Bežični-komunikacioni-Sistemi-Predavanje-2

5/27/2018 Beini-komunikacioni-Sistemi-Predavanje-2

1/55

1

Beini komunikacionisistemi Predavanje 2

GSM/GPRS/EDGE/3G/HSPA/LTE/IMS

Dr. Dejan Drajic


2/55

2

Pregled postojeih javnih mobilnih sistema

UVOD

2G GSM sistem 2.5G GPRS

2.75G EDGE 3G i HSPA sistemi

LTE sistem

IMS sistemi


3/55

3

Pregled postojeih mobilnih sistema-

Mobilni sistemi Prve Generacije 1G

1981, NMT 450 Nordic Mobile Telephony,

Evropa i Bliski Istok 1983, AMPS Advanced Mobile Phone System,

Amerika / u Japanu je NEC razvio AMPS

varijantu 1985, TACS Total Access Communications

System, Evropa (Velika Britranija) i Kina

1986, NMT 900 Nordic Mobile Telephony,Evropa i Bliski Istok


4/55

4


Mobilni sistemi Prve Generacije 1G

Sistemi prve generacije imali su dosta

nedostataka kao to su: skromne karakteristike u pogledu performansi

analognih sistema, kvaliteta signala,

mali kapacitet, nekompatibilnost izmeu pojedinih sistema u

razliitim zemljama itd. ubrzani razvoj doveo je poetkom devedesetih

godina do razvoja sistema mobilne telefonijedruge generacije


5/55

5


Mobilni sistemi Druge Generacije 2G

1991, GSM Global System for Mobilecommunication, irom sveta 1991, D AMPS (IS-136) DigitalAdvanced Mobile

Phone System,Amerika 1992, GSM 1800 Global System for Mobilecommunication, irom sveta 1994, PDC Personal Digital Cellular, Japan 1995, IS-95 cdmaOne koji odgovara IS-95

standardu u Severnoj Americi. Ova tehnologija seuglavnom koristi u Azijsko-Pacifikom regionu,Severnoj i Junoj Americi;


6/55

6

Tehnike viestrukog pristupa


7/55

7

Frekvencijski opseg


8/55

8

Problemi pri prenosu signala Problemi pri prenosu signala javljaju se nezavisno jedan od

drugoga

Meutim pri veini poziva javie se upravo istovremeno


9/55

9

GSM proces prenosa signala


10/55

10

elijski koncept mobilnih sistema


11/55

11

Frekvencijsko planiranje

Parametri na osnovu kojih se odreujeviestruko korienje frekvencija su: R - radijus elije, N - broj elija u obliku koji se ponavlja naziva

se faktor viestrukog korienja. Svaka elija

u obliku ima svoj frekvencijski opseg, D - minimalno rastojanje izmeu centara

elija koje koriste isti frekvencijski opseg

(nazivaju se ko-kanali), pri emu jeNRD 3


12/55

12

Realni izgled elija


13/55

13

Handover- U GSM sistemu hendover je realizovan na nain da mobilna stanicaprekida komunikaciju sa baznom stanicom, i nakon kratkog prekidauspostavlja komunikaciju sa drugom baznom stanicom-Ovakva realizacija hendovera se u stranoj literaturi naziva koncept

prekida pre uspostave (break before make concept) ili tvrdi hendover(hard handover).


14/55

14

Arhitektura GSMa


15/55

15

Arhitektura GSMa

GSM mrea se sastoji od tri osnovna

podsistema: Radio podsistem (Radio SubSystem - RSS)

Mreni Komutacioni podsistem (Network and

Switching Subsystem - NSS) Operacioni podsistem upravljanja (Operation

Management Subsystem - OMS)


16/55

16


17/55

17

Arhitektura GSM mree

BTS Base Transceiver Station BSC Base Station Controller

MSC Mobile Switching Center

VLR Visiting Location Register

HLR Home Location Register

SMSC SMS Center

OSS Operation & maintenance SubSystem


18/55

18

Radio podsistem (RSS)

Radio podsistem ine: Mobilne stanice (Mobile Station - MS) Podsistem baznih stanica (Base Station

Subsystem - BSS)

MS i BSS komuniciraju preko Um radio interfejsa(radio linka)


19/55

19

Mobilna Stanica

Mobilna stanica (MS) je poetnataka mobilne mree, i u GSMmrei predstavlja mobilni

terminal (MT), tj. GSM mobilnitelefon i SIM karticu (SubscriberIdentity Module).

MS moe da obuhvati i

terminalnu opremu (TE), PC ilipersonalni digitalni asistent(PDA), ili da bude implementirankao dva interkonektovana fizika

ureaja (MT i TE) sa taka-takainterfejsom, ili kao jedan ureajsa integrisanim funkcijama.


20/55

20

SIM

Jedna od glavnih karakteristika GSM standard jeSIM kartica

SIM kartica sadri podatke o pretplatniku i mora bitiubaena u mobilni ureaj da bi bila moguakomunikacija sa mreom (izuzetak su hitni pozivi)

SIM kartica na sebi uva sledee tipove podataka Fiksne podatke o korisniku, tj. IMSI, klju za autentifikaciju,

i algoritme sigurnosti

Privremene podatke mree, kao to je npr privremena

lokacija korisnika i zabranjene PLMN mree Servisne podatke, kao to je npr preferirani jezik

komunikacije


21/55

21

Podsistem baznih stanica

BSS obavlja sve neophodne funkcije vezane zamonitoring radio veze sa MS-om, kodovanje /

dekodovanje govora, adaptaciju brzine od i kabeinoj mrei.

Podsistem baznih stanica (BSS), se sastoji od baznih

stanica (BTS) koje kontrolie odgovaraju

i kontrolerbaznih stanica (BSC). Svaka bazna stanica se sastoji od predajnika,

prijemnika (primopredajnik BTS) i upravljake jedinice.

Sa aspekta servisa jednueliju opsluuje jedna baznastanica.


22/55

22

Bazna stanica (Primopredajnik bazne

stanice) Prilikom uspostavljanja veze MS alje zahtev za

uspostavljanjem poziva baznoj stanici, tj. primopredajnikubazne stanice (Base Tranceiver Station - BTS)

BTS je zaduen za uspostavljanje radio veze sa MS imodulaciju/demodulaciju radio signala izmeu MS i BTS.


23/55

23

Bazna stanica

BTS ukljuuje svu radio opremu potrebnu za radio prenosunutarelije antene ureaje za obradu signala, Pojaavae

BTS vri sledea procesiranja signala ifrovanje Kanalno kodovanje i interliving Modulacija, demodulacija Adaptivna ekvalizacija

BTS moe da se sastoji od jednog ili vie primopredajnika.


24/55

24

Kontroler baznih stanica

BSC kontrolie bazne stanice u sistemu i naosnovu informacija o saobraaju, obezbeuje

optimalno korienje mrenih resursa Ove informacije se koriste za osiguravanje

ravnomeranog protoka saobraaja u elijama.

Jedan BSC moe da kontrolie vie BTS inekoliko ureaja za prekodovanje i adaptacijubitske brzine - TRAU (Transcoder and Rate

Adaptation Unit). U sistemu moe postojati vie BSC-ova


25/55

25


Obavlja sve funkcije vezano za upravljanje radioresursima (dodele signalizacionih i saobraajnihkanala)

Obavlja sve funkcije vezane za odravanje kvalitetaveze (algoritmi kontrole snage, hendoveri)

Prikuplja statistike podatke o raznim vrstamadogaaja u mrei Broj pokuaja uspostave poziva (Call attempt)

Kontrola zaguenje u mrei Broj handovera Broj prekinutih razgovora (Drop Calls)


26/55

26


Obavlja razne vrste merenja koje suneophodne za optimizaciju radio mree

Prilikom uspostave poziva obavlja Pejdzing MS Uspostavljanje signalizacije sa MS

Dodeljivanje kanala za saobraaj Za vreme trajanja poziva obavlja

Kontrolu snage MS i BTSa Handover Frekvencijsko skakanje


27/55

27


Ure

aj za prekodovanje i adaptaciju bitske brzine (TRAU). TRAU jeureaj u kome se vri kodovanje i dekodovanje, kao i adaptacija brzineprotoka bita. TRAU ima dve osnovne funkcionalne jedinice: Transkoder (TransCoder - TC) za prekodovanje/kompresiju govora Adapter protoka bita (Rate Adaption - RA)


28/55

28

Mreni Komutacioni podsistem (NSS)

Mreni komutacioni podsistem (NSS) predstavlja jezgro(core) GSM sistema. NSS povezuje GSM mreu sastandardnim fiksnim i drugim mreama.

NSS je odgovoran za ostvarivanje poziva izmeurazliitih BSS, i za servise kao to su naplata i roaming.

Elementi mree komutacionog podsistema, su:

Mobilni komutacioni centar (MSC) Matini registar lokacija (Home Location Register - HLR) Registar lokacija posetilaca (Visitor Location Register -

VLR) Centar za autentifikaciju (Authentication Center - AuC) Registar identiteta opreme (Equipemnt Identity Register -

EIR)


29/55

29

Mobilni komutacioni centar (MSC)

Komutacija i rutiranje poziva. MSC kontrolie uspostavljanje veze, odrava vezu i

komunicira sa drugim nodovima u cilju uspenoguspostavljanja veze.

Mobilni komutacioni centar (MSC) je digitalni ISDNkomutator

MSC moe da komutira pozive kako ka drugim mobilnimmreama tako i ka PSTN.

MSC sadri informacije o: usmeravanju saobraaja,

upravljanju osnovnim i dodatnim servisima, opsluvanjuSMSova, administriranju elija i odgovarajuih lokacija.


30/55

30

Mobilni komutacioni centar (MSC) MSC sadri funkcije za naplatu poziva. Tokom poziva on

prikuplja podatke vezane za naplatu, i uva ih i formatiraposle poziva. Te informacije se kasnije alju centru za

naplatu MSC komunicira sa HLRom, primarno u toku uspostave

poziva ka MS, kada HLR zahteva informacije za rutiranjeod MSCa

Komunicira s VLRom koji mu je pridruen tokomuspostave poziva (pretplatniki podaci) U sluaju handovera komunicira sa drugim MSCom MSC moe biti povezan sa veim brojem BSCova. MSC moe ponuditi uslugu ISDN PRA (Primarna brzina

pristupa) omoguavajui time servis PABX konekcije(kune centrale)


31/55

31

Registar lokacija posetilaca (VLR)

Registar lokacija posetilaca (VLR) je baza podatakakoja privremeno uva informacije o mobilnimstanicama aktivnim u geografskoj oblasti za koju jeVLR/MSC zaduen.

U sluaju roaminga, VLR iz HLR kopira podatke o

novom pretplatniku u svoju lokalnu bazu podataka. Na ovaj nain se izbegava esto osveavanje

informacija u HLR bazi podataka, smanjuje se brojsignalizacionih poruka za udaljene korisnike, asamim tim i ubrzava pristup informacijama okorisniku.


32/55

32

Registar lokacija posetilaca (VLR)

Za svo vreme trajanja boravka MSe u okviru

jedne MSC zone, VLR sadri kompletnukopiju svih neophodnih podataka opretplatniku Identifikacione brojeve korisnika Informacije o dodatnim servisima (npr.

Preusmeravanja poziva)

Stanje MS (aktivan, neaktivan) Trenutnu lokaciju MS


33/55

33

Gateway MSC

Gateway funkcionalnost omoguava MSCu da

komunicira sa HLRom u cilju rutiranja dolaze

egpoziva

U sluaju kada PSTN korisnik zove mobilnog, tadaPSTN centrala komunicira mobilnu preko GMSCa

GMSC onda zahteva od HLR informacije o rutiranju,tj. ka kom MSCu da se izvri rutiranje poziva

Ista procedura se obavlja i u sluaju kada MS zoveMS


34/55

34

Registar lokacija (HLR)

Matini registar lokacija (HLR) je centralna bazapodataka za sve korisnike ragistrovane u GSMmrei u kojoj se uvaju podaci svih pretplatnika

jednog mobilnog operatera. HLR uva statike informacije o pretplatnicima kao

to su: meunarodni identitet mobilnog pretplatnika (International

Mobile Subscriber Identity - IMSI), pretplatnike servise, kao i kljueve za autentifikaciju pretplatnika.

HLR uva i dinamike informacije o pretplatniku(npr. trenutnu lokaciju mobilnog pretplatnika).


35/55

35

Osnovne funkcije (HLR)

Upravljanje bazom pretplatnika. Kao baza HLRmora da bude u stanju da brzo procesira podatke

kao odgovor na zahteve za iitavanje podataka iosveavanje baze (update) Komunikacija sa MSCom (prilikom uspostave poziva

HLR kontaktira MSC koji opsluuje MS da bi dobio

podatke o rutiranju) Komunikacija sa GMSCom Komunikacija sa VLRom (kada MS ode u zonu

pokrivanja drugog MSCa VLR zahteva podatke otom korisniku). HLR alje kopiju podataka o korisnkuVLRu, osveava lokaciju MS, i daje komandu zabrisanje starih podataka u starom VLRu


36/55

36

HLR-VLR komunikacija


37/55

37

AuC i EIR PLMN zahteva vei nivo zatite nego tradicionalne

komunikacionie mree Usled toga u GSMu se koriste sledee funkcije za

zatitu Autentifikacija korisnika. ifrovanje radio infomacija (informacije izmeu MS i mree

su ifrovane). Identifikacija mobilne opreme. Usled toga to su u GSM

oprema i pretplatnik razdvojeni, neophodna je posebnaautentifikacija za opremu

Poverljivost identita korisnika. Prilikom radio komunikacijepoeljno je da se umesto IMSI koristi TMSI

Prve tri funkcionalnosti obavljaju AuC i EIR, aposlednju MSC/VLR


38/55

38

Centar za Autentifikaciju (AuC)

Centar za autentifikaciju (AuC) se koristi za zatitumree od neautorizovanog pristupa.

Ova baza podataka sadri algoritme za autentifikaciju

pretplatnika, kao i neophodne kljueve za enkripciju. Provera korisnika se vri prilikom registracije kao i pri

svakom pokuaju uspostavljanja poziva. Primarna funkcija AuCa je da obezbedi informacije

MSC/VLRu da izvri autentifikaciju korisnika, tj dauspostavi proceduru autentifikacije izmeu korisnika imree

Kada korisnik eli da pristupi mrei VLR vri proverunjegove SIM (Subsriber Identity Module) karticekorienjem parametara za autentifikaciju tzv. tripleta.

Ove triplete generiu AuC, a na zahtev VLR.


39/55

39

Centar za Autentifikaciju (AuC)

Triplet se sastoji od sledeih infromacija

Sluajni broj RAND Potpisani odgovor (Signed RESponse SRES)

Klju za ifrovanje (Kc)

Prilikom definisanja korisnika u GSMu, svakikorisnik dobija klju za autentifikaciju Ki kojese uva u AuC, kao i IMSI.

Identini pomenuti Ki i IMSI se uvaju ukorisnikovoj SIM kartici


40/55

40

Generisanje tripleta

Prvo se generie sluajni broj - RAND

Generisani RAND i Ki se koriste zaizraunavanje SRES i Kc koristei A3 i A8algoritme respektivno

RAND, SRES i Kc se zajedno alju ka HLRukao triplet


41/55

41

Generisanje tripleta


42/55

42

Procedura autentifikacije

1) MSC/VLR alje RAND ka MS 2) MS izraunava SRES koristei RAND i svoj Ki,

pomou algoritma A3 3) MS izraunava Kc, pomou Ki i RAND preko A8algoritma. Posle toga Kc e da se koristi za

ifrovanje i deifrovanje u MS 4) SRES se alje ka MSC/VLR, koji obavlja

autentifikaciju poredei da li je SRES generisan odMS i od AuC isti. U sluaju da su isti korisniku jedozvoljen pristup mrei


43/55

43

Autentifikacija

Izbor autentifikacije je stvar operatera i moe

se raditi prilikom Svake registracije

Prilikom svake uspostave poziva

Prilikom osveavanja lokacije korisnika Prilikom aktivacije i deaktivacije dodatnih servisa


44/55

44

Procedura ifrovanja

Informacije koje se razmenjuju izmeu BTS i

MS moraju biti zatiene, usled ega se radiifrovanje

Sekvenca za ifrovanje se generie koristei

Kc i broj TDMA okvira koji predstavljaju ulazeza A5 algoritam

U cilju testiranja procedure za ifrovanje prvose koriste test uzorci. Usled toga komanda zamod ifrovanja (M) se koristi

d f


45/55

45

Procedura ifrovanja

1) M i Kc se alju od MSC/VLR ka BTS 2) M se prosleuje ka MS 3) M se ifruje koristei ranije generisani Kc i broj

TDMA rama uz pomoA5 algoritma 4) ifrovana poruka se vraa nazad ka BSCu 5) ifrovana poruka M se deifruje u BTS koristei

Kc i broj TDMA rama koristei A5 algoritam zadeifrovanje

6) Ako je deifrovanje uspelo, poruka o uspenomifrovanju se alje MSCu. Nakon ega se sveinformacije na radio interfejsu ifruju

P d if j


46/55

46

Procedura ifrovanja

R i id i (EIR)


47/55

47

Registar identiteta opreme (EIR)

Registar identiteta opreme (EIR) predstavlja

bazu podataka za IMEIs (International MobileEquipment Identities) svih mobilnih stanica umrei.

IMEI je identifikator opreme odreen odstrane proizvoaa mobilne stanice. EIR vrifunkcije sigurnosti kao to je blokiranje poziva

u sluaju krae aparata

EIR d


48/55

48

EIR procedura 1) MSC/VLR alje zahtev za IMEI od MS 2) MS alje IMEI MSCu 3) MSC/VLR alje IMEI EIRu 4) EIR ispituje sledee liste

White list (bela lista) koja sadri serijske brojeve svih GSMureaja Black list (crna lista) koja sadri serijski brojeve ureaja kojima je

zabranjen rad

Grey list (siva lista) koja se definie na nivou operatera kojasadri brojeve pokvarenih ureaja ili nedozvoljenih ureaja 5) Rezultat se alje MSC/VLR, koji onda odluuje da li da omogui

pristup mrei tom ureaju

O i i d i t lj j


49/55

49

Operacioni podsistem za upravljanje

(OMS) Preko Upravljakog podsistem (Operation Management

System - OMS) vri se upravljanje softverom GSM-a.OMS se esto naziva operacioni sistem za podrku

(Operation Support System - OSS) planiranju, nadgledanju, odravanju i inenjeringu.

Elementi GSM mree su predstavljeni kao upravljivi objektikoji su smeteni u bazi podataka. Najvei deo poslova upravljanja GSM mreom operator

obavlja kroz grafiki interfejs (GUI), a korienje

simulacionog modela mree dozvoljava da se eventualnepromene u konfiguraciji, pre nego to se izvre naelementima mree, najpre isprobaju i verifikuju na modelu.

Op r i i p d i t z pr lj j


50/55

50

Operacioni podsistem za upravljanje

(OMS) OMS omoguava efikasnu podrku u upravljanju kako

centralizovanim, tako i regionalnim i lokalnim aktivnostima

odravanja i nadgledanja. OMS izvrava sledee funkcije: Komunikaciju sa svim elementima u mrei,

Slanje komandi ka elementima mree i manipulacija porukamakoje stiu od njih,

Skladitenje informacija u bazi podataka. Centralizovano konfigurisanje sistema i promene u mrei,

Centralizovano upravljanje

Nadgledanje i kontrolu mree,

Merenje performansi,

Beleenje saobraaja i analizu merenja i dogaaja u mrei.

Si t P i i i


51/55

51

Sistem za Provisioning

Mobilnom operateru je neophodan administrativnisistem za upravljenje infomacijama u mrei kao tosu npr. podaci o korisnicima

Administartivni sistem operatera se obino nazivaCAS (Customer Administration System)

Preko CASa se pristupa posebnom voru mree koji

omoguava CASu da razmenjuje informacije saelementima mree HLR, AuC, EIR

Taj poseban

vor se naziva sistem zaProvisioning, tj sistem za distribuciju korisnikihpodataka

Sistem za Naplat


52/55

52

Sistem za Naplatu

Razgovori se naplauju na osnovu zapisa o

pozivu CDR (Call Data record) CDR sadri podatke o svakom pozivu, kao

to su npr Pozivajui broj telefona Pozvani broj telefona

Vreme poziva

Datum poziva Trajanje poziva

Sistem za naplatu


53/55

53

Sistem za naplatu

MSCovi generiu CDRove Sistem za naplatu prikuplja CDRove i alje ih

dalja na sistem za postprocesiranje koji daljeanalizira CDRove i na osnovu toga radinaplatu

Osnovni principi naplate u GSMu su isti kao iu PSTN

Glavna razlika je u tome to u mobilnoj i B

broj (koji prima poziv) plaa cenu razgovoraako se nalazi u internacionalnom roamingu

Sistem za naplatu


54/55

54

Sistem za naplatu Sistem za naplatu

Prikuplja informacije za naplatu od razliitih mrenihelemenata koji su razliitog tipa i SW verzije

Procesira informacije za naplatu Distribuira informacije za naplatu sistemu za

postprocessing

Seminarski rad


55/55

55

Seminarski rad

Odbrana 28.4.2011. u terminu 19:00 19:30 h

Teme Tema 5: Algoritmi sigurnosti u GSMu (A3, A8)

Tema 6: Algoritmi sigurnosti u GSMu (A5)

Tema 7: Razvoj SIM kartica (SIM, UICC, USIM) Tema 8: Analiza sadraja CDRa u GSMu

Documents

Bežični-komunikacioni-Sistemi-Predavanje-2