GSMPer:
Damià Castellà
Gilbert Gomà
Daniel Llobera
Rosa Ana Tomàs
HISTORIA DEL GSM
L’origen del estandar GSM
• Cada país el seu pròpi sistema.
• Desenvolupament descoordinat i incompatibilitat entre els sistemes mòbils dels diferents països. Sorgiren uns quants problemes:
- Límits territorials
- Imposibilitat de competir a nivell mundial
• Per solucionar aquests problemes, el 1982 , la Conferencia d’ Administradors de Correus i Telecomunicacions (CEPT) va pendre dues decisions:
– “Groupe Special Mobile”
– Reserva de dos subbandes de freqüències pròximes a 900 MHz .
La primera generació de sistemes mòbils
• Anys 80, els sistemes de primera generació van tenir una gran penetració en el mercat.
• Les xifres indicaven la saturació de la capacitat d’aquests sistemes al principi dels 90. Va sorgir la tentació d’utilitzar part de les subbandes de freqüències destinades al GSM com ampliació.
• La Unió Europea va emetre una Directiva en la que reservava dos subbandes de freqüències en la banda de 900Mhz i que tots els mòbils de primera generació haurien d’abandonar-les en els pròxims 10 anys.
Consolidació del estándar GSM
• Mentrestant els membres de GSM realitzaven excel·lents progressos en el desenvolupament i l’acord d’estandars.
• Van pendre desicions com:– Sistema digital
– Utilització de tecnologia VLSI
– Interficie amb la RDSI
GSM Sistema Digital
• GSM es un sistema digital, on la informació a tractar (la veu) és enviada digitalment del terminal al servidor.
• La forma de convertir en informació digital és medint cada cert tems l’altura de les ones sonores.
Integració del sistema GSM
• La integració del sistema GSM en la societat europea va arribar el 1992, un any despres de l’acordat, degut a una serie de problemes:– El retràs en l’efectuació de proves de certificació
– Necessesitat de modificar algunes especificacions GSM
– Complexitat tècnica en la fabricació de terminals portàtils
• La seva implantació en térmes geogràfics va realitzar-se en fases, començant per ciutats importants i aeroports seguint en autopistes.
• No va ser fins el 1995, que el sistema va començar a funcionar a Espanya, i en la majoria de paisos europeus.
SISTEMES CEL·LULARS
Sistema de cel·les
• GSM és un sistema cel·lular, composat per cel·les que són les unitats més petites de cobertura de la xarxa.
Cel·la• Cada cel·la disposa:
– Antena pròpia:Estació Base
– Conjunt de freqüències
• Tipus de Cel·les:
-Cel·les Macro
-Cel·les Micro
-Cel·les Selectives
-Cel·les “Umbrella”
• Objectiu d’un sistema cel·lular:– Reutilització de canals o taules de freqüència, on aquests estan
associats a estacions base.
ESTRUCTURA I
ARQUITECTURADE LA XARXA
GSM
Arquitectura de la xarxa GSM
Subsistema d’estació base (BSS)
• El sistema s’organitza com una xarxa de cel·lules radioelèctri-ques continues que proporcionen cobertura completa al àrea de servei.
• Cada cel·lula pertany a una estació base (BTS) que opera un conjunt de canals de radio diferents als utilitzats en cel·lules adjacents i que es troben distribuïdes segons un pla cel·lular
• Un grup de BTS’s es troben connectades a un controlador d'estacions base (BSC) encargat d’aspectes com:– El handover (traspàs del mòbil d’una celul·la a l’altra) – Control de potencia de les BTS’s i dels mòbils.– Maneig de tota la xarxa de radio.
Subsistema de xarxa i comunicació (NSS)
• Està composat diferents registres:
– MSC Central de comunicació de mòbils
– AuC Centre d’Autentificació
– VLR Registre de posicions visitades
– HLR Registre de posicions base
– EIR Registre d’identitat d’equips
Central de comunicació de mòbils (MSC)
• Un o varios BSC es connecten a una central de commutació de mòbils (MSC), estructura principal del GSM.
– Inicialització, enrutament, control i finalització de les trucades.
– Informació sobre la tarificació.
– Interfície entre:– 1 xarxa GSM 1 xarxa GSM
– 1 xarxa GSM Xarxes públiques de telefonia o dades
Informació sobre els abonats
• La informació referent als abonats es troba emmagatzemada en dos bases de dades:
– Registre de Posicions Base (HLR):
• Analitza els nivells de subscripció, serveis suplementaris i localització actual.
– Registre de Posicions Visitants (VLR)
• Conte informació sobre nivells de subscripció suplementaris i àrea de localització per un abonat i si esta actiu o no.
Centre d’Autentificació (AuC)
• Es una base de dades:
– Objectius:
• Controlar als mòbils que es troben en la seva àrea d’influència.
• Per propòsits de seguretat (autentificació i encriptació)– Motiu:
• Evitar possibles estafes.
• Utilització de targetes d’abonats que estiguin robades
• Que no hi hagi gent que utilitzi el servei sense pagar.
Registre d’Identitat d’Equips (EIR)
• Guarda informació sobre:– El tipus d’estació mòbil en us.
– Llista de tots els terminals vàlids identificats amb el IMEI.
• Pot eludir que es realitzi una trucada quan: – Es detecta que ha sigut una trucada robada.
– Pertany algun model mòbil no homologat
– El terminal te algun fallo elèctric susceptible d’afectar negativament a la xarxa.
Estació Mòbil (SM)
• Composat per:
– L’equip terminal (TE)
– La terminació mòbil (MT)
– La targeta SIM
Equip Terminal (TE)
• El equip terminal realitza les següents funcions:
– Transmissió radio
– Gestió canals de transmissió de radio
– Capacitat del terminal, interfície home-maquina
– Codificació de veu
– Protecció d’errors
– Control de flux de dades
– Adaptació de velocitat de dades d’usuari i velocitat del canal
– Suport de terminals múltiples
– Gestió de mobilitat
Terminació Mòbil (MT)
• Tres tipus:
– MT0: Realitza funcions anteriorment mencionades
– MT1: Inclou interfície RDSI
– MT2: Inclou interfície CCITT series X y V
Targeta SIM (I)
• Mòdul de identificació d’usuari (SIM):
– Es necessari per que una estació mòbil GSM pugui funcionar dins la xarxa GSM.
– Existeixen dos tipus:
• Una targeta intel·ligent que pugui ser retirada de l’estació mòbil quan l’usuari deixa d’utilitzar-la.
• Un mòdul que es incorporat al mòbil amb el fi d’estar instal·lat permanentment.
Targeta SIM (II)
• El SIM ha de contenir la següent informació:
– Numero de sèrie
– Estat del SIM (bloquejat o desbloquejat)
– Clau del algorisme d’autentificació (Ki)
– Algorisme d’Autenticació (A3)
– Identificació internacional del usuari mòbil (MSI)
– Identificació temporal del usuari mòbil (TMSI)
– Algorisme de generació de claus de xifratge (A8)
– Clau del algorisme de xifratge de senyalització i de dades (A5)
– Numero de seqüència de la clau del algorisme de xifrat.
– Classe de control d'accés del usuari.
Gestió de la seguretat
Autenticació Encriptació
Handover
• El handover pot ser de quatre tipus:– Intracel·lular (canvi de freqüència)
– Inter BCS
– Intra BCS i Inter MSC
– Inter MSC
• Existeixen tres motius per els que es pot produir un handover
– Per moviment de l’aparell GSM
– Per millorar el comportament de la xarxa.
– Per millorar les condicions de tràfic d’una cel·lula.
INTERFICIE RADIOELÈCTRICA
La interfície entre les estacions mòbils i les estacions base
Situació de les freqüències
• La banda d’espectre radioelèctrica en el sistema GSM es:– 890-915 MHz per comunicacions de E.M a E.B
– 935-960 MHz per les comunicacions de E.B a E.M
• La separació entre les portadores de canals GSM es de 200 Khz.
• Això suposa 124 canals possibles.
Esquema de múltiple accés
• Per aconseguir una major quantitat d’usuaris, a part del sistema cel.lular, el GSM utilitza altres tècniques com:
– FDMA (Frecuency Division Múltiple Access): s’assigna una freqüència determinada dins del rang disponible. (1 per parlar, 1 per escoltar).
– TDMA (Time División Múltiple Access) : Cada telèfon te assignat un període de temps per poder comunicar-se amb el sistema. Cada canal de radiofreqüència esta dividit en intervals de 577 usg (burst). Els intervals de temps estan agrupats en conjunt de 8 intervals consecutius que formen la trama TDMA.
– Una mica de freqüència de salt (Frequency Hopping).Alleugera les diferències en la qualitat dels canals.
Estructura dels canals
• Hi han dos tipus canals en el sistema GSM:
– Tràfic (TCHs):
• Suporten veu i dades codificades.
• Tipus:– TCH/F: velocitat completa (22.8 kbit/s). Estan formats per un
grup de 26 trames TDMA anomenat 26-multitrama.
– TCH/H: velocitat mitja (11.4 kbit/s). També estan agrupats en 26-multitrama.
–Control (CCHs)
•Suporten senyalització i dades de sincronització entre estacions base i mòbils.
•4 Tipus:
–Canals de Broadcast (BCH). S’usen per sincronitzar la xarxa. N’hi ha de tres tipus:
»Canal de Control Broadcast (BCCH), identificació i accés.
»Canal de Sincronització (SCH), porta la seqüència per demodular la informació.
»Canal de Correcció de Freqüència (FCCH), porta la freqüència de referència per sincronitzar.
– Canals de Control Comuns (CCCH). Ajuden a establir les trucades. N’hi ha de tres tipus: Paging Channel (PCH), Random Access Channel (RACH), Access Grant Channel (AGCH).
– Canals de Control Dedicats (DCCH). Són utilitzats en l’intercanvi de missatges en la xarxa. N’hi ha de dos tipus: SDCCH (intercanvi de senyals d’informació) i SACCH (manteniment i control).
– Canals de Control Associats Ràpids (FACH). Canvien tot o una part d’un canal de tràfic quan una senyal d’informació urgent es transmesa.
Burst
• És la unitat en temps (0.577 ms) d’un sistema TDMA que modula una portadora GSM. Porta una seqüència de dades de 156.25 bits.
• 5 Tipus:
– Burst de correcció de freqüència. S’utilitza en el FCCH.– Burst de sincronització. S’utilitza en el SCH. – Burst d’accés aleatori. S’utilitza en el RACH.– Burst postís. S’utilitza per rellenar la transmissió quan no hi
ha canals de tràfic per transmetre.– Burst normal. S’utilitza per portar la veu o les dades
d’informació.
Esquema de les trames
L’ENLLAÇ DE VEU
Codificació de la veu
• La senyal de veu (analògica) es convertida a senyal digital per transmetre-la al canal GSM.– S’utilitza un codificador de veu:
• Velocitat 13 kbit/s
• Blocs de duració 20ms o 260 bits
Codificació del canal (I)
• El fet que la EM estigui en moviment i les irregularitats del terreny provoca alteracions en la senyal rebuda pel mòbil.
• Aquestes variacions produeixen errors en les transmissions digitals.
• Per detectar aquests errors es realitza una codificació dels blocs de veu.
• Proces:– La codificació de veu subdivideix els bits d’enllaç en 3 classes:
Codificació del canal (II)
• Cada classe se li aplica una codificació de canal diferent.– S’afegeix:
• Classe 1: 3 bits de paritat (FEC).• Classe 2: 4 bits a zero.• Classe 3: 193 bits de redundancia per a protecció
d’informació. (Codificació convolucional)
Resultat:– Bloc (260 bits) Bloc (456 bits)
• El bloc de 456 bits es passa per l’interleaver.
Interleaving (I)
• Els errors produïts en sistemes mòbils:
– Succeeixen a una velocitat molt menor que els 270 kbit/s (vel. de trans. del GSM).
– Tendeixen a succeïr en rafegues.
Els errors en el canal es distribueixen formant:
• Periodes amb una alta tasa d’error.
• Intervals molt llargs amb tases d’error baix.
• Per que el codi corrector treballi adecuadament els errors han d’estar distribuïts mes o menys uniformement en el temps.
Interleaving (II)
• Els blocs de 456 bits codificats:
– Reordenats i interliniats sobre 8 grups multiplexats en el temps.
– Cada bloc es dividit en 8 parts (57 bits) que son entremesclats amb el bloc precedent o amb el posterior.
– Aquests grups formats per 114 bits (57 + 57) s’els hi afegeix 2 bits per indicar si l’enllaç de veu ha estat substituit per dades de tipus FACCH.
– Els 116 bits de cada bloc formen l’anomenat burst que es transmet.
Encriptació (I)
• Tots els abonats mòbils tenen un codi d’identificació:– IMSI: Identitat Internacional d’Abonat Mòbil.
• Aquest codi no es transmet clarament en ningun missatge de senyalització en l’enllaç de radio.
• En l’area de localització (LAI) s’envia una indentitat temporal d’abonat mòbil (TMSI)
– Si el TMSI i LAI no corresponen:
• E.B pregunta ISMI a E.M
• E.M envia ISMI (encriptat) a E.B
• E.B envia un nou TSMI (encriptat) a la E.M.
Encriptació (II)
• En el procés d’encriptació intervenen:
– La clau d’encriptació:
• La clau secreta d’autentificació d’abonat.
• 1 numero aleatori enviat per la xarxa.
• L’algorisme A8 (guardat a la tarjeta SIM).
– L’algoriseme A5 encripta les dades a partir de la clau d’encriptació generada.
Top Related