Κινητές Επικοινωνίες Ενότητα 4: Κυψελωτά Δίκτυα 2ης Γενιάς (2G): Η

περίπτωση του GSM

Σαββαΐδης Στυλιανός

Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε.

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα

Άδειες Χρήσης

• Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons.

• Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

2

Χρηματοδότηση • Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια

του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα.

• Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού.

• Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

3

Σκοποί ενότητας

Κυψελωτά Δίκτυα 2ης Γενιάς (2G): Η περίπτωση του GSM

4

Περιεχόμενα ενότητας-1/3

5

• Αρχιτεκτονική GSM Δικτύου

• Βασικοί Τηλεπικ. Κόμβοι & Διεπαφές στα GSM Δίκτυα

• Ο Κινητός Σταθμός (Mobile Station-MS)

• Ο Σταθμός Βάσης (Base Transceiver Station, BTS)

• Το Κέντρο Ελέγχου των Σταθμών Βάσης (Base Station Controller, BSC)

• To Κέντρο Μεταγωγής (Mobile Switching Center, MSC)

• Η Βάση Δεδομένων Επίσκεψης (Visitor Location Register, VLR)

• Η Κεντρική Βάση Δεδομένων (Home Location Register, HLR)

• Η Βάση Δεδομένων Γνησιότητας (Authentication Center, AUC)

• Η Βάση Δεδομένων Συσκευών (Equipment Identity Register, EIR)

Περιεχόμενα ενότητας-2/3

6

• GSM Πρωτόκολλα

• GSM - TDMA/FDMA

• GSM Λογικά Κανάλια

• Παράδειγμα Πολυπλεξίας Λογικών Καναλιών σε ένα Φυσικό Κανάλι

• Παράδειγμα Πολυπλεξίας Καναλιών TCH-F

• Παράδειγμα Πολυπλεξίας Καναλιών TCH-F και TCH-H

• TDMA offset

• Διαχείριση Ασύρματων Πόρων (Radio Resources, RR): Αναζήτηση/Σύνδεση Κινητού Χρήστη

• Ενημέρωση Θέσης (Location Update, Type Normal)

Περιεχόμενα ενότητας-3/3

7

• Διαδικασία Διαγραφής/ Απενεργοποίησης Χρήστη (IMSI detach)

• Διαδικασία Εγγραφής/Ενεργοποίησης Χρήστη (Location Update, Type IMSI attach) (π.χ. όταν ενεργοποιείται το κινητό)

• Περιοδική Ενημέρωση Θέσης (Location updating, type periodic registration)

• Διαδικασία Κλήσης από Κινητό Χρήστη

• Διαδικασία Κλήσης προς Κινητό Χρήστη

• Σενάριο: Διεθνής Κλήση προς Κινητό Χρήστη

• Διαπομπή μεταξύ κελιών που ανήκουν στο ίδιο BSC (Intra BSC Handover)

• Διαπομπή μεταξύ κελιών που ανήκουν σε διαφορετικό BSC (Inter BSC Handover)

• Διαπομπή μεταξύ κελιών που ανήκουν σε διαφορετικό MSC (Inter MSC Handover)

Κυψελωτά Δίκτυα 2ης Γενιάς (2G): H Περίπτωση του GSM.

Αρχιτεκτονική GSM Δικτύου

9

Δίκτυο Σταθερής

Τηλεφωνίας

BSC

BSC

MSC MSC

GMSC

OMC, EIR,

AUC

VLR

HLR

NSS

/ OSS

RSS

VLR

Αρχιτεκτονική GSM Δικτύου

Βασικοί Τηλεπικ. Κόμβοι & Διεπαφές στα GSM Δίκτυα

10 Βασικοί Τηλεπικοινωνιακοί Κόμβοι & Διεπαφές στα GSM Δίκτυα

NSS

MS MS

BTS

BSC

GMSC

IWF

OMC

BTS

BSC

MSC MSC

Abis

Um

EIR

HLR

VLR VLR

A

BSS

PDN

ISDN, PSTN

RSS

radio cell

radio cell

MS

AUCOSS

signaling

O

Ο Κινητός Σταθμός (Mobile

Station-MS) •To MS αποτελείται από το hw & sw της τερματικής συσκευής (π.χ.

κινητό τηλέφωνο) που ένα τμήμα του είναι ανεξάρτητο από το χρήστη

(user independent) και ένα τμήμα του ταυτίζεται με το προφίλ ενός

συγκεκριμένου συνδρομητή (user specific).

•Το τελευταίο τμήμα αφορά την λεγόμενη κάρτα SIM (Subscriber Identity

Module), η οποία περιέχει τα προσωπικά στοιχεία του χρήστη. Τα πιο

σημαντικά από τα στοιχεία του MS είναι:

– η ταυτότητα του συνδρομητή (IMSI, International Mobile Subscriber Identity),

– η ταυτότητα της τερματικής συσκευής (ΙΜΕΙ, International Mobile Equipment Identity) και

– το κλειδί ελέγχου γνησιότητας Kc (authentication key).

11

Ο Σταθμός Βάσης (Base Transceiver Station, BTS)

•To BTS εκτελεί τις λειτουργίες της ασύρματης διασύνδεσης και περιλαμβάνει το αντίστοιχο hw & sw δηλ. κεραίες, ενισχυτές ισχύος, επεξεργασία σήματος.

•Η επικοινωνία του με το MS γίνεται μέσω του Um interface (TDMA/FDD) ενώ με το υπόλοιπο δίκτυο μέσω τoυ Interface Abis δηλ. με την σύνδεσή του με ένα και μοναδικό κόμβο που ονομάζεται BSC (Base Station Controller).

•Oι λειτουργίες του BTS εντοπίζονται κυρίως στο φυσικό στρώμα και από αυτή την άποψη δεν διαθέτει την «νοημοσύνη» να διαχειριστεί κάποιες από τις υψηλότερου επιπέδου λειτουργίες του δικτύου. Αυτός είναι ο λόγος που πολλά BTS ελέγχονται από ένα τηλεπικοινωνιακό κόμβο που ονομάζεται BSC (Base Station Controller).

12

Το Κέντρο Ελέγχου των Σταθμών Βάσης (Base Station Controller, BSC)

•Το BSC είναι ένα μικρό ψηφιακό τηλεφωνικό κέντρο, το οποίο ελέγχει τα BTSs και αποτελεί σημείο διασύνδεσής τους με το εσωτερικό του δικτύου.

•To BSC καθορίζει τις συχνότητες επικοινωνίας (RR, Radio Resource Management), την διαπομπή (handover) μεταξύ διαφορετικών κελιών/BTS, την ειδοποίηση των MS για εισερχόμενες κλήσεις (paging) καθώς και την μετατροπή της κωδικοποίησης των ασύρματων καναλιών σε συμβατή μορφή προς την PCM κωδικοποίηση, η οποία χρησιμοποιείται στο εσωτερικό του δικτύου.

•To BSC ελέγχεται από ένα «ανώτερο» στην ιεραρχία του δικτύου τηλεπικοινωνιακό κόμβο, το οποίο ονομάζεται MSC (Mobile Services Switching Center). Η επικοινωνία γίνεται μέσω του A interface.

13

To Κέντρο Μεταγωγής (Mobile Switching Center, MSC)

14

•To MSC ελέγχει έναν αριθμό από BSC και σε τελική ανάλυση έναν αριθμό από κελιά που συγκροτούν την Περιοχή Εξυπηρέτησης MSC (MSC Service Area). Το MSC είναι ένα πλήρες ISDN τηλεφωνικό κέντρο και διαχειρίζεται τις συνδρομητικές υπηρεσίες:

–με την δρομολόγηση σημάτων και δεδομένων προς/από τους χρήστες (CM, Call Management/SMS, Short Message Service/SS, Supplementary Service).

–την χρέωση για τις προσφερόμενες υπηρεσίες.

–τον έλεγχο της κινητικότητας και του εντοπισμού των χρηστών (Mobility Management).

•Όταν το MSC λειτουργεί σαν κόμβος εξόδου/εισόδου προς/από άλλα δίκτυα ονομάζεται Gateway MSC (GMSC).

Η Βάση Δεδομένων Επίσκεψης (Visitor Location Register, VLR)

15

•Τα στοιχεία των συνδρομητών που βρίσκονται στην Περιοχή Εξυπηρέτησης του MSC καταχωρούνται σε μία βάση δεδομένων που ονομάζεται VLR (Visitor Location Register). Σε κάθε MSC αντιστοιχεί μια VLR και γι’ αυτό αν και είναι μια ανεξάρτητη οντότητα οι κατασκευαστές την ενσωματώνουν με τη μορφή sw στο MSC.

•Η VLR είναι μια δυναμική βάση δεδομένων η οποία:

–διαγράφει υπό την καθοδήγηση της HLR τα στοιχεία των συνδρομητών όταν αυτοί φεύγουν από την περιοχή εξυπηρέτησης του MSC.

–ανακτά από την HLR τα στοιχεία των νεοεισερχόμενων συνδρομητών στην περιοχή εξυπηρέτησης του MSC και

–ενημερώνει την HLR για τις αλλαγές των δυναμικών, στοιχείων όπως για παράδειγμα όταν αλλάζει η περιοχή θέσης.

Η Κεντρική Βάση Δεδομένων (Home Location Register, HLR)

•Τα στοιχεία όλων των συνδρομητών του δικτύου βρίσκονται σε μια κεντρική βάση δεδομένων που ονομάζεται HLR (Home Location Register).

•Στην HLR περιέχονται στατικά στοιχεία όπως ο αριθμός κλήσης ΜSISDN (Mobile Subscriber ISDN Number) του χρήστη, οι συμπληρωματικές υπηρεσίες του (π.χ. προώθηση κλήσης κλπ), η ταυτότητα του (IMSI) κλπ.

•Επίσης περιλαμβάνονται και στοιχεία δυναμικού περιεχομένου όπως για παράδειγμα το MSC/VLR και η περιοχή θέσης (Location Area) στην οποία βρίσκεται ο συνδρομητής. Τα δυναμικής φύσης στοιχεία ενημερώνονται κάθε φορά που αλλάζουν με την συνδρομή του MSC/VLR.

16

Η Βάση Δεδομένων Γνησιότητας (Authentication Center, AUC)

•Η βάση δεδομένων AUC (Authentication Center) είναι επιφορτισμένη με τον έλεγχο γνησιότητας των συνδρομητών και συνακόλουθα τον έλεγχο πρόσβασης τους στο δίκτυο.

•Παράλληλα, φροντίζει να προμηθεύει το σύστημα με κλειδιά κρυπτογράφησης (ciphering) με τα οποία κωδικοποιείται η πληροφορία όταν μεταδίδεται στον αέρα.

•Δεδομένου ότι οι υπηρεσίες κρυπτογράφησης και ελέγχου γνησιότητας/πρόσβασης ζητούνται από την HLR συνήθως η βάση δεδομένων AUC αποτελεί από φυσική άποψη μέρος της HLR.

17

Η Βάση Δεδομένων Συσκευών (Equipment Identity Register, EIR)

•Η βάση δεδομένων EIR (Equipment Identity Register) έχει καταχωρημένα όλα τα IMEI δηλ. την ταυτότητα όλων των συσκευών οι οποίες είναι καταχωρημένες στο δίκτυο.

•Δεδομένου ότι η SIM μπορεί να χρησιμοποιηθεί με οποιαδήποτε συσκευή (π.χ. ίσως με κάποια που έχει κλαπεί) λειτουργεί σαν μία βάση ελέγχου της ταυτότητα των συσκευών ανεξάρτητα από την SIM και τα συνδρομητικά στοιχεία. Ουσιαστικά η ΕΙR προσφέρει λίστες με νόμιμες (white listed) και παράνομες (black listed) συσκευές.

18

GSM Πρωτόκολλα

19

GSM Πρωτόκολλα

Layer 3

CM

MM

RR

MM

LAPDm

radio

LAPDm

radio

LAPD

PCM

RR’ BTSM

CM

LAPD

PCM

RR’

BTSM

16/64 kbit/s

Um Abis A

SS7

PCM

SS7

PCM

64 kbit/s /

2.048 Mbit/s

MS BTS BSC MSC

BSSAP BSSAP

Layer 2

Layer 1

GSM - TDMA/FDMA

20

1 2 3 4 5 6 7 8

higher GSM frame structures

935-960 MHz

124 downlink channels (200 kHz)

890-915 MHz

124 uplink channels (200 kHz)

time

GSM TDMA frame

GSM time-slot (normal burst)

4.615 ms

546.5 µs

577 µs

tail user data Training S guard

space S user data tail guard

space

3 bits 57 bits 26 bits 57 bits 1 1 3

GSM Λογικά Κανάλια (Um Διεπαφή)-1/4

21

•Κανάλια Δεδομένων (Traffic Channels, TCH) –Πλήρους Ρυθμού Μετάδοσης TCH (Full rate, TCH/F) – ρυθμός μετάδοσης πληροφορίας 22.8 kbit/s.

–Μισού Ρυθμού Μετάδοσης TCH (Half rate, TCH/H) - ρυθμός μετάδοσης πληροφορίας 11.4 kbit/s.

•Κανάλια Σηματοδοσίας –Κανάλια Ευρείας Μετάδοσης (Broadcast CHannels, BCH)

–Κοινά Κανάλια Ελέγχου (Common Control CHannels, CCCH)

–Αφιερωμένα Κανάλια Ελέγχου, (Dedicated Control CHannels, DCCH)

GSM Λογικά Κανάλια (Um Διεπαφή)-2/4

22

BROADCAST CHANNELS (BCH=FCCH, SCH, BCCH) –Κάθε φορά που το MS εισέρχεται σε ένα κελί «ακούει» τα BCHs.

–Τα BCHs λειτουργούν μόνο στην downlink κατεύθυνση.

•Frequency Correction CHannel (FCCH) –Μεταδίδονται μόνο 0.

–Η μετάδοση των 0 οδηγεί στην ανίχνευση του BCCH φέροντος.

–Το MS με αυτόν τον τρόπο συντονίζεται στην BCCH συχνότητα.

•Synchronization CHannel (SCH) –Το MS λαμβάνει πληροφορία για τον αριθμό του πλαισίου (frame) στο κελί και για την ταυτότητα του BTS (BSIC).

•Broadcast Control CHannel (BCCH) –Μεταδίδεται η ταυτότητα της περιοχής θέσης (Location Area Identity, LAI).

–Η μέγιστη επιτρεπόμενη ισχύ εκπομπής στο κελί.

–Μεταδίδεται πληροφορία για τις BCCH συχνότητες των γειτονικών κελιών έτσι ώστε να μπορούν να γίνονται μετρήσεις.

GSM Λογικά Κανάλια (Um Διεπαφή)-3/4

23

COMMON CONTROL CHANNELS (CCCH=PCH,RACH,AGCH)

•Paging CHannel (PCH) –Το MS «ακούει» το PCH για να διαπιστώσει εάν υπάρχουν εισερχόμενες κλήσεις και μηνύματα (SMS). –To μήνυμα (paging message) περιέχει το IMSI ή ένα προσωρινό IMSI (Temporary IMSI, TMSI). –To PCH μεταδίδεται μόνο στην downlink κατεύθυνση.

•Random Access CHannel (RACH) –Το RACH χρησιμοποιείται εάν το ΜS θέλει να ζητήσει ένα αφιερωμένο κανάλι ελέγχου (σηματοδοσίας). –Το RACH μεταδίδεται μόνο στο uplink.

•Access Grant CHannel (AGCH) –Με το AGCH το δίκτυον αποδίδει ένα αφιερωμένο κανάλι ελέγχου (σηματοδοσίας) –Το AGCH μεταδίδεται μόνο στην downlink κατεύθυνση.

GSM Λογικά Κανάλια (Um Διεπαφή)-4/4

24

DEDICATED CONTROL CHANNELS (DCCH)

•Stand alone Dedicated Control CHannel (SDCCH) –Η διαδικασία αποκατάστασης κλήσης (call setup) χρησιμοποιεί το SDCCH. –Μετάδοση SMS όταν το MS δεν είναι κατειλημμένο (idle mode). –Το SDCCH μεταδίδεται στο uplink και το downlink. –Όταν η διαδικασία αποκατάστασης κλήσης ολοκληρωθεί το MS καθοδηγείται για τη χρήση ενός συγκεκριμένου TCH.

•Slow Associated Control CHannel (SACCH) –Συνδέεται φυσικά με ένα SDCCH ή TCH (δηλ. χρησιμοποιούν το ίδιο φυσικό κανάλι). –Στην uplink κατεύθυνση, το MS στέλνει αποτελέσματα μετρήσεων από το τρέχων BTS καθώς και από γειτονικά BTSs. –Στην downlink κατεύθυνση, το MS λαμβάνει εντολές σχετικά με την ισχύ εκπομπής του (power control commands) καθώς και για το χρόνο εκπομπής (timing advance).

•Fast Associated Control CHannel (FACCH) –Το FACCH χρησιμοποιείται στην περίπτωση του Handover. –To FACCH λειτουργεί «κλέβοντας» χρόνο από το κανάλι ομιλίας.

Παράδειγμα Πολυπλεξίας Λογικών Καναλιών σε ένα Φυσικό Κανάλι

25 9601188

A5

A1

A6

A2

A7

A3

D0

D0

D1

D1

D2

D2

D3

D3

D4

D4

D5

D5

D6

D6

D7

D7

A0

A4

I I I

III

*

0 1 2 7 0 1 2 7 0 1- - - - - - - - - - - TDMA

Frames

SDCCH + SACCH

(uplink)

*

D0

D0

D1

D1

D2

D2

D3

D3

D4

D4

D5

D5

D6

D6

D7

D7

A0

A4

A1

A5

A2

A6

A3

A7

I I

I

I

II

*

0 1 2 7 0 1 2 7 0 1- - - - - - - - - - - TDMA

Frames

SDCCH + SACCH

(downlink)

*

2

2

51+51=102 Πλαίσια

51+51=102 Πλαίσια

Παράδειγμα Πολυπλεξίας Καναλιών TCH-F

26

9601189

0 1 2 7 0 1 2 7 0 1- - - - - - - - - - - -TDMA

Frames

T T T T T T T T T T T T A T T T T T T T T T T T T ITCH (TS1)

Downlink

2

T=TCH

A=SACCH

I=Idle

12 T+1 A+12 T+1 I=26 frames

Χαρτογράφηση των λογικών καναλιών για το BCCH - φορέα

27

Carr

ier

C0

Dow

nlin

kU

plin

k

01

23

45

67

01

23

45

67

Fra

me

0F

TD

0T

TT

TT

RT

A5

TT

TT

T

ST

D0

RT

A5

BT

D0

RT

A5

BT

D0

RT

A5

BT

D1

RT

A6

BT

D1

RT

A6

CT

D1

RT

A6

CT

D1

RT

A6

CT

D2

RT

A7

CT

D2

RT

A7

FT

D2

RT

A7

ST

D2

RT

A7

12

CI

D3

IA

IA

IR

II

IA

IA

I

CT

D3

RT

I

CT

D3

RT

I

CT

D3

RT

D0

CT

D4

RT

D0

CT

D4

RT

D0

CT

D4

RT

D0

CT

D4

RT

D1

FT

D5

RT

D1

ST

D5

RT

D1

CT

D5

RT

D1

CT

D5

RT

D2

CT

D6

RT

D2

25

CA

D6

AI

AI

AR

AD

2A

IA

IA

CT

D6

RT

D2

CT

D6

RT

D3

CT

D7

RT

D3

CT

D7

RT

D3

FT

D7

RT

D3

ST

D7

RT

D4

CT

A0

RT

D4

CT

A0

RT

D4

CT

A0

RT

D4

CT

A0

RT

D5

CT

A1

RT

D5

CT

A1

RT

D5

38

CI

A1

IA

IA

IR

ID

5I

AI

AI

CT

A1

RT

D6

FT

A2

RT

D6

ST

A2

RT

D6

CT

A2

RT

D6

CT

A2

RT

D7

CT

A3

RT

D7

CT

A3

RT

D7

CT

A3

RT

D7

CT

A3

RT

A0

CT

IR

TA

0

CT

IR

TA

0

50

IT

IR

TA

0

Mapping of logical channels on the BCCH-carrier

Παράδειγμα Πολυπλεξίας Καναλιών TCH-F και TCH-H

28

9601190

T T T T T T T T T T T T A T T T T T T T T T T T T I

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

A

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

A

0:

1:

26 frames = 120 ms

TDMA-frame

Multiframe for full-rate channel

Multiframe for half-rate channels (0.1)

TDMA offset

29

9600869

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

0 1

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

0 1

Downlink

Uplink

offset

TDMA frame No.

TDMA frame No.

MS to BTS transmission

BTS to MS transmission

Διαχείριση Ασύρματων Πόρων (Radio Resources, RR):

Αναζήτηση/Σύνδεση Κινητού Χρήστη

30

MSC/VLR BSC

(1) (2) (3) (2)

(3)

(1)

BTS

1. Κανάλι Αναζήτησης (Paging Channel, PCH): Μήνυμα Αναζήτησης (Paging)

2. Κανάλι Τυχαίας Πρόσβασης (Random Access Channel, RACH): Αίτηση Ανάθεσης Αφιερωμένου Καναλιού Ελέγχου

3. Κανάλι Απόδοσης Πρόσβασης (Access Grand Channel, AGCH): Περιγραφή Αποδιδόμενου Αφιερωμένου Καναλιού Ελέγχου (Stand Alone Dedicated Control Channel, SDCCH)

Τοπολογία Αναζήτηση/Σύνδεση κινητού χρήστη

Ενημέρωση Θέσης (Location Update, Type Normal)-1/2

31

1. Κανάλι Εκπομπής Ελέγχου (Broadcast Control CH, BCCH): Ανάγνωση Περιοχής Εντοπισμού (Location Area, LA)

2. Διαδικασία Σύνδεσης Κινητού Χρήστη (βλ. Σχήμα 3) 3. Ενημέρωση Θέσης (ταυτότητα χρήστη, παλιού LA κλπ) 4. Επικοινωνία με HLR (VLR) και Ανάκτηση Συνδρομητικών Δεδομένων π.χ.

Παράμετροι Ελέγχου Αυθεντικότητας

MSC/VLR BSC

(1) (2a)

(2c)

(2b)

(3)

(5a)

(6)

(7) (8a) (8b)

BTS

(5b)

Στην περίπτωση που ο χρήστης

είναι καταχωρημένος στην VLR

δεν υπάρχει επικοινωνία με την

HLR

(4)

Ενημέρωση Θέσης (Location Update, Type Normal)-2/2

32

5. Έλεγχος Αυθεντικότητας: 5a Αποστολή Παραμέτρου Ελέγχου Αυθεντικότητας, 5b Επιστροφή & Σύγκριση αποτελέσματος υπολογισμού με το αποτέλεσμα της VLR

6. Τελική Ενημέρωση Θέσης VLR, HLR 7. Αποδοχή Ενημέρωσης 8. Αποδέσμευση καναλιού ελέγχου (SDCCH)

MSC/VLR BSC

(1) (2a)

(2c)

(2b)

(3)

(5a)

(6)

(7) (8a) (8b)

BTS

(5b)

Στην περίπτωση που ο χρήστης

είναι καταχωρημένος στην VLR

δεν υπάρχει επικοινωνία με την

HLR

(4)

Διαδικασία Διαγραφής/ Απενεργοποίησης Χρήστη (IMSI

detach)

33

1. Διαδικασία Σύνδεσης Κινητού Χρήστη (βλ. Σχήμα 3)

2. Αποστολή –μέσω του αποδιδόμενου SDCCH- μηνύματος

Απενεργοποίησης (IMSI detach) προς το MSC

3. Προώθηση μηνύματος Απενεργοποίησης (IMSI detach) προς VLR

και τοποθέτηση σήμανσης αποσύνδεσης(detached flag) στα

συνδρομητικά δεδομένα της VLR ή HLR.

(1)

(2) (3)

BTS MSC/VLR BSC

(1)

Διαδικασία Εγγραφής/Ενεργοποίησης Χρήστη

(Location Update, Type IMSI attach) (π.χ. όταν ενεργοποιείται το κινητό)

34

1. Διαδικασία Σύνδεσης Κινητού Χρήστη 2. Αποστολή –μέσω του αποδιδόμενου SDCCH- μηνύματος Ενεργοποίησης

(IMSI attach) προς το MSC 3. Προώθηση μηνύματος Eνεργοποίησης (IMSI attach) προς VLR καi

αφαίρεση της σήμανσης αποσύνδεσης (detached flag) στα συνδρομητικά δεδομένα της VLR ή HLR.

4. Επιστροφή Επιβεβαίωσης Ενεργοποίησης από τη VLR 5. Επιστροφή Επιβεβαίωσης Ενεργοποίησης από το MSC στον χρήστη

(1)

(2)

(5)

BTS

MSC/VLR BSC

(3)

(4)

(1)

Σημείωση: εάν ο χρήστης αλλάξει LA ενώ είναι απενεργοποιημένος η διαδικασία ενεργοποίησης ταυτίζεται με την διαδικασία Eνημέρωσης Θέσης (Location Updating)

Περιοδική Ενημέρωση Θέσης (Location updating, type periodic

registration)

35

1. Κανάλι Εκπομπής Ελέγχου (Broadcast Control CH, BCCH): Περιοδικότητα Ενημέρωσης Θέσης

2. Έναρξη αντίστροφης χρονομέτρησης για την ενημέρωση θέσης στο MS και στο MSC

3. Λήξη χρόνου στο MS – έναρξη περιοδικής ενημέρωσης θέσης 4. Επιβεβαίωση- Έπανεναρξη Χρονομέτρησης

(1)

(2a)

BTS MSC/VLR BSC

(3a)

(2b)

(3b)

(4)

Διαδικασία Κλήσης από Κινητό

Χρήστη-1/3

36

1a, b) Διαδικασία Σύνδεσης Κινητού Χρήστη

2. Αίτηση Υπηρεσίας (π.χ. αποκατάσταση κλήσης)

3. Διαδικασία Ελέγχου Αυθεντικότητας

4. Έναρξη διαδικασίας Κρυπτογράφησης (Ciphering)

5. Έναρξη αποστολής μηνυμάτων σηματοδοσίας για τον ελεγχο της

κλήσης π.χ. Setup, Call Proceeding κλπ

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(1a)

(2)

BSC MSC

VLR (2) (1b)

(1a)

(1b)

Διαδικασία Κλήσης από Κινητό

Χρήστη-2/3

37

6. Δέσμευση Καναλιών για την μεταφορά των δεδομένων.

a)Δέσμευση ενός PCM καναλιού μεταξύ BSC-MSC b)Δέσμευση

ενός ραδιο-καναλιού δεδομένων (Traffic Ch, TCH) από το BSC c)

Εντολή ενεργοποίησης του TCH απο το BSC στο BTS και τέλοςστο

MS.

7. Ειδοποίηση ότι ο καλούμενος χρήστης ειδοποιείται (Alerting)

8. Ο καλούμενος χρήστης απαντά και το MS ειδοποιείται με την

αποστολή μηνύματος σύνδεσης (connect) και απαντά με την

αποδοχή της σύνδεσης (connect acknowledgement) (1a)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(1a)

(2)

BSC MSC

VLR

(2)

(1b)

(1b)

Διαδικασία Κλήσης από Κινητό

Χρήστη-3/3

38

9600165

MOBILE STATION NETWORK

RR connection

establishment (MO)

Service request

Authentication

Ciphering mode

setting

Call initiation

Assignment of

a traffic channel

Call accepted

User alerting

Channel Request

Immediate Assignment

Authentication Request

Authentication Response

Cipher Mode Command

Cipher Mode Complete

Setup

Call Proceeding

Assignment Command

Assignment Complete

Connect

Connect Acknowledge

Alerting

CM Service Request

Διαδικασία Κλήσης προς Κινητό

Χρήστη-1/3

39

1. Ανάλυση Καλούμενου Αριθμού

(Β number. MSISDN)

2. Δρομολόγηση Κλήσης στο

GMSC

3. Η ανάλυση του MSISDN

υποδεικνύει την διεύθυνση της

HLR η οποία πρέπει να ερωτηθεί

για την περαιτέρω δρομολόγηση

της κλήσης

4. Η HLR απο το το MSIDN βρίσκει

τον «εσωτερικό» αριθμό του

χρήστη (IMSI) και τη διεύθυνση

της VLR που τον εξυπηρετεί. Στη

συνέχεια ζητά από τη VLR έναν

προσωρινό αριθμό

δρομολόγησης(MS Roaming

Number, MSRN)

MSC/VLR

BTS BTS

PSTN

GMSC HLR

(1) (2)

(6a)

(3)

(5b)

(4) (6b)

(7)

(8) (8)

(9) (9)

Signaling Connection

Speech Path

Transit

Exchange

BSC

(5a)

Διαδικασία Κλήσης προς Κινητό

Χρήστη-2/3

40

5. Επιστροφή του MSRN στην HLR

και στο GMSC.

6. Δρομολόγηση της κλήσης με το

MSRN στο σωστό ΜSC.

7-9. To MSC στέλνει ένα μήνυμα

ειδοποίησης (paging) στα κελιά

της Περιοχής Εντοπισμού

(Location Area) στην οποία

βρίσκεται ο χρήστης

χρησιμοποιώντας το IMSI

(TMSI).

MSC/VLR

BTS BTS

PSTN

GMSC HLR

(1) (2)

(6a)

(3)

(5b)

(4) (6b)

(7)

(8) (8)

(9) (9)

Signaling Connection

Speech Path

Transit

Exchange

BSC

(5a)

Διαδικασία Κλήσης προς Κινητό

Χρήστη-3/3

41

9600168

Channel Request

Immediate Assignment

Authentication Request

Authentication Response

Cipher Mode Command

Cipher Mode Complete

MOBILE STATION NETWORK

RR connection

establishment (MT)

Service request

Authentication

Ciphering mode

setting

Paging Request

Paging Response

Setup

Call Confirmed

Connect

Connect Acknowledge

Call initiation

Alerting User alerting

information

Assignment Command

Assignment CompleteAssignment of

a traffic channel

Call accepted

Σενάριο: Διεθνής Κλήση προς

Κινητό Χρήστη

42

1. Το MSISDN καλείται από έναν «σταθερό» χρήστη

2-4. Η κλήση δρομολογείται στο GMSC της Σουηδίας

5. Η HLR στην Σουηδία ερωτάται για την διεύθυνση τoυ MSC/VLR στο

οποίο βρίσκεται ο χρήστης

6-8. Το MSRN της VLR στην Ισπανίας επιστρέφεται στην Σουηδία και

τελικά στο GMSC.

9-11. To Σουηδέζικο GMSC δρομολογεί την κλήση στο Ισπανικό MSC

βασιζόμενο στο MSRN

12-13. To Ισπανικό MSC τερματίζει την κλήση.

VLR MSC

BSC

HLR GMSC

Int . Transit

exchange

Local exchange

Int . Transit

exchange

(5)

(8) (9) (4)

(3) (10) (11)

(2) (1) (13)

(12)

(6)

(7)

Διαπομπή μεταξύ κελιών που

ανήκουν στο ίδιο BSC

(Intra BSC Handover)-1/2

43

1,2.Περίπου 2 φορές/sec το κινητό στέλνει

αναφορά με μετρήσεις για την στάθμη

του σήματος στο κέλι στο οποίο

βρίσκεται αλλά και στα γειτονικά kελιά.

Το BSC, βασιζόμενο σε αυτές τις

μετρήσεις αλλά και τις δικές του (στην

αντίθετη κατεύθυνση) αποφασίζει για

την διαπομπή (handover) σε άλλο κελί.

3. Το BSC δίνει εντολή στον νέο σταθμό

βάσης (BTS) να ενεργοποιήσει ένα

κανάλι Δεδομένων (Traffic Channel,

TCH)

4. Εφόσον επιβεβαιωθεί η ενεργοποίηση

του νέου TCH, το BSC στέλνει

πληροφορία στο MS –μέσω του

παλιού BTS- για το νέο κανάλι (π.χ.

Συχνότητα, Χρονοθυρίδα κλπ)

(1)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(4)

(2)

(7)

(3)

BSC

Διαπομπή μεταξύ κελιών που

ανήκουν στο ίδιο BSC

(Intra BSC Handover)-2/2

44

5. Το MS συντονίζεται στη νέα

συχνότητα και στέλνει ένα σύντομο

μήνυμα 8 bit (HO access burst) στο

κανάλι Σηματοδοσίας (Fast

Associated Control Channel,

FACCH)

6. Όταν το νέο BTS αντιληφθεί το MS

του επιστρέφει απαραίτητες

πληροφορίες για την επικοινωνία

τους και ειδοποιεί το BSC για την

Ανίχνευση του MS.

7. Tο MS στέλνει ένα μήνυμα

ολοκλήρωσης της διαπομπής (HO

complete)

8. Το BSC ειδοποιεί το παλιό BTS να

αποδεσμεύσει τα κανάλια δεδομένων

και σηματοδοσίας του MS

(1)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(4)

(2)

(7)

(3)

BSC

Διαπομπή μεταξύ κελιών που ανήκουν σε διαφορετικό BSC (Inter

BSC Handover)-1/3

45

1, 2. To BSC στέλνει στο MSC αίτηση διαπομπής σε ένα νέο κελί (HO

request).Το MSC γνωρίζει το BSC που ελέγχει το νέο κελί και του

διαβιβάζει την αίτηση.

3. Το νέο BSC διατάζει το νέο BTS να ενεργοποιήσει κανάλι δεδομένων

(TCH).

4-6. Όταν ενεργοποιηθεί το TCH το νέο BSC ειδοποιεί το MSC

διαβιβάζοντας την απαραίτητη πληροφορία (νέα συχνότητα,

χρονοθυρίδα). Το MSC διαβιβάζει την πληροφορία στο παλιό BSC-BTS

και τελικά στο MS.

(7)

(8)

(12)

(6)

(10)

(3)

MSC

(6)

(11)

(1)

(5)

(9)

(4)

(2)

BSC

BSC

(10)

(9)

(11)

Διαπομπή μεταξύ κελιών που ανήκουν σε διαφορετικό BSC (Inter

BSC Handover)-2/3

46

7. To MS συντονίζεται στη νέα συχνότητα και στέλνει ένα μήνυμα

«αναγνώρισης» (HO access burst) στο FACCH κανάλι σηματoδοσίας του

νέου κελιού.

8. Όταν το νέο BTS αντιληφθεί το MS του επιστρέφει απαραίτητες

πληροφορίες για την επικοινωνία τους.

9. Το νέο BTS ειδοποιεί το BSC για την ανίχνευση του MS και αυτό

ειδοποιεί το MSC .

(7)

(8)

(12)

(6)

(10)

(3)

MSC

(6)

(11)

(1)

(5)

(9)

(4)

(2)

BSC

BSC

(10)

(9)

(11)

Διαπομπή μεταξύ κελιών που ανήκουν σε διαφορετικό BSC (Inter

BSC Handover)-3/3

47

10-11. Όταν το MS λάβει την απαραίτητη πληροφορία για την Επικοινωνία

με το νέο BTS επιστρέφει ένα μήνυμα ολοκλήρωσης Της διαπομπής (HO

complete). Το μήνυμα διαβιβάζεται στο παλιό BSC μέσω του MSC

12.Το παλιό BSC απενεργοποιεί τα κανάλια δεδομένων και σηματοδοσίας

(7)

(8)

(12)

(6)

(10)

(3)

MSC

(6)

(11)

(1)

(5)

(9)

(4)

(2)

BSC

BSC

(10)

(9)

(11)

Διαπομπή μεταξύ κελιών που ανήκουν σε διαφορετικό MSC (Inter

MSC Handover)-1/2

48

1-3. To BSC διαβιβάζει αίτηση διαπομπής στο MSC. Το MSC

επικοινωνεί με το νέο MSC και το τελευταίο με το BSC που

ελέγχει το νέο κελί.

4. Το νέο BSC ενεργοποιεί ένα κανάλι δεδομένων στο νέο κελί.

5. To νέο MSC ειδοποιείται από το νέο BSC με πληροφορία για το

TCH.

6. Η πληροφορία διαβιβάζεται στο παλιό MSC προσθέτοντας έναν

αριθμό δρομολόγησης (MSRN).

(9a)

(8)

(10)

(4) BSC

BSC MSC

(8) (1)

(8)

MSC (5)

(3)

(10)

Transmission

Network

(7)

(2) (6) (10) (9b)

(11) (11)

(11)

(11)

(11) (11)

Διαπομπή μεταξύ κελιών που ανήκουν σε διαφορετικό MSC

(Inter MSC Handover)-2/2

49

7. Το παλιό MSC ενεργοποιεί ένα μονοπάτι δεδομένων προς το νέο MSC και

8. Ειδοποιεί το παλιό BSC-BTS και τελικά το MS για το νέο TCH. 9. a. Το MS συντονίζεται στη νέα συχνότητα στέλνοντας ένα μήνυμα

Αναγνώρισης (HO access burst) b. To νέο BTS του επιστρέφει πληροφορία για την ασύρματη επικοινωνία.

10-11. Η πληροφορία ανίχνευσης του MS διαβιβάζεται απο το νέο BTS στο νέο BSC-MSC και στη συνέχεια στο παλιό MSC ώστε να ενεργοποιηθεί η νέα σύνδεση και να απενεργοποιηθεί η παλιά.

(9a)

(8)

(10)

(4) BSC

BSC MSC

(8) (1)

(8)

MSC (5) (3)

(10)

Transmission

Network

(7)

(2) (6) (10) (9b)

(11) (11)

(11)

(11)

(11) (11)

Τέλος Ενότητας