Reţele mobile de telecomunicaţii. Sistemul GSM 9739337325, 9789739337328 [PDF]

Zitiervorschau

drE*'*

n@;

#

a

Err

--;'

0 Zh v

lt. :

r-'!

1A

:i' i-

t{

'Fl

\

d ) a

Fl

F-t

a'

- ti l-{ t{ AA (t) /A; l-ta vts{ l--{ Fr^

a frl ,F1Fl

Q F{

3^ z N. -l

-!:r

na v

O

[E]'

j

rd El

,ffi

.u rr!\

ttlC:

}i

its'!

*,t

,+.

\-,*,\ \s^ !1.

_{

-ti (bi *i"* *:[ s-r^.

q.i

-t

b

[.

Li

--

,'.*{;.K

*

{,

Fu

$x i

s,{+- \'J --i\Fa \$,

E. N

{-9i

e IS ::r S*;. * +-U : i:!':

:= *: =: = s

- ::;:s:3 r ::

i:= S;iE*=.' i* liI

si

i

=

*

i s\

iS

i * t f; I: -='F-:

i

" : 3.F''-i:i.=*--sS * S

=

is=! F !j=,: i ::i'E

ir*

': S;i:!-{!

i F:r:i*!

a

! i* J F;iE i'-: : i i

:i=-:

ri

: l-:!::S \S\! i ::5) :YJi : F IssS€':r+ { :,v s:=:;Ei= SS:! r=..'':":: ; nl** ::Si: =SvSSc.! ,iSt: i isgxS)! S=i= I ],=:sE;: ; ;: !

**,lisSS'!a-'c.'!i:5s i€::l!s-:

v si i

F

:=!s:=::i: :'i=i,s=iS = !' i-r" i S,v'i a S :'1,:: .t :==S:E:'ii: = : :::S S i=s ii:isE SitS;; ,s o ::'i ! a : S i I F: .i) :'s i:: = = SS.=i \$,'r,-l i i.i i i=.i:: =,:-S::\ =: = :d::: :::t: F; =:: t i i: ={:--= =::

f'. o\

CS-S'!!'Fs-\\-Y:\\\

* j: -t: i:= '-, \: ;!,+ -" :i-; +: f:.:.S - =!.':ci.-=aS:- i'-

L

T.=i v

S f ^: :

::

U

>! ;F {!

Retele mobile de telecomunicatii. Sistemul GSM

progresivir ir unor benzi de frecvente din ce in ce mzri mari, care au condus lir mirrirea numirrului cle canale alocate li deci la cresterear numlrului de apeluri ce pritoiru fi cleservite si implicit a numXrului de abona(i. Totu$i, realizarear unor' comunicatii fr-rll-cluplex nu era incl realizabilir si, in plus, nu era posibil sf, se et'ectnezc apeh.rri cle la un terminal mobil c[tre un abonat din re{eaua pLrblicir tixh. Remeclielea acestui r-rltim dezavantaj

a

fbst realizatir

in

1946, cdnd Bell Systems la 150 MHz si

a lansat un sistem nurnit ,,Public Correspondence System", ce opera

era inzestrat cu 3 canaile vocale spaliate la 120 kHz. Se puteau efectua apeluri in re tcallil fixl, clal acestea trebuiau sX fie setate manual. Proiectarea unui sistem comercizrl pe scarir largl necesita ins[ rezolvarea unui nurnirr consiclerabil de probleme: ir) girsirea r.rnei solutii care sd permitd gestionarea simultand a unui numlr crescLlt cle abonati (eciiivalent cu a dispune de un numir sporit de canale radio);

tr) posibilitzrtea ercoperirii unei arii geografice extinse; c) asigr.rrarea menlinerii unei comunicalii, indepenclent

de directizr si viteza cle

clcplasare a abonatului mobil. Aria geograflcii deservitf, cle un sistem mobil este implrlit[ in celule. Fiecare celr"rlI este cleservitir de un numir de cani,rle radio, fiecare canal flind caracterizat de o 1'recvenqir numitir ti'ecven{ir purtltoare. Rezolvarea primelor douir probleme a clevenit posibil[ o datd cu definirea a clouir concepte esentiale in implementarea re{elelor mobile: - distan{a de reutilizare - distan(a, in spa{iu, ce trebuie asiguratir intre douir zoue geograflce deservite de aceleasi iiecvente (canale) radio; - grup de bazfl sau grup elementar - grupul de ceh:le in a cdrui arie clc acoperire se poate utiliza o singur[ dati o anumitir fiecventf,. Astf'el, aria geograrticl cleservitd de un sistem mobil este fbrrnati dintr-un numiu' clc grupuri elernentare, ceea ce asiguri posibilitatea unei utilizirri eficiente a spectrului laclio clisponibil (aceeasi fiecvenfl poate fi r-rtilizatl in celule dit'erite clin grr"puri cle bazl clif'erite). Rezolvarea celei de a treia probleme este posibill prin implementarea mccanismelor de transf'er a apelurilor (handover). Prin aceste mecanisme, un apel initiat intr-o celulti pozrte fi transferat intr-o altd celuli, la modificarea pozitiei geografice a mobih-rlui. Dettrlii privind rezolvarea problemelor a), b), c) sunt clate in ciqritolul 2. in 1964, respectiv 1969, in SUA sunt date in fblosint[ clou[ noi sisteme rnobile

comerciale:

-

MJ - sistem operational in banda cle 150 MHz; MK -.sistem operafional in banda de 450 MHz.

Arnbel e prezen tau c auarcteristici, clar si dezavantaje aseminitoar

-

e

:

imposibilitatea localizlrii terminalelor mobile (localizarea se putea rerhzzt numai manual, sistemul fiind incapabil s[ detecteze modificlrile de pozitie ale atbonatilor mobili);

1l Lt

LI

c

s

Sisteme mobile. Prezentare generala -- irnposrbilitatca gestiouitrii rlecirnismelor cle transl'cr (uu abonat tlebuia

7 sir

t'ittrtiirtit iu itlia cle acopet'ire a celulei cle uncle a initiat arpeli-rl, lle ntnl ca accstil sit rru f ie intrerupt in cirlsul clcsfitsr"rrirrii salc).

1.2 Sisteme mobile analogice l)ritttcltr sistctle rno[rile care indeplirlei]Ll toatc) c{.inditiile enunreLatcr rniti sr-rs aLr illtt'trt ilt exltlclatarc comercialii in jirrul antilui 198{). avincl o trirsirtr-rlir sorrrrrrii: tttilizltt'ca Ltnor tchnici cle transnrisic analogice . Numirnrl utare cle iibonati lle carc Itccstc.l art rcttsit sir-l atragir a convins spccialistii clespre rrecesitatea cxtinclcrii cercctilri lor itt clotnertiu I)r'ntlu proicct;llt-'lr trnor sisterrie clin ce in ce rtriti lterlitmrantc. Starrclartleic analogice cr-r cel mai lriirc sLlcces iiu f'ost: - r\N4PS (Aclvance IVIobile Phoue System) - rirt in exploatlre in 197 8 in S Ur\.

-

-

Accstit a fost initiai proicctat sir opereze in bancla de 800 MHz (825-890 lvlHz); ttltet'iot'. clabriti, cresterii r.rumi"rrului clc abonati. s-a alocat o banrl)i srrltliilentarl; 'l','\ClS (T'otal Access Commutticittion System) * variantir a sttrndrrrciultri r\N'IPS, care opereazir in banch de 900 N{Hz (86i)-960 N,rFIz), irnplcrnclrarii irt jVlat'cn Ilritiinie. Ace st sisfcm a intrat in uz cornercial in anul I9ti,5; (l (450, 900) - sistetn mobil analogic. intlat in firnctinrre in (lermania i1 anul 1984. care poate opera in benzile de 450 saLr 900 N,IHz. El a iitils cir.ca I (XX) 000 ttbouati. ceea ce este in I'apt o cil'r-ir lbarte aplopiatir cle lirnita trraxitrti"t tt sistetrrului. Illpler"nentat cle f ilrna Sieuicns. el acopelir ctrcal0(i1, clirt tct'it 0: se memoreazl . lt, (h.\ "t B,,,t=l\ I ' 4,(o) l/,i

uncle: pr(0) =

(2-11)

.

(2- 1B)

(ru\"

ryr+1-*'-l"i ctN

fi, nt

l-k l/

Probabilitatea cle blocare a unui nou apel este: / ,

\ l/'r1

1-{41 D,

r-

ht

P,(o)

(z-te)

F'C'A"') 2.4.5.2 Alocare quasi-fixi (V'F'C'A' -"Virtually permis

este cu un grad mai mare cle flexibilitate deoarece este algoritm acestui std la baza imprurnutul cle resurse intre celule. Ideea care conform reqea qi sunt distribuite in simplir: toate canalele se impart in subseturi algoritmului FCA. tabel propriu cle resurse nominale' Tn acest f'el, fiecare celula iqi creeaz[ un sau unul nenominal, tieclfl-ri apel i se poate aloca un canal nominal

Este o zrloc:rre

fixl

intr-o celull, imprumutat cle la o altd celulit'

care se aplicS acest algoritm se fac Pentru a stuclia perfbrman{ele sistemului in presupunerile:

Fundamente ale sistemelor mobile de telecomunicatii

37

- celulele de acoperire a ariei de serviciu au aceeasi lormi si aceeersi

(2-1s)

-

dimensiune; tn fiecare celul[ apelurile sosesc dupd o clistribulie Poisson avAncl rater ]"

-

clLtritta

-

fiecare celulir are initial un acelagi numXr cle canale nominale, rz; ceret'ile de apel pentru care nu existl c;urale libere nu se stocheaz[. Ele se

fieclrui

arpel are o

distributie exponential5

cle meclie

:I /t

.

piercl.

(2-16) -

St noteirzir celulele cu Cl, C2, ... etc, iar canalele clisponibile cu I,2,3.... Se va nota cLr.f ,fiecventa alocat[ celulei Cl si canalului cu numlrul i. Se face :', entia ci fr-ecven{elef liJ,rsunt clif'erite dacl / este cliferit cle ft, cu toate ci este ,,

:.i

cle acelersi canal.

l.{.5.2.1 Nlecanismul imprumut[rii unui canal (2-1't) (2- 1B)

r]-

19)

Pre

sttpttnetn inregistrarea unui apel spre o

celuli C*. Dac[

aceastd

celull

are

i :- resutsele ocilpate, se poate in acest caz imprumuta un canal I de la o celLrlir - ;lil.tiitii, cll respectarea rest.rictiilor. Pentru respectarea clistantei minime cie

"-:rlizare , in toate celulele aflate la o distant[ mai mici clecAt clistanfa minimir cle ---liiizare fatir cle C*, canalui se blocheazi (in celulele uncle acesta este continut in -:; de canale nominale). Prin urmare, imprumutul unui canal concluce la blocarear r.:' 'r citeva purtXtoare din interiorul distantei D cle reutilizare. Purtitoarele astf'el ' *:;-itnate se numesc interferabile, iar celulele c[rora aparfin aceste purtdtoare se -rlesc celule interferabile. Pentrtt respectarea constrdngedi de canal acliacent, in celulele vecine pot fi

-

rate si catnalele

- ,"

-,lit C,.

l+I sau i-I. un clnai blocat sau alocat intr-o celulx clrept canal nominal nu se poate .:rrlulrllta. Vom nota prin.f ,(C. faptul ci celula C* a imprumutat canalul i cle la 2.4.5.2.2 Modelarea analiticd a mecanismului V.F.C.A.

permrs tm estc

onfbrrn minale.

rminal,

r

se Iac

Pelltrtt jLrstificarea unor rezultate teoretice se incearci o analizti matematicit a

-,:oritrnului. Consiclerrm o cerere de apel sositr intr-o celuld c*, care nu dispune cle canale imprumutull,, (co qi presupunem ci se bloche azd.tnnumiir clel :'-it'Iittoare pe timpul imprumutului intr-o searn[ de celule interf'erabile. Situatia :'.te eclrivalentei cu sosirea aL cereride apel de imprumut (sau apeluri cle tip BA * ..Borrowing Arrivals") in cel.rla C* $i satisfacerea lor prin imprumutul unui canal .te la ceiuiele de interf'erentl (vezi figura 2.4.12). in acest t'el, o celul[ este echivalenti cu un sistem de prelucrare a apelurilor cu r:rerroLie (cu cozi FIFO), in care se trateazr sosirea a cloui tipuri cle apeluri: --.'ri.rinale . Are loc

r Retele mobile de telecomunicatii' Sistemul GSM

38

- apeluri debaz6',

-

de

rat[

]";

apeluri BA, de rat[ 1.r;

f it-' ,f ij- blocate ( ca si cum ar fi imprumutate unui BA care soseste i" q. )

Fig.

I2

2.4.

Se mai folosesc urmdtoarele

Echivalarea canalelor interferabile'

notatii:

noi cereri de apel s6 nu B: probabilitatea ca unei

-

i

se poat6 aloca un ctrnal

echivalent(pentruC*fdtdresursenominale'imprumutul'f,,(Crarelocct-t probabilitatea P);

-

altei celule; R: num[rul maxim cle canale pe care o celul[ le poate imprumuta

-Q:num[rulmaximclecanalepecareoceluldlepoateimprumutadeliialtir celul[; -lrz:nltm[rulclecanalenominalealocatinilialfiecireicelule. care se deservesc I apeluri Se noteazir starea (i, j) ca fiincl starea unei celule in primare ;i I apeluri cle tip BA. Probabilitatea ei este 2 ' Se consiclerir si PresuPunerile: - sosirile BA au distribulia Poisson; 1

-

timpul apelului BA

-

valorile Iu,

este clistribuit exponenlial si are media

I

i

I 13

si

ltn

nu variaz[ in timP.

Se poate scrie cf,: nt+Q

fL,/ rn :1

(2-20)

tt

rezulti ecuatia cle Dacir fiecare celul[ are aceleaqi valori pentru ratele de sosire, conservalre: n+e

L.F.7.>pi1=Ln'ZP,, j=0 i+

0 MCC mobilc.

34

214

46

240

Danemarca Franta Spania Suedia

4t

228

Elvetia

44

11+

45

238 208

|'tLbal 3.(t.2 Corespor.rdenta CC

Marea Blitanie

e

MCC'

_N,{SIN(MotrileStationldentityNumber)-cdmpdeidentiflcirrealstatiei rllobilc.Acestnumlriclentificlinmoclunicunabonartmobilininteriot.ttl lctelei PLMN. E.164, IMSI respectit planr'rl Dacir MSISDN este contorm planului cle numerotare re{elei GSM, netransp.rent r"rtilizatorLrltri' l,.,.2IZ.in pir,rs, IMSI este un nu*i,. interior

c)MSRN(MobiLcStatiortRocttltittgNtunber)_numlrderoamingtt-erent starlieirnobile.A;etcums-aar[tatinparragraf-eleanterioare,acestnunritr

iclerrtific[MSC-rrlaferentabonatulr.ri.MSRNesteunnumirrconfornr planultriE,]64,cuaceeasistructurlcaMSlsDNqiserve5teiirrlitilreir allelr'rluipinirlaMsC-ulaf.erentabonatului.Niciacestnumilrnllesle existen[a.tl ."tt" t:."*t.rtl:l.:: ,,vizibil" pentru utilizatorii GSM' iar " rnobilitirtiiabonatilor.Astt.el,moclificareapozitieigeograficeilLtlltll cle un MSC in aria untri abonat poot" ontr.na si trecerea clin aria cleservitir

abonatului se vzt moclifica' MSC vecin. in acest caz, MSRN corespunzltor prou"nit clin re{eaua fixl si destin:.rt untti lri*,{. 3.(r.2 pr.ezintl rutarea unr-ri apel a clruia se at'l[ apelantul' abOntt mobil, pinir Ia MSC-ul in aria cle acoperire

l'ot r:tr'l

Lt I Lt

i,r

,rt

.'spccti

:l()f

IIU

-;ecsulr .r

etltttit

-.'rbil. d

LI

lll

-l Sistemul digital

GSM

101

rocedurir

tru HI-tt necesarir

iu-zisir

;c

a

r.

: mobilc. .6.2 sun{

l;ig. 3.6.2 Rutarea unui apel

arbonat retea

tixit -+ abonat retea mobilir

pe baza MSRN.

'l'ot aici este descrisir si proceclura (5), care, pe baza MSRN, nsigurii alstatiei mtericlrul :td plar-rLrl

atorr,rlui. g af'erent st ntrmiu'

confbmr

cI)

a nrtareil r nll estc

secin{ir iL e a unui aria unui noclifica. inat Lrnui rtul.

rLltarea

rrpclLrlui (A) plnir la MSC-u1 care cleserveste arpelarntul. ltt acest Inolnent, pentru apelarea abonatuft"ii mai trebuie determinate BSC-Lrl, rcspcctiv BT'S-ul in aria clrora se aflI acesta. in acest scop a fbst neceseul deflnirea i-Lllol'Iltll-Ilere suplimentare. De asemenea, pentru a of'eri posibilitatea securizlrii iLcc:esttllti te rtninalelor in retea a fbst definit si un numlr de terminal. Vom prezenta in cotttitttutt'e aceste nulnere, preculn si rutarea completl a erpelului spre termiualul ruiobil.

I't\l (Locatiort ii

Area ldentity)

-

identificatorul ariei de localizare. Asir

aratit si numele, acest nutnirr identitic[ o anumitir arie clintr-o retea PLMN. Structr-rra LAI este Llrmltorrea:

cum

. r.urcle

LAI = MCC + MNC + LAC iclenriflcarorii MCC si MNC sunr identici cu cei din IMSI, iar I-AC

este iclentiticator af'erent unei zone de locahzare clefinitl de operator. LAC poate avea maxim cloi octeti si se ref'eri la aritr cleservit[ de un moclul BSC.

Retele mobile de telecomunicatii' Sistemul GSM

temporar e) TMSI (Temporary Mobile subscriber ldentity) - identiflcator

alabonatuluimobil.Acestnumlresteunnum6rlocal(maxim32biti)de in interiorul zonei iclentificare a unui abonat mobil. Fl se foloseqte cleservitecleobazicleclatetemporar[VLRqiseutilizeazdinloccle IMsi,pentruaevitatransmitereaacestuiainclarpeinterfir{araclio. Aceast[m[sur[cleprecaulieestenecesar[cleoarecelMSlcontine permite Ei identificarea icjentitatea abonatului mobil, ceea ce poate este in schimb un TMSI frarucluloasI a echipamentului mobil' deservite de vLR- ceea coresponclent local *lvst - in interiorul zonei raclio si nu permitl oblinerea ce fzrce ca transmiterea sa in clar pe interf ala are o lungime mai micir TMSI plus, fraucluloas[ a iclentitlfii mobilului. in

clecitlMSl,Ceeacevaconclucelareducereacantititiideinfbrmatie transportate pentru mesajele de apel' de rutare al apelului A de in acest moment al Lxpunerii se poate prezentamoclul clate VLRi, corespunzitor IMSI' ta MSC, pinir la abonatul mobil. Astf'el, inbazacle LAI af'erente abonatr'rh-ri' Pe alirturi de MSRN, se afll stocate TMSI qi respectiv cSruia se afl[ apelantul, iirr BSC birza LAI, apelul este rutat pdn[ la BSC-ul in aria modificarea poziliei mobih"rlui vir irpela, pebazaTMSI, abonatul. Este eviclent ci TMSI, LAI. MSRN af'erente necesitir reactuzrlizarea corespun ziltoare a numerelor

* t,* ,:w

f)IMEI(InternationalMobileEquipmentldentity)-identificatorcle echipament.Esteunnum6rceiclentificdcleomanier[uniclterminarlr-rl in reteatta mobil, fiincl clestinat securizdrii accesului echipamentelor cit si rnobil[. Structurir sa inclucle atat o parte specific[ constructortllui' opilftespeciticicleterminal(ceiclentiticdechipamenteledif.eriteprocluse cle acelasi constructor)' a mecanismului cle incheiem acest pafagraf prin a prez€nta o consecinli llLllTlerotelrecsM,numit[rutarenon-optrmali(tMP92]).Astf-el.inditerentuncle rutat pan6 in primul MSC al PLMN-Lrlui se a1,lir localizat abonatul apelat, apelul este (situitt O situ;lie extieml ar putea fi urm[toarea: abonatul A al ^cestr.ri..

illtr-OfetetrPLMN2)apeleaz|unabonatB(sitrratinaceeaqiretetiPLMN2)' va qi B sunt abonali ai relelei PLMN 1, rezulti ci apelul presr-qtundncl cir atit a "at clintre PLMN I si PLMN 2' rutzr clintre PLMN 2 qi PLMN I, cAt Si ruta parcurge atet tlesi irmbii zrbonaqi se afli in acelasi PLMN, Rearlizarea unei

;i

anume PLMN 2 (figura 3.6.3)'

rut[ri optimale (care szr nu concluca la situalii de tipul

celei

de rutare (srrplimentar prczeutate miri sus) ar compiica ?nsd qi mai mult mecanismul

fatir cle rspectele clatorate mobilit[1ii abona{ilor)' intenqionat pentru final Din ceruzer utilizlrii sale cu caracter special' am l6sat

pfezental.eacocluluiBSlC(BaseStationiclentityCocle)'numitinGsMsicodcle culonre.

pLrrti

conI'

.,Lloci ;,Lttl

ll(

tr r)

atr

irirzit

.ic br

abonartullti.

.razclir

B

cler-n

L) iIC(

.lor,ri ,Lloc

.ltAr(

-'till

Sistemuldigitat GSM

103

r temporar 32 biti) de

rrul zonei r in loc cle

rutd PLMN 2_> PLMN

lata raclio. iI contine :ntificareir

:himb rLR-

rutd PLMN 1_>

un

1

pt_tvtN

ceea

obtinerea : mai micir I

Fig. 3.6.3 Principiul rut[rii non-optirnale.

nformatie

BSIC

lului A cie itor IMSI, atulr-ri. Pe

l. iar BSC mobilLrlui

{

af'erente

hcator cle erminalul

n reteauzr

cit si procluse

rlui, e

mlrlui

cle

tent Lrnde

-

coclul de culoare

- serveste la iclentificarea *nui grup de baz[ (grup capitolul 2). Astf'el, asa cum s-a explicat in capitotul 2, totalitateir ptrrtittoarelor disponibile este partajati intre 7 celule. Mai mult, ieltru simplificarea cotll'iguritlilor interl]c, operatorul poate clecide utilizarea aceluiasi algoritm clc altrcrit'e al purtiitoarelor laclio in interiorul fieclrui grup cle bazi. Din aceastd cattzir, atlttrci cincl rtt.t mobil se a1l5 in zona cle intersectie a clouir grupuri elementare, poate receptiona mesaje pe o aceeasi purtitoare cle clifuzare, cle la OouA skrtii clc birza tlif'e'itc- Petttt'tt a separa mesajele si pentru a alege p"..Iprou"ri, a"],,i,,ii" rle bazir cea mai apropitrti, trebuie fdcut[ clistinctia intre siaqiile o" u-x u;r;;;;;; o aceeusi purtrtoare de clifuzare. Acelasi f'enomen poate ", apdrea qi la granita inn-e elerrcntar

*

vez-i

PLMN-uri clin tiri cliferite (nefiincl obligatorie o int"leier" priuin,t fiecventele alocate pentru purtitoarele cle clifirzare intre operatorii pLMN din acele tiri). Ca atare, BSIC va contine doul componente: - CCT - cocl de culoare cle tarl (pe 3 biti); * CCG - cocl cle culoare de grup (in interiorul aceleiasi PLMN). clouir

Utilizarea coclulr-ri BSIC in interiorul unei pLMN este prezenrat[ in figura 3.6.4.

-lvIN-Lrlui

A (situat -MN 2). rpelr-rl va

'LMN 2, 63) rul celei limentzu

Eu finnl i cod cle

Fig. 3.6.4 Exempltr de alocarc a codului BSIC.

v 104

Retele mobile de telecomunicatii. Sistemul GSM

in parantezir ar: fbst trecute codurile BSIC ale dif-eritelor celule. Cele cloul baze. a['l1te in celulele hnsurate clin figura 3.6.4, au aceeaqi purtitoare de ditirzare, al]Llnle (l). rlar cocluri BSIC clit-erite. Asttel, o statie mobil[ va putea distinge mesqele sttnt recep[ionate pe aceeasi ft'ecvenlit 1-;.9venite cle la cele clouX baze, chiar clac[ ele Sc observI cir in interiorul unui grup cle bazl codul BSIC este acelasi. Explicatia

l

este sirnplit: in interiorul unui grup debazir, prin alocaretr realizat[, este imposibil (iltcrzis) ca clouir bnze sl tribi aceeaqi purtitoare de difuzare (aceeaSi fi'ecventl).

3.6.2 Criptarea transmisiei qi securizarea accesului mediul radio in sistemul GSM

pe

u\spectele legate cle cl'iptarer transrnisiei si securizarea accesr"tltti pe rneclitrl '' raclio in sistemul GSM se refer[ lar trei directii priribipa]e: a) Securizitrea accesului utilizatorului in sistem; tr) Criptarea transmisiei pe mediul rtrdio; c) Secr,rrizitrea accesului echipamentului in sistem' Vom cliscuta pe rincl cele trei clirecgii menlionate anterior, pentru a crea o imaginc ge neralir clespre implementarea lor prin fLrnc(ii specifice in sistem.

3.6.2.1 Securizarea accesului utilizatorului in sistem l\cest set tle functii trebuie si asigure atit accesul in sistem numai arl utiliztrtor:ilor plirtitgri cle servicii, cAt si o taxare corect[ (in sensul cI taxare;r trebuie sl fie sr-rpoftatir cxclusiv cle cel care beneficiazi de un anumit serviciLr). Deci, un utilizator va aveil itcces ip sistem numai ch-rp[ ce, in prealabil, are loc o autentificare a sa. in figura 3.(r.-5 este prezentat simplificat algoritmul de autentificare fblosit in sistemul GSM'

itMst-kl

ik

1

:

lll:

JL'

accesul abonatului mobil abonatului mobil in retea in retea

F-ig. 3.6.5 Principiul de autentificare

in GSM'

llT

lt!

i -

".: i

SistemuldigitalGSM 105 Notatii fblosite in figurir: AC (Authentification Center) - Centru de autentificare; SIM (Subscriber Identity Module) - Modul de identitate utilizator (cartelir GSM); ftAND - numirr aleator (generat local); IMSI-k - (Internarional Mobile Subscriber identity - Individual Key) - cheio incliviclualS a utilizatorului.

bnzc. anume rcsirlelc ecventir rA ,

plica[ia rposibil

venti).

pe\ l

mecliul

ma-rllnc

Ficcare utilizator clispune de o cheie individual5, care este memoratl i1 clouir locttri in sistem: in modulul de identitate al utilizatorului (SIM) si in cenrrul cle autentii'icare (AC). Centrul de autentificare (AC) $enereazI numlrul aleator RAND. Pe baza lui RAND si a IMSI-k, fblosincl algorirmul A3, se obqine numIrul SRES (signecl Response), care este trimis bazei cle date temporarc (vLR). De asemenea, AC trirnite valoztrea RAND si statiei mobile. Aici, tindnd cont czi valoarea IMSI-k estc stoctLtit si in moclulul cle iclentitate a utilizatorului, pe baza aceluiasi tilgoritrn dc ctiptat'e ,{3, se poate calcula valoarea SRES, care este de asemenea trzrnsmisir ltazci cle date temporare. Aceasta va compara cele doul valori obtinute si, clacir ele sunt icientice, va permite accesul utilizatorLrlui in sistem. Se impun cdteva precizlri pentru completare: - Algoritrnr-rl ,{3 este specific operatorului si poate diferi de la un operator lir altr,rl:

atorilor'

lportati

-

va avea

r figura

IGSM.

-

Cheia inclividualir IMSI-k este un parametru secret, specific utilizatorultri (cle exernplu valozrrea lr.ri k, desi este memoratl in moclulul cle identitate *

SIM - nu este accesibil5 nici mlcar acestuia); Algoritmul ,{3 este (tMPgzl) un algoritm de criprare unidirec{ion:rl, irr sensul cir, trtunci cind se cunosc IMSI-k si RAND, calcularea valorii SRES este simpli, clar invers, cunoscdnd valoarea RAND si sRES. calcular.ea lui k este fbarte complexir. Aceastl proprietate a algoritmului 43 face practic imposibilei cleterminarea cheii individuale a utilizatorului, chiar clacir se cLurosc atit valorile RAND 9i SRES, cAt si algoritmul ,{3; in concorclantr cu Specificatiile GSM, s-a clecis ca valoarea RAND sir iie reprezentatai pe 128 bi1i, iar cea a lui SRES pe 32bi\i. Acestea sunr restdctiile impuse algoritmului de criptare A,3.

3.6.2.2 Criptarea transmisiei pe mediul radio Criptarea transmisiei pe mediul radio are ca scop evitarea interceptirrii ilegale a apelurilor. Icleea ce trebuie retinuti este aceea cd acest mecanism de criptare actioneazir. lnrrnai pe interfata radio; dacd un apel de lalspre un utilizator GSM travcrseitzi si reteaua fixi, atunci, pe aceste por[iuni, regulile de criptare sr-rnt clil'erite clc celc utilizate in GSM pe interfata radio (sunt specifice retelei trarversate). r\lgolitmr-rl (sirnplificat) de criptare a transmisiei pe mediul radio este prezenrat in l'igLrra 3.6.6.

r 106

Retele mobile de telecomunicatii. Sistemul GSM

-se MS

Numdr cadru (22 biti) Semnal de criptat SIM

c

sl-kr

S€

nl

at

c(

dr

ul (Algoritm A5)

3.6.1 Acez

F-ig. 3.6.6 Criptarea pe mediul de transmisie

in sistemul CSM.

c

k. - cheie de criptare;

- algoritm de generare a valorii k.; ,{5 - algoritm de criptare/decriptare a transmisiei pe mediul radio, restul notafiilor avAnd semnificatia descrisl la $ 3.6.2.1.

A8

Func(ionarea algoritmului este, in parte, asemdndtoare cu cea a algoritmului de

autentificare. Astl'el, in centrul de autentificare (AC) si in statia mobill (MS) fi;losind algoritmul A8, se obqine valoarea cheii de criptare k.. Pe baza ei, folosincl algoritmul ,{5, stalia mobilir poate cripta transmisiaintre ea si BTS. Pebaza aceluiitsi algoritrn .A5, si folosind valoarea k. primiti de la centntl de autentificare prin intermecliLrl VLR, in BTS are loc decriptarea. Vom face si aici cAteva preciz[ri suplimentare: - cleoarece algoritmul A5 utilizeazYa ca parametru numlrill slotulLri inlbrmafional, rczultl c[ secven[a de criptare va fi dif'eriti de la un slot la irlrrrl;

-

face ast

-ir

Notzrlii folosite in figur[:

-contorm Specificatiilor, secventa

(cle exe operatot se poat(

cle criptare are

o lungime cle 114 bili si

este cliferiti pe cele doud sensuri de transmisie; rlgoritmul A-5 este unic, pe cdnd AB poate diferi de la operator la operatot'.

Algoritmul A5 este unic deoarece, pentru ca orice echipament si poatir comunica cr.r orice statie de bazl, trebuie ca el si fie implementzlt atit in fiecirre statie mobild, cdt si in fiecare statie de baz[. Algoritmul A5 este lrecLrnosclrt pentru publicul larg si nu este prezentat in Specificzttiile GSM, din motive cle securitate. Nivelul de securitate oferit de A5 este dat de simplitaltea cu care, cunoscdndu-se secventa de criptare si numdrul cadrului. se poate determina valoarea cheii de criptare k. .

S

p

c

ir

-p

p

p

I (

l:

-1 SistemuldigitalGSM 1A7

- se pot cripta

atat transmisiile de date utile (voce, date propriu-zise) clar si

semnalizS.rile pe mediul radio, insd un dezavantaj major constd

MS

in aceea cir nu se poate cripta un mesaj pe interfa[a radio decit dupi ce s-a proclus autentificarea. Deci, mesajul inilial de semnalizare (cerere cle acces in sistem), ce contine IMSI-ul utilizatorului, va circula in clar pe mediul raclio. Acest dezavantaj se poate elimina utilizdnd echivalentul temporar al iclentititii utilizatorului (alias) - TMSI.

iptat ;IM

ND

\ /

3.6.2.3 Securizarea accesului echipamentului in sistem Aceastit functie este destinat[ prevenirii utilizlrii aparatelor declarate ilegale (cle exemplu, un aparat furat poate fi declarat ilegal prin anuntarea furtului la operator, carc va pune aparatul in cauz[ pe o asa numit[ ,,listr neagri"). Aici cliscutizr se poate extinde si la cartela SIM. Astf-el, pentru terminalul mobil securizarea se fzrce astf'el:

-in

EIR (Equipment Identity Register) -baz6 de date a echipamentelor in fiec[rui aparat. in caclrul proceclurii cle acces in

care este stocati identitatea

sistem se poate prevede gi o functie de identificare a echipamentului, carc presLlpune interogarea b azei de date EIR, pentru verificarea echipamentulLri

restul

ce

ului de i (MS) rlosincl reluiasi

re prin

otului slot la

biti

si

eriltor'. r poatir

atet in i-5 es{e

GSM.

dat drLr

cle lLr

i.

solicitl accesul in sistem. in primele sisteme GSM aceasti f-unctie nu el-ri

incl

-

implementat5; pentrlr cartela SIM se poaterealiza securizarea prin protejarea acesteia cu o parol[ (la introducerea cartelei in aparat, utilizatorul trebuie si tasteze o

prirolii), procedeu aseminrtor protec[iei cirtilor de creclit bancare. Echipamentul mobil este cel care va compara cuvdntul tastat cu parolir (corectir) inregistratl pe SIM, iar accesul la utilizarea cartelei este posibil numari clac[ cele doui coincid.

Retele mobile de telecomunicalii' Sistemul GSM

108

3.7 Interfafa radio in sistemul GSM

rnodiiic:i strtie cle t

Speci I

3.7.L Introducere

r{intr-o in - fitn inl'r

',,1

Mr-rltelucrirriclinliteraturadespecialitate([JS96],tMP92])afirmircitinterlata GSM' Acearsta rlclio este cea mai importantl clintre toate interteqele sistemului trebuit s[ {in[ cont de foarte multe cerin[e' clcOat.ece proiectarea interf'etei radio a unele clintre ele contradictorii: a)interfalaradiotrebr-ries[asigurecompatibilitateaintreechipamentelemobile de diversi operattori, produse cle diverqi fabrican]i qi relelile tixe gestionate

e

litcrii:

- crit - cri

org

exi

b)interfataracliotrebuies[asigureutilizareamaximiaspectruluirirclio

(lXI

?n

clisponibil(optimizareanum[r.-rluideceluleceacoper[ozonIgeograrficit'

iirnctiona

prectlmqiaclispr-rneriiacestorapentruacleserviocantitatecitmaritnarc

tlatc, seur

cle

c)

strt

N4ai si

trrlic):

de lzr pct' b) trebuie solutiile tehnice aplicate penffu incleplinirea cerintelor

mentinutetaungraclclecomplexitatecares[lin6contdedisponibilitiltile vor couduce la o cl:esterc tehnologice actuale, cleoarece solulii sofisticate

acosturilorsistemului;iimplicitlaocreqtereacosturilorserviciilor. in special legate cle De-a lungul anilor s-au efectuat numeroase cercetiri, solutiile teoretice de maximizare a utilizirir re zolvarea cerintelor b) qi c). Multe din in practicl' spcctrttltti raclio glsite sr-rnt inc[ dificil cle a fi transpuse qi asigr'rrat'ea i)e asemenea, proiectarea intert'etei raclio a trebuit s[ urm[rezrscl atat pentrtt comunicatiile telefonice Lrnci crtlititti corespr.rnziltoelfe a serviciului GSM. Nu trebuie negliiat si utt alt clasice, cit si pentrr.r noile servicii introduse de

natura inl'

irine

cJe['it

-'irnalclor O altir

;anirl lacli

-

(ur)

nltr c0l.

-

('un 1tlo

coI

baterii, cleci este cle clotit o alttotlotrtic aspcct: terminttlele mobile se alimenteazir cle la restrictii legate cle controlul nivelultti clit mai crescutir ir acestorLr. Aceursta va impune

in (fJS

si clintr-r-rn alt tlc ltutere emis. cclntrolul puterii emise insI trebuie realizat in zonele urbane minirnizaretr intert'erentelor, aspect valabil in special

-

metocle cle codtlre a canalttltti lclst necesirLit, cle asemenea, iclentificareel unor erori, aclaptate unui mediu cu coelicient raclio prin cocluri cletectozrre si protectoare cle temporale a cadrelor GSM riclicat cle erori. Pe cle altir parte, proiectarea climensir-rnii iutArzieri mari cont cle proprieiatea mecliului raclio de a introduce sl

-.\lul

clatr

c.'siclercut: clctrs pttllttllrtc.

racl

A

a rrebuit

divizarea mecliu este o tehnic[ cle tip multiplu, care presuptrne fiecare canal fiincl divizat ilr bcuzii totirle clisponibile in canale tlzice cle 200 kHz, ulterioar[ se vor introduce l6 8 sloturi temporale (in sistemele GSM cle generar[ie spectrului si cresterert sl()tuli ter-Ilpcirale/canal fizic). Pentru imbunltirlirea utilizirrii .l.chnicir

c0lt

nuI

Asa cu

linir

clc plopa-etat'e.

-iivizat in

in Spe,

cle trcces la

posibilitatea calitirtii serviciulni s-a adirugat la tehnica cle acces la mediu;i

,\fut

.lot J

ternp

Ores p Lur2

t\4P921). .icnurrrirel

Sistemul digital GSM

moclificirrilor de frecven{l (frequency hopping),

pentrr.r comuniczrtia

109

mobil -+

strrtie cle bazir.

erturta ceastil

:rinte, nobile

ratori; rirclicr

ailcir, 11-litfc

Specificirrile CCiTT deflnesc un canal ca,,portiunea bine precizatir (clelimitatir) clinlr-o intcrlatir". un cemtrl poate fi privit din clouii puncte cle veclere: - fiLnctionalitatea sa: cernalul indeplineste un rol in transmitereer unui tip cle infbrmatie * clate, semnalizare etc.; * strurctlrra sa: clin punct de vedere al caracteristicilor de transrnisie. N4ai simplu spt"ts, in sistetnul GSM canalele radio se pot clasificir clupir clouit c ritcri i - criteriul functionalitiltii, czrz in care vom vorbi despre canare rogice; :

- criteriul structurii,

cand ne ref'erim

la canale fizicc (si implicit la

orsilltizitrea infbrmatiei pe mediLrl de transmisie) precum si legritura carc existii intrc canalele logice qi cele fizice. in (f XL9-51), canalele logice sunt privite ca o interfbti intre nivelul flzic si nivelele liLttcti sti,rtie cle bazit, dar qi alocarea unui canal logic de semnalizare (pe care s[ se deruleze ulterior proceclurile specifice cle acces ale mobilului in refea: autentiflcare, alocareir

tratlc etc.) Astfel, mobilul primeqte pe acest canal: * icleltitatea completi a canalului cle semnalizare alocat mobilului (purtltoare, slot etc.); - parametrul cle sincronizateTA(Timing Advance), care permite sincronizarea mobilului clupf, statia de baz6. Acest parametru are o importan[l ctt totul cleosebitir in sincronizarea mobilului cu stafia de baz5, pe care o vom explica in cele ce urmearz[ (fig.3-1 .22):

tur-rr-ri cautarl

cle

e

onlbln

Desi capabili .ic baz[. .lc prop

lomunir Din i

:-azii. ntl "'nrise

cL

TA) sti :analul -'orcspul

Dupi

rE_l mobil

cuTA(

tr'

i)

- re

care

s

,.paritia :

n

forrnet

Perit -rilterior,

.rrrbil -

statie de bazd

:eriLtnet

Vaio

To ti '.-

-'-:irle cu

Fig. 3.7.22 Semnifica{ia parametrultti de sincronizare TA (principitt).

in figurl s-au tblosit notatiile: R = canalul RACCH pe care mobilul efectueazd cererea de acces; to = lilolrentul de start al canalului RACCH; t,, t", t1. .... = momentele cle start ale sloturilor informa{ionale generate r

I H

n fil

:l

3.7.5 Pe

.,Pe

--' ciutil cle

statia de bazir;

= timP de ProPagare' Asir cum rezultl 9i clin figura 3.7 .22, clin cauza lipsei de sincronism initial intre mobil Si startia cle baz[, slotul informalional corespunzdtor RACCH pe care mobih"rl t,' a et'ectuatt cererea cle acces este pozilionat la recepqie decalat fa{i de momentele t., t. ...1 sta[ia cle bazdvamisura intervalul cle timp cuprins intre momentul receptiei t' (cind frimului bit ctin slotul informational corespunz[tor RACCH 9i momentt"tl RACCH, corespunz[tor ar f i trebgit receptionzrt primul bit clin slotul informalional (TA), este clacir mobilr-rl si statia cle bazl erau sincronizate). Acest interval de timp T,,

ntr

l). I

.

..

i

r-orllrs

;rite 5'

Pe ur

:.:rtcl ner

3.7.5

Putir :'ortnal

in

co,

--.-i rnul

---t

Sistemul digital

mobil, supune

)

stntie

erLlleze locarear

tltoare, nizaretr :u totul

explica

GSM

135

comunicart mobilLrlui pe canalul AGCH. La rindul sIu, mobilul, la punerea in tensiune, erre Lln sincronism propriu determinat de momentele to, t,', t,' .....(tu, t,', t,'... sllut momentele cind mobilul, conform sincroniz5rii proprii, poate emite ur.r slot inlbrmzrtional). La primirea lui TA el va,,deplasa" momentul urm[toarei ernisii cu TA (cu alte cuvinte, va emite mai devreme cu TA tat[ de momentul de emisie

conibrm sincronismului inititrl). Desi nu este legatd de funclionarea canalLrlui AGCH, vom explica o altii capabilitate interesantd, specificti GSM, vis-a-r'is de sincronizarea mobil - statie clc lnzir. Astf'el, clatorit[ propriet[lilor mediului raclio, nu este obligatoriu ca tirnpul cle propagare T,, (mobil -+ statie de bazX) sX r6minI constant pe toatl dutata conr-rnicatiei.

Din aceastir cruzd, este posibil si aib[ loc desincronizdri intre mobil si statia de birzI, marterializate prin momente de inceput ale receptiei sloturilor infbrmationale errise cle mobil (in statia de baz[) dif'erite cle t,, t,, t.,. MdsurAnd acelasi parametru (TA) statia de birzir poate resincrcniza mobilul. Parametrul TA este transmis pe cirnalr-rl FCCH (inclus in secven{a de egalizare) si mobilul isi decaleazir corc spunziitor' (cr"r TA) urm[toarea tran smi sie. Dupir aceastl explicatie apare mai naturali si durata de separare prezentl in f iecare slot infbrmaqional: aceasta previne, in cazul unor astfel de desincronizlri, aparitiii in statia de bazi a unor suprapuneri la receplie intre dor-rI sloturi i ulonnationale apartinAnd unor mobile dif'erite. l'crioacla cle separare (8,25 biti) este suflcient[ deoarece, asa cum s-a explicttt anterior, incii clin faza premergitoare stabilirii comunicafiei are loc o sincronizare nrolril -> sterfie de bazi prin intermediul canalulr,ri AGCH Ei al mZrsr-rrirrii l.xrlametrului TA in statia de baz5. Valoarea parametrului TA mbsurati este de obicei transmisi mobilului in unitZrti egale cu 25 biti.

3.7.5.3.3 Canalul de paging (apel) al echipamentelor mobile

ate de

il intre robilul .",".tr1

leptlel

(cind

CcH, ). este

Pcntlu arpelerrea unui mobil se transmite identitatea sa pe canalul de paging (apel). Acesta va rlspunde prin accesarea canalului RACCH. Mesajele transmise ;rc carrah,rl cie paging au lungime de 23 de octeti (utilti, f[rd bitii suplimentari irrtloclusi cle codorul de canal etc.) Dupi codare rezultd456 bili imp[rqiqi in B grr-rpe a cere 57 biri. Pe r-rn canal de paging se pot apela simultan mai multe mobile, pentru aceastir fiind necesarrir utiliztrrea identitltii TMSI, mai scurti decAt IMSI. 3.7.5.3.4 Canalul de difuzare al mesajelor scurte (CBCH)

Putin utilizat in momentul de fa(I, el permite in mod uzual difuzareel unor inlilnnatir specitice (meteo, informatii rutiere etc.) in ceen ce priveste maparea (multiplexarea) canalelor comune cle control, existii nrai multe posibilitlti distincte. Mai mult, putem avea o mapare dinamici a acestor

136

Retele mobile de telecomunicatii. Sistemui GSM

cirnalc. Inclependent cle rlotlul in care se realizeazir aceastd nrirparc, ele sunt transrrise pe purtittoarea de clifuzare utilizincl slotul 0 (cazul statiiior cle capacitatc rriicri), ciar $j sloturlle 2, 4, 6 (cazul statiilor cu capetcitate mare). Ca si in cazLrl FCCH li SCH, pentru clescriere vonl utilizzr stnrctura de multicach'u 3.1 .23 este prezentat un exemplu cle mapare a canalelcir comune clc contr-ol.

51. irr figura

AGCH/PCH

AGCH/PCH

AGCH/PCH

I

01 2 3 4 5 6 7 I 910 11 12......"....19 a. Maparea canalelor comune de control (cale descendentd)

R

R

Casi;

bitilor tie lu obtiner grupe . -5' Pentru

Lttilizatir

t

r.rsor:iete

s,

in

iigL

si SACCI

3.7.25 est

cliluzare, multicaclr

De :rceelt. rnulticadr

R

este perio

01 b. Maparea canalelor comune de cotrirol (cale ascendentd)

Trebui bidireclior sensul asc

I:i: L_RXLEV_UL pentru cel putin p2 clin N2 mirsuritori,

iitunci se scade UL TXPWRI

- clacir RXLEV-DL atr-rnci se scade

> L_RXLEV_DL penrrr-r cel puqin p2 c'lin N2 miisr_rritori,

DL

TXPWR

168

Retele mobile de telecomunicalii. Sistemul GSM

Analcrg se procecleazir si

in cazul

3.8.

anahzei calit[1ii semnalului recepfionart'

Maiamintim,cleasemenea,sifaptulclPl,P2'N1'N2suntpararmetriialesiclc: la alta (in func{ie de caracteristicile oper.ator.r-rl relelei si pot clif-eri cle la o celuld

acesta

zonelot' itcclperite de acestea).

RACC

Uril

pfen'!el semnal

3.8.4 Procedurile de semnalizare aferente algoritmilor de alocare a canalelor radio

pl'ezenr

Acestparagrzrfvaincepeprinprezentareaalgoritmilordealocareacanarlelor

de semnalizare aferente r.aclio. continuincl cu desirier"ea proceclurilor specifice acestor algoritmi'

3.8.4.1 Algoritmi de alocare a canalelor radio sunt foetrtc re{ea mobild, algoritmii de alocirre a canalelor radio in utilizarea resttrselor' clar in'rportanti atit pentru oolinerJa unei eficien{e rir{icate oterit' De asemenea' si pentru irsigurirrea r-rnei calitf,ti ridicate a calitZr{ii serviciului

in orice

trebuie[inutcotrtcirstabilireacompletlaunuiapelpresupunedoulfaze: - ittirierecL ctpelttlt'ti, care poate fi divizatf, in etapele: iic:cesui mobilului in retea, apelat si apelarnt), stabilir-ea unei rute complete (circuit complet intre (sonerie); avertizarea apelatului printr-un semnal specific riclicir receptorr"rl) - r.ris1';t,trtsttl opalitttlui (mai exact, momentttl cAnci acesta Nttnratitil"tptipirrcurgereaacestorf'azepoateincepecomunicatiapropriu-zisIintre taze nu necesit[ un debit irpclant si apelat. trlai mLrlt, schimbul cle mesaie in aceste Mai concret, alocatrea ridicat. fiincl sulicientir alocarea unui canal logic SDCCH. necesar a ti arsiguriit' unui canni cle tratic (TCH) este justificatd prin prisma ctebitului

anterlor' nutttiti cittpit parcurgerea c'u succes a etapelor menlionate cantrlului cle traflc in GSM, in ti nqie cle pozitionarea momentul*i c1e alocare zr principale cle a]ocare a r.elariv la fazele stabilirii unui apel, exist[ trei metode canzrlelor riiclio:

reusit

1

clupir

s

este

tr:r

eficier mentic

exist

exemp

reclr'tce

t'a cl i cl;

-

Uti

a

-VE,A(VeryL,ariyAssignment)-_meto IMMEDIATE ASSIGNMENT

alocare canal lnal SDCCH pentru MS

ru MS

Comunicatie MSBTS :

pe canal SDC CONNECT

conexiune re realizatd cu reteaua

--.>

CONNECT ACK ASSIGNMENT_COMMAND '

Comunicatie

ASSIGNMENT COMPLETE

alocare TCHH pentru MS

--.> cornutare

MS lS pe TCH

MS BTS pe

canal TCH

Conversatie

Fig. 3.8.13 Algoritmul OACSU (simpliticat).

3.8.4.2 Proceduri de semnalizare pentru alocarea canalelor radio e dupir

lent cu rtorul).

nentar

ricare misesc

circat. lromis iciului

in lbarte multe situafii este necesarS.alocareaunui canal ra.clio pentru un terminirl rnobii, pentrll un apel, pentru transmiterea unui mesaj scurt, pentru procedura de actualizare a localizirii etc. Vom consacra acest paragrafprezentXrii urrnitoarelor procecluri: - procedura de alocare a unui canal radio la cererea mobilului,

-

procedura de alocare a unui canal radio ca urmare a unui apel adrestrt rnobilului (apel cu dtfuzare); - procedura de comutare de pe un canal de semnalizare pe un canai de traflc; - procedura de eliberare a unui canal radio. Pentru toette proceclurile prezentate se va presupune cd terminalul mobil a efectuat ttnterior selec{ia PLMN qi a celulei de serviciu qi sincronizarea (pe purt[toarea cle clifuzare, utilizdnd canaleie logice FCCH qi SCH).

172

Retele mobile de telecomunicatii' Sistemul GSM

3.8.4.2.1Procedura de alocare a unui canal radio dedicat la cererea unui terminal mobil

Mesal snbniveh-

.

tra

Aceastit proceclur[ este prezentatd in figura 3.8.14.

RF

cel

irl RACCH

.

CF

ris un

RR CHANNEL

REQ.

nu CHANN EL_REQUIRED

CT

.Bl

m(

CHANNEL ACTIVATION

'

TE ASSIGNMENT-

tlcl

iir si

.

ESTABLISH_INDICATION

inl

ca

(MM CM_SERVICE-REa.)

tu SCC P_CO

N N E

CTI O

N,R EQ

in

_COMPLETE_13

cM

SERVICE_REO.)

cle

.el

SDCCH

pr CM SERVICE

cla

in

.

in

tri

A I'-ig. 3.8.14 Procedura de semnalizare pentfu alocarea unui canal SDCCH la cererea unui mobil.

\

tnainte cle a incepe clescrierea in detaliu a figurii 3.8.14, trebuie spus ci in clreptul tleclrui mesaj receplionat de stalia mobild a fbst figurat 9i canalul logic pe czrre alcesta este rransportat. Din figura 3.8.14 se pot distinge cu uqurinl[ urm[toarele faze in alocarea unui canal radio (dedicat): . emiterea pe canalul RACCH, de cltre mobil, a unui mesaj (burst) de acces compus din:

numlr aleator pe 5 bili (joaci rolul unei identitili temporare - nu are nici o legXturi cu TMSI! - a mobilului); serviciul solicitat - codat pe 3 bifi. Acest cdmp va putea fi utilizat incepAnd un

cu faza a 2-a a SPecificaqiilor.

E]

.in

EI

cli

$r

NI

B

pr

o

IV

le

SistemuldigitalGsM 173 :a unur

Mesaiul cle acces este inclus in primitiva CHANNEL_REQUEST, generatl cle subnivelul RR din sta(ia mobil[ (RR_CHANNEL_REQUEST -in fig. 3.8.14). . transf'erul cererii emise de mobil, din BTS spre BSS. La receplia mesajuh"ri RR_CHANNEL_REQUEST, subnivelul BTSM din BTS va transmite

cererea de canal cltre rsc

I

_r___l

I

I

I

J

'l' I

I

la

$carn Iosic oe

lloarele h acces - nLl are rcepAnd

B

SC prin generarea primitivei

CHANNEL-REQUIRED; rirspunsul BSC la cererea BTS. Astfel, BSC, in cazul cI decide alocarea unui czrnal, va comunica BTS coordonatele exacte ale acestuia (fiecventl, nurnirrul slotului etc.), informa{ii incapsulate in mesajul CHANNEL-ACTIVATION; " BTS rezerv/a canalul indicat de BSC qi confirm[ acest lucru prin generarear rnesq ului CHANNEL*ACTIVATION_ACK; . activarea canalului alocat de BSC. Aceasta se face, la recepqia de cltre BTS, a mesq ului IMMEDIATE_AS SIGNMENT_COMMAND, mesaj ce con tine si infbrmatiile: identitatea mobilului care a solicitat accesul (numirul aleator pe 5 biti); lista fiecvenlelor de salt; infbrmatii de sincronizare completi mobil BTS etc. . intbrmarea mobilului despre oblinerea accesului in refea. BTS va emite pe canalul logic AGCH un mesaj RR-IMMEDIATE-ASSIGNMENT, ce firrnizeaz[ mobilului practic toate informaqiile primite anterior de la BSC. in acest moment, mobilul comutd pe canalul SDCCH, pe frecvenla inclicatir cle BTS; . emiterea de cirtre mobil a unui mesaj SABM ce conline diverse infbrmatii privind terminalul si abonatul mobil (IMSI sau TMSI, serviciul solicitat, clacl are inclus soft pentru criptarea transmisiei etc.) in mocl uzual, aceste infbrmatii sunt incapsulate in primitiva MM_CM*SERVICE_REQUEST, inclusl in SABM qi generat[ de subnivelul MM din stalia mobil[; . transmiterea mesajului MM_CM_SERVICE_REQUEST de BTS cltre BSC. Acest mesaj este incapsulat intr-un altul, de nivel 3, pe interf-ata A'.: ESTABLIS H-INDICATION ; . inilierea conexiunii SS7 intre BSC qi MSC. La receptia mesajr-rlui ESTABLISH_INDICATION, BSC extrage MM_CM*SERVICE_REQUEST clin acesta si deschide o conexiune SS7 (mesajul SCCP_CONNECTION_REQUEST) cu MSC. De asemenetr,

.

MM*SERVICE_REQUEST

este incapsulat in

mesajLrl

BSSMAP_COMPLETE_L3_INFO, care la rdndul sdu este confinut in primitiva SCCP_CONNECTION_REQUEST. Se poate spune ci se deschide o conexiune SS7 intre BSC Ei MSC, simultan cu transmiterea mesajului MM-CM-SERVICE-REQUEST c[tre MSC. in acest moment existl o legirturi directl ce permite comunicalia MS-MSC;

174 .

Retele mobile de telecomunicatii. Sistemul GSM

confirmarea mesajului SABM. Este dati de transmisia mesajutui UA de cirtre BTS, mesaj ce conline si identitatea (cei 5 biti din mesajul de acces) mobilului ce a solicitat un canal radio. Acest mesaj permite si rezolvareit eventualelor coliziuni ce pot apdreape RACCH. Din mai multe mobile care soliciti simultan accesul in retea, maxim unul iqi va reglsi iclentitatear continutir intr-un mesaj UA. La incheierea acestei proceduri, mobilul dispune cle un canai SDCCH. Pentru desfi;urarea apelului, trebuie insd alocat un

.BT

ceural de tratic.

.BS

(Rl cot

.MS

FA

.MI (Rl

(Bt

3.8.4.2.2 Procedura de comutare de pe canal de sernnalizare pe canal de

alo

trafic

in figura 3.8.15. Schirnburile de mesztje

3.8.4.:

corespnnzittoare se realizeazdpe canalul logic SDCCH. Alocarea TCH se face, cle obicei. concomitent cu stabilirea unui circuit de voce intre BSC si MSC, respectiv intre BTS si BSC. De asemenea, ea intervine ulterior pentru autentificarell

in lite AGCH si

Aceastit proceduri este prezentatd

abonatului mobil de c[tre retea (MSCiVLR).

Channel) procedur

pot fi BSSMAP ASSIGNMENT_RE

(RR_PAr

grLlpare i

CHAN NEL-ACTIVATION

PAGINC

proprir-r p proceclur

COMMAND FACCH

COMPLETE _ASSIGNMENT-COMPLE

-r"-; -l

I

l"*, L_ ln* c

I

/

I;'ig.

3.8./5

Procedura cle semnalizare pentrlr comutarea de pe SDCCH pe TCH.

rI

Aceastir procedurl cLiprinde urm[toarele etape: . MSC rezewYa. circuit de voce pentru comunicafia cu BSC gi emite o cerere cle alocare TCH c[tre BSC (BSSMAP-ASSIGNMENT-REQUEST);

I

F.

. BSC aioc[ TCH. Aceasta se tealizeazil prin .

mesajul CHANNEL-ACTIVATION trimis de BSC c[tre BTS, precizdndu-se identitatea TCH; BTS conflrmd alocarea TCH (CHANNEL-ACTIVATION-ACK);

in fig BSC si

c

SistemuldigitalGsM 175 JA

cle

lcces) lvatea e care

. BTS comandi mobilului comutarea pe TCH .

:itatear .spLlne

:at

.

ut't

. ilde nesa.je rce, de

pectiv

alocat (RR_ASSIGNMENT-COMMAND). Acest mesaj contine clescrierezr cornplet[ a canalului de trafic alocat; MS stabileste conexiunea de nivel2 cu BTS (SABM 9i UA transmise pe FACCH); MS confirml BSC stabilirea conexir"rnii de nivel 2 (RR-AS S IGNMENT-COMPLETE) ; BSC confirm[ MSC comutarea mobilului pe TCH (BSSMAP-ASSIGNMENT-COMPLETE) qi elibereazd SDCCH, anterior nlocat mobilului (RF-CHANNEL-RELEASE).

3.8.4.2.3 Procedura de alocare a unui canal radio ca urmare a unui apel adresat mobilului (apel cu difuzare)

iczrreir

in literatura cle specialitate consultatd ([LGT95l, [XL95], [MP92]), reuniune:t ACCH $i PGCH se regdseqte sub denumirea de canal logic de paging PCH (Paging

d

Channel). Vom utiliza si noi in continuare denumirea de PCH in expunerea acestei proceduri. De asemenea, pentru economisirea resursei radio, mai multe mobile pot fi apelate simultan de BTS pe acelaqi PCH, printr-un mesaj (RR_PAGING_REQUEST) ce conqine TMSI-urile aferente mobilelor. Aceastit grupare a mobilelor apelate se face in urma recepfiei de c[tre BTS a mesajului PACING-COMMAND, transmis de BSC. Mobilul apelat iqi va detecta TMSI proprir"r pe canalr,rl PCH si va emite o cerere de acces pe RACCH. Din acest punct, procedura decurge identic cu cea prezentatiain figura 3.8.14.

= I

I

I

l. i

PAGING COMMAND

I

PAGING COMMAND

RR_PAGING_REQ.

I

RR CHANNEL REQ.

I

Fi,.

cerere t:

esaj

ul

Ititatea

Fig. 3.8.16 Procedura de semnalizare pentrll alocarea unui canal SDCCH in urma apellrii unui mobil.

in figr,rrti 3.8.16 au fbst considerate doud BTS (BTS 1, BTS2) deservite de acelzrsi BSC si dou[ mobile (MSl, MS2) aflate in ariile BTS1, respectiv BTS2.

176

Retele mobile de telecomunicatii. Sistemul GSM

3.t

3.8.4.2.4 Procedura de eliberare a unui canal radio Aceast[ proceclur.l este prezentat[ in figura 3'8' 17'

i-r:

3.8.r

r

BSSMAP_CLEAR_

Trar irlocat

r,r

cclrrtuni

transltt

DISC

calitltii f i cleclt

RELEASE INDICATION

ciilcule FF CHANNEL RELEASE

cr-i

vtrlo

cle acee RF CHANNEL RELEASE ACK

[Jn SCCP,RELEASED

rloclifir

trafic (r sirnplit

SCCP RELEASE COMPLETE

sernnal

l-lg. 3.8.17 Proceclura de semnalizare pentru eliberarea unui canal raclio'

zclna ci

F,liberarea unui canal radio este dictati de finalul comunicafiei pe care nsigurat-o gi presuPune etaPele:

. MSC (B

S

comzrnd[ BSC

SlvtAP-CLEAR*COMMAND)

eliberarea

resursei

a

radio

;

. BSC comancll mobilului pir[sirea canalului

raditr

(RR_CHANNEL_RELEASE) qi opreste BTS sl mai emitl mesaje pe canalr-rl Iogic SACCI{ (DEACTIVE-SACCH);

. mobilr-rl initiaz[ eiiberarea conexiunii de nivel 2 (DISC); . BTS contirml eliberarea conexiunii de nivel 2 cLr mobilul (UA) qi inf'ormeazii . . .

. .

BSC clespre aceasta (RELEASE-INDICATION);

BSC comancll BTS eliberarea completl a canalului radio (TCH) prin trausmiterea mesaiului M-CHANNEL*RELE'ASE'; BTS confirm[ BSC eliberarea cornplet[ a resurselor rtrclio (RF-CHANNEL-RELEASE-ACK) ; incheierea cle cltre BSC a procedurii de eliberare a resursei radio. Aceasta se f ace prin transmiterea mesajului B S SMAP-CLEAR -COMMAND ; MSC clesfirnteazl conexiunea SS7 cu BSC (SCCP-RELE'ASED); BSC confirml clesfiinqarea conexiunii ss7 cLr BSC (S

CCP-RE,LEAS E-COMPLETE).

lurrna

ci

exemp a mobi de mer

SistemuldigitatGSM 177

3.8.5 Proceduri de semnalizare pentru gestionarea transferurilor (handover) 3.8.5.1 Introducere Transf-en-rrile (handover) se pot clefini ca mecanisme prin care canalul radicr fdr[ intreruperea acesteia. Deci, initial, unei

zrlocat uttei comunicatii este modificat

adio

i se alocl un canal, iar ulterior, prin intermediul mecanismelor cle transltr, acesta este modific at. Cauza care genereazi un transfer este cleteriorarea calitirtii sau a nivelului semnalului receptionat pe un canal. Deci, transferurile vor fi c'leciansate ca Llrmare a indeplinirii unor aqa numite criterii radio (criterii ce calcr"rleazi. calitatea si nivelul semnalului receptionat qi compari valorile obtinuter ctt valorile de prag predefinite). Acestea sunt, in general, specifice fiecdrui operator. cle aceea nlr se poate vorbi despre un criteriu radio general valabil. Utt tt'ansf'er este in marea majoritate a cazurilor consecint[ a mobilitirtii: ntodificarea pozitiei geografice a unui mobil necesitl alocarea unui nou canal de tlafic (iilerent noii zone geografice in care se af15 acesta) pentru comunicatie. Mai simplr-r, iesirea din aria de acoperire a unui BTS procluce cleteriorarea calititii semnalului; in consecintd, trebuie alocat un nou canal, gestionat cle noul BTS (in zona cirruia a intrat mobilul). Existd insd si situa{ia cAncl un transfer este generat i1 r-trmzr deteriorlrii temporare a calit[tii semnalului receptionat pe un canal raclio (cle exemplu clin interferen{ele cu un alt canal etc.) flri moclificarea pozitiei geogrlfice a mobilului. AvAnd ?n vedere cele afirmate anterior, putem clistinge doux categor"ii

adiir

de mecanisme de transf'er: l.ran,sf'erttri inter-ceLulare. Cea mai simpld definitie a acestui tip cle transf'er

conlunicertii

are

a

'

nah-rl

e.azir

prlll

,l

in

asta

'

este urmltoarea: daci noul canal (alocat in urma transferului) si respectiv vechir-rl ctrnai sunt gestionate de BTS-uri cliferite, atunci transf-erul este cle tip inter-celular. Acesta este o consecinti: a moclificirii pozitiei geografice a mobilului; in cazul unei celule cu trafic fbarte intens, MSC poate decicle cleservirea eurumitor apeluri de c5tre celulele invecinate. transfbrLtri intra-celulare. in acest caz, ambele canale (atdt cel anterior alocat transf'erului, cAt si cel alocat in urma transf-erului) sunt gestionate cle acelasi BTS. Poate fi considerat transfer intra-celular comutarea unLri rnobil cle pe SDCCH pe TCH. Acest tip de transf-er implici procecluri fbarte simple de sernnalizare; cle aceea, in cele ce urmeazi ne vom concentfa pe prima categoric de mecanisme. Transf-erurile inter-celulare pot fi si ele cle mai multe tipuri:

a)

flrd modificarea BSC (noul Ei vechiul BTS aferente mobilului sunt gestionate de acelaqi BTS);

Retele mobile de telecomunicatii. Sistemul GSM

178

modificarea MSC (noul qi vechiul BTS aferente mobilului sttnt gestionate de BSC-uri diferite; cele doud BSC-uri sunt insd deservite cle acelasi MSC); moclificarea MSC (noul si vechiul BTS aferente mobilului sut-tt cu c) gestionate de BSC-uri diferite; cele doui BSC-uri sunt deservite de douir

b)

flrir

in (aclic)

GSM N,{SC

3.{

MSC-uri dif'erite).

Ex

3.8.5.2 Proceduri de semnalizare specifice mecanismelor transfer

de

toati clurata unei comunicatii, atat mobilul cdt qi BTS efectueazl" m[suritori pe canalul raclio, iar rezultatele acestora sunt transmise periodic (cu perioada 480 rls) pe SACCH. Stalia mobil[ mdsoar[ qi calculeaz[: a) pe canalul curent de comunicafie (daci se afli aqezati intr-o comunica{ie cu BTS): nivelul mecliu al semnalului recepqionat (RXLEV); calitatea meclie a semnalului recepfionat (RXQUAL)' Mecliile se calculeazd pe 100 eqantioane (TCH), respectiv l2 eqantioane SDCCH' b) nivelul semnalului recep,tionat pe purtltoarea de difuzare din celulele vecine celei in aria cireia se afli. in urma acestor misurltori qi calcule Pe

se selecqioneaz5 6 celule (cu cei mai buni parametri) pentru care rezultatele

sunt rransmise intr-un mesaj MEASUREMENT-REPORT pentru BTS. BTS face, cle asemenea, masur[tOri pe canalele ascendente, putdnd comanda mobilelor modificarea diverqilor parametri: TA (Timing Aclvance) - timp de decalare a emisiei;

pentru menlinerea sincronismului mobil e BTS; nivelul puterii transmise etc. pebazarezultatelor obfinute, trimise de cbtre BTS, BSC va putea stabili celulele canclidate pentru un transf'er. Criteriile de declanqare ale unui transt'er sunt la

operatorului; amintim aici cAteva dintre ele: - sc[derea RXQUAL sub pragul minim admisibil; - sc[clerea RXLEV sub pragul minim admisibil' Transf'erul (inter-celular) are ca scop transferul comunicaliei din gestiunea unei celule in gestiunea altei celule. Deoarece BSC este modulul care gestioneazit resursele clintr-o celul[, in cursul mecanismelor de transfer aceste modr'rle (cel

lartitr-rdinear

care cleserveste vechea celulS, respectiv cel care deservegte noua celul[) vor schimba mesaie intre ele. Cazul cle transfer intre dou[ celule care se afl[ in aria aceluiasi

BSC va fl clenumit transfer BSS (modificarea numai a BSS)' in cazul moclificlrii BSC (hanclover intra-celular), procedura de transfer are loc prin clialogul intre cele doub BSC, MSC-ul care le deserveste avdnd roh-rl de releu.

Pr,

preze

_a

I

FA

FA

FAI

SistemuldigitalGsM 179 rlui sunt :rvite cle

lui

snnt

de douir

suritori ada 480

intr-o

ln cazltl modiflclrii si a MSC, o particularitate interesantl este cI in continuare (ac{ici si dupit transfer), vechiul MSC rdmdne punctul de legdturir intre reteaua

csM si reteaua fixi.

Acest MSC se mai numegte si MSC ancori ([Mp92l). Noul MSC are rol de releu pentru mesajele subnivelelor CM si MM.

3.8.5.2.1 Transferuri BSS Existir dor.rir situatii care trebuie evaluate: * cele douir BTS (noul si vechiul) sunt sincronizate, ceeace inseamn5 c[, daciL mobih-rl este in sincronism cu vechiul BTS, va fi in sincronism si cu noul BTS; - nu existl o rela{ie de sincronizare intre cele dou[ BTS. in acest caz. o clatai comlltat in noua celul[, mobilul trebuie s[ se resincronizeze cu nor-rl BTS. Procedura de semnalizare aferentS acestui tip de transfer (a doua situatie) este prezentati in figurir 3.8.18, in care am notat:

BTS,, BTS,,

O

- vechiul B'l'S; - noul BTS; - clecizie c1e transfer.

DCCH. :elulele

calcule ultatele u BTS. putdnd

BTS.

MS

SACCH

,MEASUREMENT RE

BSC

BTS"

T

MEASUREMENT REPORT C

HANN EL_ACTIVATIO N

CHANNEL_ACTIVATION ACK RR

elulele

TCH

{NDOVER COMMAND

RR HANDOVER

ACCESS

HANDOVER DETECTION

sunt la FACCH FACC

R

SABM

H

FACCH

:a unel

rneazir (cel f.C

R-P HYSICAL_IN FO

UA

RR HANDOVER COMPLETE CHANNEL_RELEASE C

HANN EL_RE LEASE ,AC K

:himbir

eluiasi ler are

rlul de

Fig. 3.8.18 Transfer BSS cu BTS nesincronizate

180

Retele mobile de telecomunicatii. Sistemul GSM

Etapele acestei proceduri sunt: - pe baza rezultatelor gi calculelor mlsurdtorilor efectuate de mobil si BTS,,. BSC ia clecizia de transfer (punctul O pe figur[); - BSC rezervdun canal in noua celul[ (CHANNEL_ACTIVATION);

Acea

=BTS +

; - BTS,, conflrm[ rezerv area canalului (CHANNEL-ACTIVATION-ACK) czrual noul pe comtitarea - BSC comancl[ mobilului (R R-HANDOVER-COMMAND) ; pe TCH, mobilul emite un slot de acces (ca pe RACCH) (RR-HANDOVER-ACCESS), iar BTS,, informeazI BSC

(HANDOVER-DETECTION)

-

;

BTS,, transmite mobilului informalia de sincronizare (TA) pe FACCH

(RR-PHYSICAL_INFO);

UA); - se stnbilegte conexiunea de nivel 2intte mobil qi BTS,, (SABMtransferului incheierea - mobilul confirm[ BTS,, qi

(RR-HANDOVER-COMPLETE) ; - BSC comancli eliberarea canalului radio alocat mobilului anterior in BTS,, (CHANNEL-RELEASE). pentru prima situatie proceclura este asemlndtoare, cu deosebirea cd cele douit BTS fiincl sincronizate, nu mai este necesari resincronizarea mobilului cu BTS,,' 3.8.5.2.2 Transferuri intra-MSC Aceste trirnsf'eruri implici qi MSC pentru asigurarea comunicaliei intre vechir-rl BSC (BSC,,) li noul BSC (BSC"). Proceclura este asemlnitoare cu cea descrisi anterior, dar prezint[ tum6toarele dif'erenfe: - BSC,, trimite cltre MSC, incapsulat in mesajul HANDOVER-REQUIRED (generat cle BSSMAP), o list[ a celulelor in care poate fi transferatit

comunicafia mobilului;

- MSC

cleschicle o

conexiune SS7

cu

BSC,,

(sccP CONNECTION_REQUEST); acest mesaj confine qi o cerere trtrnst'er transmis[ de MSC c[tre BSC";

cle

MSC - BSC,, confirm[ alocarea resurselor solicitate cltre mesaj

3.8.5

(HANDOVER_REQUEST_ack, mesaj ce incapsuleazl un

HANDOVER*COMMAND ce confine toate intorma$ile necesare mobilulr'ri pentru a comuta pe noua celul[ si pe noul canal); - bSC,, trebuie sd infbrmeze MSC clespre comutarea mobilului pe noua celulii (ln receptia mesajului RR_HANDOVER-ACCESS va emite un mesaj B SS MAP-HANDOVER_DETECTION) ; - BSC. intormeaz[ MSC despre stabilirea conexiunii de nivel 2 cu mobilul (la recep[ia mesajului RR_HANDOVER-COMPLETE, BSC,, emite mesajul B S SMAP-HANDOVER-COMPLETE) ; - MSC va comancla BSC. eliberarea canalelor alocate anterior mobilului; cle asemenea, MSC va elibera conexiunea S57 cu BSC,,'

tsilra

(notirm

I

-M

-es

M

-m -p(

(c

Proce cle

comlr

Sistemul digital

i BTS.,,

181

Acearstl procedur[ este prezentat6 in figura 3.8.19 (simplificat, cu notatiar BSS =BTS + BSC).

;

BTS.

ACK); canal

l'."

| _CONNECTION

\.CCFI)

BSC

|

Brs"

R

( SSMAP_HANDOVER_REQUES

iccP_coNNEcTtoN_coNFlRt\

ACCH (BSSTV

IA); ferulr-ri

GSM

,P-HANDOVER_REQUEST-AC

BSSMAP_HANDOVER_COMMANI _ HANDOVER_

ND RR_HANDOVER_ACCESS

m BTS,, BS MAP_HANDOVER_DETEGTIOI

:le douir

RR_HANDOVER_COMPLETE

rBTS.

BS MAP-HANDOVER COMPLET

BSSMAP CLEAR COMMAND

vechiul

BSSMAP_CLEAR_COMPLETE

lescrisir

SCCP RELEASED SCCP RELEASE COMPLETE

UIRED rsteratir BSC., :rere cle

F'ig.

3.8.19 Mecanism de transfer intra-MSC (simplificat).

MSC mesaj

obilului d celulii

I

mesa.l

mobiltrl mesajul

lultri;

cle

3.8.5.2.3 Transferuri inter-MSC Firrir a prezentain detaliu qi aceastd procedur5, vom face numai cAteva precizlri (notirm MSC. noul MSC si MSC,, vechiul MSC): - MSC,, este cel care asigurb leg[tura cu reteaua fix[; - este necesarl atAt stabilirea unui circuit de voce, cdt qi a unei legituri intre MSC,, si MSC,,; - mesajele schimbate intre cele doul MSC sunt gestionate de protocolul MAP; * pe toati durata comunicafiei, dup[ transfer, BSC. si MSC,, rimdn in legitr.rrir (conectate). Procedura, asemindtoare celor prezentate anterior, va con{ine suplimentar mesaje MSC' (voce si SS7) respectiv mesaje MSC,, BSC"

de comunicare MSC,,

182

Retele mobile de telecomunicalii. Sistemul GSM

3.9 Arhitecturi de interconectare intre retelele mobile GSM si retele fixe

TI un

al-l

{r cafe

I

coritu

Dt

3.9.1 Introducere Un aspect important in proiectarea arhitecturii GSM l-a constituit g[sirea de solr-rtii optime de interconectare cu relelele flxe existente (ISDN, PSTN etc.) Deoarece pzuticularitiqile diverselor tipuri de retele fixe (relativ la moclul de realizare ai echiprimentelor de transmisie in relea), precum si varietatea serviciilor introcluse cle CSM. se reflecti in structura echipamentului de interconectare, fiecare segment GSNI a fbst prevdzut cu dou[ interf'e1e (funcfii generice) specifice: IWF, respectiv TAF (fig. 3.9.1). Comunicalie punct

refelt interr in int, cle tip are c

lnterc specil

cadrlr rriobil echip

3.1

Tr calre

1

PST}

utilizr Ct Fig.

3.9.i

Interf'e{e specitice_ GSM pentru interconectarea cu retelele fixe.

IWF (Networking Interworking Functions) este o functie inclus[in fiecare MSC si realizeaz[ functii specifice de interconectare a MSC la retelele fixe. IWF cletermind utilizatorul GSM care comunicX cu re{eaua sI apari ca utilizator al retelei fixe li, respectiv, utilizatorul din reqeaua fixd ce realizeazd o comunica[ie cu un r-rtilizator GSM s[ poati fl privit ca utilizator GSM. Cu alte cuvinte, IWF asigurir o compatibilitate la nivel de structur[ qi servicii intre GSM qi refelele fixe.

in fig

Pe

PSTI.

utilizr schen

Sistemul digital

lle

sirea cle etc.)

tN

renlizare

ltroclttse segtnent

espectiv

GSM

183

TAF (Terminal Adaptor Functions) realizeazb.tuncqii specifice de aclaptare intre tun anumit tip de terminal si mediul propriu zis de transmisie radio. Avantajul acestei structuri const6 mai ales in faptul c6, indif'erent de refeaua cu care se interconecteazl reteaua mobil[ GSM, modul de transmisie (modulatie, coclare etc.) in interiorul refelei mobile GSM rlmdne acelaqi. Deci, pentru structura din figura 3.9.1, adaptarea la serviciu in interiorul retelei GSM este asigurat[ de TAF, iar adaptarea GSM la reteaua cu care se interconecteaz[ se realizeazd, prin intermediul IWF. Astt'el, modul de transmisie in interiorr-rl relelei mobile GSM rlmAne independent de serviciile asigurate si cle tipurile de retele cu care se interconecteazh refeaua mobili GSM. Aceasta are c;r rezultat o simplificare a arhitecturii interne.a re{elei mobile GSM. lntelconectarea cu re{elele fixe se va reduce la includerea in IWF a unor functii specifice cle interconectare, intre reteaua mobili GSM qi reteaua flx[. in acest cach'u, vom prezenta in continuare cdteva din soluliile de interconectare a retelei rnobile GSM la retelele fixe de telecomunicafii existente, adoptate de standardul si echipamentele GSM.

3.9.2 Interconectarea refelei mobile GSM cu refeaua telefonicl comutati (interconectare GSM - PSTN) 3.9.2.L Interconectarea intre utilizatori ai serviciului de date

fi transportat cle PSTN utilizdnd moclemuri, semnal analogic in banda de bazd r-rtilizatir in

Traficr-rl cle date (digital) poate

:rle transformi fluxul digital in

PSTN (300 - 3400 Hz). Dintre serviciile de date care pot fi asigurate in prezent ,tiiizlncl mecliul fizic al PSTN amintim: fax, videotext etc. Conexiunea prin PSTN a doi utilizatori ai serviciilor de tip date este prezenttrtir e fixe cdre N'{SC

dre. I\\'F rr

al retele.

atie cu u: ; asisLrri e-

.n |ig.3.9.2.a. Pentrr-r zt rezrlizzr conexiunea intre un utilizator GSM si un utilizator conectat lir PSTN (pentru servicii de date) este evident c[ nu trebuie modificatX conectarea *tilizatorr.rlui fix la PSTN. De asemenea, este la fel cle clar cI al doilea modem (din .;hema anterioard) nu poate fi plasat decAt: - in echipamentul TAF (la utilizatorul mobil); - in echipamentul IWF (in echipamentul de interconectare intre refeaua GSM

si letelele fixe).

184

Retele mobile de telecomunicatii. Sistemul GSM PSTN

Utilizator

Utilizator

-st Pr

ob

inclLrclel

exemplt problem sincroni Acea

Linie audio 3,1 KHz

a) Conexiune intre doi utilizatori ficgi (serviciu de date)

in reteaua publicd telefonicd comutata Utilizator mobil I

Transm.

PSTN

anumit Inclei.renr

sur.rt r.rcti:

Solut

LJtilizator s

pcc if icir

-rici {'iirit

GSM

rl tsigura

Term inal

mobil

3.9.2. Linie audio 3,1 KHz

b) Conexiune utilizator mobil-utilizator fix din reteaua publicd telelonici comutatd f.'rg. 3.9.2 Interconecteire GSM - PSTN (intre utilizatori ai servicitllui cle date).

Alegerea primei solulii ar avea ca rezultat: - necesitatea proiectdrii unor modemuri analogice adaptate la calacteristicii: d: mediulLri radio (rat[ cle erori ridicatl, deci coduri detectoare si corectoerre

elot'i adecvate): - r,rtilizarea transmisiei analogice in interiorul retelei GSM' Deoarece prima problem[ nu a putut fi rezolvatd corespunzltor, iar ceil d- r clilua nr ti complicat tehnicile de transmisie in interiorul re{elei GSM' s-a ales 'i0 cle a douit solutie, rezultdnd schema cle interconectare din figura 3.9.2,b. Un lstt'el cle moclem auclio poate fi inclus in fiecare MSC si poate fi artat sincrsr cit si zisincron (cu 7,8 sau 9 biqi, funclie de protocolul asincron utilizat)' Dezvoltirrea retelelor mobile cle telecomunicatii s-a realizat atAt prin extinde:--n ariei lor geogrzrfice ($i totoclati a num[rului de abona{i), cdt si prin diversificr--r garnei cle.servicii implementate. Implementarea standardului de comunicatii celuiu:m cligit,-rl" GSM a permis introducerea serviciilor de fax mobil, mesagerie electro::c&i etc. Schemur ,-r-,obit:,, trans{"er cle clate intre terminale mobitre qi/sau terminale fixe

ciin figtu'a 3.9.2 determind meclir-rl cle transmisie GSM si apard ca,,inserat'' i: echipamentul terminal qi moclem. Tipurile de modemuri de debit mai mic ca 9t b/s. admise conform specificafiilor, sunt:

t'vic

.Se

it.oclus

: Glup ,

I

3

r'i), iar

- .,

cllrsic

:lei GS .Se her i'eteaLt

utiliza

Fa

'i t3ill

I :

-,.

,

I\\/

-:ul

r

.te

Sistemul digital

GSM

185

- asincrone: V.21 (300 bls),Y.22 (1200 bA);

tl ll

* sincrcrne: V .22(1200 bls), Y .22bis (2400 b/s),V.32 (a800 9i 9600 b/s). Problema adaptzirii ratei de 9600, de exemplu la rata cle 13000 b/s, precum si incluclelea fbrmatr-rlui asincron intr-un sistem sincron de tipul GSM, sunt dor-rl exemple cie functii realizate de TAF si IWF in cazul acestei interconexiuni. Existir probleme si in cazul transmisiei sincrone, deoarece modemul si terminalul nu sunt sitrcxrnizitte. Aceastzr conclttce la o clevialie de fiecventS, care nu poi,rte ii neglijatl ch,rpi r-rn anr-rmit timp, fenomen numit si "nesincronism cu ceasul retelei" (NetworJ< Inclepenclent Clocking). Problemele legate de interconectarea GSM - pSTN nu sr-rnt r.roi, ele au aplrr-rt si la interconectarea PSTN cLr ISDN. Solutiiie acloptate in GSM pentru aceste probleme derivir din cele fblosite i1

-lll

I lt

icatia ISDN (GSM a apiirut ulterior ISDN-ului), multe dintre ele fiind fblosite aici lirrir rnodificiri fati de cazul ISDN, atat din dorinta cle simplitate. ciit si pentru a asigurti o tranzitie usoari intre GSM si ISDN. s1-rccif

3.9.2.2 rnterconectarea a doi utilizatori ai serviciului

de facsimir

Serviciul cle f-acsimil, considerat ca o cheie a succesului pe piati pentru GSM, lrrocltts rnari clificultirti proiectan(ilor retelei GSM, deoarece protocoalele utilizate cle Gt up 3 flx r-iu iiu fbst concepute pentru particularitdtile mecliulur raclio (?ntlirzieri a

e).

isticile lare de

mali), iar singurtr interfatii standardizati de conectare cu utilizatorul ler PSTN este cea clitsicit, pe clouii hre. La aceste restrictii s-a ac1lugat necesitirteit ca in interior.Lrl r-etelei GSM tehnica cle trirnsmisie sd rdmdni digitalir. Scheua cle interconectare dintre doi Litilizatori ai serviciului cle facsimil. r-rnr-rl cliu retezrun GSM. iar celilalt clin reteaua fixii, este prezentatl in figLrra 3.9.3. cSlvt Fax

:adea les cea

llllll-

fonici chen.,

'' intri a

96t'"

PSTN lin ie

audio

Y

Fig. 3.9.3 Configuratie de ret-erintir pentm conectarea nnni terminal fhcsimil mobil la PSTN.

ndere:, elulare

transmisie GSM

t ,* f-l''*.,"."-Ln

incr,rn

6.o.",,

adaptor

Se iemzrrcit existenttr fLrnctiilor de adaptare atit in terminah-rl mobil, cit si la ;rivelul IWF (la niveh"rl IWF a fbst prev5zut un moclem auclio). ModLrl cle trarnsmisie intern relelei GSM a rlmas cel cligital, iar in functiile TAF firnctii de aclaptare ter-minal), a lbst inclus un echipament complex nnmit fax -rclaptor.

Citeva din functiile fiix adaptorului sunt:

186

Retele mobile de telecomunicatii. Sistemul GSM

conversia semnalului analogic furnizat de modemul audio inclus in fax irl semnerl digital, impachetat in format specific re{elei GSM; - conversia inversd a semnalului digital provenit din reqeaua GSM in semnal arnalogic in bancla debazYa, semnal trimis modemului inclus in fax; - realizarea unor servicii specifice tip apel qi rdspuns automat etc. Deci firx aclaptorul apare ca un echipament complex, de cele mzri multe ori integrat in interiorul faxului mobil.

-

Ase aclitptoi

ISDN.

tipurile llecesal

CSM a Der GSM ir cle

3.9.3 Interconectarea re{elei mobile GSM cu reteaua ISDN (interconectare GSM-ISDN) Posibilitatea cle conectare la ISDN este o cerinti esen{ialii a oricdn"ri tip de re{ea cle telecomunicatii. ISDN utilizeazd pentru transmisie capacitatea unui canal biclirecfional cle 64 kb/s, ceea ce a creat probleme gi pentru conectarrea PSTN-Lrrilol' {a ISDN. Arhitecturar cle interconectare PSTN - ISDN este prezentatir in figr-rra

3.9.4.a. FatI cle arhitecturile anterioare, apar circuitele "adaptoare de rati cle lransmisie", (conforme recomand[rilor CCITT V.110), care au rol in adaptareit lirtei specifice flecirui terminal la rata de transmisie pe linie.

PSTN

ISDN

a) Conexiune intre un utilizator din releaua telefonicd publicd comutatd (PSTN) si un utilizator din reteaua ISDN

Circuil de 64 Kb/s

b) Conexiune utilizolor GSM

' ulilizqtor

3.

GS]

clouii n

intre

I\

IWF

vr

liceasti

64 Kb/s

KHZ

,,re