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Unidade 7Sistema GSM
Tópicos• Estrutura da Rede GSM
• Arquitetura do Sistema
• Elementos do Sistema
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Estrutura da Rede GSM• No sistema GSM existe uma hierarquia de áreas:
– Área de Serviço GSM : toda área servida por todos os paísesmembros em que um móvel GSM pode operar;
– Área de Serviço de Rede Pública Móvel Terrestre (PLMN): podemexistir uma ou mais por país (operadora);
– Área de Serviço da MSC (Subdivisão da área de serviço PLMN):área coberta por todas as BSC’s controladas por uma MSC;
– Área de Localização – LA (Subdivisão da área de serviço MSC):área coberta por um sub-conjunto das BSC’s controladas por umaMSC, na qual a estação móvel pode mover-se livremente sematualizar a localização com a MSC;
– Células : área de cobertura de uma BTS.
Arquitetura do Sistema• A rede GSM é basicamente dividida em 4 partes
principais:
– Mobile Station (MS) – Estação Móvel
– Base Station Subsystem (BSS) - Subsistema de Rádio
– Network and Switching Subsystem (NSS) - Subsistema de Rede
– Operation Support Subsystem (OSS) - Subsistema de Operação e Suporte
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NSSBSSMS
Arquitetura do Sistema
SIM
SIM
SIM
ME
ME
ME
PSTN
ISDN
Interface de Rádio
Interface A
BSC
BTS
Interface A-bis
MSC
VLR HLR EIR AUC
OMC
OSS
Elementos do Sistema
• MS – Mobile Station
• BTS – Base Transceiver Station
• BSC – Base Station Controller
• MSC– Mobile Switching Center
• HLR – Home Location Register
• VLR – Visitor Location Register
• AUC – Authentication Center
• EIR – Equipament Identity Register
• OMC – Operation and Maintenance Center
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MS – Mobile Station
• Funções básicas
– Transmissão e recepção de voz e dados
– Sincronização de tempo (time slot) e sintonia de freqüência (portadora) – canal GSM
– Controle de Potência de transmissão
– Exibir mensagens curtas (SMS) de até 160 caracteres
– Monitorar a potência e a qualidade do sinal de células vizinhas para auxiliar o handover
time slot 05
time slot 03
time slot 07
time slot 02
time slot 04
time slot 06
time slot 01
time slot 08
200 KHz
Sincronização Temporal e Sintonia de Freqüência
• Canal GSM– Freqüência (portadoras de 200 KHz de banda)– Tempo (time slot)– Cada portadora contém 8 time slots
• O MS deve ser hábil para sintonizar uma freqüência (portadora) e sincronizar um time slot designados pelo sistema
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Potência Tx do MS
• As classes de 1 a 4 são destinadas a unidades veiculares e terminais portáteis. Nestas classes, devido aos altos níveis de potência, as antenas são geralmente montadas desacopladas dos terminais
• A classe 5 é destinada a terminais portáteis de pequeno volume para uso pessoal
Classes de Potência
Potência Máxima
Tolerância Máxima (dB)
1 20 W (43 dBm) ±±±± 2,5
2 8 W (39 dBm) ±±±± 2,5
3 5 W (37 dBm) ±±±± 2,5
4 2 W (33 dBm) ±±±± 2,5
5 0,8 W (29 dBm) ±±±± 2,5
Controle de Potência• Objetivo do controle de potência Tx do MS:
– Manter sempre o menor nível de potência necessária para a comunicação
– Minimizar a interferência co-canal do sistema
– Aumentar o tempo de duração das baterias
• A BTS realiza medidas do nível de potência de transmissão do móvel
• Com base nestas medidas o controle de potência é realizado pela BSC
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Controle de Potência
Níveis de Potência
Tolerância Máxima (dB)
Níveis de Potência
Tolerância Máxima (dB)
0 43 dBm ±±±± 2,5 8 27 dBm ±±±± 4
1 41 dBm ±±±± 4 9 25 dBm ±±±± 4
2 39 dBm ±±±± 4 ou 2,5 10 23 dBm ±±±± 4
3 37 dBm ±±±± 4 ou 2,5 11 21 dBm ±±±± 4
4 35 dBm ±±±± 4 12 19 dBm ±±±± 4
5 33 dBm ±±±± 4 ou 2,5 13 17 dBm ±±±± 4
6 31 dBm ±±±± 4 14 15 dBm ±±±± 4
7 29 dBm ±±±± 4 ou 2,5 15 13 dBm ±±±± 4
• O controle de potência é feito em passos de 2 dB
Short Message Service
• Esta especificação é importante para a disseminação e implementação do serviço
• Outras tecnologias (CDMA e D-AMPS) implementam o SMS porém são especificadas separadamente, ou seja, não há obrigação dos fabricantes em implementar a funcionalidade
Toda unidade móvel GSM é especificada com a capacidade
mínima de exibição de 160 caracteres de SMS
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Monitoramento do Nível e da Qualidade do Sinal
• Monitorar a potência e a qualidade do sinal de células vizinhas para auxiliar o handover
Nível
(dBm)
BER
Célula 01
Célula 02
Célula 03
Outras Funções do MS
• Equalização de distorção devido ao multipercurso
• Ajuste temporal (Timing Advance) para sincronizar a sua transmissão com o slot de tempo da sua recepção levando em consideração os atrasos de propagação
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Time Advance
BTS
Atraso t1
Atraso t2
TS0
TS1
Ordem dos time slots: TS0, TS1,...,TS7
atrasos de propagação: t1 > t2
SIM Card
• SIM Card = Subscriber Identity Module Card
• Cartão plástico removível do tamanho de um selo postal
• Contém as informações de identificação do usuário
• Permite maior flexibilidade e segurança ao usuário
• Permite na prática a idéia de Comunicação Pessoal (Personal Communication)
Animação Oi
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SIM Card
• O SIM Card é formado por:– Um microprocessador– Uma memória do tipo RAM– Uma memória do tipo ROM
• Alguns dados contidos no SIM Card:– Informação de localização– Aplicativos de segurança (Autenticação)– IMSI = International Mobile Subscriber Identity
• Dados que podem ser armazenados no SIM:– PIN = Personal Identification Number– Agenda Telefônica, etc...
PIN – Personal Identification
Number
• Exerce a funcionalidade de senha para o usuário;
• O PIN (com 4 dígitos) pode ser alterado, ativado ou desativado;
• Toda vez ao entrar no sistema, o usuário digita o PIN (se ativado) que é comparado com o PIN armazenado no SIM Card. Três tentativas inválidas desabilitam o SIM Card do usuário. Para habilitar novamente o SIM, o usuário deverá digitar o PUK (PIN Unlocked Key) que é também armazenado no SIM e possui 8 dígitos;
• Desabilitar o PIN simplifica o procedimento de chamada porém aumenta o risco contra uso indevido.
PIN
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BTS – Base Transceiver Station
• Funções Básicas da BTS GSM:– Responsável pela interface de rádio com o MS– Emite sinais codificados, criptografados, multiplexados e
modulados. Na recepção faz o processo inverso– Ajusta taxas de transmissão (dados ou voz) e de codificação.
Transmissão de voz existem duas taxas básicas: Full Rate e a Half Rate
– Executa sincronização com outras BTS do sistema
“Nossa conhecida
Estação Rádio-Base
(ERB)”
Sincronização das BTS GSM
• As BTSs GSM recebem um sinal de sincronismo da BSC (Base Station Controller)
• O sincronismo é fundamental para alocação dos time slots e para o processo de handover
BSC
BTS
BTS
BTS
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Outras Funções da BTS
• Controla o Timing Advance (Ajuste Temporal) das unidades móveis (MS’s);
• Monitora a qualidade do enlace reverso (uplink): monitora o nível e a qualidade do sinal do MS;
• Faz detecção de acessos aleatórios: é capaz de receber informações de acessos aleatórios de uma unidade móvel qualquer, através do canal de controle comum;
BSC – Base Station Controller
• Funções básicas de uma BSC:– Gerenciamento de canais (alocação dos canais)– Controle dos níveis de potência das BTS’s e dos MS’s– Controla o processo de handover entre células– Fornece o sinal de sincronismo para as BTS’s
BSCBTS
Interface Aérea
Interface A-bis
MSCInterface A
Rede
Fixa
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Gerenciamento de Canais
• A BSC determina e aloca os canais (portadora +time-slot) para os MS’s em sua área de cobertura
• Realoca freqüências para as BTS’s com alta demanda de tráfego em horários de pico (alocação dinâmica de canais)
• Em situações de interferência co-canal excessiva, a BSC pode designar um novo canal para a unidade móvel (handover intracelular)
P2 , TS3
P9 , TS8
BSCBTS
Controle de canais
MSC – Mobile Switching Center
• Funções principais do MSC:– Procedimento de paging (busca de um usuário)
– Coordenação do processamento de chamada de todos os MS’s em sua área de cobertura
– Registro de localização
– Interoperabilidade com outras redes
– Responsável pela tarifação dos assinantes baseados em sua área
– Criptografia
– Comunicação entre diversas BSS’s
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HLR – Home Location Register
• Dados permanentes armazenados pelo HLR:– IMSI (identidade de assinante móvel internacional): identifica não-
ambigüidade de MS’s na rede GSM mundial– MS ISDN: nº único do MS reconhecido na rede toda– Categoria do MS: pós-pago ou pré-pago– Restrição de Roaming (permitido ou não)– Parâmetros relacionados com serviços suplementares– Chave de autenticação: é usado no procedimento de segurança e
especialmente para autenticar a identidade declarada de um MS
HLRÉ uma base de dados com as informações
dos assinantes locais (home)
IMSI – International Mobile
Subscriber Identity
• MCC (Mobile Country Code): representa o código do país do móvel
• MNC (Mobile Network Code): representa o código da Rede GSM (PLMN) do móvel
• MSIN (Mobile Subscriber Identification Number): número que identifica o móvel dentro de uma rede GSM PLMN.
MCC MNC MSIN
3 dígitos 2 dígitos máximo 10 dígitos
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Dados Temporários Armazenados no HLR
• IMSI• LMSI (Local MS identity): número único temporário designado a um assinante
móvel visitante para acelerar o processo de busca de dados do assinante no VLR;
• Endereço VLR: identifica o VLR que atualmente controla o MS• Endereço MSC: identifica a área MSC na qual o MS está registrado• Chaves temporárias de autenticação• MSRN (MS Roaming Number): número usado para rotear chamadas
originadas para o MS
HLR
VLR – Visitor Location Register
• Funções básicas do VLR:– Trabalhar junto com o HLR (copia todas as suas informações)
– Transferir a chave de criptografia do HLR para o BSS servidor para a criptografia/decriptografia
– Suporte ao procedimento de busca (paging)
VLRÉ uma base de dados com as informações
dos assinantes em roaming
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AUC – Authentication Center
• A legitimidade (autenticação) do usuário é realizada pela AuC juntamente com o HLR
• O AUC armazena as informações necessárias para proteger a comunicação através da interface aérea contra possíveis fraudadores– Informações de autenticação
– Chaves criptográficas
AUC
EIR – Equipament Identity Register
• O EIR é um banco de dados que armazena todos os IMEI (International Mobile Equipament Identity) de todos os móveis registrados
EIR
Existem três categorias de Equipamentos Móveis classificados no EIR:
� White List: IMEI’s dos aparelhos válidos, que não apresentam nenhum problema em seu registro
� Gray List: IMEI’s dos aparelhos que apresentam problemas (falha de software, quebra ou defeito de hardware)
� Black List: IMEI’s dos aparelhos relatados como roubados
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OMC – Operation and Maintenance
Center
• Responsável pelo(a):– Suporte para manutenção;– Controle de versão e configuração de software;– Status da rede;– Coleta de dados de tráfego da rede;– Controle de falhas;– Geração de alarmes.