5.4.2 Stratul legătură de date- LAPD- Link Access Protocol for D channel

- stratul fizic nu implementează mecanisme de corecţie şi detecţie de erori

-> similar cu HDLC, un cadru LAPD include un câmp FCS (Frame Check

Sequence) pe baza căruia se implementează mecanisme de retransmitere

de tip go-back-N

-facilitătile de adresare ale HDLC sunt utilizate pentru a permite nivelului

fizic să distribuie mesajele către un TRX din structura unui BTS-adresarea la nivel legătură de date se face pe două nivele:

SAPI

= 0 – informaţii de semnalizare provenind sau fiind destinate

interfeţei radio (RSL – radio signalling link). Cadrele RSL includ

referințe și la tipul de canal/nr. Interval temporal pe/de pe interfața radio

= 62- O&M (exemplu: instalarea de noi versiuni de software)

= 63- alocarea dinamică de adrese TEI

TEI (Terminal Endpoint Identifier)

= permit adresarea fiecărui TRE/TRX la nivel legatură de date

Comunicații mobile

BSC

TRX ( frecvenţa)

TS cunoscut

MS

BTS

TRE1SAPI = 0

TEI->TRXLAPDm

LAPD/RSL

(TS)

Canal logic de

semnalizare

BSC

MS

BTS

TRESAPI = 0

TEI + TSLAPDm LAPD

Semnalizare

de strat 3

(meas. report) meas. report

pentru uplink

Exemple:

TEI->TRE

TRE2

Comunicații mobile

5.4.3 Stratul 3

MS BTS BSC

PD = CM, MM

MSC

-semnalizările MM, CM nu sunt interpretate de BSS

-semnalizările RR -> destinatarul/sursa poate fi MS sau BTS sau BSC

-pentru a asigura îndeplinirea acestor reguli GSM implementează un

protocol dedicat BTSM (BTS Management) care adaugă în header un octet

suplimentar numit Message Discriminator (MD)

Comunicații mobile

MD Mesaj de strat 3

000xxxxT transparent (=1)

0000001 RLM

0000100 DCM

0000110 CCM

0001000 TRX management

MS BTS BSCMD->RLM

❑ DCM – Dedicated Control Channel Management – mesaje BSC-BTS

utilizate pentru activarea/eliberarea/setarea parametrilor unui canal

organizat pe un transceiver; controlul puterii staţiei mobile; gestiunea

rapoartelor cu măsuratori etc.

Comunicații mobile

BTS BSCMD->DCM

Conexiune

activă

❑RLM (Radio Link Management) folosit pentru transferul mesajelor de

strat 3 în mod transparent și pentru stabilirea și eliberarea conexiunilor în

stratul legătură de date pe interfața radio

CCM – Common Control Channel Management (CCM)– mesaje ce

definesc informaţiile transferate pe canalele logice de control comune şi

de difuzare (RACH, paging, informaţii BCCH etc)

TRX management – gestiune TRX/TRE

BTS BSCRR/

MD=CCM

Canale logice

de control

comune

Comunicații mobile

5.5 Semnalizari pe interfața A

- atât pe interfaţa A cât şi in interiorul NSS GSM utilizează sistemul de

semnalizări SS7 (Signaling Sytem no.7) pentru transferul semnalizărilor

5.5.1 Sistemul de semnalizări SS7

-transferul mesajelor de semnalizare în SS7 se face în afara benzii utile ;

canale digitale dedicate transportă informaţia de semnalizare pe o cale

diferită de cea de transmisie a informaţiei utile între emitator şi receptor.

Comunicații mobile

Mesaje de semnalizare pentru

stabilirea de apeluri

SSPA SSPB

STP

Interogări , inserare de noi

câmpuriSCP

Voce/date

SSP –Signaling Switching Points - puncte de comutare a semnalizărilor;

generează /sunt destinaţia mesajelor de semnalizare pt. iniţierea de apeluri

(MSC în GSM)

STP – Signaling Transfer Points – puncte de transfer a semnalizărilor;

routere pentru informaţia de semnalizare cu rol de a transmite mesajele

SS7 între un SSP si un alt STP (sau SCP)

SCP – Signaling Control Points- puncte de control a semnalizărilor

generează mesaje de semnalizare prin interogări/răspunsuri sau sunt

destinaţia mesajelor de semnalizare prin efectuare de inserări de noi

câmpuri în baze de date (HLR, VLR în GSM)

Toate entitățile dintr-o rețea SS7 au o adresă - SPC (Signaling Point Code)

Terminologie SS7

Straturile inferioare din

stiva de protocoale SS7:

Comunicații mobile

MTP – Message Transfer Part – familie de protocoale operând pe

nivelele inferioare ale modelului OSI

Comunicații mobile

MTP3 – rol de rutare – toate mesajele SS7 includ informații privind adresa

MTP3 a sursei și destinatarului - Destination Point Code/Originating Point

Code DPC/SPC; operează doar în mod neorientat pe conexiune

SCCP – Signaling Connection Control Part – protocol ce operează

deasupra MTP3 şi oferă facilităţi suplimentare: poate opera în mod orientat pe

conexiune; oferă facilități de rutare la nivel internațional

BSC MSC

MS1=TSx, ARFCnx

Referință SCCP

pentru MS1

MS

Referință SCCP

pentru MS1

Tranzacție 1

Conexiune

SCCP

Conexiune

RR

Tranzacție 2

BSC

SCCP implementează mecanisme de rutare a mesajelor de semnalizare

la nivel internaţional. În acest scop la nivel SCCP se definesc:

- un câmp suplimentar SSN- Subsystem Number cu valori

predefinite ce identifică în GSM baze de date ce pot fi interogate

(ex. VLR, EIR, HLR-05)

- funcţii de rutare incrementală denumite generic GTT (Global

Translation Title)

SSP ASSP B

CR

Actualizare localizare (SLR=10)+ IMSI

CC

Cerere autentificare (SLR=35/DLR=10)

Raspuns autentificare (DLR=35)

DT1

DT1

Actualizare localizare acceptata(DLR=10)

BSC MSC

CR- connection

request

CC- connection

confirm

SLR – source local

reference

DLR- destination

local reference

DT1- Data form 1

Comunicații mobile

Exemplu de conexiune SCCP

- pentru a permite rutarea mesajelor , SCCP defineste şi o “adresă”

numită titlu global (Global Title GT) ce reprezinză o adresa virtuală

unică a unui punct de semnalizare diferită de SPC

- în GSM adresa GT este unul dintre identificatorii IMSI sau MSRN

(format E.212 IMSI, E.164 MSRN)

- ideea de baza în GTT constă in faptul ca sursa mesajelor (OPC) de

semnalizare nu trebuie să cunoasca adresa DPC a destinatarului. Un

mesaj este transferat între punctul sursă şi un alt punct de transfer ce

implementează facilităti GTT; inspectând câmpul adresă acesta decide

pe baza unor tabele de rutare întreţinute local care este noul STP. Odată

ce mesajul a ajuns la un STP ce conţine în tabelele sale de rutare adresa

DPC, mesajul este transmis către echipamentul indicat de SSN

Comunicații mobile

Exemplu de rutare SCCP GTT – procedura de actualizare internaţională a

localizării ce implică schimbarea ariei de servicii MSC/VLR

MS

MS

HLR

DPC=?

Gateway

STP 1

Gateway

STP 2

Titlu global-> DPC Gateway STP 2

Tabel

rutare

Tabel

rutare

Țara B

Țara A

MSC

Titlu global+ SSN -> DPC HLR

MTP3

MTP3

Arie servicii MSC/VLR 1

Arie servicii MSC/VLR 2

Comunicații mobile

-o staţie mobilă în roaming internaţional intră într-o nouă arie de servicii

MSC/VLR şi trebuie să comunice prin mesaje de semnalizare cu HLR. Pentru a

realiza acest lucru:

-staţia mobilă indică necesitatea efectuării unei proceduri de actualizare a localizării

şi contruieşte un mesaj ce include TMSI către noul MSC/VLR

-noul VLR nu recunoaşte TMSI, dar pe baza lui comunică prin mesaje de

semnalizare cu vechiul VLR pentru a afla IMSI

-la iniţiativa noului VLR se actualizează procedura de modificare a adresei VLR

stocată la nivel HLR

-tipul mesajului (actualizarea localizării) indică destinatarul (HLR SSN=05)

iar din analiza IMSI (MCC, MNC) MSC determină faptul că că informatia de

semnalizare are o destinaţie internaţională, către un DPC necunoscut

-mesajul este trimis prin MTP3 către un STP (Gateway STP1) ce implementeză

facilităţi de rutare de tip GTT la nivel internaţional, acesta pe baza MNC determină

adresa unui STP din ţara de origine a abonatului

-odata ajuns la STP (Gateway STP2) în ţara operatorului ce deţine HLR,

inspectarea câmpului MCC permite determinarea operatorului iar câmpul SSN

indică echipamentul; la nivel naţional rutarea se face prin MTP3

Comunicații mobile

❑Stiva completă de protocoale SS7

User parts: protocoale ce operează în stratul aplicaţie în modelul OSI care

definesc formatul şi schimbul de mesaje pentru stabilirea şi terminarea

apelurilor (ISUP,TUP) sau pentru transferul informaţiilor de semnalizare în

GSM (TCAP, BSSAP)

Comunicații mobile

BSSAP (BSS Application Part): protocol specific GSM ce permite

transferul transparent al mesajelor CM și MM (DTAP – Direct Transfer

Application Part) și definește mecanisme pentru conversia între protocoale

diferite (BSSMAP - BSS Mobile Application Part) – handover inter MSC,

paging

❑Stiva de protocoale

❑Straturi inferioare

SCCP

MTP (MTP1,MTP2,MTP3)

❑Strat aplicație (modelul OSI)

MAP –Mobile Application Part - implementat la nivel

MSC/HLR/VLR/EIR/AUC; specificat în GSM 09.02

TCAP –Transaction Capability Application Part – interogări distante

- rutare –MTP3 (semnalizări naţionale) sau SCCP (semnalizări

internaţionale prin GTT)

5.6 Semnalizări în interiorul NSS

MAP

TCAP

SCCP

MTP

Comunicații mobile

Comunicații mobile

❑TCAP – Transaction Capability Application Part

- folosind TCAP un utilizator poate apela o funcție care rulează pe un

echipament distant și poate primi un răspuns

- schimbul de mesaje TCAP este structurat în dialoguri

Equip.2

INVOKE function1

REPLY answer1

function1

Equip.1

INVOKE function3

REPLY answer3

Dialog 1

Dialog 2 function3

Ex: GMSC trebuie să gestioneze două

apeluri MT: Equip.1 = GMSC, Equip. 2 =

HLR, funcție 1 = funcție 3 = obținerea

unui MSRNs; fiecare dialog este

referințiat de un identificator propriu

Comunicații mobile

❑TCAP – Transaction Capability Application Part- permite efectuarea de interogări pe echipamente distante

- conceput special pentru GSM – detalii GSM 09.02

- implementat de MSC/HLR/VLR/EIR/AUC; aceste echipamente comunică

folosind acest protocol pentru:

-gestiunea informațiilor legate de mobilitate– adrese la nivel HLR/VLR etc

- transferul informațiilor pentru procedurile de securitate (autentificare,

informații IMEI, criptare etc)

-gestiunea serviciilor unui abonat (date/voce, SMS, SS etc)

-standardul definește mai multe interfețe, pe fiecare dintre acestea mesajele

sunt specifice

- MAP utilizează serviciile oferite de TCAP pentru a transfera informații în

NSS între 2 sau mai multe echipamente

❑MAP – Mobile Application Part

Comunicații mobile

MSC

MSC

VLR HLR AUC

EIR

GMSC

NSS

E

F

D

CGB

E

❑Interfețe MAP

5. 7 Proceduri de semnalizare

- specificațiile GSM descriu succesiunea de mesaje de semnalizare necesare

pentru a asigura o anumită funcție a sistemului în termeni de proceduri

- procedurile de semnalizare sunt clasificate în functie de protocolul de strat 3

utilizat-> proceduri RR/ proceduri MM/ proceduri CM

5.7.1 Exemple de proceduri RR

Procedurile RR sunt responsabile de :- stabilirea/menținerea și/sau eliberarea conexiunilor RR

(conexiune RR = conexiune fizică bidirecțională între MS și rețea pentru

a permite schimbul de mesaje de nivel superior MM sau CM)

- conținutul informației transmise și receptia canalelor logice unidirectionale

(BCCH, SCH, FCCH, AGCH, PCH)- asigurarea continuității convorbirilor în curs – implementare prin

mecanisme de transfer al legaturiiEchipamentele GSM implicate sunt: MS, BTS, BSC si MSC (pentru

handover-uri inter MSC)

Comunicații mobile

❑Procedura de stabilire a unei conexiuni RR- procedura este inițiată de o stație mobilă ori de câte ori aceasta se

atașează la o retea GSM sau dacă este necesară o procedură de semnalizare

de strat superior (MM/CM)- poate fi inițiată de către stația mobilă ca răspuns la o procedură de paging,

o singură conexiune de acest tip poate exista la un moment dat pentru o MS

BTS BSC

(AGCH)

CHANNEL ACTIVATION (RR-DCM)

CHANNEL REQUIRED (RR- CCM)

CHANNEL ACTIVATION ACKNOWLEDGE

(RR-DCM)

IMMEDIATE ASSIGNEMENT (RR- CCM) – TS, ARFCn,numar aleator , valoare TA

CHANNEL REQUEST (RACH)

Număr aleator și motiv acces

“Contention resolution”

SABM (SDCCH) - TMSI

MS

UA (SDCCH)-TMSI

Comunicații mobile

Comunicații mobile

2) Cererea este înaintată de către BTS la BSC, împreună cu o estimare a TA

şi numărul de cadru TDMA atunci când cererea a fost primită

1) Cererea este formulată de MS folosind RACH; MS inserează un număr

aleatoriu şi motivul dorește să stabilească conexiunea:

răspuns la paging

actualizarea locației (LAI)

apel de tip MO

apel de urgență

atașare la rețea

3) BSC determină ce canal trebuie alocat (de obicei, un SDCCH şi un

SACCH) şi activează un canal pe un TRX în cadrul BTS, activarea se

efectuează utilizând mesaje RR/BTSM de tip DCM mesaje şi facilități de

adresare LAPD (SAPI + TEI)

Etape :

Comunicații mobile

4) După activarea cu succes a canalului, BSC construieşte un mesaj de asignare

care conţine descrierea completă a canalului (TS, ARFCn, TSC, HSN, informați

privind saltul de frecvență -MAIO, informații TA). Mesajul este transmis către MS

pe AGCH fără interpretare de către BTS.

Distincţia între mai multe cereri plasate în același timp în același cadru TDMA se

face prin inserarea în mesajul de asignare a numărului aleator ales de MS transmis

în cererea de pe RACH și a numărului de cadru TDMA

5) MS se sincronizează pe canalul alocat (SDCCH) şi trimite identificatorul TMSI)

într-un cadru LAPDm (SABM)

BTS copiază identificatorul TMSI pe care îl trimite într-un cadru LAPDm (UA).

Doar stația mobilă care își recunoaște identitatea va emite/recepționa pe canalul

alocat (contention resolution)

Cele mai importante elemente din mesajul Channel Activation sunt

- Channel type –SDCCH, număr canal

- ARFCn

- parametri salt de frecență: HSN, MAIO

- secvență de antrenare (TSC- Training sequence code)

❑ Procedura de paging

- procedura de semnalizare a unui apel către o stație mobilă. Aceasta este

identificată pe interfața radio prin TMSI

- este inițiată de către MSC

Comunicații mobile

BTSMS MSCBSC

PAGING (include IMSI/TMSI si LAI)BSSMAPPAGING COMMAND(RR)

PAGING REQUEST (RR)

PAGING REQUEST (RR)

.

.

.

(PCH)

(PCH)

Procedură de stabilire a unei conexiuni RR

PAGING RESPONSE

Cadru LAPDm SABM

PAGING RESPONSE

RR (RLM)

PAGING RESPONSE

(BSSAP) + CGI

❑ Proceduri de handover

- asigurarea continuitatii apelurilor în curs

- procedurile de handover nu privesc decât stațiile mobile in stare activa

- tip: “hard-handover” – statia mobilă își oprește mai intâi emisia pe

vechiul canal și doar după aceea incepe să emită pe noul canal - decizia este luată întotdeauna de către BSC-ul curent

- se bazeaza pe măsuratori efectuate în downlink de stația mobilă pentru

canalul de trafic curent (RXQUAL) și pentru frecvențele baliză recepționate

(RXLEV) si pe măsurători efectuate de BTS pentru directia uplink doar

pentru canalul curent (RXQUAL, RXLEV)

- RXQUAL- calitatea legăturii, RXLEV- nivelul semnalului

Comunicații mobile

- mesajul PAGING RESPONSE include capabilitățile radio ale MS și

TMSI

- mesajul inițiază stabilirea unei conexiuni SCCP pentru schimb ulterior de

mesaje de semnalizare

Intra BTS (intra-cell) - noul canal este alocat în aceeași celulă; nevoia

poate apărea daca nivelele de putere raportate de MS pentru celulele

vecine sunt mai mici și dacă calitatea convorbirii pe canalul curent nu este

corespunzătoare. Pot implica schimbări de bandă GSM900-DCS1800

Intra BSC

- canalul dedicat curent (TCH sau SDCCH) și cele viitore sunt mapate pe

două BTS-uri deservite de același BSC

-intra/inter MSC– noul canal dedicat este alocat pe un BTS gestionat de

un alt BSC/MSC;

Tipuri de handover

- chiar daca nu este implicat direct, un echipament de tip MSC este

informat (mesajul include identitatea noi celule)

Comunicații mobile

Etapele unui handover intra BSC:

- MS intocmește rapoarte cu măsurători pentru celula curentă și pentru

celulele vecine indicate de reșea pe SACCH

- rapoartele sunt trimise pe SACCH (uplink) către BTS-ul curent, doar

cele mai bine recepționate frecvențe (BSIC) sunt indicate

- BTS-ul adaugă măsurătorile pentru uplink și trimite raportul către BSC

- BSC alocă un nou canal dedicat pe un nou BTS

- BSC decide ca stația mobilă va fi servită în condiții mai bune de o altă

celulă (alt BTS, alt sector etc.)

- statia mobila este informata ca un handover va fi efectuat; comanda

include descrierea noului canal (TS, frecvență, TSC)

- MS își încetează emisia pe vechiul canal și trimite salve de acces repetate

pe noul canal alocat

Comunicații mobile

- noul BTS informează BSC; BSC trasmite (via BTS) pe noul canal alocat

informații suplimentare (obligatoriu valoarea TA, nivel putere)

- statia mobilă stabilește o legatură logica cu BTS prin schimbul de cadre

LAPDm SABM/UA folosind informatia de TA;

- MSC este informată de efectuarea transferului, mesajul include codul CI al

noi celule. Codul CI este memorat pentru alte semnalizări ulterioare.

- salvele de acces permit noului BTS să estimeze valoarea pentru TA

Comunicații mobile

Comunicații mobile

BTSnouMS MSCBTSvechi

.

.

.

BSC

MEASUREMENT REPORT (RR)(dowlink, transmisie pe SACCH)

MEASUREMENT REPORT (RR)

(uplink +downlink)

CHANNEL ACTIVATION

AKNOWLEDGE (RR)

CHANNEL ACTIVATION (RR)

HANDOVER COMMAND (RR)

HANDOVER ACCESS (RR)

HANDOVER PERFORMED

PHYSICAL INFORMATION

(RR)

HANDOVER COMPLETE (RR)

BSSMAP

HANDOVER ACCESS (RR)

FACCH

SABM (LAPDm)

UA (LAPDm)

Comunicații mobile

Mecanisme de handover de tip Intra MSC

- BSC-ul curent ia decizia de handover

- același MSC, BSC diferit

Etape:

- MSC are un rol activ, alocarea de resurse via BSC-ul nou este controlată

de MSC

- BSC-ul curent identifică faptul că noua celulă este controlată de un alt

BSC și folosește semnalizări de tip BSSMAP pentru a indica necesitatea

unui handover

- după alocarea resurselor dedicate MSC construiește o comandă de

handover către MS

- MSC folosește semnalizări dedicate pentru a iniția alocarea de resurse pe

noul BSC

- MS se sincronizează pe noul canal

- MSC inițiază eliberarea resurselor folosite în vechiul BSS

Comunicații mobile

BSCnewMS MSC BSCold

(uplink SACCH)

MEASUREMENT REPORT (via old BTS)

HANDOVER REQUEST

AKNOWLEDGE (RR)

HANDOVER REQUEST (RR)

HANDOVER COMMAND (RR)

HANDOVER COMPLETE (RR)

HANDOVER REQUIRED (BSSMAP)

Acces canal nou

HANDOVER COMPLETE (RR)

CLEAR COMMAND (BSSAP)

CLEAR COMPLETE (BSSAP)

Activare canal nou

- necesită existența unui canal dedicat (a unei conexiuni RR)

❑ Procedura de autentificare

- gestiunea mobilitatii utilizatorului si asigurarea confidentialitatii

- au loc intre MS si VLR via MSC

- interzice accesul la rețea al utilizatorilor care nu dispun de o cartela SIM validă

- poate avea loc la orice cerere stabilire de apel (MO/MT/apeluri între utilizatori

GSM), la efectuarea unei proceduri de actualizare a localizării sau dacă un abonat

schimba setările serviciilor suplimentare

- prin mesaje dedicate de tip MM VLR verifică daca semnătura (“signed

response”) –SRES - calculată de o stație mobilă folosind ca parametri un număr

aleator (RAND) și cheia de autentificare (stocată pe SIM) este aceeași cu cea

memorată pentru utilizatorul respectiv de VLR ; accesul este permis doar dacă cele

doua semnături coincid

5.7.2 Exemple de proceduri MM

Comunicații mobile

- verificarea se face de către VLR, MSC inaintează SRESMS către VLR

prin mesaje MAP/B dedicate

BSSMS MSC

AUTHENTICATION REQUEST (MM/DTAP)

RANDA3 (Ki de pe SIM)

AUTHENTICATION RESPONSE (MM/DTAP)

SRESMS

VLR

Stabilire conexiune RR

Comunicații mobile

Comunicații mobile

❑ Procedura de setare a modului de lucru criptat

- este necesară pentru sincronizarea în timp a momentului în care MS și BTS

încep să transmită criptat

- efectuată după autentificare

BTS

Procedura de stabilire conexiune RR

Procedura de autentificare

Text criptat

MS

ENCRYPTION COMMAND (RR)

Kc

CIPHERING MODE COMMAND (RR)

CIPHERING MODE COMPLETE (RR)

BSC

CIPHER MODE COMMAND (BSSMAP)

Kc

CIPHER MODE COMPLETE (BSSMAP)

MSC

Text necriptat

Comunicații mobile

- cheia de criptare este transferată prin mesaje BSSMAP la BTS

- BSC construieşte o comandă de criptare pe care o trimite către BTS

împreună cu cheia de criptare; BTS începe să decripteze (uplink)

- BSC trimite via BTS instrucţiuni necriptate către MS; mesajul include

detalii privind algoritmul de criptare și privind mesajul care trebuie

criptat

- MS începe să cripteze sale folosind cheia de criptare de pe cartela SIM,

incluzând tipic IMEI în primul mesaj criptat pe direcție uplink

- Mesajul este decriptat la nivel BTS care retrimite IMEI către NSS

Etape: