GSM (Global System for Mobile

Communications)

•  Inizio anni ’80: sistemi cellulari analogici (es. TACS) •  1982: inizio lavori del Groupe Special Mobile del CEPT •  1989: il gruppo GSM diventa Technical Committee dell’ETSI •  1990: Prime specifiche complete. •  1991: Primo avvio di una rete GSM •  1992: reti commerciali nelle principali nazioni europee •  1998: 268 reti GSM (in 109 paesi) con oltre 70 milioni di utenti

… un pò di storia…

2

GSM Network (PLMN: Public Land Mobile Network)

Area MSC (Mobile Switching Center)

Area MSC LA (Location Area)

LA Celle (BTS: Base Transceiver Station)

Architettura del GSM

3

PSTN ISDN Altre Reti

MS (con SIM card)

BTS

BTS

BTS MS

MS GMSC

O&MC

HLR

EIR AuC

BSC

BSC MSC

VLR

MS: Mobile Station HLR: Home Location Register BS: Base Station VLR: Visitor Location Register BSC: Base Station Controller AuC: Authenticaton Center MSC: Mobile Switching Center EIR: Equipment Identity

Register GMSC: Gateway MSC O&MC: Operation &

Maintenance Center

BSS Base Station Subsystem

MSS Mobile Switching Subsystem

|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

SIM

|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

SIM

|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

SIM

|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

SIM

|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

SIM

|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

SIM

Architettura del GSM – rete di comunicaizone

4

MS (con SIM card)

BTS

BTS

BTS MS

MS GMSC

HLR

EIR AuC

BSC

BSC MSC

VLR

Rete SS#7

|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

SIM

|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

SIM

|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

SIM

|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

SIM

|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

SIM

|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

SIM

Architettura del GSM – rete di segnalazione

5

Struttura dell’ architettura GSM

•  L’architettura di rete del GSM si puà dividere in 3 gruppi differenti:

– Base Station Subsystem (BSS) – Mobile Switching Subsystem (MSS) – Operation and Maintenance Subsystem (O&M)

6

Base Station Subsystem

•  Il BSS è composto da Mobile Station (MS) e Base Tranceiver Station (BTS)

•  MS e BTS comunicano mediante interfaccia radio – Modulazione GMSK – Uso di un set di canali logici e fisici

•  Le BTS sono coordinate da un Base Station Controller (BSC)

•  Il ruolo fondamentale del BSC è quello di gestire le operazioni di handover

•  BTS e BSC comunicano mediante un’iterfaccia standardizzata, chiamata Abis-interface

7

Mobile Switching Subsystem •  BSC e Mobile Switching Center (MSC) compongono il MSS •  Nel MSS troviamo anche i database che contengono informazioni sugli

utenti (VLR, HLR, e AuC) –  HLR: elenco utenti residenti nella regione di riferimento del MSS –  VLR: elenco utenti residenti in una regione gestita da un’altra MSS –  AuC: informazioni di sicurezza associate agli utenti registrati –  EiR: loista dei telefoni sotto controllo o “bannat” dalla rete

•  BSC e MSC comunicano mediante un’iterfaccia standardizzata, chiamata A-interface –  Il protocollo di comunicazione si chiama Signalling Correction Control

Protocol (SCCP), che fa parte del sistema di segnalazione SS#7 •  MSC garantisce la connettività tra la rete GSM e altre reti esterne (es.

PSTN)

8

Operation and Maintenance Subsystem (O&M)

•  Composto dall’Operation and Maintenance Center che gest isce operazioni di monitoraggio e manutenzione della rete

•  Responsabile di tutte le problematiche relative alla tariffazione delle chiamate

•  Gestisce tutte le problematiche legate alla gestione degli utenti (intesi come subscriber)

9

Identificazione di un utente

•  MS è il terminale usato dall'abbonato per accedere alla rete GSM. È composta da –  il terminale vero e proprio detto ME (Mobile Equipment), –  e la smart card detta SIM (Subscriber Identity Module)

contenente i dati personali dell'utente.

•  Ogni ME è univocamente riconosciuto dalla rete mediante un codice IMEI (International Mobile Equipment Identity) memorizzato direttamente nell’ hardware del dispositivo dal costruttore dell'apparecchio.

•  La SIM, invece, contiene i dati utili per il riconoscimento dell'abbonato da parte della rete. L'utente può accedere alla rete da qualsiasi terminale compatibile purchè fornisca alla rete i propri dati personali (contenuti nella SIM)

10

Parametri della SIM-card

•  La SIM-card contiene le seguenti informazioni:

–  MSISDN: numero telefonico dell'abbonato. –  IMSI: codice di identificazione d'utente (da non confondere

con l'IMEI che è relativo invece al terminale mobile). –  TMSI: codice di identificazione temporanea. –  LAI: codice che identifica la posizione dell'abbonato (location

area) –  Ki, chiave di autenticazione (si usa la crittografia

simmetrica). –  A8: algoritmo di cifratura. –  A3: algoritmo di autenticazione. –  PIN1, PIN2, PUK1, PUK2. –  Informazioni personali proprie dell'utente: rubrica, messaggi

ecc

11

•  IMEI (International Mobile Equipment Identity) Type approval Code (TAC): 6 cifre decimali (assegnato centralmente) Final Assemble Code (FAC): 6 cifre decimali (assegnato dal

costruttore) Serial Number (SNR): 6 cifre decimali Spare: 1 cifra decimale

•  IMSI (International Mobile Subscriber Identity) Mobile Country Code (MCC): 3 cifre dec. (standard internazionale, es.

222 Italy) Mobile Network Code (MNC): 2 cifre dec. (identificativo nazionale

della rete, es. 01 TelecomItalia, 88 - Wind) Mobile Subscriber Identifiaction Number (MSIN): 6 cifre decimali

•  MSISDN (Mobile Subscriber ISDN number) Country Code (CC): fino a 3 cifre dec. (standard internazionale) National Destination Code (NDC): 2-3 cifre dec. (standard inter.) Subscriber Number (SN):fino a 10 cifre decimali

Dettagli su indirizzi ed identificativi (1/3)

12

•  MSRN (Mobile Station Roaming Number) Country Code (CC) della rete visitata National Destination Code (NDC) della rete visitata Subscriber Number (SN) della rete visitata Memorizzato nel VLR o direttamente comunicato dal VLR al corrispondente HLR

•  LAI (Location Area Identity) Country Code (CC): 3 cifre dec. Mobile Network Code (MNC): 2 cifre dec. Location Area Code (LAC): massimo 2 byte

•  TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)

•  LMSI (Local Mobile Subscriber Identity)

•  CI (Cell Identifier) 2 byte

Dettagli su indirizzi ed identificativi (2/3)

13

•  BSIC (Base transceiver Station Identity Code) Network Color Code (NCC): 3 bit (assegnato dal gestore

della PLMN(Public Land Mobile Network) Base transceiver station Color Code (BCC): 3 bit

•  Identificativi SS#7 per MSC e Registri

Dettagli su indirizzi ed identificativi (3/3)

14

Utente (SIM) IMSI, MSISDN, TMSI, MSRN

HLR EIR

AuC

BTS BSIC

MSC

VLR

|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

SIM

|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

SIM

Terminale IMEI

IMEI

LMSI, MSRN, IMSI, TMSI, MSISDN, LAI

IMSI, RAND, SRES, Ki, Kc

IMSI, MSISDN, MSRN, profilo servizio utente

Cella CI

SCP

SCP

SCP

Corrispondenza identificativi-architettura

15

•  Canali Fisici Definiti dalla coppia Time Slot/Frequenza (TDMA/FDMA)

•  Canali Logici Sono trasmessi sui Canali Fisici e si dividono in –  Canali di Traffico –  Canali di Controllo (Segnalazione)

GSM – interfaccia radio

16

GRUPPO CANALE

FUNZIONE DIREZIONE

Canali di Traffico

(TCH)

TCH/F

Voce/Dati Full Rate (voce:13 kbit/s; dati raw fino a 14.5 kbit/s.)

MS ↔ BS

TCH/H

Voce/Dati Half Rate (voce:5.6 kbit/s; dati raw fino a 6 kbit/s.)

MS ↔ BS

Canali di Segnalazione

Broadcast Channel

BCCH

Broadcast Control (Identificativo BTS, info sulle celle vicine, ecc.)

MS ← BS

FCCH Frequency Correction (Correzione frequenza portante)

MS ← BS

SCH Synchronization (Sincronizzazione frame TDMA)

MS ← BS

Common Control Channel (CCCH)

RACH

Random Access (richiesta di allocazione di un SDCCH)

MS → BS

AGCH Access Grant (conferma assegnazione SDCCH in risposta ad un RACH)

MS ← BS

PCH Paging (Paging: chiamata entrante)

MS ← BS

Dedicated Control Channel (DCCH)

SDCCH Stand-alone Dedicated Control (segnalazione per setup chiamata e assegnazione TCH; assegnato in risposta ad un RACH)

MS ↔ BS

SACCH Slow Associated Control (segnalazione durante una chiamata, associato ad un TCH)

MS ↔ BS

FACCH Fast Associated Control (segnalazione veloce, es. durante handover; a spese del canale TCH)

MS ↔ BS

Canali logici del GSM (1/2)

17

18

Canali logici del GSM (2/2)

•  Chiamata Entrante (Incoming Call)

MS BTS

MSC

Paging Request PCH

AGCH

RACH Channel Request

Assegnamento SDCCH

SDCCH

…Segnalazioni Varie…

FACCH

TCH Dati

Esempio di utilizzo dei canali logici

19

Dettagli sui canali fisici (1/3)

20

Dettagli sui canali fisici (2/3)

21

Dettagli sui canali fisici (3/3)

22

23

GSM – Risorse tempo/frequenza

• Ogni sottobanda (200 kHz, GMSK, 271 kbps) è condivisa da 8 utenti a divisione di tempo • Un frame è composto da 8 slot temporali (da 576.92 ms ciascuno) • Ad ogni utente viene periodicamente assegnato un timeslot

ARFCN = Absolute Radio Frequency Channel Number

1

124

2

…

123

935 MHz

…

…

935.2 MHz

959.8 MHz 960 MHz

200 kHz

1

124

2

…

123

890 MHz

…

…

890.2 MHz

914.8 MHz 915 MHz

200 kHz

45 MHz Separazione

Delay

3 Time Slot

Data Burst, 156.25 bit = 15/26 ≈ 576.9 ms

Ogni canale di 200 KHz ha 8 Time Slot

0 1 2 3 4 5 6 7 DOWNLINK

0 1 2 3 4 5 6 7 UPLINK

4.615 ms ⇒ 270.83 kbit/s

GSM – Struttura dei frame (1/2)

24

25

GSM – Struttura dei frame (2/2)

In un timeslot posso trasmettere 156.25 bit alla velocità di 270.833 kbps

1 2 2048

1 2 50 51 1 2 25 26

HYPERFRAME (3h 24 min 53.76 s)

1 2 25 26

1 2 50 51

SUPERFRAME

26-FRAME MULTIFRAME (120 ms) Frame 1-13: TCH Frame 14: SACCH Frame 15-25: TCH Frame 26: TCH (Half Rate) IDLE (Full Rate)

51-FRAME MULTIFRAME (235.4 ms) Canali di controllo trasmessi nei primi due Time Slot

della frequenza principale della cella

TDMA FRAME slot 0

slot 1

slot 7

Mappatura canali logici-canali fisici

27

Esempio 51-frame multiframe

57 bit di Dati 57 bit di Dati 26 bit

Sequenza di Training 3 3 8.25

Periodo di Guardia 1 1

Stealing Flag

Tail Bit (=0)

NORMAL BURST

142 bit = 0 3 3 8.25

Periodo di Guardia

FREQ. CORREC. BURST

39 bit di Dati 64 bit

Sequenza di Sincronizzazione 3 3

8.25 Periodo

di Guardia 39 bit di Dati SYNCHRON. BURST

26 bit Sequenza di Training 3 3

8.25 Periodo

di Guardia DUMMY BURST

36 bit di dati 3 68.25

Periodo di Guardia

3 41 bit

Sequenza di Training ACCESS BURST

Burst GSM

28

•  Cell reselection (Cambio di Cella) Si sceglie la BTS (tra le 6 vicine) con segnale di qualità “migliore” secondo un criterio detto C2

MS

BTS BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

Normal Burst GSM

30

Channel Encoding Block → Convol. → Interleaving encoding encoding

Encryption Creazione

Burst Multiplexing

Source Encoding Elaborazione della Voce

Modulazione

Source Decoding Elaborazione della Voce

Channel Decoding Block ← Convol. ← Deinterl. decoding decoding

Decryption Demultiplex Demodulazione

TRASMISSIONE

RICEZIONE

Schema di trasmissione/ricezione

31

–  Compressione della Voce (rapporto 1:8) –  Voce: 8000 campioni/s; 13 bit/campione (=104 kbit/s) –  Il Codec elabora ogni 20 ms i frame vocali, formati da

160 campioni –  In uscita si hanno blocchi da 260 bit (=flusso 13 kbit/s)

Codec Voce (13 kbit/s)

DTX Trasmissione Discontinua

Voce 8000 sample/s 13 bit/sample

VAD

Comfort Noise

Source code

32

–  Block Encoding (Parity Bits) per Error Detection –  Convolutional Encoding per Error Correction –  Interleaving dei dati per ridurre gli effetti degli errori

sui burst

Convolutional Encoder

Block Encoder Parity Bits

Interleaving Encryption

456 bit/blocco 114 bit/blocco

Burst

Blocco Dati n-esimo: 456 bit

Blocco di Interleaving 114 bit

B B+1 B+2 B+3 B+5 B+4 B+6 B+7

Bit Dispari

Bit Pari Blocco Dati n+1-esimo

NOTA: I bit del blocco sono distribuiti alternativamente nei blocchi di Interleaving (ogni otto, i bit finiscono nello stesso blocco di Interleaving)

Channel encoding

33

Accensione del terminale

Vengono eseguite 2 procedure: •  Selezione di cella (cell selection): la MS sceglie la BTS con la quale scambiare dati

•  Registrazione (avviene sempre con una procedura di location update): la MS informa l’MSC di competenza della sua presenza in quella Location Area (LA)

34

Cell selection

1.  MS scandisce le portanti radio che “sente”. Le

portanti di ascolto sono le C0, ovvero dove la BTS invia il BCCH

2.  MS si aggancia alla portante più forte. 3.  Attraverso il canale FCCH la MS si allinea alla

frequenza trasmessa dalla BTS. 4.  Attraverso SCH avviene la sincronizzazione. 5.  A questo punto la MS legge il BCCH che contiene

•  LAC (Location Area Code) •  CGI (Cell Glocal Identity) •  MCC (Mobile Country Code) •  MNC (Mobile Network Code)

35

Accensione del terminale (Trasmissione in chiaro dell’IMSI, ricezione TMSI)

MS BSS/MSC VLR HLR AuC

Procedura di Autenticazione SRES

= SRES

Generazione TMSI

Location Update Request (IMSI, LAI) Update Location Area

(IMSI, LAI) Auth. Param. Req. (IMSI) Auth.Info Req.

(IMSI) Auth.Info

(IMSI, Kc, RAND, SRES) Auth.Info (IMSI, Kc, RAND, SRES) Auth. Req.

(RAND) Auth. Req.

(RAND)

Location Update (IMSI, MSRN)

Insert Subscriber Data (IMSI) Start Ciphering

(Kc)

Forward new TMSI (TMSI)

Loc. Update Accep.

Subscriber Data Insert. Ack (IMSI)

Loc. Update Accep. (IMSI)

Data (encryption con Kc)

Location registration

36

Cambio di una Location Area (cambio LAI in HLR) Il terminale ha già un TMSI

MS BSS/MSC VLR HLR AuC

Procedura di Autenticazione SRES

= SRES

Generazione TMSI

Location Update Request (TMSI, LAI) Update Location Area

(TMSI, LAI)

Location Update (IMSI, MSRN)

Insert Subscriber Data (IMSI) Start Ciphering

(Kc)

Forward new TMSI (TMSI)

Loc. Update Accep.

Subscriber Data Insert. Ack (IMSI)

Loc. Update Accep. (IMSI)

Data (encryption con Kc) Auth. Param. Req.

(IMSI) Auth.Info Req. (IMSI)

Auth.Info (IMSI, Kc, RAND, SRES) Auth.Info

(IMSI, Kc, RAND, SRES)

Location update

37

Oltre la LA si cambia VLR. Il nuovo VLR richiede i dati di identificazione dell’utente al vecchio VLR e assegna un nuovo TMSI.

MS BSS/MSC VLR new

HLR VLR old

Procedura di Autenticazione SRES

= SRES

Generazione TMSI

Location Update Request (TMSI, LAI) Update Location Area

(TMSI, LAI)

Location Update (IMSI, MSRN)

Insert Subscriber Data (IMSI) Start Ciphering

(Kc)

Forward new TMSI (TMSI)

Subscriber Data Insert. Ack (IMSI)

Loc. Update Accep. (IMSI)

IMSI, TMSI, Ki, Kc, LAI

Send Parameters (TMSI, LAI)

IMSI Response (IMSI, Kc, RAND, SRES)

Cancel Location (IMSI)

Cancel Location Ack (IMSI)

Location update con cambio di VRL

38

•  Es. Chiamata da rete fissa a rete mobile

BTS

BTS

BTS

MS

HLR

BSC

MSC

VLR

PSTN

Location Area (LA)

GMSC

1-MSISDN

2-MSISDN

5-MSRN

3-IMSI 4-MSRN

6-MSRN

7-TMSI

8-TMSI

Instradamento della chiamata

39

•  Misure per stabilire la qualità del canale radio e per il controllo della potenza trasmessa: –  Potenza Ricevuta –  Qualità del Segnale Ricevuto

MS

BTS

Livello Livello segnale ricevuto (dBm) Da a RXLEV_0 - -110 RXLEV_1 -110 -109 … … … RXLEV_62 -49 -48 RXLEV_63 -48 -

Livello Bit Error Rate Da a RXQUAL_0 - .2 RXQUAL_1 .2 .4 RXQUAL_2 .4 .8 RXQUAL_3 .8 1.6 RXQUAL_4 16. 3.2 RXQUAL_5 3.2 6.4 RXQUAL_6 6.4 12.8 RXQUAL_7 12.8 -

Misura della qualità del canale

•  Cell selection (accensione terminale) Si sceglie la BTS con segnale di qualità “migliore” secondo un criterio detto C1

MS BTS

BTS

BTS

Cell Selection

42

Criterio C1

C1= A−Max(B, 0)A = ReceivedLeveleAverage− RXLEVEL _ ACCESS :MINB =MX _TXPWR_MAX _CCH −MaximumRFpowerofMS

•  RX_LEVEL_ACCESS_MIN assume valori tra -110 e -48 dBm •  MX_TXPWR_MAX_CCH è la massima potenza che una MS

può usare sul canale RACH

1.  Entrando in una cella si considerano solo quelle con C1 > 0 2.  Si sceglie la cella con C1 maggiore - Il limite di una cella è quindi per ogni MS determinato dal valore C1 - Di conseguenza il “confine” di una cella è legato anche alla classe del terminale considerato - Il valore C1 varia molto nel tempo - Nel passaggio tra celle di LA diverse, si aggiunge al C1 della nuova cella un valore fisso (comunicato in broadcast) per evitare per quanto possibile rapidi cambiamenti di cella tra LA diverse

•  Cell reselection (Cambio di Cella) Si sceglie la BTS (tra le 6 vicine) con segnale di qualità “migliore” secondo un criterio detto C2

MS

BTS BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

Cell Reselection

•  Handover Cambio di cella da parte di un utente con una chiamata in

corso

•  Intracell Handover Cambio del canale fisico all’interno della stessa cella

•  Intercell Handover Cambio della cella (nel cambio si può cambiare BSC e/o MSC)

Ci

Cj

Handover (1/2)

44

•  Algoritmo esecuzione Handover Ciclo di isteresi per evitare cambi continui ai bordi delle celle

Handover Margin

Handover Point Distance from

Old BTS

Downlink Rx Level

Threshold (Power Budget

Evaluation start)

Min Rx Level

Old BTS NewBTS

MS connected to Old BTS MS connected to New BTS

Handover (2/2)

45

BTS

BTS

BSC MSC

VLR

Diversi tipi di handover

46

BSC

MSC

VLR

MSC

VLR

(1) Intra-BSC handover (2) Inter-BSS, Intra-MSC Handover (3) Inter-MSC Handover

(1)

(2)

(3)

Anchor MSC

RelayMSC

Architettura protocollare

47

User plane: tutti i protocolli necessari per il trasferimento dei dati dell’utente su un TCH e quindi sul livello PHY Control plane: tutti i protocolli necessari per il controllo delle chiamate degli utenti e la trasmissione dei relativi dati sui canali di controllo (BCH, CCH, DCH) e quindi sul livello PHY. La presenza di canali di controllo/segnalazione permette il loro utilizzo durante una chiamata anche per la trasmissione di dati di altra natura (es. SMS, Short Message Service usando un SDCCH o multiplexando i dati nel SACCH) Management plane: tutti i protocolli per la gestione dei diversi layer

Management plane

Control plane User plane

BCH CCH DCCH

TCH

Physical Layer

Protocolli e interfacce

48

I protocolli utilizzati in ogni plane sono legati alla particolare interfaccia cui si fa riferimento. Tra BSS e MS si utilizzano protocolli specifici dello standard GSM Tra BSS e MSC si utilizzano protocolli tipici del mondo della telefonia (es. ISDN)

BSS MSC

MS

Interfaccia Radio Interfaccia A

Segnalazione specifica GSM Segnalazione ISDN

User plane: trasmissione voce (1/2)

49

•  La voce è codificata nel MS a 13 kbps (GSC, GSM Speech Codec), protetta con codifica di canale FEC e criptata

•  Nella BTS il segnale viene decriptato e il FEC viene verificato. •  I segnali così ottenuti sono trasmessi al BSC multiplexandoli su una stessa linea ISDN a 64

kbps (fino a 4 canali vocali per linea) •  L’unità di transcodifica e adattamento del rate (TRAU, Transcoding and Rate Adptation Unit)

converte il segnale vocale GSM nel segnale telefonico tradizionale a 64 kbps (es., A-law in Europa)

•  Si potrebbe posizionare l’elemento TRAU anche nella BTS, ma questo costringerebbe a collegare BTS e BSC con una linea ISDN a 64 kbps per ogni flusso vocale; inserendolo nel BSC si multiplexano più canali vocali GSM sulla stessa linea. Si potrebbe anche pensare di inserirlo nel MSC

GSC

FEC MUX MUX FEC

A-Law GSC TRAU

MS MSC BSS

User plane: trasmissione voce (2/2)

50

TRAU in BTS

TRAU in BSC

TRAU in MSC

•  Quando il TRAU non è nella BTS è necessario prevedere un canale di segnalazione in banda tra BTS e TRAU

Control Plane

51

52

Concetti base Segnalazione SS#7

•  Segnalazione a canale comune che introduce nuove funzionalità della rete •  Maggiore velocità dei messaggi di segnalazione •  Maggiore efficienza e affidabilità •  Commutazione di pacchetto (max size 560 bit) datagram •  Canali di segnalazione a 64 kbps

SSP STP

SCP

SCP STP SSP

Utente

Utente

Canali Voce

SS7 SS7

- SSP: Service Switching Point o SP: Signalling Point - STP: Service Transfer Point o Signalling Transfer Point - SCP: Service Control Point

53

Struttura a due livelli

SSP

SCP

SSP

Utente Utente

A link

B link

D link

F link

E link (verso un gruppo di STP di backup)

A link

A link

A link

STP STP

STP STP

STP STP

C link

54

Pila Protocollare SS#7

MTP – Level. 1

MTP – Level. 2

MTP – Level. 3

SCCP

ISUP TUP

Null

TCAP

OMAP

Call Processing

Layer 1

Layer 2

Layer 3

Layer 4,5,6

Layer 7

Link fisico bidirezionale digitale.

Trasferimento affidabile dei dati (Signal Unit): ARQ (Go-back-n), flow control.

Trasf. Mess. tra nodi. Indirizzi SS#7: DCP (Destination Code Point)

Traduzione indirizzi globali in indirizzi SS7

Gestione servizi avanzati (es. passa ad un SCP le cifre che seguono 800 nei servizi di Numero Verde)

Procedure per la gestione della rete

MTP – Message Transfer Part SCCP – Signalling Connection Control Part TCAP – Transaction Capabilities Application Part ISUP – ISdn User Part TUP – Telephone user Part OMAP – Operation, Maintenance and Administration Part

55

Indirizzamento

Indirizzi E.164 (indirizzamento Non Uniforme)

1 - 3 cifre max 40 cifre

max 15 cifre

max 55 cifre

-  CC: es. 39 Italia, 01 USA -  NDC: usato per l’instradamento, definisce un’area -  SN: numero di utente

Country Code (CC)

National Destination Code (NDC)

Subscriber Number (SN) Subaddress

56

Esempio chiamata (1): call setup

Chiamante Chiamato

STP SSP SSP

VOCE

Answer

Ringing

Origination

IAM IAM

ACM ACM

ANM ANM

IAM – Initial Address Message; ACM – Address Complete Mess.; - ANM – ANswer Mess.

Dial Tone

Digit

Ringing Tone

Subscriber Signalling ISUP ISUP

Subscriber Signalling

57

Esempio chiamata (2): call release

Chiamante Chiamato

STP SSP SSP

Disconnect

SUS

REL REL

RLC

VOCE

REL – RELease message; RLC – ReLease Complete mess.; SUS – SUSpend mess.

SUS

Subscriber Signalling ISUP ISUP

Subscriber Signalling

RLC

Timeout

Concetti base ISDN

-  Evoluzione rete telefonica verso rete numerica a servizi integrati -  ISDN (Integrated Services Digital Network): standard CCITT (oggi ITU-T)

del 1984. •  Collezione di standard per definire una architettura digitale per la fornitura di

servizi integrati voce/dati. •  Definizione interfaccia standard tra utente e rete.

Commutazione e segnalazione

Serie Q Q.921: LAP-D (Link Access Procedure on D channel) Q.931: Network Layer tra terminali e commutatori.

Concetti, teminologia, interfacce, metodi

Serie I I.100: Strutture, concetti, terminologia. I.400: User-Network Interface.

Rete telefonica e ISDN

Serie E E.164: numerazione internazionale ISDN E.163: piano di numerazione tel. internazionale

Argomento Protocollo Esempi

•  Interfaccia unificata per voce e dati •  Servizi di fonia e dati a bassa e media velocità (fino a 2 Mbps) •  Commutazione di circuito e a pacchetto •  Interazione diretta con rete SS#7 •  Trasmissione numerica end-to-end

• (i telefoni sono in maggior parte analogici e il collegamento fino al Local Exchange, realizzato con il doppino telefonico, è anche analogico)

•  Capacità del canale base: 64 kbit/s

Generalità

FAX

ISDN phone

PC

Interfaccia NT

ISDN

Servizi portanti a commutazione di circuito •  flussi a 64 kbit/s fonici •  flussi a 64 kbit/s dati con modalità UDI (Unrestricted Digital Information),

cioè con trasferimento diretto di tutti i byte inviati •  flussi multiplati a bit rate più basso •  flussi nx64, 384, 1536, 1920 kbit/s

Servizi ISDN

Servizi portanti a commutazione di pacchetto •  chiamata virtuale e a circuito virtuale permanente •  connection-less •  segnalazione di utente

Servizi supplementari •  Identificazione del Numero •  Call transfer, Call forwarding busy, Call forwarding no reply •  Call waiting (avviso di chiamata), Call hold •  Multiutenza (conferenze a tre o più) •  Comunità di interesse •  Comunicazione costo chiamata, addebito al chiamato •  trasferimento informazioni aggiuntive

Flussi base: voce e dati a bassa velocità

Canali ISDN

- Segnalazione e controllo con SS#7 - eventuali dati interattivi o diretti end-to-

end tramite SS#7

Dati con alte capacità H0: 384 kbps

H11: 1536 kbps

H12: 1920 kbps

Canale D

(16 o 64 kbps)

Canale B

(64 kbps) Canale

H

B R I : B a s i c R a t e Interface

Interfacce ISDN

B

H11

PRI: Primary Rate Interface

D

n B +D (n ≤ 23 in USA; n ≤ 30 in Europa)

64 kbps

16 kbps

144 kbps

B B B … D

Nord-America+Giappone: 1544 kbps; Europa: 2048 kbps

1 2 n

1536 kbps

In Nord America

H12

1920 kbps

In Europa

B

n H0 +D (n ≤ 3 in USA; n ≤ 5 in Europa)

… D

1 2 n

H0 H0 H0

64 kbps 384 kbps

Dispositivi e punti di riferimento

ISDN

NT1

NT2

TA R

S

T

U NT1

U

4 fili 2 fili

S

•  TE1 (Terminal Equipment 1): terminale o sistema di utente nativo ISDN.

•  TE2 (Terminal Equipment 2): terminale o sistema di utente non nativo ISDN.

•  TA (Terminal Adapter): adattatore per collegare terminali TE2 a interfacce ISDN. (in Europa è a carico del gestore)

•  NT1 (Network Termination 1): conversione di segnali elettrici (passaggio da 4 a 2 fili). Solo livello fisico. In Europa è di competenza del gestore.

•  NT2 (Network Termination 2): terminazione che può svolgere funzioni di concentrazione e commutazione (es. PBX digitali).

Tipologie di connessione tra due funzioni

•  R: connessione tra TA e terminale non ISDN (TE2).

•  S: interfaccia tra TE1e terminali di rete (NT).

•  T: elettricamente identico a S; interfaccia tra NT2 e NT1

•  U: interfaccia tra NT1 e rete telefonica.

TE1

TE2

Architettura Protocollare

Q.921 (LAP-D)

Interfaccia BRI e PRI

LAP-B

Canale D

Q.931 (call control)

X.25 packet layer

X.25 packet layer

Segnalazione end-to-end

Physical

Data Link

Network

Superior Layer

Packet Signalling Circuit Switching

Packet Switching

Permanent Circuit

Canale B

Data Link

Flag

01111110

Flag Address Control

8 bit 16 bit 8/16 bit

Information

Variable

01111110

FCS

16 bit 8 bit

LAP-D (Link Access Protocol-D) •  Simile a HDLC in modalità ABM •  Servizio riscontrato. Connection-oriented service, con ARQ di tipo Go-back-n. •  Servizio non riscontrato con controllo d’errore, frame non numerate, nessun

controllo di flusso. Usato per alte velocità e gestione di rete. •  Multiplazione di vari collegamenti logici sullo stesso canale D, assegnando ad ogni

connessione un DLCI (Data Link Connection Identifier).

Configurazioni di accesso

(a)

TE r r NT1

fino a 1 km

r r NT1

TE TE TE

(b)

100-200 m

r NT1

TE TE

(c)

r

fino a 1 km 25-50 m

(a) Punto-punto. •  Max 1 km (o attenuazione max di 6 dB). •  Ritardo max tra 10 e 42 µs.

(b) Punto-Multipunto con bus-passivo corto. •  max 8 TE casuali sul bus. •  Lunghezza max funzione del ritardo di

propagazione. •  Ritardo tra 10 e 40 µs (max 100-200 m). •  NT1 a temporizzazione fissa.

(c) Punto-multipunto con bus-passivo esteso. •  Cavo tra 100 e 1000 m. •  max 8 TE tutti all’estremità remota del bus con

distanza reciproca tra 25 e 50 m. •  NT1 a temporizzazione fissa o adattativa.

N.B. Nelle configurazioni si usano resistenze r di adattamento delle interfacce

Es. chiamata fonica ISDN (1) Chiamante Chiamato

Conversation

Alerting

Setup

Connect

IAM

ACM

ACM

IAM Setup ACK

Setup

ANM ANM

Ringing Tone Ringing

Connect

Connect ACK

Q.931 Q.931 ISUP ISUP

Alerting

STP SP SP

Call Proceeding

Es. chiamata fonica ISDN (2) Chiamante Chiamato

STP SP SP

Disconnect

Release Complete RLC

REL REL

RLC Release

Disconnect

Release Complete

Release

Q.931 Q.931 ISUP ISUP

Control Plane

69

Elementi Control Plane GSM (1/2)

70

•  Le interfacce Um e Abis sono specifiche del sistema GSM •  Le altre interfacce (A, B, C, E) sono relative al sistema ISDN di cui

utilizzano i protocolli standard •  Interfaccia Um: tra MS e BTS •  Interfaccia Abis: tra BTS e BSC •  Interfaccia A: tra BSC e MSC •  Layer 1 (Physical): canali logici di segnalazione sugli slot

temporali del GSM (struttura multiframe) sull’interfaccia Um; trasmissione su linee a 64 kbps (ITU-T G.703, G.705, G.732) o a rate più alto (2048 kbps)

•  Layer 2: si utilizza una versione modificata del LAPD (cioè LAPDm) sull’interfaccia radio per il supporto anche dei vari canali di segnalazione (BCCH, PCH, AGCH, SDCCH); sulle altre interfacce si usa il LAPD

Elementi Control Plane GSM (2/2)

71

•  Layer 3: è suddiviso in 3 sublayer •  Radio Resource Management (RRM) •  Mobility Management (MM) •  Connection Management (CM)

•  RRM: gestisce le frequenze e i canali per cui il modulo RR del MS interagisce con quello della BTS. Obiettivo è il setup, il mantenimento e il rilascio delle connessioni RR che permettono le comunicazioni punto-punto tra MS e rete (comprese le procedure di cell selection e handover). Effettua il controllo di BCCH e CCCH quando non ci sono chiamate in corso.

•  MM: gestisce tutte le procedure relative alla mobilità e coinvolge MS e MSC (es. assegnazione TMSI, location update, identificazione e autenticazione MS)

•  CM: è costituito da 3 componenti •  Call Control: gestione chiamata con segnalazione telefonica (compresa la gestione

delle chiamate di emergenza) •  Supplementary Services: gestione dei servizi supplementari identici a quelli di

ISDN (es., call forwarding, blocco chiamate, identificazione numero, trasferimento di chiamata, chiamata in attesa, ecc.)

•  Short Message Service: gestione del servizio SMS •  Le funzioni di MM e CM sono gestite da MS e MSC. Quelle di RRM sono gestite da MS e

BSS con la definizione anche di una specifica segnalazione tra MSC e BSC (la BSS Application Part)

Modalità operative Mobile Station

72

•  Idle Mode: il terminale può essere

•  Spento (NULL) •  Cercare il canale BCH con la

migliore qualità del segnale (Search BCH)

•  Sincron izzato con una specifica stazione e pronto a chiamare o a ricevere una chiamata (BCH)

•  Dedicated Mode: il terminale può

•  sincronizzarsi con un canale fisico (Tuning DCH)

•  Essere pronto a stabilire canali logici dedicati (DCH)

Idle MODE

Null

BCH Search BCH

Tuning DCH DCH

Dedicated MODE