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RCM – Tema 2: Redes 2G – 1 dit dit
Grado en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación
Redes de Comunicaciones Móviles
Tema 2: Redes 2G
Manuel Álvarez-Campana, Enrique Vázquez Gallo
Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos
ETSI Telecomunicación Universidad Politécnica de Madrid
RCM – Tema 2: Redes 2G – 2 dit dit
Tema 2: Redes 2G
Redes GSM: servicios y arquitectura
Interfaz radio
Red de acceso
Núcleo de red
Plano de control de GSM
Sistema de Señalización SS7
Procedimientos de GSM
Inteligencia de Red: CAMEL
GPRS
RCM – Tema 2: Redes 2G – 3 dit dit
GSM: Global System for Mobile Communications
Sistema radio móvil celular
Digital (2ª generación o 2G)
Servicios de voz y datos
En comparación con sistemas analógicos (1G):
Más variedad de servicios
Mejor calidad, sobre todo en condiciones de propagación adversas (corrección de errores)
Mayor seguridad (verificación de la identidad del usuario, cifrado de la información)
Desarrollado en Europa
Implantado en la mayoría de países
Ver www.gsma.com
RCM – Tema 2: Redes 2G – 4 dit dit
Primeros pasos de GSM
1982: Inicio de normalización en el “Groupe Spécial Mobile” de CEPT
Recomendaciones GSM nn.nn
Continuada desde 1989 por ETSI con el nombre “Global System for Mobile communications”
Estándar fase 1 en 1990
Diciembre 1991: Primera red en Finlandia (Radiolinja)
1992: Unas 10 redes en Europa occidental
1995: Más de 100 redes en el mundo
Primeras redes en EE.UU.
En España, Airtel y Movistar desde finales de 1995 (en 1 año tantos usuarios como los sistemas analógicos en más de 10)
ETSI publica el estándar fase 2 en 1995
RCM – Tema 2: Redes 2G – 5 dit dit
Servicios GSM
Teleservicios:
Telefonía a 13 kbit/s
Llamadas de emergencia
Servicio de mensajes cortos (SMS)
Fax
Servicios portadores:
Circuitos de datos hasta 9600 bit/s
Servicios suplementarios:
Desvío, identificación de llamante, llamada en espera, grupo cerrado de usuarios, prohibición de llamadas (ej. entrantes, internacionales, todas)
(La lista de servicios se fue ampliando en fases sucesivas de los estándares)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 6 dit dit
GSM B
Ejemplos de uso: telefonía y SMS
Servicios GSM más utilizados
GSM A
Red
fija
itinerancia
(roaming) red propia
red visitada
aplicaciones
dispositivos
RCM – Tema 2: Redes 2G – 7 dit dit
Pasarela WAP
Internet
Teléfono GSM con
pila de protocolos WAP
(Wireless Application
Protocol)
Aplicaciones con interfaces
basadas en menús sencillos Web
Red fija
Unidad de
interfuncionamiento
IWF
Ejemplos de uso: datos
Fuertes limitaciones de la red GSM (baja velocidad, errores de transmisión) y de los terminales (pantalla de texto pequeña)
Red
GSM
Teléfono GSM con funciones de
adaptación de terminal (TAF)
Circuito de datos para transferir ficheros, acceso a correo electrónico...
Posibilidad de retransmisiones entre TAF e IWF (modo no transparente) o no (modo transparente)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 8 dit dit
Arquitectura general de GSM
Elementos y protocolos nuevos, junto con otros adaptados de la red telefónica fija
Redes tel.
fijas
Redes externas
Otras redes
tel. móviles
Interfaz A
Interfaz radio (Um)
Estación
Móvil (MS)
MS Mobile Station BSS Base Station Subsystem NSS Network Switching Subsystem
Subsistema
de Red
(NSS)
Subsistema de
Estaciones Base
(BSS)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 9 dit dit
La estación móvil
circuitería radio, códecs, interfaz de usuario (pantalla, teclado, altavoz), señalización móvil-red…
cada terminal tiene un IMEI (International Mobile Equipment Identity) único que identifica fabricante, modelo y número de serie de ese terminal
tarjeta inteligente con un número de serie que identifica operador emisor y nº de la tarjeta
necesaria para usar los servicios de la red, salvo llamadas de emergencia
guarda datos del usuario, incluyendo
IMSI (International Mobile Subscriber Identity)
clave secreta y algoritmos seguridad
números de teléfono, mensajes
puede ejecutar programas de tratamiento de servicios
acceso protegido por contraseña numérica (PIN)
Terminal Móvil
Tarjeta SIM (Subscriber
Identity Module)
+
RCM – Tema 2: Redes 2G – 10 dit dit
Identificadores y claves
IMEI: International Mobile Equipment Identity (15 cifras)
fabricante y modelo (8 cifras, ej. 35205205=Samsung S6500 Mini2) + nº de serie del terminal, que se puede ver tecleando *#06#
base de datos global de IMEIs gestionada por la organización de operadores GSMA
Número de serie de la SIM (19 cifras)
89 + país (ej. 34=España) + operador (ej. 56=Vodafone) + nº tarjeta
IMSI: International Mobile Subscriber Identity (15 cifras)
país (ej. 214=España) + operador (ej. 03=Orange) + nº de cliente
identifica al usuario como cliente de un operador determinado
Clave secreta asignada por el operador y confinada en la SIM, se usa en procedimientos de
seguridad que se ven más adelante
Contraseña numérica (PIN)
que elige el usuario y teclea al encender el móvil para poder acceder a la SIM
MSISDN: Mobile Subscriber ISDN Number (nº telefónico formato E.164)
nº telefónico del usuario, usado por otros usuarios para comunicarse con él
se puede mantener aunque se cambie de terminal, de SIM o de operador
RCM – Tema 2: Redes 2G – 11 dit dit
Canales físicos en el interfaz radio: frecuencias
890 915 MHz 935 MHz 960 MHz
···
125 portadoras ascendentes
(móvil a estación base)
GSM 900
1710 MHz 1785 MHz
···
375 portadoras ascendentes
(móvil a estación base)
GSM 1800
1805 MHz 1880 MHz
···
375 portadoras descendentes
(estación base a móvil)
···
125 portadoras descendentes
(estación base a móvil)
200 kHz
Las frecuencias disponibles se reparten entre los operadores
Una célula puede usar una o varias parejas de frecuencias (cada pareja formada por una frecuencia ascendente y otra descendente)
GSM puede usar varias bandas de frecuencias, por ejemplo:
RCM – Tema 2: Redes 2G – 12 dit dit
Canales físicos en el interfaz radio: tramas
En cada par de frecuencias se transmiten 8 canales físicos bidireccionales multiplexados en el tiempo: cada canal físico dispone de un intervalo de tiempo por trama en cada sentido
Se transmiten 26 tramas cada 120 ms
Duración: 120/26 = 4,615 ms cada trama
Trama = 4.615 ms
Intervalos de tiempo del canal físico 2
red a móvil
f1d
móvil a red 1 8 2 3 ... 1
1 8 2 3 ... 1 2
f1a
fNd
fNa
RCM – Tema 2: Redes 2G – 13 dit dit
Canales físicos en el interfaz radio: capacidad
En cada intervalo de tiempo se puede transmitir una ráfaga
de entre 88 y 148 bits según tipo de ráfaga
Las ráfagas normales permiten transmitir 114 bits
Un intervalo por trama da por tanto una capacidad bruta
del canal físico de 114/4,615= 24,7 kbit/s en cada sentido
Con esta capacidad, un canal físico puede transportar
una conversación de voz a 13 kbit/s, más redundancia añadida
para protección contra errores
o bien
datos hasta 9,6 kbit/s, más redundancia añadida para
protección contra errores
RCM – Tema 2: Redes 2G – 14 dit dit
NSS
Subsistema de estaciones base (BSS)
BTS Base Transceiver Station
BSC Base Station Controller
BSS Base Station Subsystem
MS Mobile Station
MSC Mobile Switching Center
NSS Network Switching Subsystem
BSS
Abis
BSC
MS
A
MS
Abis
Um
Um
BTS
BTS
Central de conmutación
(MSC)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 15 dit dit
Elementos del subsistema de estaciones base
Estación base (BTS, Base Transceiver Station)
Estación radio que cubre una célula GSM
Una o varias parejas de frecuencias (8 canales cada una)
Funciones de nivel físico radio: codificación de canal, modulación/demodulación…
Cifrado/descrifrado de canales radio
Controlador de estaciones base (BSC, Base Station Controller)
Equipo que controla un grupo de estaciones base (ej. varias decenas)
Interviene en el control de recursos radio: asignación de canales, traspasos de llamadas
Actúa como concentrador de tráfico hacia el subsistema de red
RCM – Tema 2: Redes 2G – 16 dit dit
A
Enlaces entre elementos
Habitualmente Abis y A basados en sistemas de 2 Mbit/s (E1s)
Un canal de 64 kbit/s se puede dividir en 4 subcanales de 16 kbit/s para transportar 4 llamadas
Antes de entrar en las centrales de conmutación, cada llamada se pasa a un circuito de 64 kbit/s separado en un elemento denominado Transcoding and Rate Adaptation Unit (TRAU)
Um BSC
Canales de
64 kbit/s
Voz a tasa neta de 13 kbit/s
(o circuitos de datos a 9,6 kbit/s)
Canales
de 16 kbit/s
Abis
MS
Ej. 4 llamadas ocupan 4
canales físicos
BTS
TRAU Central de conmutación
(MSC)
Las 4 llamadas ocupan 4
subcanales de 16 k =
1 canal de 64 k
Las 4 llamadas ocupan 4 circuitos
de 64 k distintos y cada una se
conmuta a su destino
RCM – Tema 2: Redes 2G – 17 dit dit
Las BTS son muy numerosas y cada una requiere un número reducido de circuitos de 64 kbit/s
Para aprovechar la capacidad de los enlaces y ahorrar costes en esta parte de la red GSM, se pueden emplear topologías en cadena o en estrella, así como cubrir varias células (“sectores”) desde un mismo emplazamiento usando antenas directivas
Interconexión de estaciones base
Cadena
BSC
Estrella
BSC 3 x 64 k
3 x 64 k
3 x 64 k
12 x 64 k
3 x (3x64) k
BSC Emplazamiento trisectorial
3 x 64 k
6 x 64 k
9 x 64 k
12 x 64 k
Ejemplo suponiendo 3 circuitos de 64 kbit/s por cada una
RCM – Tema 2: Redes 2G – 18 dit dit
Capacidad necesaria
El número de canales radio, subcanales de 16 k en Abis y circuitos de 64 k necesarios en cada caso dependerá del tráfico de los usuarios y de la probabilidad de bloqueo
Además, se debe reservar capacidad para el intercambio de mensajes de señalización (por ejemplo solicitudes de comunicación, avisos de llamada entrante, órdenes de traspaso, etc.) entre MS, BTS y BSC
En cada célula hay uno o varios canales radio reservados para señalización a/desde los móviles
Las estaciones base y controladores pueden usar canales de señalización de 16 kbit/s o de 64 kbit/s en el intefaz Abis, según las necesidades
La señalización entre BSC y MSC (interfaz A) y la del resto de elementos del subsistema de red GSM que se ven a continuación va por canales de señalización de 64 kbit/s
RCM – Tema 2: Redes 2G – 19 dit dit
Sistemas externos
que envían/ reciben
SMS
NSS
EIR
AuC
HLR
Subsistema de red (NSS)
A
Otras redes
telefónicas
AuC Authentication Center
EIR Equipment Identity Register
GMSC Gateway Mobile Switching
Center
SCF Service Control Function
SMSG Short Message Service Gateway
SMSC Short Message Service Center
VLR Visitor Location Register
HLR Home Location Register
MSC Mobile Switching Center
NSS Network Switching Subsystem
GMSC
Abis
Um
BSC
gsm
SCF
Red de
Señalización (canales de 64 kbit/s)
SMSG
SMSC
VLR
VLR
Circuitos
64 kbit/s
Abis
Um
BSC
A
MSC
BTS
BTS
MSC
BTS
BTS
RCM – Tema 2: Redes 2G – 20 dit dit
Elementos del subsistema de red
Central de conmutación (MSC, Mobile Switching Center)
Central telefónica con funciones adicionales para gestión de movilidad
Una o varias MSC pueden actuar de pasarela con redes externas (GMSC)
Registro de localización base (HLR, Home Location Register)
Base de datos de todos los usuarios propios de la red GSM
– Físicamente puede estar repartido en varios equipos
Guarda identificadores de los usuarios, servicios que pueden usar,
información de localización parcial (en qué VLR se encuentra
actualmente cada uno)
Registro de visitantes (VLR, Visitor Location Register)
Normalmente un VLR por cada MSC: pareja MSC/VLR
Cada VLR guarda datos de los usuarios propios y visitantes que se
encuentran actualmente en la zona servida por una MSC, incluyendo
información de localización más precisa (célula o grupo de células
donde está)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 21 dit dit
Elementos del subsistema de red (II)
Registro de equipos (EIR, Equipment Identity Register)
Contiene información sobre terminales identificados por su IMEI
Centro de autenticación (AuC, Authentication Center)
Elemento asociado al registro HLR que guarda claves y algoritmos
utilizados los procedimientos de seguridad de GSM
Pasarela de SMS (SMSG, Short Message Service Gateway)
Transfiere mensajes entre los móviles y un Centro de Servicio de
Mensajes Cortos (SMSC) que almacena los mensajes pendientes de
entrega
La función de pasarela SMSG se puede realizar en una o varias MSC, o
bien estar integrada en el centro de mensajes SMSC
Los mensajes cortos se transfieren sobre canales de señalización,
no sobre circuitos
Función de control de servicio (gsmSCF, Service Control Function)
Se encarga del tratamiento de servicios de inteligencia de red
RCM – Tema 2: Redes 2G – 22 dit dit
Red de circuitos entre MSCs
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
BSC
MSC
MSC
BSC
MSC
BSC
BSC
MSC
MSC
BSC
MSC
BSC MSC
BSC
MSC
BSC
BSC BSC
MSC
MSC
Capa de
acceso
Capa de
tránsito
…
…
…
…
A
RCM – Tema 2: Redes 2G – 23 dit dit
Red de señalización (red de paquetes)
Transporta paquetes de establecimiento de llamada, consultas de información de usuarios, SMS, etc. entre MSC, HLR, VLR...
Usa el Sistema de Señalización 7 (SS7) normalizado por ITU-T
MSC
MSC
MSC
MSC
HLR
EIR MSC
MSC
MSC
MSC
HLR
MSC
MSC
MSC
MSC
STP
STP
STP
STP
MSC
MSC
MSC
Signalling Transfer Points
…
…
Red SS7
SMSG
Canales de señalización
RCM – Tema 2: Redes 2G – 24 dit dit
Ejemplo
Red GSM con 10 millones de usuarios
Capacidad de equipos
MSC/VLR: 250.000 usuarios
HLR: 850.000 usuarios
8 MSCs de tránsito, 2 por zona
Madrid (2), Barcelona (2), Sevilla (2) y Valencia (2)
Dos parejas de puntos de transferencia de señalización (STPs)
Madrid-Sevilla y Barcelona-Valencia
Tenerife
Las Palmas
Segovia
Guipúzcoa
Pontevedra
La Coruña
Granada
Valencia
Madrid
Málaga
Salamanca
Huelva
Zamora Valladolid
Barcelona
Alicante
Cádiz
Almería
Ceuta Melilla
Jaén Córdoba
Toledo Cuenca
Albacete
Teruel
Asturias
C. Real
Avila
Lugo
Orense
León
Cáceres
Badajoz
Cantabria
Palencia Burgos
Guadalajara
Gerona
Alava
Rioja
Soria
Tarragona
Castellón
Sevilla
Zaragoza
Lérida Huesca
Navarra
Vizcaya
Baleares
Zona A
Zona B
Zona D
Zona C
Murcia
RCM – Tema 2: Redes 2G – 25 dit dit
Ejemplo: estimación de número de equipos
CC.AA. Población Porcentaje Usuarios MSCs Acceso HLRs
Madrid 5.527.152 13,21% 1.321.088 6
Castilla León 2.480.369 5,93% 592.852 3
Castilla La Mancha 1.782.038 4,26% 425.939 2
Galicia 2.737.370 6,54% 654.280 3
Asturias 1.073.971 2,57% 256.698 2
Cataluña 6.506.440 15,55% 1.555.155 7
La Rioja 281.614 0,67% 67.311 1
Navarra 569.628 1,36% 136.151 1
Aragón 1.217.514 2,91% 291.007 2
País Vasco 2.108.281 5,04% 503.917 3
Cantabria 542.275 1,30% 129.613 1
Valencia 4.326.708 10,34% 1.034.160 5
Murcia 1.226.993 2,93% 293.273 2
Baleares 916.968 2,19% 219.172 1
Andalucía 7.478.432 17,87% 1.787.478 8
Extremadura 1.073.050 2,56% 256.478 2
Canarias 1.843.755 4,41% 440.690 2
Ceuta y Melilla 145.336 0,35% 34.738 1
Total 41.837.894 100% 10.000.000 52 12
Centr
oN
ort
eE
ste
Sur
4
3
2
3
RCM – Tema 2: Redes 2G – 26 dit dit
Ejemplo: distribución de equipos
Zona A
Zona B
Zona D
Zona C
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
STP
STP
STP
STP
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
HLR
HLR
HLR
HLR
HLR HLR
HLR
HLR
HLR
HLR
HLR
HLR
MSC
RCM – Tema 2: Redes 2G – 27 dit dit
Resumen: elementos de GSM
Terminal móvil con tarjeta SIM
Identificadores: IMEI del terminal, IMSI e MSISDN del usuario
Red de acceso formada por estaciones base y controladores (BTS y BSC) que gestionan la asignación de canales a los móviles y concentran tráfico
Red troncal formada por nodos que conmutan las llamadas (MSC), registros que almacenan información de terminales y usuarios (EIR, HLR, VLR, AuC) y elementos que tratan los mensajes cortos (SMSG) y otros servicios (gsmSCF)
Interfaces Um (móvil-BTS), Abis (BTS-BSC), A (BSC-MSC)
Además otros interfaces de la red troncal también se identifican con letras en los estándares: B (MSC-VLR), C (MSC-HLR y SMSG-HLR), D (HLR-VLR), E (MSC-MSC), F (MSC-EIR), G(VLR-VLR)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 28 dit dit
Resumen: interconexión de elementos GSM
Canales radio de baja capacidad entre móvil y BTS
La voz se comprime a 13 kbit/s
Uno o más canales se reservan para señalización
Circuitos de 64 kbit/s divididos en 4 canales de 16 kbit/s en los enlaces entre BTS y BSC
Cada conversación ocupa un canal de 16 kbit/s
Uno o más canales se reservan para señalización
Conversión de 16 a 64 kbit/s antes de la primera MSC
Circuitos de 64 kbit/s entre MSCs
Red de señalización formada por enlaces de 64 kbit/s que interconecta las MSC y otros elementos HLR, VLR...
RCM – Tema 2: Redes 2G – 29 dit dit
Tema 2: Redes 2G
Redes GSM: servicios y arquitectura
Plano de control de GSM
Canales lógicos
Transporte de señalización
Sistema de Señalización SS7
Procedimientos de GSM
Inteligencia de Red: CAMEL
GPRS
RCM – Tema 2: Redes 2G – 30 dit dit
Plano de control de GSM
Realiza funciones de señalización divididas en tres grupos o niveles
Gestión de Comunicación (CM): incluye el control del establecimiento y liberación de llamadas (CC), servicios suplementarios (SS) y servicio de mensajes cortos (SMS)
Gestión de Movilidad (MM): funciones de localización de móviles y de seguridad (autenticación y cifrado)
Control de Recursos Radio (RR): se encarga del establecimiento y liberación de canales, medidas de calidad y traspasos
Se apoyan en un servicio de transporte fiable de los mensajes de señalización sobre los distintos interfaces de la red
RCM – Tema 2: Redes 2G – 31 dit dit
Protocolos del plano de control de GSM
Um Abis A
CM
MM
RR
LAPDm
Canales radio
B, C… Móvil
(MS)
Central
(MSC)
Estación Base
(BTS)
Controlador de
Estación Base (BSC)
Otros
(MSC, HLR, VLR…)
CM
MM
RR
SS7 niveles
bajos
RR
LAPD SS7 niveles
bajos
RR
Canales señ. Abis
RR
LAPDm
RR
Canales radio
LAPD
Canales señ. Abis
Señalización usuario-red
específica de GSM
Señalización Q.931
CM
MM
RR
SS7 niveles
bajos
Sistema de señalización 7 (SS7)
niveles altos
RCM – Tema 2: Redes 2G – 32 dit dit
Canales lógicos en el interfaz radio
En el interfaz radio GSM se dispone de canales físicos
Por cada par de frecuencias hay 8 canales físicos multiplexados en el tiempo
Tramas TDM con 8 intervalos de tiempo
A cada canal físico le toca 1 intervalo por trama
A su vez, sobre cada canal físico se pueden multiplexar en el tiempo varios canales lógicos
Para ello, los intervalos de tiempo que le tocan al canal físico se reparten por turno entre los canales lógicos multiplexados sobre él
RCM – Tema 2: Redes 2G – 33 dit dit
Canales lógicos de señalización, divididos en
Comunes, compartidos por todos los móviles de la célula
– Unidireccionales
– En un canal común descendente la estación base difunde información que escuchan los móviles
– En un canal ascendente los móviles envían peticiones cuando necesitan un canal dedicado
Dedicados, se asignan temporalmente al móvil que los necesita
– Bidireccionales
– Establecimiento de llamadas y otros usos que se ven luego
Canales lógicos de tráfico (voz o datos)
Dedicados y bidireccionales
Tipos de canales lógicos
RCM – Tema 2: Redes 2G – 34 dit dit
Canales lógicos
FCCH Frequency Correction Channel señaliz. común uno
BCCH Broadcast Control Channel señaliz. común uno
SCH Synchronisation Channel señaliz. común uno
PCH Paging Channel señaliz. común uno
RACH Random Access Channel señaliz. común uno
AGCH Access Grant Channel señaliz. común uno
SDCCH Stand-alone Dedicated Control Channel señaliz. dedic. varios
SACCH Slow Associated Control Channel señaliz. dedic. varios
FACCH Fast Associated Control Channel señaliz. dedic. varios
TCH Traffic Channel tráfico dedic. varios
RCM – Tema 2: Redes 2G – 35 dit dit
Móvil en modo no dedicado
El móvil escucha la información difundida por estos canales comunes y selecciona una célula
Actualiza su posición si procede
Además el móvil escucha en el canal común de avisos (PCH) por si llega alguno dirigido a él indicando una llamada o mensaje corto entrante
FCCH, SCH
BCCH
PCH
MS
BTS
RCM – Tema 2: Redes 2G – 36 dit dit
Petición de canal de señalización dedicado
Petición de canal SDCCH por contienda
en el canal de acceso aleatorio (RACH)
MS
BTS
Un móvil necesita un canal de señalización dedicado (SDCCH) para: responder a un aviso de llamada o iniciar una llamada saliente enviar o recibir un mensaje corto actualizar su posición informar de su desactivación temporal (apagado)
RACH Petición
de SDCCH
AGCH Asignación
de SDCCH
El SDCCH concedido al móvil se indica a
través del canal de asignación (AGCH)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 37 dit dit
Uso del canal de señalización dedicado
En el caso de una llamada entrante o saliente, el canal de señalización dedicado (SDCCH) se usa para iniciar el establecimiento de llamada
Cuando la red asigna al móvil un canal de tráfico (TCH) el SDCCH se libera
En el resto de casos, el móvil usa el SDCCH para la operación deseada (ej. actualización de posición, mensaje corto) y a continuación lo libera, volviendo al modo no dedicado
Cada canal SDCCH tiene un canal asociado lento (SACCH) en paralelo, necesario para enviar señalización relacionada con la transmisión (medidas de calidad, ajustes de potencia y avance temporal)
SDCCH
+ SACCH
MS
BTS
RCM – Tema 2: Redes 2G – 38 dit dit
Uso de canal de tráfico para una llamada
Tras liberar el SDCCH, el canal de tráfico (TCH) se usa para la señalización que completa el establecimiento de llamada, para llevar la voz durante la fase de conversación y por último para la señalización de liberación de llamada
El término canal asociado rápido (FACCH) no se refiere a otro canal distinto, sino al propio TCH cuando se usa para señalización durante el establecimiento y liberación
El TCH también puede usarse como FACCH durante la conversación para ejecutar traspasos y para el acceso a servicios suplementarios
Al igual que los SDCCH, cada TCH tiene un canal asociado lento (SACCH) en paralelo
FACCH/TCH
+ SACCH
MS
BTS
RCM – Tema 2: Redes 2G – 39 dit dit
Ejemplos de uso de canales por un móvil
SDCCH
+ SACCH
FACCH
TCH
+ SACCH
Móvil escuchando en canales comunes (BCCH, PCH...)
Vuelta a escucha
en canales comunes
Cambio de SDCCH a TCH
Establecimiento de llamada
Conversación
FACCH
Liberación de TCH
Liberación
Móvil escuchando en canales comunes (BCCH, PCH...)
Solicitud vía RACH/AGCH
Envío de SMS
Liberación de SDCCH
Ejemplo 1: envío de SMS
Ejemplo 2: llamada
+ SACCH
SDCCH Vuelta a escucha
en canales comunes
RCM – Tema 2: Redes 2G – 40 dit dit
Un canal físico tiene un intervalo de 114 bits por trama en cada sentido. Esos intervalos se asignan por turnos a los canales lógicos que se quieren multiplexar sobre ese canal físico. Cada canal lógico puede dedicarse a un móvil distinto.
Multiplexión de canales lógicos sobre canales físicos
Trama
4.615 ms
móvil red
114 bits
móvil red
Ejemplo: intervalos del canal lógico X dentro del canal físico 2 (2 de cada 4)
2 ... 2 2 1 3 8 2
114 bits
2 ... 2 2 1 3 8 2
intervalos del canal Z (1 de cada 4)
intervalos del canal lógico Y (1 de cada 4)
Cada canal físico puede llevar una combinación de canales lógicos distinta: varias configuraciones posibles.
RCM – Tema 2: Redes 2G – 41 dit dit
Configuraciones de un canal físico
Canal físico para tráfico de usuario
esta configuración multiplexa un TCH/FACCH y su SACCH
Canal físico para canales de señalización dedicados
multiplexa 8 SDCCH y sus 8 SACCH
Canal físico para canales de señalización comunes
multiplexa FCCH, SCH, BCCH, PCH, AGCH, RACH
Canal físico para señalización combinada
multiplexa FCCH, SCH, BCCH, PCH*, AGCH*, RACH*
* la capacidad de estos canales es menor que en la opción anterior
y además 4 SDCCH con sus 4 SACCH
Lo anterior dice cuántos canales lógicos de cada tipo caben en un canal físico, pero para calcular la capacidad de cada canal lógico hace falta saber como se reparten los intervalos del canal físico (ver luego)
Elegir una de las dos
RCM – Tema 2: Redes 2G – 42 dit dit
Ejemplos de asignación de canales
Célula con poco tráfico
1 frecuencia, con 1 canal físico para señalización combinada y los 7 canales restantes para tráfico
Célula con más tráfico
1 frecuencia: de los 8 canales físicos, se asigna
– 1 para canales señalización comunes
– 2 para canales de señalización dedicados, lo que da 8+8 = 16 SDCCHs
– y los 5 restantes para tráfico
2 frecuencias con 2x8 = 16 canales de tráfico más (en total 21 TCHs)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 43 dit dit
Canal físico para tráfico
Soporta un canal lógico de tráfico y su canal asociado lento
Se utiliza una multitrama de 26 tramas. Por tanto, se dispone de 26 intervalos de tiempo, que se reparten como sigue:
TCH/FACCH (24 intervalos) + SACCH (1 intervalo) + 1 libre (la asignación es la misma en sentido ascendente y descendente)
Multitrama
1 5 10 12 … 13 14 20 25 26 1 2 11 15 24 2 … 5 10 12 13 14 11 15
25 26 …
1 5 10 12 … 13 14 20 25 26 1 2 11 15 24 2 … 5 10 12 13 14 11 15
25 26 …
trama
Intervalo del canal físico TCH/FACCH SACCH libre
RCM – Tema 2: Redes 2G – 44 dit dit
1 5 10 15 20 …
25 30 35 40 45 50 51 1 2
Multitrama de 51 tramas
SDCCH libre SACCH
1 5 10 15 20 …
25 30 35 40 45 50 51 1 2
SD2 SD1 SD4 SD3 SD6 SD5 SD8 SD7 SA2,6 SA1,5 SA4,8 SA3,7
SA3,7 SA2,6 SD1 SA4,8 SD3 SD2 SD5 SD4 SD7 SD6 SA1,5 SD8
Canal físico para señalización dedicada
Caben 8 canales SDCCH con sus 8 SACCH
Asignación de intervalos igual en ambos sentidos
8 SDCCHs (8x4 int.) + 8 SACCHs (4*x4 int.) + 3 int. libres
* en una multitrama van 4 SACCHs y en la siguiente los otros 4 (ver figura)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 45 dit dit
1 5 10 15 20
25 30 35 40 45 50 51 1 2 …
Multitrama de 51 tramas
1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 … 51 1 2
RACH
FCCH SCH BCCH PCH+AGCH
Canal físico para señalización común
libre
Asignación de intervalos
Desde red: FCCH,SCH,BCCH (14 int.) + PCH+AGCH (36 int.) + 1 libre
Desde móvil: RACH (los 51 intervalos del canal físico)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 46 dit dit
1 5 10 15 20 …
1 5 10 15 20
25 30 35 40 45 50 51 1 2
25 30 35 40 45 50 51 1 2
…
Multitrama de 51 tramas
RACH
FCCH SCH BCCH PCH+AGCH SDCCH libre
SD2 SD1 SD4 SD3
SD2 SD1 SD3
SA2,4 SA1,3
SD4 SA2,4 SA1,3
SACCH
SDCCH SACCH
Canal físico para señalización combinada
Asignación de intervalos
Desde red: FCCH,SCH,BCCH (14 int.) + PCH+AGCH (12 int.) + 4 SDCCH (4x4 int.) + 4 SACCH (2*x4 int.) + 1 libre
Desde móvil: RACH (27 int.) + 4 SDCCH (4x4 int.) + 4 SACCH (2*x4)
* como antes, cada multitrama lleva la mitad de los SACCH (ver figura)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 47 dit dit
Protocolo LAPDm
Protocolo de nivel 2 que se usa sobre los canales de señalización entre móvil y estación base (excepto RACH, FCCH y SCH)
Modo de transferencia confirmada para envío fiable de señalización sobre SDCCH y FACCH, y de mensajes cortos sobre SDCCH y SACCH
Modo de transferencia no confirmada en el resto de casos
Basado en el protocolo LAPD de RDSI con formatos de trama adaptados para su uso sobre los diferentes canales de señalización radio de GSM
La transferencia confirmada sobre SDCCH usa tramas de 23 octetos, con 3 de cabecera y 20 de información más relleno
184 bits (23 x 8) + 272 bits de redundancia = 456 bits = 4 x 114 bits, de forma que cada trama ocupa exactamente 4 intervalos de tiempo
MS
Abis A
BSC MSC
BTS
RCM – Tema 2: Redes 2G – 48 dit dit
Cálculo de capacidad de los canales
1 trama=8 intervalos de 114 bits cada uno; 26 tramas=120 ms
Canal físico (1 intervalo por trama): 26.114/120=24,7 kbit/s
Canal TCH: 24.114/120 = 22,8 kbit/s
Canal SACCH de TCH: 1.114/120 = 0,95 kbit/s
Canal SDCCH: 4.114/(51.120/26) = 1,937 kbit/s
Canal SACCH de SDCCH: 4.114/(2.51.120/26) = 0,968 kbit/s
Eficiencia máxima de LAPDm (es el caso en que no hay relleno) 20/(3+20) = 0,8695=86,95%
A cada trama de 23.8=184 bits se le añaden 272 bits de redundancia para completar los 4 intervalos (184+272 = 456 bits que coincide con 4.114 = 456 bits) Eficiencia 184/456 = 0,4035 = 40,35%
Capacidad neta de SDCCH por encima de LAPDm
1,937.0,8695.0,4035 = 0,679 kbit/s
RCM – Tema 2: Redes 2G – 49 dit dit
Protocolo LAPD
Protocolo de nivel 2 entre BTS y BSC, sobre canales de 64
kbit/s ó subcanales de 16 kbit/s
Ejemplo:
Suponiendo que por cada frecuencia (8 canales físicos) se necesitan en Abis 16 kbit/s para LAPD y 2 circuitos de 64 kbit/s para voz
Una célula, o sector, con 4 frecuencias necesitaría 4x16=64 kbit/s para LAPD y 4x2=8 circuitos de 64 kbit/s para voz
Un emplazamiento trisectorial con 4 frecuencias por sector necesitaría 3x(1+8) = 27 circuitos de 64 kbit/s
MS
Abis A
BSC MSC
BTS
RCM – Tema 2: Redes 2G – 50 dit dit
Transporte en otros interfaces
Se usan los niveles bajos del Sistema de Señalización 7
Entre BSC y MSC
Entre MSC, HLR, VLR, EIR, etc.
Se usan canales de señalización de 64 kbit/s
– con redundancia, de forma que si falla un canal el elemento de red afectado puede enviar su señalización por otro canal alternativo
LAPDm, LAPD y SS7 se encargan del transporte fiable de los mensajes de señalización por los distintos interfaces de GSM
MS
Abis A
BSC MSC
BTS
RCM – Tema 2: Redes 2G – 51 dit dit
Tema 2: Redes 2G
Redes GSM: servicios y arquitectura
Plano de control de GSM
Sistema de Señalización SS7
Evolución de la señalización telefónica
Arquitectura del SS7
Parte de Transferencia de Mensajes y SCCP
Parte de Usuario de Servicios Integrados
Partes de Aplicación
Procedimientos de GSM
Inteligencia de Red: CAMEL
GPRS
RCM – Tema 2: Redes 2G – 52 dit dit
Señalización telefónica
Intercambio de información de control entre el usuario (o abonado) que llama, el llamado y los nodos de la red, con el fin de establecer, mantener y liberar llamadas
Señalización
usuario-red
Señalización
usuario-red
Señalización de usuario a usuario
Señalización
de red
RCM – Tema 2: Redes 2G – 53 dit dit
Sistema de Señalización Nº 7 (SS7)
Conjunto de protocolos de control entre nodos de las redes telefónicas
SS7 es señalización de red
Normalizado por ITU-T para la red telefónica fija
Sustituye a sistemas de señalización anteriores obsoletos
Soporte de servicios de Red Inteligente
Ampliado para su uso en redes móviles GSM y UMTS
Además del establecimiento de llamadas, se encarga de otras funciones necesarias en las redes móviles, por ej. la localización de los usuarios
Uso en escenarios de interfuncionamiento con redes de telefonía sobre IP
RCM – Tema 2: Redes 2G – 54 dit dit
Evolución de la señalización de red
Los primeros sistemas de señalización de red normalizados por ITU-T hasta el SS nº 5 seguían el principio de señalización asociada al canal
La señalización va por el propio circuito de voz en forma de señales eléctricas simples (cambios de nivel, tonos dentro o fuera de la banda vocal) que indican eventos básicos: toma de circuito, cifra 0, cifra 1..., respuesta, liberación, etc.
señalización y voz
RCM – Tema 2: Redes 2G – 55 dit dit
Toma de circuito
Cifras
Invitación a transmitir
Señalización asociada al canal: ejemplo de llamada
Timbre
Descuelga
Tono de marcar
Cifras
Fin de número
Tono de
llamada Descuelga
conversación
Descuelga
Desconexión
Guarda de liberación
Cuelga
Tono
Cuelga
Cuelga ...
RCM – Tema 2: Redes 2G – 56 dit dit
Evolución de la señalización de red (II)
El SS nº 6 (1964-72) y el SS nº 7 (1972- ) introducen el principio de señalización por canal común
La señalización va por circuitos reservados para ello en lugar de usar los mismos circuitos que llevan las conversaciones de los usuarios
Los circuitos de voz, que son muy numerosos, se simplifican
Cada circuito o “canal común” de señalización es capaz de transmitir la señalización de muchos circuitos de voz
La señalización se concentra en pocos canales comunes
En lugar de cambios de nivel, tonos... se transmiten paquetes de señalización con cabeceras, números de secuencia, códigos de redundancia...
Mayor fiabilidad y flexibilidad
RCM – Tema 2: Redes 2G – 57 dit dit
Señalización por canal común
Red de voz
(conmutación de circuitos)
Red de señalización
entre centrales
(conmutación de paquetes
con control de errores,
retransmisiones,
caminos alternativos)
Paquete de
señalización
Otros nodos (ej. tratamiento
de servicios especiales, bases
de datos de usuarios)
Centrales de conmutación
Nodo intermedio que
conmuta los paquetes
de señalización
Canal común que transmite
paquetes de señalización
de múltiples circuitos de voz
RCM – Tema 2: Redes 2G – 58 dit dit
Sistema de Señalización Nº7
Evolución de la señalización telefónica
Arquitectura del SS7
Parte de Transferencia de Mensajes y SCCP
Parte de Usuario de Servicios Integrados
Partes de Aplicación
ISUP
TCAP
SCCP
MTP
INAP
MAP
RCM – Tema 2: Redes 2G – 59 dit dit
Topología de la red de señalización por canal común
La topología de la red de señalización puede coincidir total o parcialmente con la topología de la red de circuitos
Circuitos de información
Canal de señalización
“Punto de Señalización”
(Software de tratamiento de
mensajes de señalización)
SP
MODO ASOCIADO
A B
MODO CUASI-ASOCIADO
C
“Punto de Transferencia de
Señalización” (Conmutador
de Paquetes)
STP
D
A B
RCM – Tema 2: Redes 2G – 60 dit dit
STP
Topología de la red de señalización (II)
MODO DISOCIADO
STP STP
SP SP SP SP
SP SP
RCM – Tema 2: Redes 2G – 61 dit dit
Enlaces y rutas de señalización
Por razones de fiabilidad, o de carga, suelen existir varios caminos posibles para ir de un punto de señalización a otro
SP A SP B
STP
C
STP
D
Ruta 1
Ruta 2 Ruta 3
Grupo de enlaces a
Grupo de
enlaces c
Grupo de
enlaces b
Grupo de enlaces d
Grupo de enlaces e
Grupo de
rutas A-B
enlace
RCM – Tema 2: Redes 2G – 62 dit dit
Ejemplo: cuadrete nodal
Reparto de carga, supervisión de estado de rutas y enlaces
red de señalización SS7
A
B
B C C
SP
SP
SP
SP
SP
SP
SP
STP
STP
STP
STP
RCM – Tema 2: Redes 2G – 63 dit dit
Ejemplos de recuperación de fallos
A
B
STP
STP STP
STP
A
B
STP
STP STP
STP
A
B
STP
STP STP
STP
A
B
STP
STP STP
STP
Aviso de que la transferencia hacia B
está temporalmente interrumpida
RCM – Tema 2: Redes 2G – 64 dit dit
Arquitectura general del SS7
El SS7 se divide en dos subsistemas que reflejan sus dos funciones fundamentales
NIVELES ALTOS (NA): generación e interpretación de los mensajes de señalización
PARTE DE TRANSFERENCIA DE MENSAJES (MTP): transporte de los mensajes de señalización
MTP
NA NA Diálogo de señalización
NA
MTP
SP STP
SP
STP SP
RCM – Tema 2: Redes 2G – 65 dit dit
Ejemplo
Control Control SS7
SS7
Control
Plano de Usuario
STP
SS7
3 2 1
NA
64 kbit/s
Diálogo de
Señalización
64 kbit/s
Plano de
Control SS7
Nivel 3 Nivel 2 Nivel 1
NA
MTP
Diálogo de
Señalización
64 kbit/s
NA
SP a SP b SP c
Nivel 1 64 kbit/s 64kbit/s
RCM – Tema 2: Redes 2G – 66 dit dit MTP-1
MTP-3
Arquitectura de protocolos SS7
7
6
5
4
3
2
1
Niv
ele
s O
SI
Parte de
Transferencia
de Mensajes
(MTP)
Partes de Usuario (UP)
ISUP
TUP
TCAP
BSSAP
RANAP
Partes de Aplicación (AP)
INAP MAP
CAP OMAP
MTP-2
Parte de Control
de la Conexión
de Señalización
(SCCP)
SCCP
Parte de
Aplicación de
Control de
Transacciones
RCM – Tema 2: Redes 2G – 67 dit dit
Sistema de Señalización Nº7
Evolución de la señalización telefónica
Arquitectura del SS7
Parte de Transferencia de Mensajes y SCCP
Parte de Usuario de Servicios Integrados
Partes de Aplicación
ISUP
TCAP
SCCP
MTP
INAP
MAP
RCM – Tema 2: Redes 2G – 68 dit dit
Niveles de la Parte de Transferencia de Mensajes
(MTP)
Nivel 1: define las características físicas de los enlaces SS7
64 kbit/s en cada sentido
Posibilidad de retardo alto en el caso de circuitos vía satélite
Nivel 2: define procedimientos para la transferencia fiable de mensajes de señalización en cada enlace
Iniciación y supervisión del enlace
Delimitación de tramas y detección de errores
Retransmisión normal o preventiva, según retardo
Control de flujo
Nivel 3: encaminamiento de mensajes entre extremos (puntos de señalización) a través de la red SS7 con un servicio no orientado a conexión
Supervisión de rutas alternativas, reparto de carga
RCM – Tema 2: Redes 2G – 69 dit dit
Nivel 2 de MTP: Unidades de Señalización
CRC 01111110 01111110
bits 8 7 1 7 1 6 2 16 8
Indicador de longitud (LI)
Bit de retransmisión
Bit de rechazo
Nº de trama transmitida
Nº de trama recibida confirmada
3 tipos de tramas, llamadas Unidades de Señalización:
• US Mensaje: lleva un mensaje de nivel 3 (LI > 2 octetos)
• US Estado de enlace (LI = 1 ó 2 octetos)
• US Relleno (LI = 0 octetos)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 70 dit dit
Procedimientos de retransmisión A B
MENS i
MENS i+1
RETRANSM.
MENS i
MENS i+1
Rechazo no selectivo
o “vuelta atrás”
0,54 s (satélite geo)
> 200 mensajes
MENS k
RECHAZO i
tramas de
relleno
MENS i
MENS i+1
A B
MENS i+1
MENS i
...
...
MENS i
Retransmisión
preventiva
ACK i
ACK i+1
MENS i+1
MENS i+1
...
RCM – Tema 2: Redes 2G – 71 dit dit
Cabecera del nivel 3 de la MTP
SIO: Octeto de Información de Servicio, incluye
Indicador de Servicio (SI) de 4 bits que identifica el nivel superior que ha enviado el mensaje (ej. SI=0101 es ISUP, SI=0011 es SCCP)
Indicador de red SS7 de nivel nacional o internacional
DPC: Código del Punto Destino del mensaje y OPC: Código del Punto Origen del mensaje
Direcciones SS7, con formato normalizado a nivel internacional
SLS: Selector de Enlace de Señalización
Condiciona el camino que siguen los mensajes de señalización
Cabecera del nivel 3
Cabecera
del nivel 2 OPC SLS Cola del
nivel 2 DPC SIO
8 14 14 4 bits
Información del nivel superior
RCM – Tema 2: Redes 2G – 72 dit dit
Entrega ordenada de mensajes de señalización
Aunque el servicio de MTP-3 es no orientado a conexión y la red
SS7 ofrece múltiples rutas alternativas, el selector de enlace SLS
permite al punto de señalización origen forzar la entrega
ordenada de determinados mensajes
Regla básica: todos los mensajes enviados desde un SP i a otro
SP j que lleven el mismo SLS deben seguir el mismo camino
por la red desde SP i hasta SP j
Si un SP i envía varios mensajes a SP j y quiere que lleguen en
orden, debe poner en todos ellos el mismo valor de SLS (da
igual cuál sea) para obligar a la MTP a enviarlos por un mismo
camino
La MTP debe establecer una correspondencia entre valores de
SLS y caminos posibles procurando que el tráfico de mensajes se
distribuya homogéneamente por la red de señalización
RCM – Tema 2: Redes 2G – 73 dit dit
NIVEL 2 NIVEL 2 SIO OPC
= A
SLS =
0110
DPC
= C
Mensaje
UP NIVEL 2 NIVEL 2 SIO OPC
= A
SLS =
0110
DPC
= C
Mensaje
UP
Ejemplo de reparto de carga en grupos de enlaces
MTP
Nivel 3 Nivel 2 Nivel 1
3 2 1
UP UP
Enlace a
SLS=xxx0
Enlace b
SLS=xxx1
Enlace c
SLS=xxx1
Enlace d
SLS=xxx0 STP B SP A SP C
NIVEL 2 NIVEL 2 SIO OPC
= A
SLS =
0110
DPC
= C
Mensaje
UP
…
RCM – Tema 2: Redes 2G – 74 dit dit
Ejemplo de reparto de carga en grupo de rutas
SLS= XX0X
D
A B
C F
Paquetes de A a B con SLS=1101
SLS= XX1X
D
E SLS= XXX0
SLS= XXX1
SLS= XX1X
SLS= XX0X
RCM – Tema 2: Redes 2G – 75 dit dit
3 2 4
6
5 7
Id. Zona 0 y 1 reservados
Direcciones SS7 internacionales
Un código de punto de señalización internacional consta de:
Identificador de zona geográfica (3 bits) según mapa
Identificador de red (8 bits)
Identificador de punto de señalización (3 bits)
Ejemplo: UIT-T asigna a España: 2-027 a 2-031, 2-237 a 2-241, 3-242, 4-235,
6-244, 7-236, 7-241 y 7-254
La CMT asigna a un operador: 2-029-6, 2-029-7, 2-030-0 y 2-030-1
86 identif. de red libres a 15/5/2013
144
110 130
75
0
RCM – Tema 2: Redes 2G – 76 dit dit
Ejemplo
MTP A
SP
MTP B
Na
Nb
STP STP
MTP C
STP
STP
110
111
112 333
222
111
2-029-6 2-034-1
110111
111112
2-029-62-034-1
333222
Los números 110, 111... indican direcciones internas de cada red SS7, que no tienen por qué seguir el mismo formato que las internacionales ni son únicas a nivel mundial
SP
SP
SP SP SP
STP
STP
Cada SP determina el SP siguiente en base al número llamado Nb e intercambia señalización con él
RCM – Tema 2: Redes 2G – 77 dit dit
Parte de Control de la Conexión de Señalización
(SCCP)
Características del servicio que ofrece MTP a niveles superiores del SS7:
Servicio de red sin conexión
Direccionamiento mediante códigos de punto de señalización (nacionales o internacionales)
SCCP, situado sobre MTP, ofrece:
Servicios de red sin conexión (clases 0 y 1)
Servicios de red con conexión (clases 2 y 3)
Direccionamiento extendido
Opciones útiles en redes móviles
RCM – Tema 2: Redes 2G – 78 dit dit
Direccionamiento SCCP
SCCP da a las entidades de nivel superior tres campos para indicar el destino de un mensaje:
Código de punto de señalización destino (DPC), como MTP
Número de subsistema (SSN), 1 octeto
– Indica una entidad dentro del SP destino
– Dentro del SIO, el código SI=0011 indica mensaje para SCCP y luego SCCP entrega el mensaje a la entidad indicada por el SSN, por ejemplo SSN=6 es HLR; SSN=7, VLR; SSN=8, MSC; ... (ver Q.713)
Título global (GT), ristra de cifras de longitud variable
– Permite al SP origen identificar el SP destino sin conocer su código DPC, por ejemplo un SP interno de otra red SS7
– SCCP traduce de título global a DPC en el SP origen y, si es necesario, en puntos intermedios hasta obtener el DPC final
– En cada entidad SCCP se deben implementar las tablas o reglas de traducción necesarias para traducir los GT recibidos de las entidades de nivel superior
RCM – Tema 2: Redes 2G – 79 dit dit
SCCP: ejemplo de uso de título global
El punto de señalización origen A quiere enviar un mensaje a la entidad Y, pero desconoce el código del punto de señalización destino C. La SCCP encamina el mensaje en base a un título global X que identifica a C.
Subsistema Y
La traducción del GT X en A da el código de un punto intermedio B capaz de traducir X al código del destino final
B busca el código del punto destino correspondiente al GT X, en este caso C, y le reenvía el mensaje
GTo = P SSNo = Q GTd = X SSNd = Y OPC = A DPC = B SI = 0011 (SCCP)
…
GTo = P SSNo = Q GTd = X SSNd = Y OPC = B DPC = C SI = 0011 (SCCP)
…
SCCP
MTP
Punto Origen, A Punto Destino, C Punto Intermedio, B
SCCP
MTP
STP con
SCCP
GTo = P SSNo = Q GTd = X SSNd = Y OPC = A DPC = ¿? …
El mensaje de respuesta se encamina con el título global y subsistema origen (GTo, SSNo) incluidos en el mensaje de A
RCM – Tema 2: Redes 2G – 80 dit dit
Uso de SCCP en GSM
El direccionamiento SCCP por título global hace posible el intercambio de mensajes entre nodos de redes GSM distintas
Por ejemplo, cuando un nuevo usuario visitante se registra en una red GSM destino, la MSC que le da servicio debe notificarlo al HLR de la red origen del usuario
En este caso, el título global que permite a SCCP encaminar el mensaje hacia el HLR adecuado se obtiene del IMSI que proporciona el usuario visitante al registrarse
Igualmente, para encaminar una llamada hacia un usuario móvil de otra red hay que enviar una consulta de información al HLR de la red origen de ese usuario
En este caso, el título global que permite a SCCP encaminar el mensaje se obtiene directamente del número MSISDN del usuario llamado que ha marcado el usuario llamante
RCM – Tema 2: Redes 2G – 81 dit dit
Uso de SCCP en GSM (II)
Entre BSC y MSC los mensajes relativos a un móvil determinado usan una conexión virtual SCCP clase 2 separada para cada móvil
Los mensajes generales entre BSC y MSC, así como entre elementos del subsistema de red (MSC, HLR, SMSG...) usan SCCP clase 0 (no orientada a conexión)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 82 dit dit
Niveles bajos del SS7: evolución
Los niveles bajos de SS7 definen protocolos específicos para implementar las funciones típicas de los niveles 1 a 3: transmisión, control de errores y encaminamiento de los mensajes de señalización de los niveles superiores
Fiable: no pierde ni duplica, ni desordena si el usuario lo pide
Alta disponibilidad (elevada redundancia)
El transporte de estos mensajes puede hacerse también sobre otras redes que sustituyen a los niveles bajos del SS7, por ejemplo
SS7 (niveles altos) sobre ATM
SS7 (niveles altos) sobre IP
… pero manteniendo fiabilidad y disponibilidad
RCM – Tema 2: Redes 2G – 83 dit dit
Sistema de Señalización Nº7
Evolución de la señalización telefónica
Arquitectura del SS7
Parte de Transferencia de Mensajes y SCCP
Parte de Usuario de Servicios Integrados
Partes de Aplicación
ISUP
TCAP
SCCP
MTP
INAP
MAP
RCM – Tema 2: Redes 2G – 84 dit dit
Niveles altos de SS7: Partes de Usuario
Se encargan de las funciones de señalización clásicas:
Establecimiento y liberación de circuitos en la red
Soporte de servicios suplementarios
Actualmente, sólo se emplea la Parte de Usuario de Servicios Integrados (ISUP)
Inicialmente concebida para RDSI, ISUP se emplea en redes fijas (RTC, RDSI) y móviles (GSM, UMTS), así como en la interconexión entre operadores
ISUP no se encarga de la señalización de usuario, que puede ser analógica (RTC) o con mensajes del protocolo Q.931 (RDSI, GSM, UMTS)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 85 dit dit
Parte de Usuario de Servicios Integrados
(ISUP)
Servicio básico:
Conexiones de 64 kbps
Servicios suplementarios:
Presentación de identificación de la línea llamante
Desvío de llamadas
Grupo cerrado de usuarios
Señalización de usuario a usuario
…
RCM – Tema 2: Redes 2G – 86 dit dit
Procedimiento básico de ISUP
Mensaje Inicial de Dirección (IAM)
Respuesta (ANM)
Fase de conversación
Dirección Completa (ACM)
Control
Control SS7
Central A Central B
… … llamante llamado
Liberación (REL) Liberación completa (RLC)
(circuito establecido)
Liberación Completa (RLC) Liberación (REL)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 87 dit dit
Mensajes con significado local
Uso de ISUP con señalización de usuario Q.931
Terminal
llamante
SS7-ISUP Q.931
Central de
tránsito
Central
local
Central
local
Terminal
llamado
SS7-ISUP
DESCONEXIÓN
LIBERACIÓN
MENSAJE
INICIAL DIRECCIÓN ESTABLECIMIENTO
ESTABLECIMIENTO
MENSAJE
INICIAL DIRECCIÓN
DESCONEXIÓN
LIBERACIÓN
LIBERACIÓN LIBERACIÓN
AVISO DIRECCIÓN COMPLETA
AVISO DIRECCIÓN COMPLETA
CONEXIÓN
RESPUESTA
RESPUESTA
CONEXIÓN
Q.931
LIBERACIÓN
COMPLETA
LLAMADA EN CURSO
CONFIRM. CONEXIÓN
LIBERACIÓN
COMPLETA
LIBERACIÓN
COMPLETA
LIBERACIÓN
COMPLETA
Transferencia de información
RCM – Tema 2: Redes 2G – 88 dit dit
ISUP: evolución
ISUP mezcla las funciones de control de llamada con las funciones de control de los recursos necesarios para establecerla (circuitos telefónicos)
Por ello, su uso sobre otra red donde los recursos son diferentes implica modificaciones
Ej. Broadband ISUP (B-ISUP) para redes ATM
BICC (Bearer-Independent Call Control), UIT-T rec. Q.1901
Generalización de ISUP para el control de llamadas sobre cualquier red portadora
Los detalles de una red portadora dada (IP, ATM…) quedan en un protocolo de control de recursos separado específico para esa red
BICC se propuso en UMTS para controlar llamadas de voz sobre IP
RCM – Tema 2: Redes 2G – 89 dit dit
Sistema de Señalización Nº7
Evolución de la señalización telefónica
Arquitectura del SS7
Parte de Transferencia de Mensajes y SCCP
Parte de Usuario de Servicios Integrados
Partes de Aplicación
ISUP
TCAP
SCCP
MTP
INAP
MAP
RCM – Tema 2: Redes 2G – 90 dit dit
Niveles altos de SS7: Partes de Aplicación
Se encargan de funciones de señalización
adicionales necesarias en situaciones específicas:
En las redes GSM se usa ISUP para establecer llamadas,
mientras que la Parte de Aplicación de Móviles (MAP) se
encarga de otras funciones como localización de
terminales, control de acceso, traspaso de llamadas...
En una llamada que usa un servicio de Red Inteligente,
por ej. a un número 900, se usa la Parte de Aplicación
de Red Inteligente (INAP) para traducir el número 900 y
luego ISUP para establecer la llamada
La Parte de Aplicación de CAMEL (CAP), similar a INAP,
se usa para servicios de Red Inteligente en GSM
RCM – Tema 2: Redes 2G – 91 dit dit
Partes de Aplicación (II)
Hacen funciones específicas del acceso a redes
móviles
Parte de Aplicación del Subsistema de Estaciones Base
(BSSAP) para la red de acceso GSM
Parte de Aplicación de la Red de Acceso Radio (RANAP)
para la red de acceso UMTS
Gestión centralizada de la red de señalización SS7
La Parte de Operación, Mantenimiento y Administración
(OMAP) incluye procedimientos de monitorización de
prestaciones, verificación de rutas, recogida de
estadísticas, etc.
RCM – Tema 2: Redes 2G – 92 dit dit
Partes de Aplicación (III)
Funciones comunes de soporte de transacciones útiles
para otras partes de aplicación
Parte de Aplicación de Capacidades de Transacción
(TCAP)
TCAP
BSSAP RANAP INAP OMAP
SCCP
MTP
MAP CAP
RCM – Tema 2: Redes 2G – 93 dit dit
Resumen de uso de SS7 en GSM
Um Abis A
CM
MM
RR
LAPDm
Canales radio
B, C… Móvil
(MS)
Central
(MSC)
Estación Base
(BTS)
Controlador de
Estación Base (BSC)
Otros
(MSC, HLR, VLR…)
CM
MM
RR
SCCP
MTP
RR
LAPD SCCP
MTP
RR
Canales señ. Abis
RR
LAPDm
RR
Canales radio
LAPD
Canales señ. Abis
Señalización usuario-red
específica de GSM
Señalización Q.931
MAP/TCAP
CAP/TCAP
ISUP
BSSAP
CM
MM
RR
SCCP
MTP
RCM – Tema 2: Redes 2G – 94 dit dit
Sistemas externos
que envían/ reciben
SMS
NSS
AuC
VLR
HLR
Resumen de uso de SS7 en GSM
A
Circuitos
64 kbit/s
ISUP
Red SS7
MAP
SMSC
BSSAP
Otras
redes
telefónicas
MSC
GMSC
BSS
Abis
Um
BSC
BTS
BTS
AuC Authentication Center
BSSAP Base Station Subsystem App. Part
CAP CAMEL Application Part
EIR Equipment Identity Register
GMSC Gateway Mobile Switching Center
NSS Network Switching Subsystem
SCF Service Control Function
SMSG/C SMS Gateway/Center
VLR Visitor Location Register
HLR Home Location Register
ISUP Integrated Services User Part
MAP Mobile Application Part
MSC Mobile Switching Center
CAP
MAP y CAP a/desde otras redes GSM
ISUP
SMSG EIR
gsm
SCF
RCM – Tema 2: Redes 2G – 95 dit dit
Tema 2: Redes 2G
Redes GSM: servicios y arquitectura
Plano de control de GSM
Sistema de Señalización SS7
Procedimientos de GSM
Asignación y liberación de canales
Traspasos
Autenticación y cifrado
Actualización de posición
Control de llamadas
Mensajes cortos
Inteligencia de Red: CAMEL
GPRS
Recursos radio (RR)
Movilidad (MM)
Comunicación (CM)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 96 dit dit
Gestión de recursos radio (RR)
CM
MM
RR
LAPDm
Canales radio
Móvil
(MS)
Central
(MSC)
Estación Base
(BTS)
Controlador de
Estación Base (BSC)
CM
MM
RR
SCCP
MTP
RR
LAPD SCCP
MTP
RR
Canales señ. Abis
RR
LAPDm
RR
Canales radio
LAPD
Canales señ. Abis
Medidas y acceso
tras traspaso
Petición/asignación de canales
Traspasos
Control de canales
en las BTS
Asignación de canales
Traspasos
CM
MM
RR
SCCP
MTP
Central
(MSC)
Traspasos
entre MSCs
RCM – Tema 2: Redes 2G – 97 dit dit
Asignación de canal dedicado: móvil llamante
RACH
MS BSC
MSC
BTS
BSSAP
BTS pasa la
petición a BSC
y BSC ordena
asignar canal
El móvil pide SDCCH
Reenvía Petición de
Servicio sobre LAPD
Establece conexión
SCCP y reenvía
Petición de Servicio
a MSC
AGCH
La MSC recibe la petición del móvil a través del trayecto de señalización creado entre MS y MSC,
pero antes de atenderla procede a verificar su identidad y a continuación activa el cifrado.
Establece LAPDm sobre
el SDCCH asignado y
envía Petición de
Servicio hacia MSC
SD
CC
H
RCM – Tema 2: Redes 2G – 98 dit dit
Asignación de canal dedicado: móvil llamante (II)
MS BSC
MSC
BTS
BSSAP
MSC ordena asignar
canal de tráfico TCH
Indicación de cambio a
TCH (usado primero
como FACCH)
AVISO y resto de mensajes Q.931 para terminar el establecimiento
Asignación de TCH
y liberación del canal
SDCCH
Primeros mensajes Q.931 de control de llamada: ESTABLECIMIENTO/LLAMADA EN CURSO
TCH
/ F
AC
CH
SD
CC
H
FASE DE CONVERSACIÓN
MSC inicia intercambio de mensajes de nivel MM para autenticación y cifrado
RCM – Tema 2: Redes 2G – 99 dit dit
Asignación de canal dedicado: móvil llamado
El procedimiento continúa de forma similar al lado llamante. Se establece un trayecto de señalización vía LAPDm sobre el SDCCH asignado, LAPD y SCCP, a través del cual
la MSC recibe el mensaje de respuesta al paging. A continuación se procede a la autenticación, cifrado y al establecimiento de llamada, cambiando de SDCCH a TCH.
PCH paging ...
RACH
MS BSC
MSC
BTS
BSSAP
El móvil recibe el aviso de comunicación entrante
El móvil pide SDCCH para responder al paging
La MSC ordena
avisar al móvil llamado Reenvía el aviso
RCM – Tema 2: Redes 2G – 100 dit dit
TC
H
Liberación de canal
MS BSC MSC
BTS
BSSAP
Mensajes Q.931 para liberar la llamada
BSC notifica a BTS la
liberación del TCH
La MSC ordena
liberar el canal TCH
y termina la
conexión SCCP
Notificación al móvil y
fin de LAPDm
CONVERSACIÓN TERMINA
FAC
CH
/ TC
H
RCM – Tema 2: Redes 2G – 101 dit dit
Traspasos
El traspaso o handover (HO) permite cambiar el canal radio asignado a un móvil cuando este cambia de célula, de forma que no se interrumpa la comunicación con la red
Periódicamente el móvil toma medidas de calidad de señal en la célula en la que está y en las vecinas y las envía a la estación base por el SACCH
La estación base añade sus propias medidas y envía todo al controlador de estación base, que eventualmente decidirá iniciar el traspaso
Hay tres casos de traspaso:
Dentro del mismo controlador de estación base
Cambio de controlador dentro de la misma central de conmutación
Cambio de central de conmutación
RCM – Tema 2: Redes 2G – 102 dit dit
Casos de traspaso
MSC A
BTS 11
BTS 12
BSC 1
BSC 2
MSC B
BSC 3
BTS 31
BTS 21
RCM – Tema 2: Redes 2G – 103 dit dit
1. Traspaso sin cambio de controlador: inicio
BTS 1 BTS 2
BSC
1. Medidas
3. Channel
Activation
5. HO command
4. Activ Ack
2. Decisión de
traspaso a BTS 2
RCM – Tema 2: Redes 2G – 104 dit dit
1. Traspaso sin cambio de controlador: fin
La nueva “rama” BSC-BTS2 y TCH en BTS2 sustituye a BSC-BTS1 y TCH en BTS1
BTS 1
BTS 2
BSC
1. HO
access
[ 1.1 HO detect ]
2. HO
complete 4. RF ch
release
ack
3. RF ch
release
RCM – Tema 2: Redes 2G – 105 dit dit
2. Traspaso con cambio de controlador: inicio
BTS 1 BTS 2
BSC 1 BSC 2
1. Medidas 5. Ch. Activ
6. Activ Ack 9. HO command
MSC
3. HO required 4. HO request
7. HO
req ack
8. HO
command
2. Decisión de
traspaso a BTS 2 que
depende de otro BSC
RCM – Tema 2: Redes 2G – 106 dit dit
2. Traspaso con cambio de controlador: fin
MSC-BSC2-BTS2 y TCH en BTS2 sustituye a MSC-BSC1-BTS1 y TCH en BTS1
MSC
BTS 1
BTS 2
BSC 1
BSC 2
1. HO
access
2. HO
complete
[ 1.2 HO detect ]
3. HO
complete
4. Clear
command
5. Clear
complete
[ 1.1 HO detect ]
7. RF ch
release
ack
6. RF ch
release
RCM – Tema 2: Redes 2G – 107 dit dit
3. Traspaso entre MSCs
Ocurre cuando la solicitud de traspaso que recibe la MSC que controla la llamada (MSC-A) indica una célula destino que depende de una MSC distinta (MSC-B)
Además de la señalización de los casos anteriores, necesaria para asignar un canal radio en la célula destino y luego liberar el canal que se usaba en la célula origen, en este caso se debe encaminar la llamada de MSC-A a MSC-B y establecer un circuito entre ambas
Para ello, se utiliza un identificador temporal llamado Número de Itinerancia de la Estación Móvil (MSRN) perteneciente a la MSC destino MSC-B
El MSRN es un número formato E.164 que se asocia a la llamada para encaminarla de MSC-A a MSC-B
RCM – Tema 2: Redes 2G – 108 dit dit
Traspaso de MSC-A a MSC-B
MSC
2. Petición de MSRN b mediante el protocolo MAP
4. ISUP
1. BSC a decide traspaso a BTS b y avisa a MSC-A
3. “Rama” nueva
5. Traspaso BTS b
BSC b
MSC-B
BTS a
BSC a
MSC-A
BSC a
BTS a
RCM – Tema 2: Redes 2G – 109 dit dit
Detalles del traspaso de MSC-A a MSC-B
Mensajes a/desde BSC actual (los mismos del traspaso sin cambio de MSC)
Mensajes a/desde nuevo BSC
(los mismos del traspaso
sin cambio de MSC)
HO-required
prepare-HO HO-request
prepare-HO-ack HO-request-ack
MSC-B pide un MSRN a su VLR y lo pasa a MSC-A en el mensaje prepare-HO-ack
MSC-A establece un circuito
con MSC-B usando ISUP con el MSRN
HO-complete
el móvil ya tiene acceso
a través del nuevo BSC
MSC-B participa hasta que reciba
una señal de fin de MSC-A
MSC-A MSC-B
HO-command
El BSC pasará
el HO-command
al móvil
send-end-signal
Se libera el
canal anterior
Clear-command
Mensajes MAP/E
Clear-complete
RCM – Tema 2: Redes 2G – 110 dit dit
3. Traspasos siguientes entre MSCs
Un traspaso simple entre MSCs se produce la primera vez que la MSC (MSC-A) que controla la llamada desde el principio prolonga la llamada a otra MSC (MSC-B)
MSC-A no desaparece de la llamada y retiene el control
MSC-B participa temporalmente en la llamada (hasta que esta termine o bien hasta que reciba una señal de fin de MSC-A)
En una misma llamada pueden producirse traspasos siguientes entre MSCs
En cada traspaso siguiente, MSC-A da entrada a una nueva MSC-B estableciendo un circuito con ella
– Si el traspaso siguiente se produce a una célula destino que depende de MSC-A, no hace falta dar entrada a ninguna MSC nueva
Luego MSC-A envía una señal de fin a la MSC-B anterior, que se desconecta de MSC-A y desaparece de la llamada
RCM – Tema 2: Redes 2G – 111 dit dit
Traspaso siguiente de MSC-B a MSC-B’
MSC
2. Petición de MSRN b’ mediante MAP
4. ISUP
1. BSC b decide traspaso a BTS b’ y avisa a MSC-B
3. “Rama” nueva
5. Traspaso
BSC a
BSC b’
MSC-B’
BSC b
BTS b
MSC-A
MSC-B MSC-B
BSC b
BTS b
BTS a
BTS b’
RCM – Tema 2: Redes 2G – 112 dit dit
Detalle de traspasos siguientes
prepare-HO
prepare-HO-ack
1) Traspaso
simple de A a B
prepare-subseq-HO
end-signal B desaparece
prepare-subseq-HO
2) Traspaso siguiente
de B a B’
prepare-HO
prepare-HO-ack
send-end-signal
MSC-A MSC-B MSC-B’
HO-command al móvil
HO-complete desde el móvil
send-end-signal
HO-complete desde el móvil
prepare-subseq-HO-ack
HO-command al móvil
prepare-subseq-HO-ack
3) Traspaso siguiente
de B’ a A HO-command al móvil
end-signal
HO-complete desde móvil
B’ desaparece
RCM – Tema 2: Redes 2G – 113 dit dit
Gestión de recursos radio (RR): resumen
Procedimientos encargados de establecer, mantener y liberar sesiones RR
Una sesión RR permite la comunicación entre móvil y central MSC a través de los elementos intermedios BTS y BSC, usando
Canal radio dedicado con LAPDm (MS-BTS), LAPD (BTS-BSC) y conexión SCCP (BSC-MSC) en el plano de control
Si es necesario, canal radio de tráfico y circuito BTS-BSC-TRAU-MSC en el plano de usuario
La sesión se mantiene aunque se produzcan traspasos
RCM – Tema 2: Redes 2G – 114 dit dit
Gestión de recursos radio (RR): resumen
Traspasos
Sesión RR
MSC-A
MSC-B
BSC
BTS BTS BTS BTS BTS
BSC BSC
MSC-B’
BTS
BSC
BTS
BSC
RCM – Tema 2: Redes 2G – 115 dit dit
Gestión de movilidad (MM)
CM
MM
RR
LAPDm
Canales radio
CM
MM
RR
SCCP
MTP
RR
LAPD SCCP
MTP
RR
Canales señ. Abis
RR
LAPDm
RR
Canales radio
LAPD
Canales señ. Abis
Autenticación
Actualización de posición
CM
MM
RR
SCCP
MTP
Móvil
(MS)
Central
(MSC)
Estación Base
(BTS)
Controlador de
Estación Base (BSC)
Registros
VLR, HLR, AuC
RCM – Tema 2: Redes 2G – 116 dit dit
Funciones de seguridad en GSM
[ Red GSM
Visitada ]
Red GSM
del usuario
Cifrado, simétrico, en el interfaz radio
Autenticación: el usuario prueba su identidad ante la red propia (la red visitada hace de intermediario)
La red no se autentica ante el usuario
Basadas en una clave secreta Ki guardada en la SIM
SIM
RCM – Tema 2: Redes 2G – 117 dit dit
red propia o red visitada
red propia
Autenticación y cifrado
controlador Central MSC
móvil estación
base
Establecimiento a nivel RR y mensaje inicial del usuario X
AUTHENTICATION RESPONSE (Res*)
AUTHENTICATION REQUEST (NA)
¿Res=Res*?
Sí
centro de autenticación
NA = Número
Aleatorio
Res = A3(Ki,NA)
Kc = A8(Ki,NA)
SIM
paso a modo cifrado con Kc
Cifrado con
clave Kc y
algoritmo A5
paso a modo cifrado completo
(NA,Res,Kc)
Res* = A3(Ki,NA)
Kc = A8(Ki,NA)
resto de mensajes
(según procedimiento)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 118 dit dit
Debilidades de la seguridad en GSM
El terminal no puede comprobar la identidad de la red
Debilidades en los algoritmos A3 y A8 utilizados por los operadores, detectadas a finales de los años 90
Mediante un número suficiente de consultas a una tarjeta SIM se puede saber la clave secreta Ki que guarda
Los algoritmos de cifrado normalizados A5/1 y A5/2 también son débiles y se puede descifrar la comunicación con bastante facilidad
Nuevo A5/3 en 2002
Mejoras en UMTS
Autenticación en ambos sentidos
Cifrado hasta el controlador de estaciones base y con algoritmos más robustos
Control de integridad de los mensajes de señalización
RCM – Tema 2: Redes 2G – 119 dit dit
Actualización de posición
Cada móvil hace actualizaciones de posición para que la red lo tenga
localizado y poder utilizar sus servicios, por ejemplo recibir llamadas
No se hace cada vez que un móvil cambia de célula, sino cuando
cambia de área de localización: grupo de células, todas
dependientes de la misma MSC, identificadas por un mismo
identificador del área de localización (LAI)
Cada célula difunde su LAI por el interfaz radio para que los
móviles sepan en qué área de localización están
Cuando hay una llamada (o un SMS) para un móvil, la red envía el
aviso en todas las células del área donde está ese móvil
Compromiso entre áreas más grandes más avisos de llamada, o
más pequeñas más actualizaciones de posición
Además, la actualización de posición se puede hacer periódicamente
y también al encender el móvil
RCM – Tema 2: Redes 2G – 120 dit dit
Áreas de localización y TMSI
En la actualización de posición, el móvil recibe un
identificador temporal TMSI (Temporary Mobile Subscriber
Identity) que usa para identificarse ante la red, evitando enviar
su identificador permanente IMSI por el interfaz radio
Los TMSI sólo son únicos dentro de un área de localización
La pareja (LAI, TMSI) identifica unívocamente al usuario
El TMSI se renueva con cada actualización de posición
La asignación de TMSI a un móvil tiene un plazo de validez: si
el plazo vence el TMSI queda libre
Por ejemplo, si al encender un móvil este comprueba que el TMSI
que tenía guardado ha caducado, debe usar el IMSI al actualizar
su posición y obtener un TMSI nuevo
RCM – Tema 2: Redes 2G – 121 dit dit
A) Actualización de posición en el mismo VLR
MSC
LAI 0 LAI 1
Señalización usuario-red vía interfaz radio, BSS e interfaz A (se omiten los procedimientos RR y MM para la asignación de canal de señalización dedicado previa a la petición de actualización, la autenticación previa a la aceptación, y la liberación del canal)
Se omiten los mensajes MAP/B entre MSC y VLR
Actualización
de Posición
(IMSI)
Actualización
de Posición
( LAI0, TMSIx )
Aceptación
( TMSIx )
A partir de aquí, el
móvil usa TMSIx
en lugar de su IMSI
Aceptación
( TMSIy )
usa LAI1,TMSIy ...
VLR
TMSI
ack
TMSI
ack
RCM – Tema 2: Redes 2G – 122 dit dit
B) Actualización de posición con cambio de VLR
Se produce cuando un móvil cambia de un área de localización LAI1 dependiente de un registro de visitantes VLR a otra LAI2 que depende de un registro distinto VLR’
Cuando el móvil actualiza su posición en LAI2 se identifica con (LAI1, TMSI), pero el nuevo VLR’ desconoce a qué móvil corresponden esos datos
Por ello, el nuevo VLR’ consulta al antiguo VLR para poder identificar al móvil
Además VLR’ notifica al HLR que el móvil ha cambiado de registro de visitantes y el móvil se borra del VLR antiguo
Desde el punto de vista del móvil el procedimiento concluye como siempre recibiendo el TMSI, asignado por VLR’, que debe utilizar
RCM – Tema 2: Redes 2G – 123 dit dit
Actualización de posición con cambio de VLR (I)
Envía Parámetros (LAI1,TMSIy)
Resultado
(IMSI, NA, Res, Kc)
Señalización MAP/G
entre VLRs
MSC
LAI 1
(depende de VLR)
LAI 2
(depende de VLR’)
VLR
Actualización
de Posición (LAI1,TMSIy)
VLR’
VLR que asignó el
TMSIy en LAI 1
HLR
Obtenido el IMSI y
hecha la autenticación,
el procedimiento
continúa
Señalización usuario-red
RCM – Tema 2: Redes 2G – 124 dit dit
Actualización de posición con cambio de VLR (II)
MSC
LAI 1
(depende de VLR)
LAI 2
(depende de VLR’)
HLR
VLR
Inserta Datos Abonado (IMSI)
Actualiza Posición (IMSI)
Cancela Posición (IMSI)
Respuesta
Señalización usuario-red
Aceptación (TMSIz)
Señalización MAP/D entre
VLR y HLR
Obtenido el IMSI y
hecha la autenticación,
el procedimiento
continúa VLR’
Respuesta Respuesta
VLR que asignó el
TMSIy en LAI 1
Actualización
de Posición (LAI1,TMSIy)
TMSI ack
RCM – Tema 2: Redes 2G – 125 dit dit
Desactivación temporal
Cuando un móvil pasa a estado inactivo (se apaga) avisa al MSC/VLR con un mensaje de desactivación
El MSC/VLR rechazará las comunicaciones dirigidas a ese móvil
el HLR no es informado
Cuando el móvil vuelve a activarse ejecuta el procedimiento de actualización de posición
RCM – Tema 2: Redes 2G – 126 dit dit
Gestión de comunicación (CM)
CM
MM
RR
LAPDm
Canales radio
Móvil
(MS)
Central
(MSC)
Estación Base
(BTS)
Controlador de
Estación Base (BSC)
CM
MM
RR
SCCP
MTP
RR
LAPD SCCP
MTP
RR
Canales señ. Abis
RR
LAPDm
RR
Canales radio
LAPD
Canales señ. Abis
control de llamada (CC), servicios
suplementarios (SS) y mensajes cortos (SMS)
CM
MM
RR
SCCP
MTP
HLR, VLR
MSC, GMSC
SMSG
RCM – Tema 2: Redes 2G – 127 dit dit
Procedimientos de control de llamada: establecimiento
setup
llamada establecida
call proceeding
setup
IAM
alerting
alerting ACM
Procedimientos RR y MM
Procedimientos RR y MM
connect
connect
ANM
connect ack
connect ack
call confirmed
MSC MS
CC
(Q.931)
Si la llamada va a un móvil, se consulta localización a su
HLR (detalles luego)
[RR: cambio a TCH] [RR: cambio a TCH]
MS
MSC
SS7 ISUP
CC
(Q.931)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 128 dit dit
Procedimientos de control de llamada: liberación
llamada establecida
REL disconnect
release
release complete
disconnect
release
release complete
RLC
Procedimientos RR Procedimientos RR
MSC
MS
MSC MS
CC
(Q.931)
SS7 ISUP
CC
(Q.931)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 129 dit dit
Encaminamiento de llamadas a móviles
Debido a la movilidad, el número MSISDN (Mobile Subscriber
ISDN Number) de un usuario GSM no indica donde está el
usuario llamado como ocurre en una red fija
Para obtener su posición, es necesario consultar al registro
HLR al que pertenece el usuario llamado
Mediante el procedimiento de actualización de posición, el
HLR sabe en qué registro de visitantes (VLR) está el móvil
llamado y, a su vez, el VLR conoce el área de localización
RCM – Tema 2: Redes 2G – 130 dit dit
Encaminamiento de llamadas a móviles (II)
Si la llamada viene de un móvil, la MSC origen de la llamada se encarga de consultar al HLR y obtener la información de posición necesaria para encaminar la llamada hacia la MSC donde está el móvil llamado
Si la llamada viene de la red fija, se encamina primero a una central GMSC (Gateway MSC) que se encarga de consultar al HLR y completar el encaminamiento desde la GMSC a la MSC del móvil llamado
En cualquier caso, se utiliza un Número de Itinerancia de la Estación Móvil (MSRN), perteneciente a la MSC destino, que se asocia a la llamada con el fin de poder encaminarla hacia esa MSC destino
El MSRN tiene formato E.164
RCM – Tema 2: Redes 2G – 131 dit dit
Encaminamiento de llamada de móvil a móvil
HLR
3. Enviar Info de
Encaminamiento
para MSISDN
5. Resultado
MSRN
5. Resultado MSRN
8. Q.931
SETUP
7. RR y MM
4. Envíame Núm. de Itinerancia
para IMSI
VLR MSC
Señalización MAP/C y MAP/D
MSC
6. ISUP Mensaje Inicial
IAM (MSRN,…)
6. …
1. RR y MM
2. Q.931 SETUP (MSISDN,...)
MSC
(Red propia del llamado)
(Red actual del llamado)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 132 dit dit
Encaminamiento de llamada de fijo a móvil
HLR
GMSC
3. Enviar Info de
Encaminamiento
para MSISDN
5. Resultado
MSRN
5. Resultado MSRN
8. Q.931
SETUP
4. Envíame Núm. de Itinerancia
para IMSI
Señalización MAP/C y MAP/D
Red Fija
MSC
2. ISUP Mensaje Inicial IAM (MSISDN,…)
6. ISUP Mensaje Inicial
IAM (MSRN,…)
6. …
7. RR y MM
1. Marca el
MSISDN llamado
(Red propia del llamado)
VLR MSC
(Red actual del llamado)
(Red propia del llamado)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 133 dit dit
Ejemplos de llamadas
Tramo antes de consulta al HLR Tramo posterior a la consulta
1
GSM
2
GSM
3
GSM
GSM
visitada
4
GSM
GSM
visitada
RCM – Tema 2: Redes 2G – 134 dit dit
Control de servicios suplementarios
Numerosos SS definidos en GSM, por ejemplo
Desvío de llamadas (incondicional, si no responde,…), prohibición de llamadas (salientes, salientes internacionales, entrantes en itinerancia,…), identificación del llamante, id. de línea conectada, transferencia de llamada,…
El usuario los maneja mediante
Menús (específicos de cada modelo de terminal)
Comandos introducidos por teclado (más difíciles de recordar, pero normalizados), por ejemplo:
–**61*5557338**10# desvío al nº indicado si no se responde en 10 s
–**21*5557338# desvío incondicional al nº indicado
–#21# desactiva el desvío *21# lo vuelve a activar
RCM – Tema 2: Redes 2G – 135 dit dit
Control de servicios suplementarios (II)
Los datos sobre SS viajan en elementos de información Facility que se insertan en los mensajes de señalización intercambiados entre el móvil y la MSC
durante el establecimiento y liberación en mensajes como SETUP, CALL PROCEEDING y RELEASE COMPLETE, durante la conversación en mensajes FACILITY y fuera de llamada en mensajes REGISTER
La información sobre SS queda guardada en el HLR y VLR
El protocolo MAP se utiliza para guardar, modificar, borrar y consultar esta información
Ejemplo: activación de desvío de llamadas
Facility (Invoke = Activate (21)) REGISTER
Facility (Return result = Activate)
RELEASE COMPLETE
VLR HLR MSC
MAP ACTIVATE SS (…)
MAP ACTIVATE SS ACK
[MAP Insert Subscriber Data]
*21#
RCM – Tema 2: Redes 2G – 136 dit dit
1. B activa desvío
incondicional a C
Ejemplo: desvío incondicional
B
FACILITY
(Facility: CFU)
CFU: Call Forwarding Unconditional
HLR
En la consulta al HLR se determina
que B tiene activado un desvío
incondicional a C
3. consulta
SETUP
2. A llama a B
4. La llamada se
encamina a C
A MSC
C
RCM – Tema 2: Redes 2G – 137 dit dit
Servicio de mensajes cortos (SMS)
Consiste en el envío de mensajes en modo almacenamiento y
reenvío a través de un centro de servicio de mensajes cortos
El remitente envía el mensaje al centro de mensajes cortos,
que, a su vez, enviará el mensaje al destinatario
Longitud máxima limitada a 160 caracteres (codificados en
140 octetos)
Aplicaciones variadas: mensaje de móvil a móvil, mensaje
desde fuera de la red GSM a un móvil, mensaje desde la red
GSM a un móvil (ej. bienvenida)...
RCM – Tema 2: Redes 2G – 138 dit dit
Protocolos para mensajes cortos
destino
origen
SMSC Short Message Service Center
SMSG Short Message Service Gateway
SMSC
depósito (m)
MSC/
VLR MSC/
VLR
entrega (m)
Vía MAP
sobre la
red SS7
Vía LAPDm sobre SDCCH
(o SACCH si hay un TCH
establecido), LAPD y BSSAP
hasta MSC.
Ack
Data
(m)
Ack
Data
(m)
SMSG
HLR
RCM – Tema 2: Redes 2G – 139 dit dit
entrega(m)
VLR
Uso de MAP para SMS: depósito
Móvil
destino
Móvil
origen
Centro de mensajes cortos
depósito(m)
1. Data (m)
5. Ack
4. Envía ack
3. Paso del mensaje m y asentimiento
MAP/E
MSC
(Red actual del remitente) Pasarela
SMSG
2. Envía
Mensaje (m)
(Red propia del remitente)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 140 dit dit
depósito(m)
Uso de MAP para SMS: entrega
6. Ack
5. Data (m)
7. Envía ack
3. Resultado (Central destino)
8. Ack
MAP/C y
MAP/E
1. Paso del mensaje m
entrega(m)
Móvil
destino
Móvil
origen
Centro de mensajes cortos
HLR
2. Envía Info de Encaminamiento para Mensaje
(MSISDN)
(Red propia del destinatario)
VLR
4. Envía Mensaje (m)
MSC
(Red actual del destinatario)
SMSG
RCM – Tema 2: Redes 2G – 141 dit dit
VLR
Uso de MAP para SMS: fallo en la entrega
HLR
4. Envía Mensaje(m) 5. Envía Error
3. Resultado (Central destino)
8. Fallo 1. Paso del
mensaje m
6. Mensaje
Pendiente
en Centro
7. Ack
entrega(m)
Móvil
destino
2. Envía Info de
Encaminamiento
(MSISDN)
SMSG MSC
Destino desactivado
o fallo de entrega
* El HLR rechazará directamente la
solicitud 2 si ya tiene anotado un fallo
de entrega anterior.
Centro de mensajes cortos
*
RCM – Tema 2: Redes 2G – 142 dit dit
Uso de MAP para SMS: aviso para entrega posterior
HLR
2. Anota móvil
presente
3. Alerta al
Centro
1. Actualización de posición
(mismo VLR)
4. Aviso al Centro para
reintentar la entrega
Móvil
destino
VLR
SMSG MSC
MAP/C y
MAP/D
Centro de mensajes cortos
(Si la actualización de posición es en un VLR nuevo, el HLR es informado del cambio de VLR durante la actualización de posición, por lo que el mensaje 2 no es necesario)
RCM – Tema 2: Redes 2G – 143 dit dit
Resumen de procedimientos GSM
Diagramas de funcionamiento de los distintos procedimientos
Gestión de recursos (RR): asignación de canales, traspasos
Gestión de movilidad (MM): autenticación, actualización de posición
Gestión de comunicación (CM): establecimiento de llamadas, servicios suplementarios, mensajes cortos
Elementos (MS, BTS, MSC...) que intervienen en cada uno
Identificadores usados: IMSI, MSISDN, LAI, TMSI, MSRN
Protocolos
Entre móvil y red: Q.931, otros específicos de GSM
Entre elementos de red: BSSAP, MAP, ISUP
RCM – Tema 2: Redes 2G – 144 dit dit
Mejoras de GSM
Fase 1, terminada en 1990
Fase 2, terminada en 1995
Mejoras del servicio de voz – voz a 6,5 kbit/s (half rate) y mejor calidad a 13 kbit/s
(enhanced full rate)
– más servicios suplementarios
Fase 2+, varias “releases” entre 1996 y 1999
Servicios de Red Inteligente – CAMEL (Customized Apps for Mobile network Enhanced Logic)
Mejoras del servicio de datos – incremento de 9,6 kbit/s a 14,4 kbit/s sobre un canal radio
– HSCSD (High-Speed Circuit Switched Data): asignación de varios
canales radio al mismo terminal
– GPRS (General Packet Radio Service): grupo de canales radio
compartidos en modo paquete