A GSM hálózat alapjaiA GSM hálózat alapjai

Mi is az a GSM?Mi is az a GSM?

GSM=Global System for Mobile communication Digitális cellás mobil telefonrendszer Azért lett olyan sikeres, mert előbb volt meg a

szabvány és csak utána a rendszer Történet:

nem kompatíbilis/átjárható analóg cellás telefonrendszerek (NMT: pl.Westel450)

1990 európai szabvány (ETSI) 1991 élő rendszerek

Mi a cellás rendszer?Mi a cellás rendszer?

BTS+BSC

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS BTS

BTS

BTS

BTS BTS BTS

CellákCellák

A frekvencia sávok többszörös felhasználása a cél Interferencia A GSM számára fenntartott frekvencia sáv fel van

osztva N számú nem átlapolódó csatornára, melyek szabályosan ismétlődő módon vannak hozzárendelve egy cella hálóhoz

Egy cella max.35km sugarú lehet

MSBTS

PSTN(Matáv)

MS

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

BSC

BSC

BSC

SMSC HLR AuCEIR

VLR

VLR

MSC

MSC

BSSBSS NSSNSSGSM hálózatGSM hálózat

GSM hálózat elemei:GSM hálózat elemei:

Rádiós hálózat (BSS-Base Station Subsystem) bázisállomás (BTS) bázisállomás vezérlő (BSC)

Gerinchálózat (NSS-Network Switching Subsystem) mobil kapcsolóközpont (MSC) honos és látogató regiszterek (HLR, VLR) azonosító központ és készülékazonosító regiszter (AuC,

EIR) üzenetküldő központ (SMSC)

Bázisállomás (BTS)Bázisállomás (BTS)

tartalmazza az adó/vevő egységeket biztosítja az Air(levegő) interfészt , vezérli a

TDMA kereteket kódolja/dekódolja a levegőben küldött információt méréseket végez a rádiós szakasz minőségéről üzeneteket közvetít a mobil készülék és a GSM

hálózat között

Bázisállomás vezérlő (BSC)Bázisállomás vezérlő (BSC)

számos bázisállomást vezérel a rádiós erőforrásokat (csatornákat) konfigurálja

és menedzseli csatornákat rendel a mobilokhoz BSS-en belüli hívásátadást (handover) vezérel a mobil készülék és a bázisállomás méréseit

feldolgozza

Mobil kapcsolóközpont (MSC)Mobil kapcsolóközpont (MSC)

GSM specifikus kapcsolóközpont vezérli a kommunikáció felépítését a mobil

készülék és egy másik központ között BSS közti hívásátadást (handover) vezérel üzeneteket továbbít kapu (gateway) funkciót lát el a hálózaton kívüli

hívások esetén

Honos Regiszter (HLR)Honos Regiszter (HLR)

előfizetéshez tartozó előfizetői (titkos) adatokat és (az egyes szolgáltatásokhoz) hozzáférési jogokat kezel/tárol

követi az előfizetők helyzetét a VLR segítségével hívásfelépítés esetén azonosításnál szerepet játszik előfizető egyedi azonosítója: MSISDN IMSI

(VLR)

Látogató Helyzet Register (VLR)Látogató Helyzet Register (VLR)

Helyi adatbázis azoknak az előfizetőknek, akik egy adott MSC által lefedett régióban tartózkodnak

követi az előfizetők helyzetét adott régiókban roaming számot biztosít/oszt ki a mobil

készülékeknek ideiglenes azonositót ad a mobil készülékeknek IMSI MSRN (roaming szám), LAI (régió

azonosító), TMSI (ideiglenes azonosító)

Azonosító Központ (AuC)Azonosító Központ (AuC)

Előfizetői azonosítók adatbázisa azonosító adatok létrehozása/módosítása azonosító algoritmusok (A3,A5,A8)

adminisztrálása /lásd később/ a HLR-nek küldendő azonosító hármasokat

(RAND,SRES,Kc) generálja /lásd később/

Készülék Azonosító Regiszter (EIR)Készülék Azonosító Regiszter (EIR)

készülék azonosítókat (IMEI) tároló adatbázis (lista)

fehér lista - elfogadott mobil készülék típusok fekete lista - ellopott vagy hibás működésű mobil

készülékek szürke lista - nem letiltandó, de hibásan működő

készülékek

SMS Service Center (SMS-SC)SMS Service Center (SMS-SC)

üzenetközvetítő szerver tárolja és továbbítja az üzeneteket (SMS) ha a

címzett elérhető (be van kapcsolva)

BTS BSC MSC HLR

Data Network

OMC

Data Network

NMCNetwork Management Center

Operations & Maintenance Center

OSSOSSHálózatfelügyeletHálózatfelügyelet

A fizikai réteg jellemzőiA fizikai réteg jellemzői

Frekvencia sáv: 890-915MHz (MSBTS) és 935-960MHz (BTSMS) 124 db 200kHz-es csatorna (40db/szolgáltató)

Csatorna hozzáférés módja Hogyan és hányan tudnak egy cellából többen

telefonálni egyszerre?

VÁLASZ: FDMA/TDMA csatorna-hozzáférés, egy cellában általában 3 frekivel számolva: 3x8=24

Csatornakódolás Hogyan történik az adatávitel? Mire jó? Interleaving (összefésülés)

VÁLASZ: beszédkeretekkódolásbitsorozat, adatvesztés megakadályozása, titkosítás

frekvencia

idő

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2csat 52

csat 50

csat 51

csat 49

csat 48

csat 47

csat 46

csat 45

csat 53

TDMA keret

fizikai csatornaR

ádió

csa

torn

a

időrés burst

FDMA/TDMAFDMA/TDMA

4.615ms

0.577ms

Beszéd kódolás

260 bits

Csatorna kódolás

456 bits

20 ms analóg beszéd keret

interleaving

0 1 2 3 4 5 6 7 8 fél-burst (8 x 114/2 bits)

13 kbit/s (260 bits / 20 ms)

22.8 kbit/s (456 bits / 20 ms)

időrésTDMA keret (~ 5 ms)

Beszéd keret (= 20 ms)

8 TDMA keret (~ 40 ms)

Kódolás+InterleavingKódolás+Interleaving

CsatornakódolásCsatornakódolás

260 bits

50 132 78

50 3

4185

378 78

456

Fire

Konvolúció

Négy nullaa kódolónak

három ellenőrző bit generálva

Kétszer többbit ki

20 ms kódolt beszéd

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

b8 b9 b10 b11 b12 b13 b14 b15

b16 b17

b440 b441 b442 b443b444 b445 b446 b447

b448 b449 b450 b451b452 b453 b454 b455

ír

olvas

8 db fél beszéd-blokk

Bit Interleaving (összefésülés)Bit Interleaving (összefésülés)

Egy 456 bitből álló (20ms-os) csatornakódolt

beszéd-blokk bitjeinek összefésülése

…

… b439b438

456 bit

Biztonságos-e a GSM?Biztonságos-e a GSM?Három szintű biztonság: azonosítás

az előfizető azonosságának ellenőrzése a szolgáltatáshoz férés előtt

a mobil készülék azonosságának ellenőrzése titkosítás

lehallgatás elleni védelem: beszéd és felhasználó adatának titkosítása adatávitelkor

lehallgatás megelőzése: jelzés információk titkosítása ismeretlenség megőrzése

IMSI helyett ideiglenes előfizetői azonosító (TIMSI) használata amikor csak lehetséges

Titkosításhoz használt azonosítók és algoritmusok

Titkosításhoz használt azonosítók és algoritmusok

A3A8Ki

IMSI

HLR/AuC

IMSITMSIRANDSRES

Kc

(RAND,SRES,Kc)

MSC/VLR

A5Kc

BSS

A5

IMSITMSI

A3A8KiKc

RANDSRES

Mobil

SIM

AZONOSÍTÁS (A3)AZONOSÍTÁS (A3)

HLR/AuC

összehasonlítás

SRES from AuC<->

SRES from MS

(RAND,SRES)

MSC/VLR BSS MS

A3

RAND Ki

SRES

Azonosítás kérés (RAND)

A3

RAND Ki

SRESAzonosítás válasz (SRES)

1

23

45

6

Kc

Titkos kulcs generálása (Kc) beszédforgalomhoz (A8)

Titkos kulcs generálása (Kc) beszédforgalomhoz (A8)

HLR/AuC

Kc

MSC/VLR BSS Mobil

A8

RAND Ki

Kc

A8

RAND Ki

Kc

BSS

Kc

A beszélgetés (A5)Titkosítása / Visszafejtése

A beszélgetés (A5)Titkosítása / Visszafejtése

MobilBTS

A5

COUNT Kc

XOR

S2S1beszéd titkosított

beszéd

visszafejtettbeszéd

titkosítottbeszéd

A5

COUNT Kc

XOR

XOR

S2S1titkosított

beszédvisszafejtett

beszéd

titkosítottbeszéd beszéd

S1/S2 - titkosított bitsorozatok fel/le irányban (114 bits mindegyik)burst - 114 bits of channel encoded speech / signallingXOR - bit szintű kizáró VAGY függvény (szimmetrikus művelet)

XOR

Kérdések?Kérdések?