A GSM hálózat alapjai.

Az előadások a következő témára: "A GSM hálózat alapjai."— Előadás másolata:

1 A GSM hálózat alapjai

2 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

3 Mi a cellás rendszer? BTS+BSC BTS

4 Cellák 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

5 GSM hálózat BSS NSS PSTN (Matáv) SMSC EIR HLR AuC MS BSC BTS VLR BTS

6 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)

7 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

8

9

10 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

11 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

12 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 è IMSI (VLR)

13 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 è MSRN (roaming szám), LAI (régió azonosító), TMSI (ideiglenes azonosító)

14 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/

15 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

16 SMS Service Center (SMS-SC)
üzenetközvetítő szerver tárolja és továbbítja az üzeneteket (SMS) ha a címzett elérhető (be van kapcsolva)

17 Hálózatfelügyelet OSS NMC Data Network OMC Data Network
Network Management Center Data Network OMC Operations & Maintenance Center Data Network BTS BSC MSC HLR

18 A fizikai réteg jellemzői
Frekvencia sáv: MHz (MSBTS) és MHz (BTSMS) 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: beszédkeretekkódolásbitsorozat, adatvesztés megakadályozása, titkosítás

19 FDMA/TDMA fizikai csatorna frekvencia csat 53 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 csat 52 csat 51 0.577ms csat 50 TDMA keret Rádió csatorna csat 49 4.615ms csat 48 csat 47 csat 46 csat 45 idő időrés burst

20 Kódolás+Interleaving
20 ms analóg beszéd keret Kódolás+Interleaving Beszéd kódolás 260 bits 13 kbit/s (260 bits / 20 ms) Csatorna kódolás 456 bits 22.8 kbit/s (456 bits / 20 ms) interleaving 1 2 3 4 5 6 7 8 fél-burst (8 x 114/2 bits) időrés TDMA keret (~ 5 ms) Beszéd keret (= 20 ms) 8 TDMA keret (~ 40 ms)

21 Csatornakódolás 260 bits 50 132 78 Fire 50 3 185 4 Konvolúció 378 78
20 ms kódolt beszéd 260 bits 50 132 78 Fire három ellenőrző bit generálva 50 3 Négy nulla a kódolónak 185 4 Konvolúció Kétszer több bit ki 378 78 456

22 Bit Interleaving (összefésülés)
olvas ír b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10 b11 b12 b13 b14 b15 … Egy 456 bitből álló (20ms-os) csatornakódolt beszéd-blokk bitjeinek összefésülése b16 b17 456 bit … b438 b439 b440 b441 b442 b443 b444 b445 b446 b447 b448 b449 b450 b451 b452 b453 b454 b455 8 db fél beszéd-blokk

23 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

24 Titkosításhoz használt azonosítók és algoritmusok
SIM HLR/AuC IMSI TMSI A3 A8 Ki Kc RAND SRES A3 A8 Ki IMSI (RAND,SRES,Kc) IMSI TMSI RAND SRES Kc A5 Kc A5 MSC/VLR BSS Mobil

25 AZONOSÍTÁS (A3) HLR/AuC A3 1 2 3 6 összehasonlítás A3 4 5 MSC/VLR BSS
RAND Ki A3 1 SRES 2 (RAND,SRES) 3 összehasonlítás SRES from AuC <-> SRES from MS RAND Ki 6 Azonosítás kérés (RAND) A3 4 5 Azonosítás válasz (SRES) SRES MSC/VLR BSS MS

26 Titkos kulcs generálása (Kc) beszédforgalomhoz (A8)
HLR/AuC RAND Ki A8 Kc Kc Kc RAND Ki Kc A8 Kc MSC/VLR BSS BSS Mobil

27 A beszélgetés (A5) Titkosítása / Visszafejtése
COUNT Kc COUNT Kc A5 A5 S1 S2 S1 S2 beszéd titkosított beszéd titkosított beszéd visszafejtett beszéd XOR XOR visszafejtett beszéd titkosított beszéd titkosított beszéd XOR XOR beszéd Mobil BTS S1/S2 - titkosított bitsorozatok fel/le irányban (114 bits mindegyik) burst bits of channel encoded speech / signalling XOR - bit szintű kizáró VAGY függvény (szimmetrikus művelet)

28 Kérdések?