Aula 11 – Sistemas GSM Prof. Diovani Milhorim Comunicações móveis.

Aula 11 – Sistemas GSM

Prof. Diovani Milhorim

Comunicações móveis

Introdução

• Na década de 80, sistemas de telefones celulares foram desenvolvidos na Europa

• Cada país desenvolveu seu próprio sistema, o que levou a incompatibilidades

• Problema crítico era o roaming, devido a forma de envio de dados e frequência

• Em 1982, uma conferência formou o grupo denominado Group Special Mobile

• Em 1989, a responsabilidade do GSM passou para o ETSI

• Em 1990, foram publicadas as especificações da 1ª. fase do GSM.

GSM – Global System for Mobile Communications

http://www.etsi.org/

Grupo GSM


• O GSM começou a ser comercializado em meados de 1991

• Atualmente GSM significa Global System for Mobile Communications

• Sistema Digital Celular da Segunda Geração

• Em adição à operação celular na frequência de 900 MHz

• A tecnologia GSM é ainda utilizada nas freqüências de 1800/1900 MHz

• Para roaming internacional aparelhos tri-band e quadri-band

• Padronização da fase 2,5 do GSM:

• => Melhores serviços de codificação de voz

=> Serviços mais avançados de transmissão de dados

(Ex. General Packet Radio Service – GPRS)

http://www.gsmworld.com/index.shtml

Arquitetura de Rede GSM

Um sistema GSM é formado por três subsistemas:

BSS - Subsistema de estação rádio base(Base Station Subsystem)

- Gerenciamento de conexões no caminho de rádio;- Gerencia handoff entre células dentro de um mesmo BSS.

NSS - Subsistema de rede e comutação(Network Switch Subsystem)

Controla chamadas; Autentica e valida conta de assinantes; Controla roaming de assinantes móveis; Gerencia handoff entre células de diferentes BSSs. Interface com a rede telefônica fixa (PSTN)

OMC - Centro de operação e manutenção(Operation and Maintenance Center)

Suporta a interface de operação da rede.




Figura 16.1


A arquitetura do sistema GSM inclui três interfaces padrões (Figura 16.2):

Interface A Entre MSC (Mobile Switching Center) e a Estação Base

Controladora (Base Station Controller – BSC);

Interface Abis Entre a BSC e a Estação Base Transceptora (Base Transceiver Station –

BTS);

Interface Um (Interface de rádio) Entre a BTS e a estação móvel (Mobile Station – MS).



Figura 16.2


NSS - Subsistema de rede e comutação

O subsistema de rede e comutação é formado por um elemento de hardware e quatro elementos de software:

MSC: Centro de Comutação Móvel

HLR: Registro de Localização de Unidade Móvel Local

VLR: Registro de Localização de Unidade Móvel Visitante

EIR: Registro de Identidade de Equipamento

AuC: Centro de Autenticação.



MSC (Mobile Switching Center)

• Gerência de serviços móveis dentro de sua área de jurisdição

• Comutação de chamadas entre estações móveis ou entre uma estação móvel e um

usuário de uma rede fixa

• Atribui canais de usuários junto ao BSS pelo qual é responsável

• Trabalha em conjunto com HLR, VLR, EIR e AuC para prover serviços de

tratamento de assinantes móveis

• Registro

• Gerenciamento de assinantes em roaming

• Transição entre células (handoff)

• Atualização da localização

• Autenticação.



MSC (Mobile Switching Center)

Provê interoperabilidade entre um sistema GSM e outras redes, tais como: PSTN (Public Switched Telephone Network)ISDN (Integrated Services Digital Network)PLMN (Public Land Mobile Network)

Uma MSC com uma interface para redes externas é chamada de GMSC (Gateway MSC).

A chamada para uma MS com origem em uma rede externa, entra na rede via GMSC que examina o HLR e então repassa a chamada para a MSC onde a MS se encontra.



HLR (Home Location Register)

Base de dados que contém informações administrativas dos assinantes registrados nas suas respectivas redes GSM

Dados permanentes (ex.: perfil de serviços);Dados temporários (ex.: localização corrente da estação móvel).

Quando um assinante adquire acesso à rede móvel de uma operadora de telefonia celular, ele é registrado no HLR da operadora

Pode haver mais de uma HLR em uma área de serviço, mas existe apenas uma única entrada por assinante.



VLR (Visitor Location Register)

Base de dados temporária sobre MSs em roaming: MSs que tenham saído da sua área de serviço domiciliada e estejam estabelecendo uma chamada em uma nova área associada a um MSC ao qual o VLR esteja conectado

Quando uma MS visita uma nova área de MSC, o VLR conectado àquele MSC requisitará dados daquele assinante ao HLR

Ao mesmo tempo, o HLR será informado sobre a nova localização da MS.

Se a MS desejar estabelecer uma chamada, o VLR terá as informações necessárias para controlar a chamada e providenciar os serviços necessários.



EIR (Equipment Identity Register)

A distinção entre a identidade do assinante e o identificador do terminal é um potencial causador de problemas para o GSM

É possível operar qualquer terminal GSM com um SIM card válido.

Oportunidade para mercado negro de equipamentos roubados.

O EIR é uma base de dados que contém uma lista de todos os equipamentos móveis válidos na rede GSM.



EIR (Equipment Identity Register)

Equipamentos móveis são identificados pelo IMEI (International Mobile Equipment Identity)

IMEI é uma espécie de número serial, alocado pelo fabricante do equipamento e registrado pela operadora, identificando unicamente e internacionalmente um equipamento móvel

Um IMEI é considerado inválido se declarado como roubado ou incompatível com a rede.



AuC (Authentication Center)

O procedimento de autenticação checa a validade do cartão SIM dos assinantes e se eles têm permissão para usar a rede em questão.

A autenticação baseia-se no algoritmo A3 armazenado no cartão SIM e na base de dados protegida AuC.

A3 utiliza dois parâmetros:- Chave secreta de autenticação Ki armazenada no SIM e na rede- Número gerado aleatoriamente (RAND) que é transmitido para o cartão SIM da MS servindo como entrada para o algoritmo.

O resultado é enviado da MS para a rede onde seu valor é comparado com o valor calculado pelo AuC.


BSS - Subsistema de estação rádio base

BSS Subsistema de Estação Rádio Base(Base Station Subsystem)

Responsável pelo controle da ligação, via rádio, com a estação móvel (equipamento móvel + cartão SIM)

Assegura a cobertura de n células

É composto por:– Um Controlador de Estações Rádio Base (BSC – Base Station Controller)– Uma ou mais Estação Rádio Base (BTS).



BTS

• Aloja os transmissores/receptores de rádio e antenas que definem cada célula da

rede.

• Suportam e monitoram os protocolos de interface de rádio com a estação móvel

possibilitando que estas sejam capazes de estabelecer/receber chamadas em uma

célula.

• Em uma grande área urbana, há várias BTSs.

• Cada célula possui uma BTS localizada, normalmente no centro.

• Sua potência de transmissão determina o tamanho da célula.

• Recursos inteligentes que foram incorporados em BTSs analógicas, tais como

medidas nos canais de rádio para critério de handoff, foram repassados para as

EMs.

• Duas ou mais BTSs são controladas por uma BSC.



BSC

• Gerencia os recursos para uma ou mais BTS (grupo de células).

• Principais funções:

Configuração dos canais de rádio;

Controle de salto em freqüências;

Transição entre células (handoff) dentro do mesmo BSS.

Controle dos níveis de potência das BTSs.

Conexão entre as estações móveis e o MSC.

• O hardware do BSC pode ser instalado no mesmo local das BTSs, em um lugar próprio ou no mesmo local da MSC.


OMC (Operation and Maintenance Center)

Centro de operação e manutenção

• Central de comando em uma rede móvel.

• A partir do OMC, o operador da rede pode monitorar e comandar todos os

parâmetros da rede, a configuração atual e as condições de funcionamento.

• Reúne todas as funções de gestão e administração de uma rede móvel (ex.:

processo de tarifação).

• Controla aspectos técnicos da transmissão via rádio (BSS e MSs) e os aspectos

do estabelecimento das chamadas (elementos do subsistema de rede e comutação).


Estação Móvel (MS – Mobile Station) ou EM

• Inclui o equipamento de rádio e a interface homem-máquina (Man Machine Interface – MMI) que o assinante precisa para acessar os serviços fornecidos por uma GSM PLMN.

• Pode transportar voz e dados.

• Terminais distinguem-se por sua potência e aplicação:– EMs permanentemente instaladas em carros podem ter uma potência máxima

de saída de até 20 W.– EMs de bolso podem emitir até 1 W.



IMEI

• Identificação do MS e significa International Mobile Equipment Identity/

• Fica permanentemente armazenado no terminal móvel;

• Sob demanda, a MS envia este número sobre o canal de sinalização para o MSC

• Pode identificar unidades de celulares roubadas ou com operação defeituosa.



• GSM faz distinção entre a identidade do assinante e a identidade do equipamento

• Uma GSM PLMN roteia chamadas e faz cobranças baseada na identidade do assinante ao invés do terminal móvel usado.

• Isto é possível através do uso do módulo de identidade de assinante (Subscriber Identity Module - SIM).

• Os dados do assinante são armazenados no módulo SIM.

• O assinante é identificado no sistema quando ele insere o cartão SIM no equipamento móvel (equipamento é genérico sem o SIM).


Cartão SIM

• Quando o SIM é inserido no celular é preciso entrar com a senha para poder utilizá-lo:=> Senha pode ser desativada, porém, perde-se a segurança.

• Conteúdo do cartão SIM:=> IMSI (International Mobile Subscriber Identity) para identificar

de forma única e permanente o assinante na rede móvel;=> TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) atribuída e alterada

periodicamente pelo VLR para identificar temporariamente um assinante (protegendo-o de ser identificado pelo seu IMSI em tentativas de monitoração dos canais de rádio);

• Um microprocessador para realizar operações de segurança;• Uma RAM e uma ROM.• Conteúdo do cartão SIM (cont.):

=> Chave de Desbloqueio Pessoal (PUK - Personal Unblocking Key ) de 8 dígitos.=> Senha de 4 dígitos (Personal Identification Number - PIN);

Se o PIN errado for fornecido 3 vezes, o cartão é bloqueado. => Cartão pode ser desbloqueado com a PUK.


Cartão SIM

• Conteúdo do cartão SIM:Chave de autenticação Ki de 128 bits

=> Única para o cartão SIM;=> Também mantida no AuC;=> Utilizada nos algoritmos A3 e A8 para autenticação e confidencialidade, respectivamente.

• Algoritmo A3 autenticação: usa a chave Ki ao calcular a resposta do desafio (número randômico) para o BSS.

• Algoritmo A8: usa a chave secreta Ki para gerar uma nova chave secreta (Kc) utilizada para criptografar mensagens de voz e dados.

• Algoritmo A5: criptografa as mensagens antes de serem transmitidas.


Estrutura de rede GSM

Célula

• Representa a área de cobertura de rádio de uma BTS

• Pode ter um raio entre 100 m e 35 km

• Estações móveis distinguem células através do código de identificação da estação

rádio base (Base Station Identification Code - BSIC) enviado pela estação base em

broadcast na interface aérea.


Serviços GSM

SMS (Short Message Service)

Mensagem com no máximo 160 caracteres alfanuméricos enviada para/de uma MS. Se a MS for desligada ou deixar sua área de cobertura, a mensagem será armazenada e enviada quando a MS estiver ativa novamente.

Cell broadcast

Mensagem de no máximo 93 caracteres que pode ser enviada para todas as MSs em uma certa área de cobertura. Aplicações típicas: aviso de congestionamento de tráfego.

Call forwarding

Redirecionamento de chamadas recebidas para um outro número se a MS estiverocupada ou se não receber resposta.


Serviços GSM

Correio eletrônico por voz.

Call waiting

Permite que o assinante móvel seja notificado de uma outra chamada durante umaconversação. Assinante pode responder ou rejeitar essa chamada.

Call hold

Permite que o assinante interrompa uma chamada e posteriormente a restabeleça.

Multiparty service

Permite que o assinante estabeleça uma conversação em grupo (conversaçãosimultânea entre 3 e 6 assinantes móveis).


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