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Global System
for Mobile Communications
Menu-Auswahl
Ulf Marxen & Julian Wiegel
Masterstudiengang Kommunikati...
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Gesamt-Übersicht
Inhaltsverzeichnis
 Einleitung
 Konzept der Dienste
 Systemarchitektur
 Protokolle
 Pro...
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Einleitung
Inhaltsverzeichnis
 Geschichte der mobilen Kommunikation
 Einführung von GSM
 Einteilung der En...
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Geschichte
der mobilen Kommunikation
Einleitung
 A-Netz (1958-1977)
• Handvermittelt
• Kein Roaming / kein h...
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Einführung von GSM
Einleitung
 Erster digitaler Mobilfunkstandart
 Bekannt als „D-Netz“ oder 2G
 1982 Grou...
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Ziele des GSM Standards
Einleitung
 Europaweit einheitlicher Standard
 Mit ISDN und Analog PSTN kompatibel
...
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Verwendete Frequenzbänder
Einleitung
GSM 1800
GSM 900
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Konzept der Dienste
Inhaltsverzeichnis
 Allgemeine Einteilung der Dienste
 Spezifikation der Dienste
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Allgemeine Leistungen
Konzept der Dienste
 Trägerdienste
(Bearer Services)
 Tele(matik)dienste
(Tele Servic...
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Bearer Services
 Dient dem Transport von Nutzdaten
auf den OSI-Schichten 1-3
 Syn-/Asynchrone paket-/leitu...
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Tele Services
Konzept der Dienste
 Dient der Ende zu Ende Kommunikation unter
Verwendung aller 7 OSI Schich...
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Supplementary Services
Konzept der Dienste
 Erweiterung der Dienstnutzung
• Übermittlung der Teilnehmerkenn...
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Systemarchitektur
Inhaltsverzeichnis
 Allgemeine Infrastruktur
 Erläuterung der Arbeitsbereiche
 Erläuter...
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Allgemeine
Infrastruktur
Systemarchitektur
HLR VLR
EIR AUC
OMC
BTS
BTS
MSC
BTS
BTS
PSTNGMSC
PDNIWF
MS
MS BSC...
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BSS
Base Station Subsystem
Systemarchitektur
 Zuständig für permanente Funkverbindung zum
MS
 Sprach-(de/)...
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MS
Mobile Station
Base Station Subsystem
 Hard- und Software eines mobilen Endgeräts
• Anzeige, Lautspreche...
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MS
SIM-Karte
 Komplexer Mikrocontroller
 Nutzerspezifische Funktionen
 Geschützt durch PIN / PUK
 Wichti...
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BTS
Base Transceiver Station
 Sende-/Empfangseinheit (Antenne & Verstärker)
 Radius bis 35 km
• Abhängig v...
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BTS
Aufgaben
 Modulation und Kodierung der Signale
 Fehlerkorrektur
 Messung der Signalqualität und –stär...
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BTS
Base Transceiver Station
3-Sektorantenne im 120 ° Winkel
Folie 20Base Station Subsystem
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BTS
Base Transceiver Station
Base Station Subsystem
http://opencellid.org
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Aufenthaltsbereiche
 Mehrere Funkzellen (BTS) bilden
einen Aufenthaltsbereich Location Area (LA)
 Zugeordn...
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Aufenthaltsbereiche
Base Station Subsystem
(3)
 Ortung innerhalb von LA = Paging
 Wechsel innerhalb von LA...
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BSC
Base Station Controller
 Dient dem Radio Ressource Management
 Schnittstelle zwischen GSM-Core Netz un...
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NSS
Network and Switching
Subsystem
 Intelligentes Teilsystem zur Vermittlung von
Gesprächs- und Datenverbi...
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MSC
Mobile Services
Switching Center
Network & Switching Subsystem Zurück zur Übersicht
 Knotenpunkt aller ...
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Visited - MSCGateway – MSC
GMSC
Gateway Mobile Services
Switching Center
Zurück zur Übersicht
PSTNG-MSC V-MS...
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HLR
Home Location Register
 Heimatregisters des PLMN
 Speicherung von Benutzerdaten der Mitglieder
des lok...
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VLR
Visitor Location Register
 Besucherregister des PLMN
 Temporäre Speicherung der Benutzerdaten aller
Te...
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IWF
Inter-Working function
 Dient der leitungsvermittelnden
Datenübertragung
 Schnittstelle zum PLN (Publi...
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SMSC
Short Message Services
Center
 Dienst des SMS-Nachrichtendienst
 Verteilung der SMS an andere SMSC
 ...
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OSS
Operation Subsystem
Systemarchitektur
 Betriebs- und Wartungseinheit
 Zuständig für reibungslosen Betr...
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OMC
Operation and Maintenance
Center
 Überwachung und Steuerung aller Komponenten
• Sicherheitsmanagement
•...
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EIR
Equipment Identity
Register
 Optionale Datenbank für alle IMEI
 Möglichkeit MS zu sperren
 Enthält ve...
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AUC
Authentication Center
Operation Subsystem
 Verantwortlich für Authentifizierung
 Erzeugung der gesende...
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Protokolle
Inhaltsverzeichnis
 Übersicht der Schnittstellen
 Protokollzuordnung der Schnittstellen
 Erläu...
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Schnittstellen
Protokolle
BTS
BTS
MSC
BTS
BTS
GMSC
MS
MS BSC
BSC
Um Abis A E
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Protokolle
zwischen MS und MSC
Protokolle
CM - Call Management
MM - Mobility Management
RR - Radio Ressource...
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Call Management
Protokolle
 Bestehend aus 3 Komponenten:
• CC - Call Control
• SMS - Short Message Service
...
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Call Management
Protokolle
 SMS bietet:
• Punkt zu Punkt Nachrichtendienst
• Textbasierte Nachricht
 bis 1...
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Mobility Management
Protokolle
 Verantwortlich für:
• Nutzerregistrierungen
• Authentifizierungen
• Gerätei...
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Radio Ressource Management
Protokolle
 Stellt die unterste Vermittlungsschicht dar
(ISO/OSI Layer 3)
 Zust...
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CAMEL
Customized Applications for
Mobile network Enhanced Logic
Protokolle
 Dient der Verwaltung von Zusatz...
Folie 44 / 64
CAMEL
Zustandsmodell
Protokolle
 HLR beinhaltet gebuchte Zusatzdienste
 Regeln werden eingeleitet durch DP...
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CAMEL
Zustandsmodell
Protokolle
 BCSM - Basic Call State Model
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CAMEL
Funktionsprinzip
Protokolle
MSC
SSF
IAM
(MSRN)
ISUP
SCP SCP
MSC
SSF
ISUP ISUP
PSTN
INAP
(MSRN)
INAP
(M...
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Prozeduren
Inhaltsverzeichnis
 Lokalisierung eines Teilnehmers
 Mobilitätsverhalten (Handover)
 Anruf aus...
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Location Area Update
Prozeduren
MS
BSCBTS MSC
Authentifizierung
Location Update Request
UA ACK Frame
Connect...
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Handover
Prozeduren
(2)
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Clear complete
Clear command
HO complete
Handover (Intra-MSC)
Prozeduren
MS
BSC
alt
MSC
BTS
neu
BSC
neu
Mess...
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Gesprächsaufbau
(Festnetz zu Mobiltelefon)
Prozeduren
MS
BTS VLR
PSTNMSC GMSC
BSC
IAM
(MSISDN)
PRN
(IMSI)
PR...
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PRIVILEG CHECK
(TMSI)
PRIVILEG ACK
(TMSI)
CALL CONFIRMED
(TMSI)
Gesprächsaufbau
(Mobiltelefon zu Festnetz)
P...
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Datendienste
Inhaltsverzeichnis
 Übertragungsarten
• Leitungsvermittelnd HSCSD
• Paketvermittelnd GPRS / ED...
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Leitungsvermittelnder
Datendienst
Datendienst
 HSCSD
(High Speed Circuit Switched Data)
 Bündelung von Spr...
Folie 55 / 64
Problemstellung
unter HSCSD
Datendienst
 Asynchrone Datenschübe mit langen Zeitpausen
• Typisch für Webanwe...
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Weiterentwicklung
Datendienste
 GPRS
General Packet Radio Service
 Paketorientierte Datenübertragung (IP)
...
Folie 57 / 64
Systemarchitektur
der Datenvermittlung
Datendienste
BTS
BTS
MSC
PDN
IWFMS BSC
NSSBSS
PCU SGSN GSGN
paket-
ve...
Folie 58 / 64
PCU
Packet Control Unit
Datendienste
 Erweitert BSC um Pakethandling
 Bereitstellung der Sicherungsschicht...
Folie 59 / 64
GPRS
Support Nodes
Datendienste
 Service GPRS Support Node (SGSN)
• Verhält sich wie ein MSC in GSM
• Bilde...
Folie 60 / 64
GPRS
Routing Areas
Datendienste
BTS
Location Area
Routing Area 1
Routing Area 2
Cell 1 BTS Cell 2
BTS Cell 3...
Folie 61 / 64
EDGE
Enhanced Data Rates for GSM Evolution
Datendienste
 8-PSK ersetzt bisherige GMSK Modulation
• GSMK = 1...
Folie 62 / 64
Ausblick
 Trend für private Endverbraucher von Sprach-
hin zu Datendiensten (Smartphones,
Tablets,..)
 Pak...
Folie 63 / 64
ENDE
Sperren
In diesem Sinne
weitere Fragen…?
Ausschalten
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Quellen
 (2)http://article.sapub.org/image/10.5923.j.i
jnc.20120204.02_005.gif
 (3)http://doktori.bme.hu/b...
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Global System for Mobile Communications

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Diese Präsentation zeigt die verwendete Infrastruktur und angebotenen Dienstleistungen des Mobilfunkstandards GSM. Eine Studienarbeit an der Fachhochschule HTW Saarbrücken im Studiengang Kommunikationsinformatik. 2014

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  • JULIAN
  • Julian
  • Julian
  • Julian:
  • Julian:
  • Julian:
  • GSM 900: - US: 880 MHz – 915 MHz
    - DS: 925 MHz – 960 MHz

    GSM 1800: - US: 1725 MHz – 1781 MHz
    - DS: 1820 MHz – 1876 MHz
  • ULF: Konzept des GSM wurden Definitionen für standardisierte Dienste festgelegt
    Die eine Integration verschiedener Sprach- und Datendienste von anderen Fest- oder Mobilnetzen ermöglichen.
  • ULF: standardisierte Dienste zur Integration verschiedener Sprach- und Datendienste von anderen Fest- oder Mobilnetzen ermöglichen.

    Benötigt für die Dienste werden ein PLMN Public Land Mobile Network
  • ULF: Der Trägerdienst ist eine technisch notwendige Einrichtung zum Transport von Nutzdaten.
    SICHERER Transport von Nutzdaten
    Zwei Modi: (1)Transparente auf Schicht 1 – konstante Übertragungsgeschwindigkeit anbietet solange keine Fehler auftreten
    (2)Nicht Transparent auf Schicht 1-3 mit Protokollen hat selektive Wiederholung von Daten -> Durchsatz wird mehr abhängiger von Signal
  • ULF: Hauptdienst der Entwicklung von GSM ist einen funkbasierten Telefondienst mit einer digitalen Sprach-Übertragung eines Gesprächs anzubieten
    für die Übertragung und Weiterleitung von Informationen in Telekommunikationsnetzen
    Gleiche Qualitiät wie in SS7 Netzen von einer Bandbreite 3100Hz
    Nachrichtendienst
    Kostenloser Notdienst ohne Authentifizierung und Vertrag
    Fax – transparenten Trägerdienst
  • ULF: Zusatzdienste sind vom Netzwerkbetreiber an- und abschaltbar und ermöglichen ihm somit, für einzelne Dienste eine zusätzliche Gebühr zu verlangen.
  • JULIAN:
  • JULIAN:
    Beginnend mit PLMN
  • 13 kbit/s für Vollraten
    12,2  kbit/s für Erweiterte Vollraten- (EFR)
    5,6 kbit/s für Halbratenübertragung
  • International Mobile Station Equipment Identity (IMEI)
  • LAC = 2 Byte große Kennung
    Jede LA untersteht einem MSC, meistens auch nur ein BSC

    Jede LA untersteht einem MSC
  • Intellegente Zentralsystem das mit verschiedenen Komponenten die Verwaltung und Vermittlung der Teilnehmer im Netz steuert
  • Aufgaben der Vermittlung sind
    Call Management auf Basis des SS7
    Mit dem GMSC Weiterleitung
    Weitere Aufgabe ist es als Informations zentrale des PLMN zu dienen
    Da Teilnehmer sich innerhalb eines PLMN bewegen
    benötigt es eine zentrale Speicherung dieser Informationen mit anbindung an Datenbanken
    Damit bereit gestellt werden die Dienste der
  • die (logische) Rufnumer MSISDN (Mobile Subscriber ISDN Nr)
    weltweit eindeutige Nummer IMSI (International Mobile Subscriber Identity).

    die temporäre (physische) Telefonnummer MSRN (Mobile Subscriber Roaming Number)

    1:n Beziehung MSISDN:IMSI da mehrere SIM Karte gleiche Rufnummer besitzen können
  • rein dynamische Datenbank
    Kopie vom HLR des HerkunftsMSC
    TMSI lokale und zeitlich begrenzte Rufnummer innerhalb einer Location Area,
  • IWF Komponente die im MSC
    Welche die vorgestellten Trägerdienste an das PLN anbindet
  • Länge von 140 Oktett (140 Oktett* 8 bits = 1120 bits)
    Symbole abhängig von dem verwendeten Alphabet,
    Als Standard dient das GSM 7-bit Alphabet,
    welches eine Nachrichtenlänge bis zu 160 Zeichen ermöglicht.
  • Nach der Vorstellung der Infrastruktur, deren Komponenten und Eigenschaften möchte ich nun Funktionen bzw. Protokolle die zwischen den Komponenten verwendetet werden aufweisen.
    Dazu benenne ich die wichtigsten Schnittstellen und zeige die dort verwendeten Protokolle auf.
  • Vorab möchte ich die wichtigsten Schnittstellen der Kommunikationspartner vorstellen
    Um Luftschnittstelle - übertragungsleistung abhängig von Modulation und verlangten Dienst
    Abis - über Kabelverbindungen oder Richtfunk
    Ater – 2 Mbit/s
  • TMSI: Ändert sich jede LA, nur im VLR vorhanden
  • Mündlich BSS: NSS: OSS
  • Mündlich BSS: NSS: OSS
  • Mündlich BSS: NSS: OSS
  • Mündlich BSS: NSS: OSS
  • GSM hauptsächlich Sprachkommunikation
    Rasante Ausbreitung / Popularität des WWW
    Nur 9,6 Kbit/s vorgesehen
    -> Zur gering für Datendienste, E-Mail,…
  • Übertragung von verschiedenen paketorientierten
    Protokollen entworfen
  • Mündlich BSS: NSS: OSS
  • Übertragung von verschiedenen paketorientierten
    Protokollen entworfen
  • Lokalisierung für GPRS notwendig – Ankommende Datenpakete

    In gleicher LA: - Hohe Latenz
    - Großer Overhead


    Routing Areas: sehr viel kleiner als LA

    Je nach GPRS Zustand LU und paging in RA
  • Übertragung von verschiedenen paketorientierten
    Protokollen entworfen
  • Der wechsel der kabelgebundenen Telefonie zur ersten schnurlosen digital Telefonie GSM
  • Global System for Mobile Communications

    1. 1. Folie 1 / 64 Global System for Mobile Communications Menu-Auswahl Ulf Marxen & Julian Wiegel Masterstudiengang Kommunikationsinformatik Hochschule für Technik und Wirtschaft Telefonbuch
    2. 2. Folie 2 / 64 Gesamt-Übersicht Inhaltsverzeichnis  Einleitung  Konzept der Dienste  Systemarchitektur  Protokolle  Prozeduren  Datenanbindungen  Zusammenfassung
    3. 3. Folie 3 / 64 Einleitung Inhaltsverzeichnis  Geschichte der mobilen Kommunikation  Einführung von GSM  Einteilung der Entwicklungsphasen von GSM
    4. 4. Folie 4 / 64 Geschichte der mobilen Kommunikation Einleitung  A-Netz (1958-1977) • Handvermittelt • Kein Roaming / kein handover • Standort muss bekannt sein  B-Netz (1972-1994) • Begrenztes Roaming (D,AT,NL,Lux) • Standort muss bekannt sein • Kein Handover • Selbstwählverbindung PSTN <-> Mobil  C-Netz (1984-2000) • Handover • Einheitliche Nummer • Erste Form von SIM
    5. 5. Folie 5 / 64 Einführung von GSM Einleitung  Erster digitaler Mobilfunkstandart  Bekannt als „D-Netz“ oder 2G  1982 Groupe Spécial Mobile (GSM)  1988 ETSI (European Telecommunication Standardisation Institute)  Jetzt 3GPP (3rd Generation Project Partnership)
    6. 6. Folie 6 / 64 Ziele des GSM Standards Einleitung  Europaweit einheitlicher Standard  Mit ISDN und Analog PSTN kompatibel  Vorhandene Standards (SS7) nutzen  Frequenzen effektiv belegen  Kompatibel mit anderen Datenübertragungsverfahren  Gute Sprachqualität  Hoher Sicherheitsstandart
    7. 7. Folie 7 / 64 Verwendete Frequenzbänder Einleitung GSM 1800 GSM 900
    8. 8. Folie 8 / 64 Konzept der Dienste Inhaltsverzeichnis  Allgemeine Einteilung der Dienste  Spezifikation der Dienste
    9. 9. Folie 9 / 64 Allgemeine Leistungen Konzept der Dienste  Trägerdienste (Bearer Services)  Tele(matik)dienste (Tele Services)  Zusatzdienste (Supplementary Services)
    10. 10. Folie 10 / 64 Bearer Services  Dient dem Transport von Nutzdaten auf den OSI-Schichten 1-3  Syn-/Asynchrone paket-/leitungsvermittelte Datenübertragung bis max. 9600bit/s  Transparente und nicht transparent Modi Konzept der Dienste
    11. 11. Folie 11 / 64 Tele Services Konzept der Dienste  Dient der Ende zu Ende Kommunikation unter Verwendung aller 7 OSI Schichten  Hauptdienst ist die Sprachtelefonie  Weitere Dienste sind • Short Message Service • Notfallnummer • Fax Übertragung
    12. 12. Folie 12 / 64 Supplementary Services Konzept der Dienste  Erweiterung der Dienstnutzung • Übermittlung der Teilnehmerkennung • Rufumleitung • Rufweiterleitung  Accounting der Teilnehmer für die Nutzung der Dienste
    13. 13. Folie 13 / 64 Systemarchitektur Inhaltsverzeichnis  Allgemeine Infrastruktur  Erläuterung der Arbeitsbereiche  Erläuterung der einzelnen Komponenten
    14. 14. Folie 14 / 64 Allgemeine Infrastruktur Systemarchitektur HLR VLR EIR AUC OMC BTS BTS MSC BTS BTS PSTNGMSC PDNIWF MS MS BSC BSC OSS NSSBSS SMSC Nächstes TeilsystemNächstes TeilsystemNächstes Kapitel PLMN Public Land Mobile Network
    15. 15. Folie 15 / 64 BSS Base Station Subsystem Systemarchitektur  Zuständig für permanente Funkverbindung zum MS  Sprach-(de/)Kodierung  Anpassung der Datenraten 64 –> 16 -> 13/12,2/5,6 kBit/s durch Transcoding and Rate Adaption Unit (TRAU) Zurück zur Übersicht
    16. 16. Folie 16 / 64 MS Mobile Station Base Station Subsystem  Hard- und Software eines mobilen Endgeräts • Anzeige, Lautsprecher, Mikrofon, Tasten,…  Nutzerunabhängig • Mobiltelefon • IMEI zur Identifikation  Nutzerspezifisch • SIM-Karte: alle Daten für GSM
    17. 17. Folie 17 / 64 MS SIM-Karte  Komplexer Mikrocontroller  Nutzerspezifische Funktionen  Geschützt durch PIN / PUK  Wichtige Daten auf SIM: • Personal Identity Number (PIN) • International Mobile Subscriber Identity (IMSI) • Geheimer Schlüssel Ki  Nach erfolgter Einbuchung: • Schlüssel Kc zur Übertragungschiffrierung • Aufenthaltsinformationen (TMSI,LAI) Zurück zur ÜbersichtBase Station Subsystem
    18. 18. Folie 18 / 64 BTS Base Transceiver Station  Sende-/Empfangseinheit (Antenne & Verstärker)  Radius bis 35 km • Abhängig von Nutzerzahl und geografischen Gegebenheiten  Deckung normal 1 Funkzelle • Mit sektorisierten Antennen bis zu 3 • Jede Funkzelle hat eine eindeutige Cell-ID (CID)  Kommunikation mit MS über Um-Schnittstelle  Weiterleiten von Signalisierungs- und Sprachdaten über Abis-Schnittstelle an BSC Base Station Subsystem
    19. 19. Folie 19 / 64 BTS Aufgaben  Modulation und Kodierung der Signale  Fehlerkorrektur  Messung der Signalqualität und –stärke des Uplinks • Regelung der Sendeleistung  Ver- und Entschlüsselung Base Station Subsystem
    20. 20. Folie 20 / 64 BTS Base Transceiver Station 3-Sektorantenne im 120 ° Winkel Folie 20Base Station Subsystem
    21. 21. Folie 21 / 64 BTS Base Transceiver Station Base Station Subsystem http://opencellid.org
    22. 22. Folie 22 / 64 Aufenthaltsbereiche  Mehrere Funkzellen (BTS) bilden einen Aufenthaltsbereich Location Area (LA)  Zugeordnet wird jeder LA eine Location Area Identity (LAI) bestehend aus: • Mobile Country Code (MCC) • Mobile Network Code (MNC) • Location Area Code (LAC)  LA dient zur Standortbestimmung Base Station Subsystem
    23. 23. Folie 23 / 64 Aufenthaltsbereiche Base Station Subsystem (3)  Ortung innerhalb von LA = Paging  Wechsel innerhalb von LA = Handover  Wechsel in andere LA = Location Area Update Zurück zur Übersicht
    24. 24. Folie 24 / 64 BSC Base Station Controller  Dient dem Radio Ressource Management  Schnittstelle zwischen GSM-Core Netz und MS  Formt viele Zellen (BTS) mit einem MSC zu LA  Verwaltet Funkkanäle (Up/Down Frequenzen)  Überwacht bestehende Funkverbindungen  Steuert Verbindungsübergabe (intra BSC handover)  Steuert Ausgangsleistung der MS und BTS  Verwaltet Datenkanäle  Multiplexing der Funkverbindungen über A- Schnittstelle Base Station Subsystem
    25. 25. Folie 25 / 64 NSS Network and Switching Subsystem  Intelligentes Teilsystem zur Vermittlung von Gesprächs- und Datenverbindungen  Bietet Funktionen • zur Verwaltung der Teilnehmerdaten • zur Lokalisierung der Teilnehmer Zurück zur ÜbersichtSystemarchitektur
    26. 26. Folie 26 / 64 MSC Mobile Services Switching Center Network & Switching Subsystem Zurück zur Übersicht  Knotenpunkt aller BSC‘s  PLMN besteht aus einem oder mehreren MSC  Kommuniziert mittels SS7 Protokoll ISUP  Externe Weiterleitungen über das GMSC  Regelt Signalisierung des PLMN • Call Management  Verbindungsaufbau und Verbindungsabbau  Weiterleitungen von Verbindungen • Mobility Management  Authentifizierung  Location Update  Handover
    27. 27. Folie 27 / 64 Visited - MSCGateway – MSC GMSC Gateway Mobile Services Switching Center Zurück zur Übersicht PSTNG-MSC V-MSC  Anschluss an das öffentliche Telefonnetz PSTN  Dient der Weiterleitung von Telefongesprächen • zu dem Festnetz über SS7 Netzknoten • zu anderen Mobilfunknetzen PLMN‘s (über die Schnittstelle Visited-MSC) Network & Switching Subsystem
    28. 28. Folie 28 / 64 HLR Home Location Register  Heimatregisters des PLMN  Speicherung von Benutzerdaten der Mitglieder des lokalen GSM-Netzes • Statische Daten:  MSISDN (Tel.: 00 49 / 178 – 4153736 )  IMSI (Interne Teilnehmerkennung) • Dynamische Daten:  Adresse des eingebuchten MSC und VLR  Aktuelle LAI (Location Area Identity)  Temporäre MSRN (Globale Teilnehmerkennung)  Einstellungen der Zusatzdienste Zurück zur ÜbersichtNetwork & Switching Subsystem
    29. 29. Folie 29 / 64 VLR Visitor Location Register  Besucherregister des PLMN  Temporäre Speicherung der Benutzerdaten aller Teilnehmer im lokalen GSM-Netz  Kopie aller Daten aus dem HLR (MSISDN, IMSI, LA, MSRN, Zusatzdienste)  Adresse des Herkunfs- MSC / VLR  Generierte MS-Adresse TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) Zurück zur ÜbersichtNetwork & Switching Subsystem
    30. 30. Folie 30 / 64 IWF Inter-Working function  Dient der leitungsvermittelnden Datenübertragung  Schnittstelle zum PLN (Public Data Network)  Umwandlung interner GSM-Daten zu IP-Daten Zurück zur ÜbersichtNetwork & Switching Subsystem
    31. 31. Folie 31 / 64 SMSC Short Message Services Center  Dienst des SMS-Nachrichtendienst  Verteilung der SMS an andere SMSC  Temporäre Speicherung der SMS bis TE wieder verfügbar Zurück zur ÜbersichtNetwork & Switching Subsystem
    32. 32. Folie 32 / 64 OSS Operation Subsystem Systemarchitektur  Betriebs- und Wartungseinheit  Zuständig für reibungslosen Betrieb  Kommunikation mit Elementen via SS7- Schnittstellen  Elemente von OSS: • Operation and Maintenence Center (OMC) • Authentication Center (AuC) • Equipment Identity Register (EIR) Zurück zur Übersicht
    33. 33. Folie 33 / 64 OMC Operation and Maintenance Center  Überwachung und Steuerung aller Komponenten • Sicherheitsmanagement • Konfigurationsmanagement • Softwaremanagement • Teilnehmerverwaltung • Abrechnung • Komponentenüberwachung  Verkehrsüberwachung / Quality of Service Zurück zur ÜbersichtOperation Subsystem
    34. 34. Folie 34 / 64 EIR Equipment Identity Register  Optionale Datenbank für alle IMEI  Möglichkeit MS zu sperren  Enthält verschiedene Listen: • Schwarze Liste: alle gesperrten MS • Graue Liste: MS in Prüfung • Weiße Liste: Zugriff auf Netz OK  Unabhängig von SIM Zurück zur ÜbersichtOperation Subsystem
    35. 35. Folie 35 / 64 AUC Authentication Center Operation Subsystem  Verantwortlich für Authentifizierung  Erzeugung der gesendeten Zufallszahlen (RAND)  Berechnung der SRES  Enthält alle Ki für Teilnehmerauthentifizierung  Kc Schlüsselgenerierung für jede IMSI  Übertragung an HLR Zurück zur Übersicht
    36. 36. Folie 36 / 64 Protokolle Inhaltsverzeichnis  Übersicht der Schnittstellen  Protokollzuordnung der Schnittstellen  Erläuterung der Funktionen der Protokolle  Erläuterung der Verwaltung von Zusatzdiensten mittels CAMEL Protokolls
    37. 37. Folie 37 / 64 Schnittstellen Protokolle BTS BTS MSC BTS BTS GMSC MS MS BSC BSC Um Abis A E
    38. 38. Folie 38 / 64 Protokolle zwischen MS und MSC Protokolle CM - Call Management MM - Mobility Management RR - Radio Ressource Management
    39. 39. Folie 39 / 64 Call Management Protokolle  Bestehend aus 3 Komponenten: • CC - Call Control • SMS - Short Message Service • SS - Supplementary Service  CC bietet: • Punkt zu Punkt Sprach-Verbindung zwischen zwei Teilnehmern • Verbindungsaufbau / Verbindungsabbau • Ändern der Verbindungsparameter • Tonwahlverfahren DTMF (Dual Tone Multiple Frequency)
    40. 40. Folie 40 / 64 Call Management Protokolle  SMS bietet: • Punkt zu Punkt Nachrichtendienst • Textbasierte Nachricht  bis 160 Symbole bei englischen Alphabet  bis 140 Symbole bei anderen Alphabeten (z.B. arabisch, chinesisch, koreanisch, …)  SS bietet: • Zusatzdienste wie  Mailbox  Roaming  Accounting • Wird durch das Protokoll CAMEL erweitert
    41. 41. Folie 41 / 64 Mobility Management Protokolle  Verantwortlich für: • Nutzerregistrierungen • Authentifizierungen • Geräteidentifikation • Standortbestimmung  Location Update  Paging • Standortaktualisierung (Handovermanagement) • Generierung von temporären Teilnehmerkennungen (TMSI)
    42. 42. Folie 42 / 64 Radio Ressource Management Protokolle  Stellt die unterste Vermittlungsschicht dar (ISO/OSI Layer 3)  Zuständig für die permanente Funkverbindung von BTS zu MS  Sicherstellen der Signalqualität  Belegung, Aufrechterhaltung und Freigabe von Trägerfrequenzen  Allokieren von logischen Kanälen  Bereitstellung von dedizierten Funkkanälen für höhere Schichten
    43. 43. Folie 43 / 64 CAMEL Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic Protokolle  Dient der Verwaltung von Zusatzdiensten z.B. 0800-Wahl, Roaming, Pre-Paid Accounting  Problem: • unterschiedliche Zusatzdienste je Betreiber • unterschiedliche Systeme zur Steuerung • international Nutzung dieser Dienste  Lösung: • Anbindung an das IN (Intelligent Network) • Unterteilung in 3 Dienste Standards (Phasen) • MSC überwacht mittels IN Funktionen die Kommunikationszustände • Änderung der Zustände mittels Regelwerke
    44. 44. Folie 44 / 64 CAMEL Zustandsmodell Protokolle  HLR beinhaltet gebuchte Zusatzdienste  Regeln werden eingeleitet durch DP (Detection Points)  Erkennung von DPs mittels SSF Funktion (Service Switching Funktion)  Speicherung der Verbindung als Zustandsmodell
    45. 45. Folie 45 / 64 CAMEL Zustandsmodell Protokolle  BCSM - Basic Call State Model
    46. 46. Folie 46 / 64 CAMEL Funktionsprinzip Protokolle MSC SSF IAM (MSRN) ISUP SCP SCP MSC SSF ISUP ISUP PSTN INAP (MSRN) INAP (MSRN) INAP (MSRN) INAP (MSRN) HLR INAP
    47. 47. Folie 47 / 64 Prozeduren Inhaltsverzeichnis  Lokalisierung eines Teilnehmers  Mobilitätsverhalten (Handover)  Anruf aus dem Festnetz zu dem Mobilfunknetz  Anruf aus dem Mobilfunknetz zum Festnetz
    48. 48. Folie 48 / 64 Location Area Update Prozeduren MS BSCBTS MSC Authentifizierung Location Update Request UA ACK Frame Connection Confirmed Location Update Accept TMSI Reallocation Cmd. TMSI Reallocation Complete Verbindungsabbau
    49. 49. Folie 49 / 64 Handover Prozeduren (2)
    50. 50. Folie 50 / 64 Clear complete Clear command HO complete Handover (Intra-MSC) Prozeduren MS BSC alt MSC BTS neu BSC neu Messbericht Messbericht HO nötig ? HO required HO request Funkkanalreservierung Ch. activation HO access HO request ACK Link aufgebaut Ch. activation ACK BTS alt HO command
    51. 51. Folie 51 / 64 Gesprächsaufbau (Festnetz zu Mobiltelefon) Prozeduren MS BTS VLR PSTNMSC GMSC BSC IAM (MSISDN) PRN (IMSI) PRN Ack. (MSRN) IAM (MSRN) Paging (TMSI)Paging (TMSI)Paging (TMSI) SETUP (TMSI) CALL CONFIRMED (TMSI) Kanalvergabe SRI (MSISDN) SRI Ack. (MSRN) TE im PLMN klingelt ACM + ANM (MSRN) ACM + ANM (MSRN) BTS HLR
    52. 52. Folie 52 / 64 PRIVILEG CHECK (TMSI) PRIVILEG ACK (TMSI) CALL CONFIRMED (TMSI) Gesprächsaufbau (Mobiltelefon zu Festnetz) Prozeduren MS BTS VLR PSTNGMSC BSC CALL (MSISDN) BTS HLR CALL (MSISDN) MSC CALL (MSISDN) SERVICE CHECK IAM (MSRN) SERVICE OK (TMSI) SETUP (MSRN) Kanalvergabe SERVICE ACK IAM (MSRN) ACM + ANM (MSRN)ACM + ANM (MSRN) TE im PSTN klingelt
    53. 53. Folie 53 / 64 Datendienste Inhaltsverzeichnis  Übertragungsarten • Leitungsvermittelnd HSCSD • Paketvermittelnd GPRS / EDGE  Systemarchitektur
    54. 54. Folie 54 / 64 Leitungsvermittelnder Datendienst Datendienst  HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)  Bündelung von Sprachkanälen (TCHs) • ETSI 1997c: 4x TCH á 14,4 Kbit/s  Nur Softwareänderungen (in MS & MSC)  Keine Änderung in Modulation oder GSM- Rahmenstruktur
    55. 55. Folie 55 / 64 Problemstellung unter HSCSD Datendienst  Asynchrone Datenschübe mit langen Zeitpausen • Typisch für Webanwendungen  Jeder Kanal wird getrennt signalisiert • Steuerung der Zellenübergabe  Reservierung von Kanälen • Belegung von Ressourcen • Berechnung ungenutzter Bandbreite
    56. 56. Folie 56 / 64 Weiterentwicklung Datendienste  GPRS General Packet Radio Service  Paketorientierte Datenübertragung (IP)  Benutzt bestehende BTS-Antennen  Erweitert Netzarchitektur  Neue logische Kanäle  Dynamische Zuweisung von Datenkanälen
    57. 57. Folie 57 / 64 Systemarchitektur der Datenvermittlung Datendienste BTS BTS MSC PDN IWFMS BSC NSSBSS PCU SGSN GSGN paket- vermittelt leitungs- vermittelt HSCSD 57,6 Kbit/s GPRS 4x14,4 Kbit/s =53,6 Kbit/s EDGE ~ 474 Kbit/s HLR VLR
    58. 58. Folie 58 / 64 PCU Packet Control Unit Datendienste  Erweitert BSC um Pakethandling  Bereitstellung der Sicherungsschicht auf der Luftschnittstelle  Herausfischen von GPRS-Paketen aus GSM- Datenströmen
    59. 59. Folie 59 / 64 GPRS Support Nodes Datendienste  Service GPRS Support Node (SGSN) • Verhält sich wie ein MSC in GSM • Bildet mit GSM-BTS eine Routing Area (RA) • Verantwortlich für (GPRS)-Handover zu anderen RAs, Netz-Einbuchungen • Routing von GPRS-Daten zu den GGSN  Gateway GPRS Support Node (GGSN) • Schnittstellen zu andere GGSN/Datennetzen/GPRS- Diensteplattformen/etc… • Routing zu/von PDN • Tunnelt Pakete zu den korrekten SGSN • Zuständig für Roaming und Gebührenerfassung
    60. 60. Folie 60 / 64 GPRS Routing Areas Datendienste BTS Location Area Routing Area 1 Routing Area 2 Cell 1 BTS Cell 2 BTS Cell 3 BTS Cell 4 BTS Cell 1 BTS Cell 2 BTS Cell 3 BTS Cell 4
    61. 61. Folie 61 / 64 EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Datendienste  8-PSK ersetzt bisherige GMSK Modulation • GSMK = 1 Bit pro Symbol • 8-PSK = 3 Bit pro Symbol  Brutto bis zu 474 Kbit/s • Real ca ~150-200 Kbit/s  GPRS -> EGPRS  HSCSD -> ECSD
    62. 62. Folie 62 / 64 Ausblick  Trend für private Endverbraucher von Sprach- hin zu Datendiensten (Smartphones, Tablets,..)  Paketvermittlung dominiert Leitungsvermittlung • Bandbreite onDemand • VoIP für Sprachübertragung • Dienstgütegarantien (QoS)  Freigabe der GSM Frequenzen zugunsten von UMTS/LTE ? • Langfristige Anwendungen die auf GSM/GPRS/EDGE aufbauen wie M2M ? Abschluss
    63. 63. Folie 63 / 64 ENDE Sperren In diesem Sinne weitere Fragen…? Ausschalten
    64. 64. Folie 64 / 64 Quellen  (2)http://article.sapub.org/image/10.5923.j.i jnc.20120204.02_005.gif  (3)http://doktori.bme.hu/bme_palyazat/2012/ha llgato/honlap/Tettamanti_Tamas_hu_files/image 08_en.jpg

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