Cap. 3 – Redes sem fios Princípios de sinalização na rede GSM

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1 Cap. 3 – Redes sem fios 3.3.2 Princípios de sinalização na rede GSM
Sistemas de Telecomunicações 2 Sistemas Avançados de Telecomunicações (2004/2005) Cap. 3 – Redes sem fios 3.3.2 Princípios de sinalização na rede GSM

2 Tipos de comunicação existentes no GSM
Registo Paging Roaming Estabelecimento de chamada Handover

3 Registo EIR VLR HLR AuC OMC GMSC MSC SMS-C BSC MS BTS BTS PSTN PLMN
1. Pedido de canal (MS para BTS e BTS para BSC) OMC GMSC PSTN PLMN 2. BSC envia comando activação canal 3. BTS envia ACK activação 4. O canal é atribuído 11. Escrita da nova área e TMSI em VLR e HLR 5. Pedido de actualização de área de localização 8. Verificação de autenticação MSC SMS-C 10. ACK de TMSI e nova área 7. Resposta de autenticação 6. Pedido de autenticação 9. Atribuição de TMSI e de nova área BSC 12. O canal é libertado Assim que ligamos o telemóvel, ele faz o varrimento de toda a banda de frequências GSM para detectar a presença de rede. Quando detecta rede, lê o canal base para saber a sua posição actual. Se a sua posição actual for diferente de quando o telemóvel foi desligado, é feito o registo do telemóvel. A MS começa por pedir um canal à rede, que é atribuído pela estação-base. Antes do canal ser atribuído, a BSC tem que activar um canal na BTS, que envia um ACK de activação. Quando o canal está atribuído, a MS pede para actualizar a sua localização. Esse pedido é reencaminhado até ao MSC que pede autenticação ao MS antes de continuar. Depois de aceitar o MS, o MSC atribui o TMSI ao MS e este responde com ACK. Quando este procedimento termina, o canal é libertado MS BTS BTS

4 Paging (I) Para efeitos de oferta de chamadas de entrada, é necessário que a MS seja rapidamente detectada, o que implica a actualização contínua da sua localização. Concretização do requisito de mobilidade aparece sempre associado à da área de localização da MS, i.e., a rede tem de saber, tanto quanto possível, em que agregado de células (LA) é que a MS se encontra em cada instante. O paging corresponde ao procedimento de procura de uma dada MS na área de localização onde esta se encontra registada.

5 Paging (II) PLMN Área MSC Paging MSC Área de localização Célula BSC

6 Roaming (I) Em idle mode uma MS encontra-se a escutar de forma contínua a informação de sistema difundida pelas portadoras das células vizinhas. Sempre que o sinal difundido por essas portadoras for melhor do que o da célula em que se encontra, a MS decide mudar de célula. Mudanças de célula só são permitidas dentro da mesma PLMN, ou com outras PLMNs com as quais exista um acordo administrativo.

7 Roaming (II) Em sentido estritamente técnico, a mudança de célula, quando a MS se encontra em idle mode, tem a designação de roaming. célula anterior nova célula do MS célula vizinha

8 Registo - versão simplificada (I)
Procedimento de registo (actualização de localização de uma MS) só se concretiza em idle mode. Situação de execução de um registo (location update): mudança de área de localização (incluindo roaming) activação (IMSI attach) periódico

9 LAI SIM(LA3) ‡ LAI BTS(LA4)
Registo - versão simplificada (II) Mudança de área de localização LAI SIM(LA3) ‡ LAI BTS(LA4) LA3 (antiga) LA4 (nova) LA4! MSC2 MSC VLR BSC MSC2! IMSI MSC1 MSC VLR BSC HLR IMSI - LA4 IMSI IMSI - SA2 IMSI! IMSI - SA2

10 Estabelecimento de chamada (X para Y)
EIR VLR HLR AuC 1. Pedido de canal OMC 2. O canal é atribuído GMSC PSTN PLMN 3. Pedido de chamada 4. Pedido de autenticação X 9. MSC interroga HLR (supondo mesma PLMN) 10. HLR responde com VLR de Y 5. Resposta de autenticação 6. Comando de cifra 7. Cifra aceite, comunicação cifrada MSC SMS-C 14. ACK do canal de tráfego 13. É atribuído um canal de tráfego voz 8. Envio do nº destinatário 12. MSC comunica com BSC de Y que faz paging e retorna BTS de Y BSC 11. MSC comunica com VLR de Y para determinar BSC de Y Antes de uma chamada ser estabelecida, a estação móvel tem que estar ligada e registada na rede. Este exemplo é para uma chamada iniciada na estação móvel. A MS começa por pedir um canal (semelhante ao registo). Em seguida diz que quer fazer uma chamada. É autenticada e a partir desse ponto, todas as mensagens são cifradas. Envia então o pedido de configuração da chamada onde é incluído o no. do destinatário. Neste exemplo a chamada é para um MS da mesma PLMN. Poderia ser para rede fixa ou para outra rede móvel. Y MS BTS BTS 15. Sinalização chamada para Y e sinal de chamada para X X 16. Y aceita a chamada, envia ACK e chamada fica activa

11 Handover (I) MS em dedicated mode, i. e. , chamada estabelecida ou em vias de estabelecimento. BSC, após recepção de relatórios de medidas de parâmetros rádio da BTS e MS, decide mudanças tendo por base limiares de tolerância pré-programados. Handover concretizado através da mudança do canal rádio de uma célula para um outro canal rádio de uma célula adjacente.

12 Handover (II) Tipos de Handover Intra-BTS Handover
Intra-BSC e inter-BTS handover Inter-BSC handover Inter-MSC handover Não há handovers entre redes diferentes. Desenhar figura p.204 Antallainen

13 Handover (III) Tipos de Handover INCLUIR FIGURA COM TIPOS De HANDOVER

14 BSC Handover – Uma situação (I) Intra - BSC handover 5 1 4 2 3 Nova
Antiga

15 Handover – Uma situação (II)
Intra - BSC handover activação de um novo canal rádio para tráfego na célula destino. ordem de handover para a MS agarrado ao canal antigo mudar para o novo canal activado noutra célula. aquisição de sincronismo da MS com o novo canal. indicação de handover terminado enviada da MS para a BSC (antiga). desactivação do canal rádio primitivo.

16 Handover – Inter-MSC handover (I)

17 Handover – Inter-MSC handover (II)
MS move-se para a fronteira entre 2 células e a estação base antiga decide iniciar o processo de handoff para célula nova. BSC antiga pede ao MSC antigo que comece handoff para nova célula. O MSC antigo reconhece que a nova célula pertence a outro MSC. O MSC antigo pede um número de handover ao MSC novo. Esse nº é usado para estabelecer uma ligação via PLMN ou PSTN para o handover. O novo MSC pede ao novo BSC que reserve um canal de tráfego. O novo BSC atribui um canal de tráfego e informa o novo MSC.

18 Handover – Inter-MSC handover (III)
O novo MSC atribui um nº de handover e envia-o ao MSC antigo. O MSC antigo encaminha a chamada para o novo MSC através da PSTN/PLMN usando o nº handover. Quando o encaminhamento está completo, o novo MSC (e VLR) ordena à MS (através do MSC antigo) para mudar para o novo canal de tráfego da nova célula. O novo MSC liga o percurso de voz através do canal reservado na nova célula. Note-se que a chamada continua a ser gerida pelo MSC antigo (anchor MSC)

19 Decisão de Handoff (I)

20 Decisão de Handoff (II)
Nível relativo do sinal (L1) O MS passa da estação base A (BSA) para BSB quando o sinal de B excede o sinal de A. Pode provocar efeito ping-pong. Nível relativo do sinal com limiar O handoff só ocorre quando o sinal de A está abaixo do limiar. A escolha do limiar é crítica! (ver Th1-L1, Th2–L2 e Th3-L4) Nível relativo do sinal com histerese (L3) O handoff só ocorre quando o sinal de B é suficientemente mais elevado que o sinal de A (margem H) Nível relativo do sinal com histerese e limiar O handoff só ocorre se o sinal de A estiver abaixo do limiar e se o sinal de B estiver acima do sinal de A por uma margem H. (no exemplo o handoff ocorre em L3 se o limiar for Th1 ou Th2 ou em L4 se o limiar for Th3) L1 – Se o nível de sinal de B ficar abaixo de A, há um novo handoff para A. Como os níveis de sinal flutuam devido a efeitos de percursos múltiplos e reflexões, esta abordagem pode levar ao efeito de ping-pong e provocar a queda da chamada. L2 – A intenção é manter o MS ligado à estação base A enquanto o nível de sinal de A for suficiente. A escolha do limiar é muito importante. Se o limiar for muito elevado (Th1), funciona como o caso anterior(L1). Se o limiar for Th2 o handoff ocorre em L2. Se o limiar for muito baixo (Th3), o MS pode entrar dentro da nova célula antes do handoff. Isto provoca perda de qualidade no canal de transmissão e pode provocar a queda da chamada. L3 – Este esquema evita o efeito de ping-pong. A desvantagem deste esquema é que o handoff pode ser desnecessário se a estação base A tiver um nível de sinal suficiente. L4 – No exemplo o handoff ocorre em L3 se o limiar for Th1 ou Th2 ou em L4 se o limiar for Th3.