Comunicaes mveis Aula 11 Sistemas GSM Prof Diovani

Comunicações móveis Aula 11 – Sistemas GSM Prof. Diovani Milhorim

GSM – Global System for Mobile Communications Introdução • Na década de 80, sistemas de telefones celulares foram desenvolvidos na Europa • Cada país desenvolveu seu próprio sistema, o que levou a incompatibilidades • Problema crítico era o roaming, devido a forma de envio de dados e frequência • Em 1982, uma conferência formou o grupo denominado Group Special Mobile • Em 1989, a responsabilidade do GSM passou para o ETSI • Em 1990, foram publicadas as especificações da 1ª. fase do GSM.

GSM – Global System for Mobile Communications Grupo GSM • O GSM começou a ser comercializado em meados de 1991 • Atualmente GSM significa Global System for Mobile Communications • Sistema Digital Celular da Segunda Geração • Em adição à operação celular na frequência de 900 MHz • A tecnologia GSM é ainda utilizada nas freqüências de 1800/1900 MHz • Para roaming internacional aparelhos tri-band e quadri-band • Padronização da fase 2, 5 do GSM: • => Melhores serviços de codificação de voz => Serviços mais avançados de transmissão de dados (Ex. General Packet Radio Service – GPRS)

GSM – Global System for Mobile Communications Arquitetura de Rede GSM Um sistema GSM é formado por três subsistemas: BSS - Subsistema de estação rádio base (Base Station Subsystem) - Gerenciamento de conexões no caminho de rádio; - Gerencia handoff entre células dentro de um mesmo BSS. NSS - Subsistema de rede e comutação (Network Switch Subsystem) Controla chamadas; Autentica e valida conta de assinantes; Controla roaming de assinantes móveis; Gerencia handoff entre células de diferentes BSSs. Interface com a rede telefônica fixa (PSTN) OMC - Centro de operação e manutenção (Operation and Maintenance Center) Suporta a interface de operação da rede.

GSM – Global System for Mobile Communications Arquitetura de Rede GSM Figura 16. 1

GSM – Global System for Mobile Communications Arquitetura de Rede GSM A arquitetura do sistema GSM inclui três interfaces padrões (Figura 16. 2): Interface A Entre MSC (Mobile Switching Center) e a Estação Base Controladora (Base Station Controller – BSC); Interface Abis Entre a BSC e a Estação Base Transceptora (Base Transceiver Station – BTS); Interface Um (Interface de rádio) Entre a BTS e a estação móvel (Mobile Station – MS).

GSM – Global System for Mobile Communications Arquitetura de Rede GSM Figura 16. 2

GSM – Global System for Mobile Communications NSS - Subsistema de rede e comutação O subsistema de rede e comutação é formado por um elemento de hardware e quatro elementos de software: MSC: Centro de Comutação Móvel HLR: Registro de Localização de Unidade Móvel Local VLR: Registro de Localização de Unidade Móvel Visitante EIR: Registro de Identidade de Equipamento Au. C: Centro de Autenticação.

GSM – Global System for Mobile Communications NSS - Subsistema de rede e comutação MSC (Mobile Switching Center) • Gerência de serviços móveis dentro de sua área de jurisdição • Comutação de chamadas entre estações móveis ou entre uma estação móvel e um usuário de uma rede fixa • Atribui canais de usuários junto ao BSS pelo qual é responsável • Trabalha em conjunto com HLR, VLR, EIR e Au. C para prover serviços de tratamento de assinantes móveis • Registro • Gerenciamento de assinantes em roaming • Transição entre células (handoff) • Atualização da localização • Autenticação.

GSM – Global System for Mobile Communications NSS - Subsistema de rede e comutação MSC (Mobile Switching Center) Provê interoperabilidade entre um sistema GSM e outras redes, tais como: PSTN (Public Switched Telephone Network) ISDN (Integrated Services Digital Network) PLMN (Public Land Mobile Network) Uma MSC com uma interface para redes externas é chamada de GMSC (Gateway MSC). A chamada para uma MS com origem em uma rede externa, entra na rede via GMSC que examina o HLR e então repassa a chamada para a MSC onde a MS se encontra.

GSM – Global System for Mobile Communications NSS - Subsistema de rede e comutação HLR (Home Location Register) Base de dados que contém informações administrativas dos assinantes registrados nas suas respectivas redes GSM Dados permanentes (ex. : perfil de serviços); Dados temporários (ex. : localização corrente da estação móvel). Quando um assinante adquire acesso à rede móvel de uma operadora de telefonia celular, ele é registrado no HLR da operadora Pode haver mais de uma HLR em uma área de serviço, mas existe apenas uma única entrada por assinante.

GSM – Global System for Mobile Communications NSS - Subsistema de rede e comutação VLR (Visitor Location Register) Base de dados temporária sobre MSs em roaming: MSs que tenham saído da sua área de serviço domiciliada e estejam estabelecendo uma chamada em uma nova área associada a um MSC ao qual o VLR esteja conectado Quando uma MS visita uma nova área de MSC, o VLR conectado àquele MSC requisitará dados daquele assinante ao HLR Ao mesmo tempo, o HLR será informado sobre a nova localização da MS. Se a MS desejar estabelecer uma chamada, o VLR terá as informações necessárias para controlar a chamada e providenciar os serviços necessários.

GSM – Global System for Mobile Communications NSS - Subsistema de rede e comutação EIR (Equipment Identity Register) A distinção entre a identidade do assinante e o identificador do terminal é um potencial causador de problemas para o GSM É possível operar qualquer terminal GSM com um SIM card válido. Oportunidade para mercado negro de equipamentos roubados. O EIR é uma base de dados que contém uma lista de todos os equipamentos móveis válidos na rede GSM.

GSM – Global System for Mobile Communications NSS - Subsistema de rede e comutação EIR (Equipment Identity Register) Equipamentos móveis são identificados pelo IMEI (International Mobile Equipment Identity) IMEI é uma espécie de número serial, alocado pelo fabricante do equipamento e registrado pela operadora, identificando unicamente e internacionalmente um equipamento móvel Um IMEI é considerado inválido se declarado como roubado ou incompatível com a rede.

GSM – Global System for Mobile Communications NSS - Subsistema de rede e comutação Au. C (Authentication Center) O procedimento de autenticação checa a validade do cartão SIM dos assinantes e se eles têm permissão para usar a rede em questão. A autenticação baseia-se no algoritmo A 3 armazenado no cartão SIM e na base de dados protegida Au. C. A 3 utiliza dois parâmetros: - Chave secreta de autenticação Ki armazenada no SIM e na rede - Número gerado aleatoriamente (RAND) que é transmitido para o cartão SIM da MS servindo como entrada para o algoritmo. O resultado é enviado da MS para a rede onde seu valor é comparado com o valor calculado pelo Au. C.

GSM – Global System for Mobile Communications BSS - Subsistema de estação rádio base BSS Subsistema de Estação Rádio Base (Base Station Subsystem) Responsável pelo controle da ligação, via rádio, com a estação móvel (equipamento móvel + cartão SIM) Assegura a cobertura de n células É composto por: – Um Controlador de Estações Rádio Base (BSC – Base Station Controller) – Uma ou mais Estação Rádio Base (BTS).

GSM – Global System for Mobile Communications BSS - Subsistema de estação rádio base BTS • Aloja os transmissores/receptores de rádio e antenas que definem cada célula da rede. • Suportam e monitoram os protocolos de interface de rádio com a estação móvel possibilitando que estas sejam capazes de estabelecer/receber chamadas em uma célula. • Em uma grande área urbana, há várias BTSs. • Cada célula possui uma BTS localizada, normalmente no centro. • Sua potência de transmissão determina o tamanho da célula. • Recursos inteligentes que foram incorporados em BTSs analógicas, tais como medidas nos canais de rádio para critério de handoff, foram repassados para as EMs. • Duas ou mais BTSs são controladas por uma BSC.

GSM – Global System for Mobile Communications BSS - Subsistema de estação rádio base BSC • Gerencia os recursos para uma ou mais BTS (grupo de células). • Principais funções: Configuração dos canais de rádio; Controle de salto em freqüências; Transição entre células (handoff) dentro do mesmo BSS. Controle dos níveis de potência das BTSs. Conexão entre as estações móveis e o MSC. • O hardware do BSC pode ser instalado no mesmo local das BTSs, em um lugar próprio ou no mesmo local da MSC.

GSM – Global System for Mobile Communications OMC (Operation and Maintenance Center) Centro de operação e manutenção • Central de comando em uma rede móvel. • A partir do OMC, o operador da rede pode monitorar e comandar todos os parâmetros da rede, a configuração atual e as condições de funcionamento. • Reúne todas as funções de gestão e administração de uma rede móvel (ex. : processo de tarifação). • Controla aspectos técnicos da transmissão via rádio (BSS e MSs) e os aspectos do estabelecimento das chamadas (elementos do subsistema de rede e comutação) .

GSM – Global System for Mobile Communications Estação Móvel (MS – Mobile Station) ou EM • Inclui o equipamento de rádio e a interface homem-máquina (Man Machine Interface – MMI) que o assinante precisa para acessar os serviços fornecidos por uma GSM PLMN. • Pode transportar voz e dados. • Terminais distinguem-se por sua potência e aplicação: – EMs permanentemente instaladas em carros podem ter uma potência máxima de saída de até 20 W. – EMs de bolso podem emitir até 1 W.

GSM – Global System for Mobile Communications Estação Móvel (MS – Mobile Station) ou EM IMEI • Identificação do MS e significa International Mobile Equipment Identity/ • Fica permanentemente armazenado no terminal móvel; • Sob demanda, a MS envia este número sobre o canal de sinalização para o MSC • Pode identificar unidades de celulares roubadas ou com operação defeituosa.

GSM – Global System for Mobile Communications Estação Móvel (MS – Mobile Station) ou EM • GSM faz distinção entre a identidade do assinante e a identidade do equipamento • Uma GSM PLMN roteia chamadas e faz cobranças baseada na identidade do assinante ao invés do terminal móvel usado. • Isto é possível através do uso do módulo de identidade de assinante (Subscriber Identity Module - SIM). • Os dados do assinante são armazenados no módulo SIM. • O assinante é identificado no sistema quando ele insere o cartão SIM no equipamento móvel (equipamento é genérico sem o SIM).

GSM – Global System for Mobile Communications Cartão SIM • Quando o SIM é inserido no celular é preciso entrar com a senha para poder utilizálo: => Senha pode ser desativada, porém, perde-se a segurança. • Conteúdo do cartão SIM: => IMSI (International Mobile Subscriber Identity) para identificar de forma única e permanente o assinante na rede móvel; => TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) atribuída e alterada periodicamente pelo VLR para identificar temporariamente um assinante (protegendo-o de ser identificado pelo seu IMSI em tentativas de monitoração dos canais de rádio); • • • Um microprocessador para realizar operações de segurança; Uma RAM e uma ROM. Conteúdo do cartão SIM (cont. ): => Chave de Desbloqueio Pessoal (PUK - Personal Unblocking Key ) de 8 dígitos. => Senha de 4 dígitos (Personal Identification Number - PIN); Se o PIN errado fornecido 3 vezes, o cartão é bloqueado. => Cartão pode ser desbloqueado com a PUK.

GSM – Global System for Mobile Communications Cartão SIM • Conteúdo do cartão SIM: Chave de autenticação Ki de 128 bits => Única para o cartão SIM; => Também mantida no Au. C; => Utilizada nos algoritmos A 3 e A 8 para autenticação e confidencialidade, respectivamente. • Algoritmo A 3 autenticação: usa a chave Ki ao calcular a resposta do desafio (número randômico) para o BSS. • Algoritmo A 8: usa a chave secreta Ki para gerar uma nova chave secreta (Kc) utilizada para criptografar mensagens de voz e dados. • Algoritmo A 5: criptografa as mensagens antes de serem transmitidas.

GSM – Global System for Mobile Communications Estrutura de rede GSM Célula • Representa a área de cobertura de rádio de uma BTS • Pode ter um raio entre 100 m e 35 km • Estações móveis distinguem células através do código de identificação da estação rádio base (Base Station Identification Code - BSIC) enviado pela estação base em broadcast na interface aérea.

GSM – Global System for Mobile Communications Serviços GSM SMS (Short Message Service) Mensagem com no máximo 160 caracteres alfanuméricos enviada para/de uma MS. Se a MS for desligada ou deixar sua área de cobertura, a mensagem será armazenada e enviada quando a MS estiver ativa novamente. Cell broadcast Mensagem de no máximo 93 caracteres que pode ser enviada para todas as MSs em uma certa área de cobertura. Aplicações típicas: aviso de congestionamento de tráfego. Call forwarding Redirecionamento de chamadas recebidas para um outro número se a MS estiver ocupada ou se não receber resposta.

GSM – Global System for Mobile Communications Serviços GSM Correio eletrônico por voz. Call waiting Permite que o assinante móvel seja notificado de uma outra chamada durante uma conversação. Assinante pode responder ou rejeitar essa chamada. Call hold Permite que o assinante interrompa uma chamada e posteriormente a restabeleça. Multiparty service Permite que o assinante estabeleça uma conversação em grupo (conversação simultânea entre 3 e 6 assinantes móveis).