Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Systemy mobilne dr inż. Marek Mika Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Jana Amosa Komeńskiego w Lesznie Wykład 6: System GSM.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Systemy mobilne dr inż. Marek Mika Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Jana Amosa Komeńskiego w Lesznie Wykład 6: System GSM."— Zapis prezentacji:

1 Systemy mobilne dr inż. Marek Mika Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Jana Amosa Komeńskiego w Lesznie Wykład 6: System GSM

2 Plan Historia Struktura systemu GSM Stacje ruchome Segment stacji bazowych Segment komutacyjno-sieciowy Segment eksploracji i utrzymania © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 2

3 Historia Analogowa telefonia komórkowa – początek lat 80-tych XX w – utworzenie zespołu Groupe Spéciale Mobile wybór pasma 900 MHz 1991 – system pilotażowy 1992 – pierwszy SMS; pierwsza umowa roamingu międzynarodowego 1993 – uzupełnienie o pasmo 1800 MHz 1995 – pasmo 1900 MHz (USA); powołanie GSM Association; 10 mln abonentów 1996 – oferta pre-paid 1998 – 100 mln użytkowników 2000 – usługa GPRS © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 3

4 Historia cd – UMTS; 500 mln abonentów 2002 – MMS; pasmo 800 MHz; pasmo 2100 MHz 2003 – EDGE 2004 – 1 mld abonentów 2005 – HSDPA; 1,5 mld abonentów 2007 – HSUPA 2008 – 3 mld abonentów 2009 – LTE 2010 – 5 mld abonentów w 212 krajach W Polsce w połowie lat 90-tych XX w. © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 4

5 Bloki funkcjonalne systemu GSM MS (Mobile Stations) – stacje ruchome BSS (Base Station Subsystem) – zespół stacji bazowych (BTS-y i ich kontrolery) NSS (Network and Switching Subsystem) – cześć komutacyjno-sieciowa (centrle i rejestry) OMS (Operation and Meintenance Subsystem) – zespół eksploatacji i utrzymania © dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie

6 Struktura przestrzenna Obszar centralowy obsługiwany przez centrale MSC (Mobile services Switching Center) Obszary przywołań oznaczone unikalnymi identyfikatorami LAI Komórki (kilkadziesiąt do kilkuset w jednym obszarze przywołań) © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 6 LA-1 LA-7 LA-6 LA-10 LA-13 LA-8 MSCMSC VLR

7 Identyfikatory w systemie GSM (1) © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 7

8 Identyfikatory w systemie GSM (2) © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 8

9 Stacje ruchome Typy stacji ruchomych: –modele przewoźne – w pojazdach z zewnętrzną anteną –modele przenośne – duże –modele kieszonkowe –bezprzewodowe automaty telefoniczne –centrale PBX –moduły GSM © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 9

10 Funkcje stacji ruchomej Systemowe: –pomiar i regulacja mocy w zależności od odległości od BTS-u i warunków propagacji –frequency hopping – „skakanie po częstotliwościach” umożliwiające współpracę terminala z BTS-em na odpowiednim kanale częstotliwości Transmisja mowy Transmisja danych Interfejs użytkownika: –standardowe (wyświetlanie numeru, wybór operatora itp.) –niestandardowe © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 10

11 Nowoczesne aparaty Nowe aparaty Nowe systemy operacyjne Nowe i co raz bardziej funkcjonalne aplikacje Mnogość zastosowań Graficzny i dotykowy interfejs Obsługa wielu wbudowanych urządzeń Obsługa kart pamięci IrDA, Bluetooth, Wi-Fi, 3G/4G Obsługa urządzeń zewnętrznych Ciągły rozwój możliwości © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 11

12 Karta SIM SIM – Subscriber Identity Module Karta SIM to karta inteligentna –jednoukładowy komputer wyposażony w: procesor koprocesor ROM EEPROM RAM porty I/O inne układy Kody PIN i PUK chroniące przed niepowołanym dostępem © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 12

13 Zespół stacji bazowych Dwa podstawowe bloki: –część transmisyjna stacje bazowe (BTS) służące do komunikacji z użytkownikami mobilnymi i połączone ze sterownikami stacji bazowych funkcje – obróbka sygnału, frequency hopping, szyfrowanie i deszyfrowanie komunikatów przychodzących i wychodzących –część sterująca sterowniki stacji bazowych (BSC) położone między stacjami bazowymi a częścią komutacyjno-sieciową funkcje – sterowanie podległymi stacjami bazowymi oraz znajdującymi się w ich zasięgu terminalami (np. sterowanie mocą), zarządzanie kanałami rozmownymi i sygnalizacyjnymi, kontrola błędów, zarządzanie frequency hopping w terminalach i stacjach bazowych, komutacja łącz, przywoływanie stacji ruchomych w momencie połączenia © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 13

14 Typy połączeń pomiędzy BTS Radiowe (bezprzewodowe) – za pomocą łącz kierunkowych wysokiej częstotliwości Przewodowe –topologia gwiazdy (BSC w centrum) –szeregowe – typowa magistrala –szeregowe z pętlą – redundantność połączeń © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 14

15 Centrala MSC MSC (Mobile Switching Centre) – centrala systemu ruchomego –podstawowy element części komutacyjno-sieciowej –połączona ze sterownikami stacji bazowych BSC i innymi centralami MSC Funkcje centrali MSC –zestawianie połączeń pomiędzy abonentami systemu GSM –taryfikacja prowadzonych przez nią połączeń Budowa centrali –pole komutacyjne –inne moduły Centrala tranzytowa GMSC –albo samodzielne urządzenie –albo moduły IWF w centrali MSC –łączy z abonentami innego systemu telekomunikacyjnego © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 15

16 Rejestr macierzysty HLR Miejsce w systemie HLR (Home Location Register) –przechowuje informacje o abonentach przydatne podczas zestawiania i obsługi połączeń –od kilkuset tysięcy do miliona rekordów –redundantny rejestr zapasowy Przechowywane dane –informacje o abonencie –lokalizacja użytkownika –usługi Funkcja –baza danych klientów sieci macierzystej –komutacja łączy i pakietów © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 16

17 Rejestr stacji obcych - VLR Rejestr VLR związany jest z centralą MSC Zawiera dane o wszystkich stacjach ruchomych, aktualnie znajdujących się w obszarze centralowym skojarzonym z daną MSC Każdy aparat w obszarze centralowym ma w VLR własny rekord Przechowywane dane –stan terminala (włączony, wyłączony, rozmowa) –dane lokalizacyjne (identyfikator LAI i adres rejestru HLR) –dodatkowe dane np. parametry szyfrowania i identyfikacji abonenta © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 17

18 Stany terminala Wyłączony – nie pracuje w systemie GSM W stanie czuwania – stacja ruchoma włączona, ale nie bierze udziału w połączeniu, informuje o położeniu i czeka na ewentualne wywołanie terminal w stanie aktywnym – włączony i bierze w danej chwili udział w połączeniu © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 18

19 Od wyłączonego do włączonego Rozpoznanie sygnałów w kanałach sygnalizacyjnych Wybór najsilniejszej stacji bazowej i rozpoznanie numeru LAI Możliwe sytuacje: –ta sama komórka – jeśli LAI=OldLAI (zapamiętany w stacji przed wyłączeniem) to w VLR zmieniany jest znacznik stanu terminala (OFF  ON) –inna komórka ten sam obszar przywołań –inny obszar przywołań a ten sam obszar centralowy - Jeśli LAI<>OldLAI to w VLR zmieniany jest znacznik stanu terminala (OFF  ON) i OldLAI  LAI –inny obszar centralowy - Jeśli LAI<>OldLAI i MSCA<>OldMSCA to w nowym MSCA zakładany jest rekord VLR, zmieniany jest znacznik stanu terminala (OFF  ON) i OldLAI  LAI, a w starym MSC rekord abonenta jest z usuwany VLR © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 19

20 Wyłączanie telefonu Przejście ze stanu włączonego do wyłączonego –automatyczne wysłanie wiadomości z prośbą o odłączenie od systemu. –w VLR zmieniany jest znacznik z ON na OFF. –od tej pory żadne sygnały nie są przesyłane do stacji Problemy z zachowaniem spójności –miejsce wyłączenia poza zasięgiem – sygnał może być nieodebrany –szybki rozpad aparatu na części Rozwiązanie – okresowe potwierdzanie stanu czuwania © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 20

21 Okresowe potwierdzanie stanu czuwania System może nie odebrać informacji o chęci odłączenia od systemu Stacja ruchoma ma co pewien czas zgłaszać gotowość do przyjmowania rozmów Jeśli system nie otrzyma w przewidywanych odstępach czasu komunikatu od stacji ruchomej, uznaje ją za wyłączoną © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 21

22 Transmisja sygnału mowy Połączenie technik FDMA i TDMA Każdy BTS dysponuje wiązką kilku kanałów częstotliwościowych, a każdy kanał podzielony jest na 8 szczelin czasowych Wybrana szczelina (lub ½ szczeliny) czasowa na określonym kanale czasowym stanowi kanał rozmowny W czasie rozmowy wysyłane są do sieci raporty pomiarowe o mocy sygnału z pobliskich stacji bazowych –utrata sygnału przy oddalaniu się od stacji –pogorszenie warunków propagacji w ramach jednej stacji Na podstawie analizy pomiarów BSC może: –przełączyć na inną stację bazową – roaming –przyznać inną częstotliwość © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 22

23 Budowa ramki 148 bitów –3 bity dopełnienia –57 bitów danych –1 bit znacznika –26 bitów uczących –1 bit znacznika –57 bitów danych –3 bity dopełnienia © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 23

24 Wywołanie rozmowy A dzwoni do B –telefon (A) zgłasza do stacji BTS(A) zadanie polaczenia z telefonem (B) –dociera ono do sterownika BSC(A) i centrali MSC(A) –MSC(A) wysyła zapytanie do HLR o lokalizację użytkownika B –HLR zwraca identyfikator MSC(B), gdzie przesyłane jest zadanie zestawienia polaczenia –MSC(B) sprawdza w VLR, identyfikator LAI telefonu (B) –wszystkie stacje w tym obszarze przywołań otrzymują od BSC B) polecenie wysyłania komunikatów wyszukujących telefon (B) –komórka BTS(B), w której zgłosi się telefon (B) informuje MSC(B) i zestawione zostaje połączenie między abonentami Rozmowa: –telefon(A) – BTS(A) – BSC(A) – MSC(A) – MSC(B) – BSC(B) – BTS(B) – telefon(B) Po zakończeniu rozmowy zostanie wysłany komunikat Call Data Record, niosący informacje taryfikacyjną © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 24

25 Wiadomości SMS – krótka wiadomość tekstowa (do 160 znaków) –mnogość usług EMS –możliwości multimedialne (grafika w formacie WBMP, predefiniowane animacje i dźwięki) –możliwe podstawowe formatowanie dźwięku –zgodność z SMS MMS –wiadomość multimedialna –wysyłana w oparciu o GPRS do centrum wiadomości multimedialnych, a potem do telefonu odbiorcy © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 25

26 Wysyłanie SMS-a A wysyła SMS do B Wyszukiwanie: –podobnie jak w przypadku nawiązywania rozmowy –Telefon(A)  BTS(A)  BSC(A)  MSC(A)  HLR(B)  MSC- VLR(B)  BSC(B)  BTS(B)  telefon(B) SMS: –Telefon(A)  BTS(A)  BSC(A)  MSC(A)  SMSC  M SC(B)  BSC(B)  BTS(B)  Telefon(B) © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 26

27 Uwierzytelnianie użytkowników Uwierzytelnianie karty SIM –centrum uwierzytelniania (AuC) jest modułem związanym z rejestrem macierzystym HLR –przy próbie zalogowania się użytkownika do sieci w AuC generowana jest liczba losowa R –na jej podstawie oraz na podstawie klucza Ki algorytmy szyfrujące A3 i A8 generują odpowiednio podpis elektroniczny SRES i klucz szyfrujący Kc, które razem z liczbą R przesyłane są do centrali MSC, a liczba R dalej do telefonu komórkowego –algorytmy A3 i A8 zapisane na karcie SIM na podstawie zapisanego tam klucza Ki i nadesłanej liczby losowej R generują również podpis elektroniczny SRES i klucz szyfrujący Kc –podpis SRES jest przesyłany do centrali MSC i porównywany z tym wygenerowanym przez system –w przypadku zgodności kluczy telefon jest dopuszczony do systemu, a klucze Kc służą do szyfrowania transmisji bezprzewodowej © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 27

28 Uwierzytelnianie użytkowników (2) Sprawdzanie aparatu –rejestr identyfikacji wyposażenia EIR zawiera dane wszystkich aparatów (stacji ruchomych) pracujących w systemie –numer IMEI telefonów są pamiętane na trzech listach, czarnej, białej i szarej –tylko telefony z białej listy sa dopuszczane do systemu i jego zasobów –rejestr EIR znakomicie nadaje się do blokowania skradzionych aparatów, niestety możliwość zmiany numeru IMEI w telefonie omija to zabezpieczenie © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 28

29 Zespół eksploatacji i utrzymania Funkcje centrum OMS –baza danych o abonentach –generowanie statystyk –taryfikacja usług w sieci –lokalizacja uszkodzeń i ewentualne rozwiązywanie problemów –analiza ruchu w sieci i jego obciążenia © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 29

30 Dziękuję za uwagę © 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 30


Pobierz ppt "Systemy mobilne dr inż. Marek Mika Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Jana Amosa Komeńskiego w Lesznie Wykład 6: System GSM."

Podobne prezentacje


Reklamy Google