GSM spezifische AblGSM spezifische Ablääufeufe

Kanalstrukturen auf der Funkschnittstelle

Signalisierungsabläufe

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 2

GSM GSM -- NetzstrukturNetzstruktur

PSTN

ISDN

PSDN

BSC

TCE

OSS

VLR

MSC

VLR

MSC

HLRAC EIR

BTS

GSMPLMN

MSOperation

AdministrationMaintenance

Core NetworkCN

RadioAccessNetwork

GERAN

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 3

Physikalisch KanalstrukturPhysikalisch KanalstrukturG

esam

tban

dU

plin

k od

er D

ownl

ink

GSM

900

: 35

MH

zG

SM 1

800:

75

MH

zGSM 900 & GSM 1800

Teilfrequenzband 1

GSM 900: Teilfrequenzband 174GSM 1800: Teilfrequenzband 374

Zeitrahmen 4,615 ms

Zeitschlitz 0 1 2 3 4 5 6 7

Traffic Channels(Nutzkanäle)

CommonSignallingChannel

Teifr

eque

nzba

nd-

Ban

dbre

ite je

200

kH

z

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 4

BurstsBursts

3TB

3 8,25TB Guard

142Fixed Bitpattern

3TB

3 8,25TB GuardEncrypted Bits Encrypted BitsExtended

Trainingssequence39 64 39

3 8,25TB Guard

3TB Fixed Bitpattern Fixed BitpatternTrainings-

sequence58 26 58

Encrypted Bits TBExt. TB Guard IntervallSync. Sequence68,25336418

Frequency Correction Burst

Synchronization Burst

Dummy Burst

Access Burst

Encrypted Bits573 261 1 57 3 8,25

Encrypted BitsTrainings-sequence

TB TB Guard

Normal Burst

stealing flag

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 5

GSM SteuerkanGSM Steuerkanäälele• Broadcast Control Channels (BCCH)

- Broadcast Control Channel, (BCCH)- Frequency Correction Channel (FCCH)- Synchronisation Channel (SCH)

• Common Control Channels (CCCH)- Paging Channel (PCH) - Random Access Channel (RACH)- Access Grant Channel (AGCH)

• Dedicated Control Channels (DCCH)- Stand-Alone Dedicated Control Channel (SDCCH)- Slow Associated Dedicated Control Channel (SACCH)- Fast Associated Dedicated Control Channel (FACCH)

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 6

Strukturen von MehrfachrahmenStrukturen von Mehrfachrahmen

T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T

SACCH

idle

FCCH SCH BCCH CCCH

RACH

BCCH BCCH BCCH CCCH CCCH CCCH FCCH SCH CCCH CCCH CCCH CCCH CCCH CCCH

CCCH CCCH SCH CCCH CCCH CCCH CCCH CCCH CCCH CCCH CCCH SCH CCCH CCCH CCCH CCCH

CCCH CCCH CCCH CCCH

SCH CCCH CCCH CCCH CCCH

CCCH CCCH CCCH CCCH SCH CCCH CCCH CCCH CCCH CCCH CCCH CCCH CCCHSCH CCCH CCCH CCCH CCCH CCCH CCCH CCCH CCCH idle

FCCH FCCH

FCCH

RACH RACH RACH RACH RACH RACH RACH RACH RACH RACH RACHR0 R50

R0

R50

uplink

downlink

downlink

Mögliche Struktur eines 51er Mehrfachrahmens

26er Mehrfachrahmens für full rate speech

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 7

Hierarchie der RahmenstrukturenHierarchie der Rahmenstrukturen2042 2043 2044 2045 2046 20471 2 3 4 50

0 1 2 3 47 48 49 500 1 24 25

0 1 2 3 22 23 24 25

0 1 2 3

0 1 2 3

0 1 2 34 5 6 7 4 5 6 7

47 48 49 50

1 Hyperrahmen 0 2048 Superrahmen 0 2 715 648 TDMA-Rahmen = 3h, 28min, 53s, 750ms

1 Superrahmen = 1326 TDMA-Rahmen = 6,12sec

Traffic ChannelsSignalling Channels

26er Mehrfachrahmen = 120ms 51er Mehrfachrahmen = 235,38ms

TDMA-Rahmen = 4,6154ms TDMA-Rahmen = 4,6154ms

Burst = 0,5769msBCCH, FCCH, SCHPCH, RACH, AGCHSDCCH

TCHSACCH, FACCH

Burst = 0,5769ms

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 8

International Mobile Subscriber International Mobile Subscriber Identity IMSIIdentity IMSI

Die IMSI entspricht der MSISDN, sie ist die international eindeutige Kennung eines Teilnehmers im Mobilnetz. Sie besteht aus:

• Code des Heimatlandes, 3stellig (engl.: mobile country code, MCC), den

• Code des Netzwerkes, 2stellig (engl.: mobile network code, MNC) und die

•Nummer des Teilnehmers in seinem Netzwerk, 10stellig (engl.: mobile subscriber identificationnumber, MSIN).

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 9

Location Location AreaArea Identity LAIIdentity LAI

Die Location Area ldentity (LAI) besteht aus:• MCC, Mobile Country Code, der mit einer

Kombination aus 3 Ziffern das Land identifiziert

• MNC, Mobile Network Code, der aus 2 Ziffern besteht und zur Unterscheidung der PLMNsinnerhalb eines Landes dient

•LAC, Location Area Code, der die Location Area innerhalb des PLMN kennzeichnet (hierfür stehen 2 Byte zur Verfügung)

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 10

Subscriber Identity Module SIMSubscriber Identity Module SIMpermanente Daten• IMSI (International Mobile Subscriber ldentity),• Ki (individuelle Teilnehmerschlüssel),• Algorithmen A3 und A8 (netzbetreiberindividuell)• PUK (Personal unblocking Key)

temporäre Daten•LAI (Local Area Identity)•TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)

semipermanente Daten•PIN Code (Personal Identification Number) ergänzt.

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 11

Authentication CenterAuthentication CenterIm Authentisierungszentrum werden die

sog. Triples erzeugt.Die Parametersätze bestehen aus :• RAND (random number): Zufallszahl• SRES (signed response): Referenzwert

für die Authentication• Kc (cipher key): Code zur Verwendung für

die FunkkanalverschlüsselungDiese werden vom VLR zur Authentizierung

der SIM-Karte verwendet

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 12

Home Location Register HLRHome Location Register HLR

• International Mobile Subscriber Identity (IMSI),• internationale GSM Rufnummer des

Teilnehmers (MSISDN = Mobile Subscriber ISDN Number oder Rufnummer des Teilnehmers im öffentlichen Netz),

• Parameter zur Authentizierung und Verschlüsselung,

• zugelassene Zusatzdienste• temporäre Teilnehmerdaten (z.B. VLR-Adresse

des Teilnehmers)

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 13

Visitor Location Register VLRVisitor Location Register VLR

• Im Besucherregister werden die Daten aller sich im Augenblick im Bereich des zugehörigen MSC aufhaltenden Mobilstationen gespeichert. Die permanenten Teilnehmer-Daten sind dieselben wie im HLR.

• Während das HLR den Anruf eines mobilen Teilnehmers aus dem Festnetz unterstützt, unterstützt das VLR den aktiven Gesprächsaufbau

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 14

AuthentifizierungAuthentifizierungWird durchgeführt bei:• Einbuchen (IMSI Attach)• Location Update• Aktivgespräch• PassivgesprächDie Parametersätze eines Triples bestehen aus:• RAND (random number): Zufallszahl, wird zur

Generierung eines Triples verwendet,• Kc (cipher key): Code zur Verwendung für die

Funkkanalverschlüsselung• SRES (signed response): zur Überprüfung der

Zugangsberechtigung

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 15

AuthentifizierungsablaufAuthentifizierungsablauf

Subscr. Data Request

Subscriber Data

Triple Request

3 Triples (RAND, SRES, Kc)

Service Request Service Request

Authentication RequestRAND

Authentication ResponseSRES

Cyphering Mode Command

Cyphering Mode Comp.lete

weitere Aktivitäten

TMSI-Zuweisung

ME errechnetSRES und Kc

aktueller Funk-kanalschlüsselwird aktiviert z.B. SETUP Message

MS/SIM VLR HLR AC

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 16

Location ManagementLocation Management

• Ein- und Ausbuchen der MS (IMSI –Attach und IMSI-Detach)

• periodische Aktualisierung des Aufenthaltsortes(Periodic Registration)

• Aktualisierung des Aufenthaltsortes im verbindungslosen Zustand (Location Update)- Wechsel innerhalb des Aufenthaltsbereiches

(Intra-VLR Location-Updating)- Wechsel in einen neuen VLR-Bereich (Inter-

VLR Location-Updating)

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 17

Location UpdateLocation Update

BSC1

BSCx

Base Station Controller

Base Transceiver Stations(Zellenstruktur)

Festnetz-VerbindungenFunkschnittstelle

zur MS

TCETCE

zum Core NW

LAI xLAI y

nur eingeschaltet,keine Gesprächsverbindung

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 18

IntraIntra--MSCMSC HandoverHandover

Handover Request

MS BSC1 MSC MSBSC2

Handover Request

Handover RequestAcknowledgementHandover Command

Handover Command

HandoverPhase 3

Handover CompleteHandover Complete

Clear Command

Clear Complete

EnpfangspegelSACCH

Phase 1

Phase 2

Phase 4

FACCH

FACCH

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 19

Location Location UodateUodate vs. Handovervs. Handover

Location Update(LAI-Wechsel)

bei Unterschied erfolgt ein Update Requestder MS an das System

ME ist eingeschaltet, d.h. im Netz eingeloggt.Es besteht keine Nachrichtenverbindung

ME vergleicht die auf der SIM gespeicherte LAImit der auf dem „besten“ Kanal empfangenen

bietet eine andere Zelle bessere Empfangsbe-dingungen als die aktuelle und ist in der neuenZelle ein Speech Channel verfügbar, wird vom

BSC der Handover durchgeführt

Handover(Zellenwechsel)

ME ist eingeschaltet, d.h. im Netz eingeloggt.Es besteht eine Nachrichtenverbindung

ME misst die Empfangspegel der umliegenderBTSs und meldet diese an den BSC

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 20

AktivverbindungAktivverbindungMS/SIM MSC/VLR

Authentication Request

Authentication Response

Cyphering Mode Com.

Cyphering Mode Compl.

Channel Request über CCCH

RAND

SRES

MS errechnetSRES und Kc

AktivierungFunkkanalschlüssel

SETUP

Immediate Assign

Connection ManagementService Request

DurchführungAuthentizierung

Call Proceeding

Assignment Comand

Assignment Complete

ALERTING

CONNECT

CONNECT ACKNOWLEDGE

DCCHAnforderung,u. Zuweisung

ZuweisungSpeech Channel

und ACCH

Verbindungs-durchschaltung

BTS/BSCTeilnehmer gibtB-MSISDN ein

und drücktVerbindungstaste

new TMSI

TMSI accepted

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 21

Interrogation und PagingInterrogation und Paging

• InterrogationErmitteln der MSRN (mobile Station Roaming Number) mit Hilfe der VLR-Nr des B-Teiln. Die MSRN wird zum Aufbau einer Nutzkanalverbindung vom MSC des A-Tln zum MSC des B-Teiln. benötigt.

• PagingErmitteln der Zelle in welcher sich der B-Teiln. gerade aufhält, damit die Nutzkanalverbindung zum B-Teiln. Durchgeschaltet werden kann.

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 22

InterrogationInterrogation

Send Routing Information

Routing Information (MSRN)

IAM

IAM

MSCB HLR GMSC VStA

MSRN befindet sich im HLR

POEL © 2007 GSM spezifische Abläufe 23

PassivverbindungPassivverbindungBS BTS/BSC/MSC VLR HLR

Interrogation

GMSC

IAM

TMSI & LAI Request

Page MS (TMSI, LAI)Paging Request (TMSI)

Paging ResponseAccess Request

Paging

Authentication

Cyphering

TMSI Reallocation

Access Requ. Ackn.Triple Request

TriplesTriple RequestComplete Call

SETUP

Call Confirm

Assign Command

Assign Complete

ALERT

CONNECT

CONNECT ACK

ACM

ANS

MSISDN

ACMVStA

VStA

ANS

VStA

Verbindungsdurchschaltung