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Tutorial: Rede GSM Introdução Durante os anos 80, os sistemas de celulares analógicos foram experimentados na Europa. Cada pais desenvolveu seu próprio sistema, o que se tornou um problema para os Europeus, que não eram compatíveis entre si. Isto foi uma situação indesejável, pois não somente o equipamento foi limitado para as operações, mas também o Mercado foi limitado, e as economias de escala e reservas subsequentes não p Nesta mesma época para desenvolver um sistema móvel PanEu Europa. r15 to view nut*ge grupo de estudos r o sistema na Em 1989 os primeiros testes junto com as especificações da fase o GSM foram publicados. Em 1993 já havia 33 redes GSM em 22 parses. No começo de 1994 eram contados 1,3 milhões de assinantes em todo o mundo. Neste tutorial veremos as especificações e a estrutura da rede GSM, o funcionamento de um processo de chamada e outros recursos oferecidos pelo sistema GSM.

Bandas de Freqüência do GSM Inicialmente o GSM disponibilizava as bandas de 900 MHz (GSM900), mas com o crescimento rápido de usuários na rede foi necessário expandir a banda agregando o pode ser utilizado livremente desde que citados o autor e o site do CEDET (wvm. cedet. com. br). Rede GSM: Fases do Desenvolvimento Quando os primeiros testes com a tecnologia foram feitos os engenheiros responsáveis pela implementação viram que as possibilidades eram muitas, e então decidiram dividi o processo em 3 fases.

A primeira delas (Phase l) foram enfocados os serviços básicos de telefonia móvel, são eles: Voz, Roaming Internacional, Serviços básicos de dados, bloqueio de chamada, encaminhamento de chamadas e Short Message (SMS). Na segunda fase (Phase II) alguns serviços novos foram implementados a tecnologia como: Aviso de cobrança, chamada retida, identificador de chamadas, chamada em spera, conferência, grupos fechados de usuários e comunicação de dados adicional (GPRS – General Packet Radio Service).

Na ultlma fase (Phase 11+) os serviços de perfil de Multi Serviços e Plano de números Privados e serviços fax foram incorporados a tecnologia, além de iniciar a utilização da banda de 1800 MHz. Conceitos O padrão GSM utiliza os seguintes conceitos: • MSISDN – Mobile Service ISDN Number Representa o número discado associado ao assinante. É provido para o assinante pela operadora na hora da compra e é gravado no SIM card.

O MSISDN tem o seguinte formato: MSISDN CC + NDC + SN Onde: 5 Copyright C CEDET – Centro de Desenvolvimento Profissional e Tecnológico Este conteúdo é de propriedade do CEDET e pode ser utilizado livremente desde que citados o autor e o site do CEDET (www. cedet. com. br). Exemplo: MSISDN – 55(CC) + 11(NDC) + 97912222(SN), ou 55 11 97912222 • IMSI – International Mobile Subscrlber Identity Quando um usuário assina o serviço de uma operadora uma identificação única de assinante é fornecida, essa identificaçao é gravada no SIM card do assinante e também no HLR (Base de dados de assinantes na operadora).

O IMSI tem o seguinte formato: IMSI = MCC + MNC + MSIN MCC = Mobile Country Code (código do pais do celular); MNC = Mobile Network Code (código da rede celular); MSIN = Mobile Station Identification Number (número de identificação do celular). IMSI = 311(MCC) + 030(MNC) + 000002359(MSlN), ou 31 1030000002359 • IMEI – International Mobile Equipment Identity É um número de série unico alocado no hardware do móvel. É registrado pela operadora e opcionalmente gravado na AUC (Central de Autenticação da rede) para propósito de validação. ?? GT – Global Title Todo equipamento na red uma identificação única Estrutura Geográfica da Rede Para entender a arquitetura da rede é necessário estudar desde o ponto mais básico. A tecnologia GSM utiliza uma estrutura dividida em células (o que explica o termo “rede célula”). A célula é o ponto chave da rede. Uma célula é composta de uma antena transmissora e uma Estação Rádio Base (Base Transceiver Station BTS).

Existem dois tipos de células: • Omnidirecional: possui este nome porque a área de cobertura desta célula é direcionada a um raio de 3600 em relação o ponto inicial de propagação. • Setorizada: concentra sua cobertura em um único setor (600), o que possibilita a obertura de não somente uma célula e sim três como mostra a imagem abaixo. Figura 2: Célula setorizada. • Área de Localização (Location Area – LA) por se tratar de uma rede móvel, o GSM precisa ter uma arquitetura bem definida para a localização de usuários. por isso a organização estrutural é dividida por hierarquia.

Uma LA (Location Area) é um con•unto de células em um determinado setor dentro PAGFd 15 4 • Área de Serviço da MSC As LAS são controladas por uma MSC (Mobile Switching Center), que é a central de comutação de chamadas. Uma operadora pode ter n MSC’s em sua rede dependendo do tamanho da cobertura. Uma MSC controla uma ou mais LA’s como pode ser observado na figura abaixo. Todas as informações sobre os usuários presentes em determinada LA são enviadas para a MSC. Figura 3: Área de serviço da MSC. • Rede PLMN Uma PLMN (Public Land Mobile Network) é um conjunto de LAS, ou seja, é a área total de cobertura da operadora.

Cada operadora possui uma PLMN. Desta forma, pode-se entender que o termo rede PI_MN refere-se à rede móvel (ou celular) de uma operadora. • Rede GSM É o conjunto de PLMN’s espalhadas no mundo, ou seja, é a área total no Globo onde existe cobertura GSM. Desta forma, pode-se dizer que todas as PLMN’s juntas formam a rede GSM. 5 Arquitetura A rede GSM é subdividida em duas camadas: Switching System (SS), ou CORE network (núcleo da rede), e Base Station System (BSS), ou access network (rede de acesso). Figura 5: Arquitetura da rede GSM. Base Station System (BSS) A BSS é a camada que cuida do acesso do usuário à rede. ? através dessa camada que o usuário se conecta para poder realizar a comutação de voz ou dados (ligação telefónica). Os nós que compõem a BSS são responsáveis pela conectividade entre a central e o terminal móvel (celular). São eles: a Base Transceiver Station (BTS) a gase Station controller (BSC). Base Transceiver Station (BTS) A função da BTS é prover a conexão de rádio para a estação móvel (celular). É composta basicamente de rádios transmissores e receptores TRX, Processador de Sinal, Equipamentos de Controle, Antenas e Feeder Cables.

Pode-se dizer que uma BTS é uma célula dentro da estrutura geográfica da rede. PAGF 15 três células diferentes, como descrito anteriormente na apresentação da célula setorizada. Figura 6: Base Transceiver Station (BTS). Base Station Controller (BSC) A BSC é a controladora das BTS’s, e sua função é alocar um canal ara a duração da chamada, monitorar as chamadas visando qualidade e potência transmitida pela BTS ou a estação móvel, e garantir o handover para outra célula, quando requerido. A BSC controla uma ou mais áreas de localização (LA’s), dependendo de sua capacidade.

Então é comum encontrarmos redes em que o número de BSC’s seja grande. Switching System (SS) ASS é a camada da rede que cuida da comutação de chamadas, do encaminhamento de mensagens e da sinalização. Os nós que a compõem são: Mobile Switching System (MSC), Home Location Register (HLR), Visitar Location Register (VLR), Authentication Center (AUC), Equipment Identity Register (EIR) e Gatway Mobile Switching Center (GMSC). 8 coordena os processos de Location Update e Handover na rede, gerencia os recursos de rádio (BSC’s) e gerencia a informação de bilhetagem para os assinantes.

A MSC é uma controladora de BSC’s, e isso faz com que ela seja o centro da rede GSM. Ela recebe todas as informações da rede e, assim, todas as chamadas e mensagens originadas vão para a MSC para serem comutadas aos destinos correspondentes. Figura 7: Mobile Switching System (MSC). Home ocation Register (HLR) O HLR é a base de dados de assinantes na rede. Nele estão rmazenadas informações como número do assinante (MSISDN), identificação do assinante na rede (IMSI), tipo de plano assinado pelo usuário e serviços suplementares do assinante. A ativação e a desativação de serviços é feita no HLR.

Isso slgniflca que a operadora GSM usa o HLR para ativar e desativar os serviços fornecidos aos seus usuanos. Para o assinante se registrar na rede, o HCR é consultado para verificar se o assinante icos oferecidos pela tem ou não permissão par O VLR é uma base de dados temporária de usuários visitantes, sendo geralmente montada no mesmo equipamento da Central (MSC). No entanto, dependendo do amanho da rede e número de assinantes, pode também ser alocada em um equipamento dedicado. Entende-se por visitante todo assinante que não está registrado na MSC responsável por aquela área.

Isso pode ocorrer também dentro de uma mesma rede (dentro da mesma PLMN), Isso se a operadora possuir mais de uma MSC. 10 Nesse caso, pode-se imaginar o seguinte cenário: um usuário da operadora XYZ está registrado na MSCI e, portanto, seus dados estão armazenados no HLRI . Se ele estiver em Roaming (visita) na área da MSC2 dessa mesma operadora, para que ele possa se conectar a rede o VLR da MSC2 precisa ter suas informações. Então, a MSC2 solicita uma cópia dos dados desse usuário para o HLRI e grava no VLR2, a fim de poder autorizar a conexão desse usuário.

Assim que o usuário sair da área de cobertura da MSC2, esta ir dados no VLR2. sendo responsável por autenticar os usuários da rede a fim de prevenir fraudes como a Clonagem. Seu sistema de autenticação é simples e eficaz, utilizando chaves e algoritmos de autenticação. O pacote utilizado para a Autenticação do assinante é chamado de Triplex. O triplex é gerado na AUC utilizando o IMSI do usuário. A AUC possui um gerador RAND (gerador randômico), que é parte integrante das nformações que completam o Triplex.

O RAND é gerado e utilizado juntamente com o IMSI e a Chave de Autenticação Ki para gerar o SRES (Signed Response). Essas três informações RAND, IMSI e a Chave Ki passam pelo algoritmo de autenticação A? e formam o SRES. A mesma coisa é feita com o algoritmo A8 para gerar a Chave Kc. As três informações geradas RAND, SRES e Kc formam o Triplex. A estação móvel (celular) faz a mesma coisa no SIM card e envia o Triplex para a AUC. Os dois Triplex gerados são comparados e, se forem iguais, a autenticação está completa e o usuário poderá se conectar a rede.