arquitectura do Sistema - 3 Base Station Sub-system BSS o É o responsável pelo estabelecimento da ligação entre a estação móvel e o NSS (Networking Switching System). o Agrupa as infra-estruturas de máquinas que são específicas aos aspectos rádio celulares. o Encontra-se em contacto directo com as estações base, através do interface rádio. o O BSS encontra-se também em contacto com o OMC (Operation and Maintenance Centre) através duma rede de comunicação de dados. Network Switching Sub system (NSS) Base Station Sub System (BSS) VLR HLR BTS BSC TRAU MSC AUC MS SIM EIR PST

4 Arquitectura do Sistema - 4 Base Station Sub-system BSS (cont.) o BTS - Base Transceiver Station. A BTS compreende os dispositivos de transmissão e recepção de rádio, incluindo as antenas, bem como o processamento de sinal específico da interface rádio. Network Switching Sub system (NSS) Base Station Sub System (BSS) VLR HLR BSC TRAU MSC AUC SIM EIR BTS

5 Arquitectura do Sistema - 5 Base Station Sub-system BSS (cont.) o BSC - Base Station Controller. O BSC é responsável por toda a gestão do interface rádio, através do comando remoto da BTS e da MS, e principalmente da atribuição de canais de rádio bem como o controle de handover. Está ligada por um lado ao SS, e por outro a várias BTS s. Network Switching Sub Base Station Sub System VLR HLR BTS TRAU MSC AUC SIM EIR BSC

6 Arquitectura do Sistema - 6 Switching System - SS o Inclui as principais funções de comutação do, bem como as bases de dadas necessárias para os assinantes e para a gestão da mobilidade. o As funções de comutação básicas são executadas pelo MSC (Mobile Switching Centre). Coordena e estabelece as chamadas de e para os assinantes do sistema. O MSC tem ligações com os BSS s, com as redes externas, com o OMC e com as bases de dados. Network Switching Sub Base Station Sub System VLR HLR BTS BSC TRAU AUC SIM MSC

7 Arquitectura do Sistema - 7 Switching System SS (cont.) o Três bases de dados do sistema armazenam informação sobre os assinantes e equipamento. o Home Location Register - HLR Guarda a informação sobre níveis de assinaturas, serviços suplementares e a posição actual, ou mais recente, dos assinantes da própria rede. Base Station Sub System (BSS) Network Switching Sub system (NSS) VLR BTS BSC TRAU MSC SIM EIR HLR

8 Arquitectura do Sistema - 8 Switching System SS (cont.) o Visitors Location Register - VLR Contém informação sobre níveis de assinantes, serviços suplementares e a posição actual dos assinantes visitantes dessa área. Network Switching Sub system (NSS) Base Station Sub System (BSS) H BTS BSC TRAU A SIM VLR o Authentication Center - AuC Contêm informação adequada para evitar as intromissões no interface rádio e a utilização indevida do equipamento. Network Switching Sub system (NSS) Base Station Sub System (BSS) VLR HLR BTS BSC TRAU MSC SIM EIR AUC

9 Arquitectura do Sistema - 9 Operation and Suport System - OSS o Operação e manutenção das máquinas da rede. Responsável por este serviço está uma máquina a que se dá o nome de OMC (Operation and Maintenance Centre), e que é considerada a interface entre o homem e a rede, permitindo a este efectuar operações de manutenção, assim como fazer a gestão de todas as máquinas do sistema. o Gestão das assinaturas, tarifação e contabilização. Normalmente é uma máquina independente que se ocupa destas tarefas. Com ligação ao HLR para consulta e actualização de dados referentes aos assinantes, assim como também para tarifação. o Gestão do equipamento móvel. Parte desta tarefa é realizada na operação de rede pelas máquinas da infra-estrutura. Existe uma máquina, identificada como sendo EIR (Equipment Identity Register), responsável pelo armazenamento dos dados relativos ao equipamento móvel. Um exemplo da necessidade da gestão do equipamento móvel é o de procurar MS s roubadas ou com funcionamento estranho.

10 Arquitectura do Sistema - 10

11 Arquitectura do Sistema - 11 Mobile Station - MS o Subscriber Identity Module (SIM) O módulo SIM é suportado por um cartão que deve ser colocado no móvel. A norma define uma série de aspectos relacionados com segurança que devem ser suportados pelo SIM. Estes aspectos são: Algoritmo de autenticação A3; Chave de autenticação do assinante Ki; Algoritmo para gerar a chave de encriptação A8; Chave de encriptação Kc; Controle de acesso aos dados armazenados e funções executadas no SIM; Os dados que a norma impõe que sejam guardados no SIM são: Informação administrativa: descreve o modo de operação do SIM; Identificação do CI do cartão: identificação única de cada SIM e do seu emissor; Tabela de serviços do SIM: Indica quais os serviços opcionais implementados no SIM; Identificação Internacional do Assinante móvel (IMSI); Informação de localização: inclui a identificação temporária do assinante (TMSI), a informação da área de localização, o valor correnteda periodicidade de actualização periódica de localização e o estado da actualização de localização; Número de sequência da chave de encriptação e a própria chave de encriptação(kc); Informação relativa aos canais BCCH: lista de portadoras de frequências utilizadas na selecção de célula; Classe(s) de controle de acesso; PLMN s esquecidas; Período de procura da HPLMN; Idioma preferido do assinante;

12 Arquitectura do Sistema - 12 Mobile Station MS (cont.) o Subscriber Identity Module SIM (cont.) Além da informação anterior o SIM deve também guardar a seguinte informação relacionada com os aspectos de segurança: Número de Identificação Pessoal (PIN); Indicador se PIN activo ou desactivo; Contador de erros de introdução do PIN; A chave para desbloquear o PIN (PUK); Contador de erros de PUK; Chave de autenticação do assinante, Ki; o Características da Estação Móvel As capacidades básicas podem ser obrigatória (M) ou opcionalmente (O) implementadas. Afixação do número chamado (M) Indicação de progresso na chamada (M) Indicação do País/PLMN (M) Selecção de País/PLMN (M) Teclado (O) IMEI (M) Indicação e reconhecimento de Mensagens Curtas (M) Indicação de overflow de Mensagens Curtas (M) Interface com DTE/DCE (O) Interface com ISDN (O) Função de Acesso Internacional (O) Indicador de Serviço (M) DTMF (M) Comutador ON/OFF (M) Gestão da identidade do assinante (M) Chamadas de Emergência (M)

13 Arquitectura do Sistema - 13 Base Station System - BSS o É o principal responsável: pelas funções de rádio do sistema; pela gestão dos recursos rádio da rede; pelo handover das chamadas em curso; pela gestão dos dados de configuração das células; pelo controlo do nível de potência na estação de base e estação móvel; possui também autonomia para tratar a maior parte de possíveis falhas do sistema, não tendo assim nestes casos que intervir o OSS. o Arquitectura A BTS, que inclui os recursos rádio e de sinalização necessários a assegurar o tráfego numa determinada célula. O BSC, que controla todas as BTS s e respectivos interfaces rádio necessários para cobrir a área do BSS.

14 Arquitectura do Sistema - 14 Base Station System BSS (cont.) o Um BSC pode compreender uma ou mais BTS s, de modo a abranger diversas arquitecturas possíveis da rede. o BSC monitoriza as principais funções de operação e manutenção das BTS. o A gestão handovers entre células, é feita autonomamente pelo BSC, desde que as células envolvidas no processo sejam controlados pelo mesmo BSC. o Os conversores de Voz, speech transcoders ou Transconding and Rate Adaptation Unit (TRAU), são utilizados para adaptar o formato de codificação de baixo débito (13 Kbits/s), utilizados no canal rádio, para o utilizado na rede fixa (64 Kbit/s). o São assim reduzidos os custos de interligação, agrupando-se quatro canais de voz num canal PCM. o Toda esta arquitectura deve apresentar flexibilidade em relação à cobertura que se pretende, dependendo da área a cobrir, edifícios e tipo de arruamentos. o Poderá existir uma cobertura omnidirecional ou sectorizada, de acordo com as necessidades de tráfego.

15 Arquitectura do Sistema - 15 Base Station System BSS (cont.)

16 Arquitectura do Sistema - 16 Base Station System BSS (cont.) o Base Station Controller (BSC) Funções: Administração dos dados descritivos e de configuração das células. É possível definir e obter a descrição de células bem como alterar e remover descrições e definições. Administração dos dados do sistema de informação. Os dados do sistema de informação são dados específicos a uma determinada célula difundidos para as estações móveis, quer estas estejam em modo de espera ou dedicadas. Administração dos dados de localização. Para assegurar as funções de localização é utilizada uma série de dados que podem ser alterados, corrigidos ou removidos. Medidas de Tráfego. O BSC executa uma série de funções relacionadas com medidas de tráfego. Exemplos destas medidas são o número de tentativas para estabelecer chamadas, congestionamento, níveis de tráfego, número de handovers, número de chamadas caídas, etc. O BSC é responsável por carregar todo o software das BTS que não têm discos rígidos. O BSC assegura todos os mecanismos que permitam estabelecer, manter e terminar ligações rádio com os móveis.

17 Arquitectura do Sistema - 17 Base Station System BSS (cont.) o Base Station Controller BSC (cont.) Estabelecimento de ligações com os móveis: Paging Estabelecimento de uma ligação para sinalização. Na fase de estabelecimento de chamadas a comunicação passa a ser feita através dos canais de sinalização próprios para o efeito atribuídos pelo BSC. Se ligação tem inicio no móvel é verificada a situação de tráfego do BSC. Atribuição de canal de tráfego. O BSC atribui um canal de tráfego para a ligação. Se todos os canais de tráfego estiverem ocupados pode ser feita uma tentativa de encontrar um canal nas células vizinhas. Supervisão e manutenção de ligações: Controlo de potência na MS e BTS: o O BSC calcula a potência de emissão dos móveis e estações base com base nas medidas que lhe são enviadas. o Esta informação é enviada para os móveis e BTS com uma periodicidade de 480 ms.

18 Arquitectura do Sistema - 18 Base Station System BSS (cont.) o Base Station Controller BSC (cont.) Supervisão e manutenção de ligações (cont.): Localização: o O estado da ligação rádio entre o móvel e a BTS é avaliado e, se necessário, sugere um handover para outra célula. o Esta decisão é tomada com base nas medidas na célula em causa e nas células vizinhas. Handover. o O handover é o processo pelo qual uma ligação activa á transferida para outra célula Frequency Hopping. o As sequências de hopping são definidas pelo BSC que as envia para os móveis e BTS. Mensagens Curtas o Assegura a gestão das listas de espera, envio e repetições de mensagens curtas.

19 Arquitectura do Sistema - 19 Switching System - SS o O sistema de comutação inclui as principais funções de comutação do sistema, assim como as bases de dados necessárias para os assinantes e para a gestão da mobilidade. o A sua principal função é a gestão da comunicação entre utilizadores de e utilizadores de outras redes. o O sistema de comutação inclui os seguintes elementos funcionais: Gateway Mobile services Switching Centre (GMSC); Mobile services Switching Centre (MSC); Visitor Location Register (VLR); Home Location Register (HLR); Authentication Centre (AuC); Equipment Identity Register (EIR).

20 Arquitectura do Sistema - 20 Switching System SS (cont.) o MSC/VLR e GMSC O Centro de Comutação de Serviços Móveis (MSC) é responsável pela total gestão das chamadas, tendo de estabelecer, encaminhar, controlar e terminar chamadas. O MSC é responsável pela gestão dos Handovers entre dois BSCs. Todas as funcionalidades relacionadas com contas e tarifação são da responsabilidade do MSC, bem como efectuar o interface com as redes públicas de voz (PSTN) e dados (ISDN). O VLR é basicamente uma base de dados que contém diversa informação acerca de todos os assinantes móveis presentemente cobertos pela zona de serviço do MSC. O MSC Gateway (GMSC) faz a interligação entre a rede e outras redes. É o ponto da rede por onde entram as chamadas para os assinantes móveis O GMSC é também responsável por encaminhar a chamada para o MSC da área de serviço onde esta localizado o assinante. O GMSC tem de intervir sempre que um dos extremos da chamada é um assinante fixo, ou de outra rede externa.

21 Arquitectura do Sistema - 21 Interface Abis o A interface Abis encontra-se localizada entre as BTS e BSC. Num sistema é disponibilizado um canal com uma capacidade de 13 Kbit/s é disponibilizado para transmissão rádio de sinais de voz, ao contrário das redes fixas de transmissão onde a capacidade de canal é de 64 Kbit/s. A interligação entre estes dois sistemas requer a utilização de equipamento de transcoding (TCE), existindo para cada canal de tráfego um TRAU (Transcoder/ Rate Adapter Unit). Para além de recodificar o sinal de voz, é necessário que o ritmo de transmissão de dados seja adaptado. São utilizados canais de tráfego de 16 Kbit/s na rede, pois é necessário um canal adicional de 3 Kbit/s entre o TRAU e a BTS para funções de controlo.