Arquitectura GSM Global System for Mobile Communications Ing. Edgar Velarde
Arquitectura GSMGlobal System for Mobile Communications
Ing. Edgar Velarde
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Sub-Sistemas GSM y sus Interfases
� Network Switching Subsystem
� Base Station Subsystem
� Network Management Subsystem
MSMS BSS NSS
NMS
Air A
O&M
Mobile Station
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Sub-Sistemas e Interfases
� BSS: Base Station Subsystem– Control de canales y conexiones de radio.
� NSS: Network Switching Subsystem– Control de llamadas.
� NMS: Network Management Subsystem– Operación, administración y mantenimiento de la red.
– Mantener calidad y servicio de la red.
� Interfases abiertas– Interfase de aire.
– Interfase “A”: entre el BSC y el MSC.
– El resto de interfases no son totalmente abiertas.
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Elementos de un Sistema GSM
Data Communications
Network
NMSNMS
EIR VLR HLR AuC
PSTN
MSC/GMSC
BSCBTS
MS
BSSBSS
NSSNSS
Abis A
F
D
CB
Um
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Mobile Station (MS)
� Mobile Station (MS) está conformado por:– Mobile Equipment (ME)
– Subscriber Identity Module (SIM)
� El ME se identifica por el IMEI (International Mobile Equipment Identity):
� La SIM (Subscriber Identity Module) card contiene:– La identificación del usuario (IMSI) y las redes donde opera.
– Los algoritmos y claves para la autenticación y el cifrado.
– Dependiendo del tamaño, almacena aplicaciones y números telefónicos.
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Diagrama de bloques de un MS
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CODECs GSM
� Full rate (1987) – GSM 06.10– 13 Kbps
� Half rate (1994) – GSM 06.20– 5.6 Kbps
� Enhanced full rate (1995) – GSM 06.60– 12.2 Kbps
Performance de codecs GSMFuente: TR 06.85 V2.0.0 (1998)
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IMSI y MSISDN
� IMSI: International Mobile Subscriber Identity– Identificación del usuario en la red móvil.
– Se asigna en el momento de la subscripción.
– Tiene hasta 15 dígitos.
� MSISDN: Mobile Subscriber ISDN– Número discado en la red PSTN.– Sigue la recomendación ITU-T E.164.– Tiene hasta 16 dígitos.
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Lista parcial de CC y MCC
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Network Switching Subsystem (NSS)
� Conformado por el MSC (GMSC), HLR, VLR, AuC y EIR.
� Realiza las funciones de:– Control de llamadas
– Tarificación (Charging)
– Gestión de la movilidad
– Señalización
– Almacenamiento de datos de abonado
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Mobile Switching Center (MSC)
� Control de llamadas– Identificación y tipo de abonado llamante.
– Análisis de dígitos y enrutamiento (troncal de destino, tono, anuncio, mensaje de texto).
– Establece, supervisa y libera las conexiones.
� Señalización– En las interfases con el BSS, y GMSC o PSTN.
� Tarificación (Charging)– Genera los CDR (Call Detailed Record) que contiene:
números del abonado llamante y llamado, tiempo de inicio y fin de la llamada, tipo de llamada, etc; y lo almacena y/otransfiere a un Centro de Facturación (Billing Center).
� Iniciación del paging (búsqueda)– El paging es el proceso de ubicación de una estación
móvil para el caso de una llamada terminante.
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GMSC (Gateway MSC)
� En llamadas terminantes interactuando con el HLR.
� En muchas redes, el MSC actúa como GMSC
MSC1
MSCn
GMSC
HLR
PSTN
…
VLR1
VLRn
STP
ISUP
MAP
STP: Signaling Transfer Point
ISUP: ISDN User Part
MAP: Mobile Application Part
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Home Location Register (HLR)
� El HLR mantiene un registro permanente de los usuarios y contiene información de sus números de identificación (IMSI y MSISDN) y servicios.
� El HLR contiene la dirección de la VLR donde se encuentra registrado el terminal móvil.
� El MSC solicita a la HLR la ubicación del usuario para una llamada terminante, este proceso se conoce como “HLR interrogation”.
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Visitor Location Register (VLR)
� Generalmente, la VLR está integrada en el MSC
� La VLR es una base de datos temporal que mantiene una copia del registro del usuario en la HLR, mientras el usuarioestá dentro de su área de servicio
� La VLR mantiene información de seguridad para autenticación y cifrado
� Un abonado móvil siempre debe estar registrado en una VLR para tener servicio
� La VLR realiza las registraciones y location updates (gestión de la movilidad)
� La VLR tiene registrada el área de ubicación (location area) donde se encuentra el abonado móvil
� Cuando un abonado cambia de location area se realiza un proceso llamado “location update” para registrar la nueva ubicación del abonado
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TMSI y MSRN
� TMSI: Temporary Mobile Subscriber Identity– Identificación temporal del usuario en la VLR que da
servicio a un móvil.
– Tiene hasta cuatro octetos.
� MSRN: Mobile Station Roaming Number– Es un número temporal dentro de la VLR que da
servicio a un móvil que permite enrutar las llamadas entrantes.
– Tiene la misma estructura que el MSISDN.
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Authentication Center (AuC)
� El AuC provee de información de seguridad a la red con el fin de:
– Verificar la identificación del usuario mediante el proceso de autenticación entre el MS (SIM card) y la VLR, usando el IMSI y Ki (authentication key)
– Realizar el cifrado de la información (voz y datos) transmitida en la interfase aérea (entre el MS y la BTS) usando el Kc (ciphering key)
� El AuC generalmente se encuentra en el mismo equipo de la HLR
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Equipment Identity Register (EIR)
� El EIR es usado por razones de seguridad
� El EIR es responsable del chequeo del IMEI (International Mobile Equipment Identity)
� El EIR contiene tres listas:– Lista blanca: Indica que el ME está permitido para
operar normalmente
– Lista gris: Para monitorear equipos sospechosos
– Lista negra: Para equipos reportados como robados, o que no estén permitidos de operar en la red
� El chequeo del IMEI es un procedimiento opcionalque depende del operador
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Base Station Subsystem (BSS)
� El BSS conforma la red de acceso del sistema GSM
� Un MSC puede soportar varios BSS
� Una BSS soporta muchas celdas
� El BSS está compuesto por:– BSC: Base Station Controller
– BTS: Base Transceiver Station
– TRAU: Transcoder Rate Adapter Unit o TC (Transcoder)
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Funciones de la BSS
� Control del enlace de radio– Gestión de los recursos de radio y calidad de las conexiones
de radio
� Sincronización jerárquica– El MSC sincroniza el BSC, y el BSC a las BTS
– Si hay fallas de sincronización, las llamadas podrían no establecerse, cortarse o ser de baja calidad
� Señalización en las interfaces de aire, Abis y A
� Establecimiento de la conexión entre el MS y el NSS– Señalización y tráfico (voz, data)
� Gestión de la movilidad y transcodificación de la voz– La gestión de la movilidad cubre los diferentes casos de
handovers
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Base Station Controller (BSC)
� Establecimiento de la conexión entre el MS y NSS
� Gestión de la movilidad: handover
� Recolección de datos estadísticos– Información estadística de las BTS, TRAU y BSC son
recolectadas en el BSC y enviadas al NMS, donde seráprocesada para conocer la calidad y el estado de la red
� Soporte a la señalización de interfases de Abis y A– Abis: LAP-D (Link Access Protocol on the D channel)
– A: BSSAP (Base Station Subsystem Application Part)
� Control y gestión de mantenimiento de BTS y TRAU
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Diagrama de bloques de una BSC
� TCE: Terminal Control Element
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Base Transceiver Station (BTS)
� Procesamiento de voz– Garantizar una conexión libre de errores con el MS
– Incluye:
• Channel coding (protección de errores)
• Interleaving (protección contra faidings)
• Cifrado (protección contra interceptaciones)
• Formateo de burst (para una transmisión organizada)
• Modulación y de-modulación (GMSK)
� Señalización de interfase de aire– Registraciones
– Establecimiento de llamadas originantes y terminantes
– Ejecución de handovers
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Base Transceiver Station (BTS)
� Contiene los TRX (transceiver)– Cada TRX soporta un par de frecuencias (2x200 KHz)
– Se dimensiona la cantidad de TRX de acuerdo a la demanda de tráfico por sector
� Soporta las antenas de transmisión y recepción
� Funciones de O&M
� Sincronización
� Conexión de alarmas externas
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Diagrama de bloques de BTS con TRX
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Soluciones de BTS
BB: Baseband
RRH: Remote Radio Head
CPRI: Common Public Radio Interface
BB Module
RRH
BB Module
RF Module
BB Module
Compact Solution
CPRI
CPRI
Distributed Solution
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Power Classes para MS y BTS
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Transcoder Rate Adapter Unit (TRAU)
� Generalmente, es ubicado cerca al MSC y puede multiplexar hasta cuatro canales de tráfico en un canal PCM incrementando la eficiencia de los E1
– En el PSTN, codec PCM de 64 Kbps
– En la interfase de aire se pueden usar vocoders:
• Full Rate (13 Kbps)
• Half Rate (5.6 Kbps)
• AMR (Adaptive Multirate Coding) hasta 12.2 Kbps
� Permite habilitar el DTX (Discontinuous Transmission) que es usado durante una llamada cuando no hay conversación para reducir el ruido y ahorro de batería
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Ubicación del TRAU
BTSBSCMSC
Standard 64 kbps links
A-bisA
BTSBSCMSC
Standard 64
kbps links
A-bisA
Multiplexed
64 kbps
BTSBSCMSCA-bisA
Multiplexed 64 kbps links
M
Channel Codec
Units (CCU)
Transcoder/Rate Adapter
Units (TRAU)
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Network Management Subsystem (NMS)
� Consiste de servidores y terminales para monitorear los diferentes elementos y funciones de la red
� Sus funciones pueden ser divididas en tres categorías:
– Gestión de fallas
– Gestión de configuración
– Gestión de performance
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Funciones del NMS
� Gestión de fallas
– Asegura la correcta operación de la red
– Rápida corrección de fallas
– Provee estado de alarmas y eventos
– Almacenamiento histórico de alarmas
� Gestión de configuración
– Mantiene información actualizada de la operación y configuración de los elementos de red
– Incluye gestión del hardware y software de los elementos de red, sincronización de tiempo
� Gestión de performance
– Almacena mediciones de los elementos de la red
– Estadísticas de performance de la red: reportes de tráfico, ocupación de procesadores y de enlaces de señalización, etc.