GSM: A Revolução nas Comunicações Móveis
Mobile Station – MS
A estação telefone celular é constituída por duas partes funcionalmente independentes:
– Equipamento telefone celular
– Módulo de Identificação do Assinante (SIM Card)
Mobile Mobile Station – MS
Por forma a harmonizar a utilização dos móveis, algumas funcionalidades básicas terão de ser asseguradas
– Afixação do número chamado.
– Indicação de progresso na chamada.
– Indicação do País/PLMN.
– Seleção de País/PLMN.
– Indicação e reconhecimento de Mensagens Curtas.
– Indicação de overflow de Mensagens Curtas.
– Função de Acesso Internacional.
– Indicador de Serviço.
– DTMF.
– Comutador ON/OFF.
– Chamadas de Emergência.
Subscriber Identity Subscriber Identity Module – SIM
Apenas chamadas de emergência são possíveis sem a presença do SIM no telefone celular O SIM armazena três tipos de dados:
– Dados fixos, gravados antes de ser efetuada a assinatura. Por exemplo, a chave de autenticação do assinante (Ki) e algoritmos de segurança.
– Dados temporários da rede. Por exemplo, o código de identificação da área de localização, o TMSI e as redes onde o acesso é negado.
– Dados relacionados com o serviço. Por exemplo, o idioma por defeito e informações relacionadas com custos de chamadas e serviços.
Sistema de Estações Base – BSS
O sistema de estações base é responsável por todas as funcionalidades para assegurar a ligação rádio entre os móveis e o sistema.
Arquitetura:
BSS – Equipamentos
Base Transceiver Station (BTS)
– Contém um ou mais transceivers (TRX), um para cada frequência atribuída
– Executa o processamento de sinal rádio e a transmissão na interface rádio
– Alta densidade de BTS levou a redução de custos, dimensão e aumento da fiabilidade
Base Station Controller (BSC)
– Contém a capacidade de processamento e de comutação para gerir várias BTS’s
– Gere o estabelecimento de canal, o frequency hopping, handover,etc.
BSS – Configurações
A configuração do sistema de estações base deverá depender das características geográficas e de tráfego das áreas envolvidas.
Sistema de Comutação – SS
O sistema de comutação é composto por:
– Gateway Mobile Services Switching Centre (GMSC)
– Mobile Services Switching Centre (MSC)
– Visitor Location Register (VLR)
– Home Location Register (HLR)
– Authentication Centre (AUC)
– Equipment Identity Register (EIR)
MSC e GMSC
O MSC é o coração da rede telefone celular.
Ele é responsável pela gestão das chamadas, tendo de estabelecer, encaminhar, controlar e terminar chamadas, assim como suportar diversos serviços suplementares.
O MSC é também responsável pelas funcionalidades de taxação.
O GMSC é basicamente um MSC acrescido da funcionalidade de interligação a outras redes. É através do GMSC que chegam as chamadas ao sistema.
Bases de Dados
Home Location Register(HLR)
– Contém a informação relacionada com a assinatura e localização de todos os assinantes da própria rede
Visitor Location Register(VLR)
– Contém um subconjunto da informação do HLR relacionada com os assinantes que utilizam a MSC associada
– Cada VLR está associada a um MSC
Equipment Identity Register(EIR)
– Registo das identificações dos móveis válidos e inválidos
Authentication Center(AuC)
– Contém todos os dados relativos à segurança.
– Executa algoritmos de autenticação e segurança.
Definição de Áreas Geográficas:
Exemplo de um sistema GSM:
Serviços GSM:
Voz
– O mais importante e mais utilizado serviço
– Utiliza transmissão descontínua e detecção de atividade de voz
– Transmite em cerca de 40 % do tempo em que dura uma conversa
– Ruído de conforto
Dados
– Diferentes serviços disponíveis, dependendo do tipo de transmissão utilizado, e das capacidades da rede e terminal
– Suporta ritmos desde os 300 até 9600 bit/s
Mensagens Curtas
– Mensagens alfanuméricas até 160 caracteres
– Mensagens guardadas no SIM
Espectro de Frequência:
Interface Rádio GSM:
Canais Lógicos:
Canais de Tráfego
Os canais de tráfego (TCH) transportam voz e dados do utilizador.
Existem dois tipos de canais de tráfego: Full Rate e Half Rate.
Um TCH está sempre associado a um SACCH.
O SACCH permite a transmissão de informação de medidas em uplink e de comandos em downlink. A combinação TCH+SACCH ocupa um slot em cada trama TDMA, podendo existir 8 canais deste tipo em cada frequência.
Organização do TCH no Tempo
Cada TCH+SACCH segue um ciclo de 26 tramas TDMA
– 24 slots são utilizados para o TCH
– 1 slot é utilizado para o SACCH
– 1 slot fica livre ( slot idle)
Canais Comuns
Canal de Correção de Frequência – FCCH
Canal de Sincronização – SCH
– Canais de Downlink
– Os móveis escutam o FCCH e o SCH para adquirir sincronização com a base
– Permitem aos móveis detectar uma nova estação base
– O FCCH transmite sempre o mesmo burst, com 142 bits a 0
– Existe exatamente um conjunto de FCCH e SCH em cada célula, sempre no slot0 e numa frequência denominada de beacon frequency
Canal de Control de Broadcast – BCCH
– Downlink
– Transporta informação geral incluindo parâmetros para controlar a seleção de célula, configuração da célula e outros parâmetros do operador
Canal de Paging – PCH
– Downlink
– Serve para localizar os móveis
Canal de Acesso Garantido – AGCH
– Downlink
– Serve para atribuir um canal dedicado ao telefone celular
Canal de Acesso Aleatório
– RACH
– Uplink – Serve para aceder ao sistema
– Partilhado por todos os móveis, terá de existir controle de colisão
– Mensagens muito curtas para caber em apenas um burst
– Se dois móveis transmitem simultaneamente, não receberão resposta, pelo que ambos os móveis retiram-se durante um período de tempo aleatório
Os canais comuns são acessíveis por todos os móveis, tanto em modo dedicado como em modo idle.
Todos os canais comuns têm um ciclo de 51 tramas TDMA.
Modos de Operação da MS
Modo Inativo (OFF)
– Não é existe qualquer troca de informação entre o telefone celular e a rede. Não existe sinalização.
Modo de Espera (Idle)
– Medidas
– Seleção e Reseleção de Célula
– Atualização de Localização
– Paginge Acesso Aleatório
– Roaming
Modo Dedicado
– Autenticação, Encriptação
– Atribuição de Canal de Tráfego
– Estabelecimento de Chamada
– Handover
Paging
Segurança – Triplets
Os triplets são gerados a pedido do HLR, podendo ser atribuídos 1, 3 ou 5 conjuntos de parâmetros de forma a que o HLR tenha sempre de reserva pelo menos um conjunto de parâmetros para futuros pedidos por parte dos MSC/VLR.
Acesso Aleatório
O sistema não dispõe de informação que lhe permita saber quando as estações móveis necessitam comunicar, existindo portanto sempre o risco de colisão.
Em GSM existem dois parâmetros que permitem reduzir a probabilidade de colisão no acesso ao sistema:
– TX_INTEGER escalonamento aleatório de cadatentativade3 a 50 slots
– MAX_RETRANS permitidas até 1, 2, 4 ou 7 repetições no acesso
Estes parâmetros são difundidos no BCCH 4 vezes por segundo
Em GSM os recursos são limitados, logo existirá sempre a possibilidade de congestionamento.
Existem três métodos para controlar o tráfego:
– Controlar os parâmetros de acesso
– Rejeição de pedidos
– Utilização de classes de acesso.
| Classe de Acesso Especial | Tipo de Utilização |
| 11 | Deixado aberto ao operador |
| 12 | Serviços de Segurança |
| 13 | Utilidades Públicas |
| 14 | Serviços de Emergência |
| 15 | Uso interno por pessoal da PLMN |
Atribuição de Canal Dedicado
Depois de completo o acesso, o BSC escolhe o canal dedicado para atribuir ao telefone celular com base em sofisticados algoritmos, os quais maximizam o montante total de tráfego oferecido pelos recursos existentes.
A atribuição poderá ser feita com base em três estratégias:
– Atribuição muito Prematura. O BSC atribui um canal de tráfego logo na atribuição inicial;
– Atribuição Prematura. O BSC atribui um canal de tráfego logo que tem a certeza de que o referido canal será utilizado;
– Atribuição Tardia. O BSC atribui o canal de tráfego depois
de o destino da chamada responder. Esta estratégia é a mais eficiente em termos de recursos, mas oferece uma baixa qualidade de serviço
Atualização de Localização
1. Mudança de Células dentro da mesma LA;
2a. Atualização de Localização, normal, mesmo MSC/VLR (LA1 – LA2);
2b. Atualização de Localização, normal, MSC/VLR (LA1 -LA3) diferente;
3. Cancelamento do Registo de IMSI;
4. Atualização de Localização do tipo registo de IMSI;
5. Atualização de Localização do tipo periódica;
6. Cancelamento de registo implícito.
Atualização de Localização Normal
l 1. O telefone celular escuta o BCCH da nova célula para determinar a LA. Se é diferente da anterior, é necessário atualização de localização;
2. 3. É atribuído um SDDCH ao telefone celular. É então realizada a autenticação, com a ajuda do HLR;
4. 5. O telefone celular envia um Pedido de Atualização de Localização para o sistema. Se a nova LA pertence a um novo MSC/VLR, é atualizado o HLR;
6. O sistema está atualizado, pelo que o telefone celular deve libertar o canal de sinalização;
Cancelamento de Registro
O procedimento de cancelamento permite que o telefone celular avise o sistema de que se vai desligar, não devendo ser enviado mais paging para o telefone celular na célula, sendo afetada uma flag para sinalizar a situação.
Não é transmitido nenhuma confirmação ao telefone celular.
Registo de IMSI
1. O telefone celular pede um canal de sinalização;
2. O MSC/VLR recebe a mensagem de pedido de registro de IMSI do telefone celular;
3. O MSC/VLR afeta a flag, retornando o telefone celular ao serviço normal;
4. O VLR envia uma confirmação ao telefone celular;
Telefone celular em Modo Ativo
Situações de Tráfego quando o telefone celular está em modo ativo:
1. Chamada a partir do telefone celular (voz, dados, fax, SMS);
2. Chamada para o telefone celular (voz, dados, fax, SMS);
3. Handover intra BSC;
4. Handover inter BSC, intra MSC;
5. Handover inter MSC;
Handover
Porque o handover?
– Handover de Resgate Para evitar a perda duma chamada em progresso quando a estação telefone celular deixa a área de cobertura rádio da célula em causa;
– Handover de Limitação Para melhorar o nível de interferência global, mesmo que a qualidade da transmissão seja aceitável;
– Handover de Tráfego Por questões de tráfego, para evitar situações de congestionamento.
Handover entre Células controladas entre pelo mesmo BSC
1. O BSC manda a nova BTS ativar um canal de tráfego;
2. O BSC envia a configuração do novo canal de tráfego para o telefone celular através da antiga BTS. Esta informação é enviada através do FACCH;
3. O telefone celular sintoniza-se e sincroniza-se com o novo canal e inicia a transmissão de burstsde handover através do FACCH;
4. Quando a nova BTS detecta os bursts de handover, responde enviando informação relativa ao avanço temporal;
5. O telefone celular envia a mensagem de handover completo para a nova BTS;
6. O BSC manda a antiga BTS libertar o canal de tráfego;
Handover entre Células controladas por diferentes BSC’s
Handover entre Células controladas por diferentes MSC/ MSC/VLR’s
Chamada Originada no telefone celular
1. O telefone celular pede um canal SDCCH através do RACH;
2. O BSC atribui o SDDCH através do AGCH;
3. O telefone celular envia um pedido de estabelecimento da chamada através do SDCCH para o MSC/VLR;
4. O MSC/VLR pede ao BSC para atribuir um canal de tráfego
5. O telefone celular passa a utilizar o canal de tráfego
6. O MSC/VLR estabelece uma ligação com a PSTN;
Chamada Originada no telefone celular
