GSM procedure di call-setup handover PDF

Preview

Summary

descrizione della preceduta di setup chiamata in entra e uscita e diversi tipi di handover per sistemi di seconda generazione...

Description

GSM Procedure Iniziamo ad esaminare la procedura di accensione di una Mobile Station. Allo spegnimento della nostra Mobile Station (terminale mobile), lo stesso effettuerà una operazione di “detach” (inattiva) in modo che si comunica al VLR (Visitor Location Register) che l’utente ha spento il terminale. Se arriva una richiesta di chiamata diretta al terminale non viene effettuato alcun paging. Rapidamente si vedrà difatti che il terminale non è raggiungibile. Quando la MS si accende essa seleziona la cella (cell section) andando a scegliere la BTS a cui agganciarsi. Andrà ad informare la MSC della sua presenza in quella determinata Location Area. Vediamo la cell selection. Il mobile effettua le portanti radio che sente in particolare sente le C0 che sono le portanti che vengono inviate dalla BTS più forte. In tali portanti nel time slot 0 vengono mappati i canali di broadcast ossia il BCCH. Tali portanti sono a potenza costante e maggiore delle altre (se necessario si usano i dummy burst per gli slot vuoti) e a queste portanti non viene applicato alcun frequency hopping proprio per favorirne l’individuazione. La MS una volta individuata la portante radio che riceve più forte dalla BTS aspetta di ricevere la FCCH in modo da allinearsi alla frequenza trasmessa dalla stessa. Successivamente riconosce l’SCH (sempre nel time slot 0 della portante più alta) il quale permette il sincronismo con la BTS e la ricezione del BSIC (Base Station Identity Code). A questo punto la MS si è sincronizzata sia in frequenza che in temporalmente. Prima infatti non lo poteva fare dato che gli slot gli arrivano ma non aveva un senso. A questo punto può leggere il BCCH che contiene il LAI e CGI. Il primo è ottenuto da vari campi: MCC (Mobile Country Code) + MNC (Mobile Network Code) + LAC (Location Area Code). Il CGI è usato per identificare anche la cella all’interno della location area (LAI + CI). Vediamo adesso la registrazione. Possono avvenire due casi. - Il LAI che sta ricevendo coincide con quello che è memorizzato nella SIM. A questo punto allora si avvia la procedura di IMSI attach con cui la MS attiva il proprio IMSI memorizzato nel VLR corrente. - Il LAI memorizzato è diverso da quello memorizzato (cellulare spento e riacceso in una Location Area diversa) oppure non vi è alcun LAI memorizzato. In questo caso prende il via la procedura di Location Updating il quale risulta diversa caso per caso. (Ancora l’utente non può ricevere chiamate) Vediamo allora di esaminare la procedura del location updating. 1

Il roaming è la procedura con cui una MS si sposta all’interno di un’area in cui viene fornito il servizio GSM. La procedura di roaming è possibile grazie al Location Updating. Vediamo i tre casi di roaming: - Spostamento dentro una medesima LA - Mi sposto in diverse LA ma queste afferiscono al medesimo MSC/VLR - Mi sposto in diverse LA che afferiscono a diversi MSC/VLR Nel primo caso non deve avvenire alcun location updating. Dovrà avvenire nel secondo e terzo caso. Il location updating avviene in tre casi: - accensione del MS - cambio LA - viene effettuato ogni 30 minuti per evitare un implicit detachment ossia un detach effettuato implicitamente dal terminale. Nel primo caso non abbiamo location updating. Il mobile si sposta da una cella ad un’altra della stessa location area. La stazione mobile misura continuamente il segnale ricevuto sulla portante BCCH. Quando tale segnale risulta minore rispetto ad un’altro ricevuto da una seconda BS allora effettua la cell reselection. La MS si aggancia su un’altra BTS ricevendo così il BCCH. Va allora a leggere il LAI e va a capire così se si trova all’interno della stessa LA. Se la LA rimane la stessa non farà nulla ossia non è necessaria aggiornare l’informazione nel VLR. Vediamo il location updating nei casi in cui il LAI presente nel BCCH cambia. Nel caso in cui il LAI ricevuto risulta differente da quello corrente, il MS dovrà effettuare una richiesta di location updating. In tale richiesta dovrà inserire il proprio TMSI (assegnato all’accensione del terminale) ma non solo. Deve trasmettere anche il LAI vecchio (non quello nuovo). Perché non quello nuovo? È inutile inviare al MSC/VLR il LAI relativo a dove si trova in quel momento il terminale. Questi infatti lo sanno già. Il solo TMSI non basta perché esso è strettamente legato al LAI. Inviando queste due informazioni al MSC/VLR, quest’ultimo risale al IMSI e dovrà andare ad aggiornare la location area andando ad assegnare un nuovo TMSI. Queste informazioni dovranno essere trasmesse all’utente per comunicare il nuovo TMSI. In tutto ciò non abbiamo trasmesso alcuna informazione nel HLR. A questo non interessa in quale LA precisa si trova l’utente. Lui conosce che un utente afferisce ad un determinato MSC/VLR. In slide 14 vediamo i messaggi che vengono scambiati tra utente e la rete GSM per effettuare un location updating nel caso di location area afferenti alle stesse MSC/ VLR. Per parlare l’utente deve inviare un messaggio sul canale RACH in cui chiede di poter comunicare. Nel ACGH canale si informa l’utente che la richiesta di poter trasmettere è andata a buon fine. L’utente chiede di voler fare una richiesta di location updating mediante canale SDCCH ma per fare ciò occorre autenticarsi. 2

Le comunicazioni successive all’autenticazione consistono nello scambio di messaggi per il location updating. Nel caso che il location updating avvenga tra location area afferenti a diverse MSC/ VLR allora la procedura risulta leggermente diversa. Il mobile inizia la procedura nella stessa maniera ma la richiesta verrà espletata in maniera leggermente diversa da parte della rete. Quando la richiesta arriva al nuovo MSC/VLR (accompagnata da TMSI e LAI), questo realizza che l’utente non afferisce a quel MSC/VLR. Allora in tal caso la nuova MSC/VLR effettua una richiesta alla vecchia MSC/VLR per richiedere il IMSI. Questo dovrà passargli IMSI. Tramite questo gli associamo il TMSI nuovo relativamente alla nuovo location area. Si scambiano altri dati (slide 17) e si effettuano procedure di sicurezza. A questo punto MSC/VLR nuovo andrà ad aggiornare l’HLR di competenza ed infine si assegna un LAI ed un nuovo TMSI per l’utente che verrà passato dal MSC/VLR nuovo. Per sicurezza HLR comanda MSC/VLR vecchio per cancellare i vecchi dati.

Call Set-up Dobbiamo distinguere innanzitutto quando l’utente chiama oppure quando l’utente viene chiamato. Partiamo andando a considerare il caso in cui la chiamata viene originata dalla rete fissa. L’utente viene univocamente distinto da un numero MSISDN ossia il Mobile Subscriber International ISDN Number il quale viene composto dall’utente fisso appartenente alla rete PSTN/ISDN. Tramite il MSISDN si risale al GMSC della PLMN del chiamato grazie al National Destination Code (NDC). Il GMSC andrà a contattare l’HLR dove sono memorizzati i dati del chiamato. (NB. GMSC non conosce la posizione del MS). Tutta questa parte è segnalazione ed avviene attraverso il sistema di segnalazione a canale comune SS7. In tale link viaggeranno tutte le segnalazioni per tutti i canali degli utenti. Il GMSC manda all’HLR un messaggio di HLR Enquiry. A questo punto l’HLR risale ad un preciso IMSI e all’ultimo MSC/VLR in cui l’utente si trovava. A questo punto andrà ad effettuare la richiesta a quel preciso VLR in cui l’utente risiede. La richiesta sarà un messaggio di routing information request che giungerà alla coppia MSC/VLR il quale conterrà l’IMSI. Si chiederà di cercare il TMSI tra tutte le location area. Il VLR sa se il terminale è attach. L’MSC/VLR alloca temporaneamente il Mobile Station Roaming Number (MSRN) per la chiamata. Questo numero identifica la chiamata destinata a quell’utente solamente in quel periodo di tempo ossia per la durata intera della chiamata. (NB. MSRN è simile al MSISDN come si vede dalla slide 24). L’MSC inoltra l’MSRN all’HLR il quale lo invierò a sua volta al GSMC. Solamente a questo punto il GMSC potrà instradare fino al MSC/VLR che conosce la location area dove l’utente si trova. Quest’ultima parte non avviene più nella rete di segnalazione. 3

L’MSC/VLR ricevuta la richiesta dall’HLR attiva la procedura di paging comandando a tutte le BSC afferenti a quella location area di iniziare il paging. Il BSC ordina alle BTS di diffondere su canale di paging (PCH) il messaggio di paging indirizzato alla MS. Tale messaggio contiene il TMSI relativo alla MS. Andrà a rispondere a tale richiesta solamente l’MS avente quel determinato TMSI. La MS risponde al messaggio di paging iniziando una procedura di accesso sul Random Access Channel (RACH) per richiedere uno Stand alone Dedicated Control Channel (SDCCH). Il paging viene effettuato in tutte le celle della location area. Non conviene andare a riservare alcuna risorsa in questa fase. Solamente quando l’utente si aggancia al RACH, MSC/VLR inizierà la procedura di autenticazione e cifratura. L’MSC impegna allora un circuito fonico verso il BSC interessato; il BSC impegna un canale di traffico (TCH) per la comunicazione. L’MSC/VLR avverte il chiamante che il telefono chiamato sta squillando. Il chiamante è avvertito che il chiamato ha risposto. La connessione è stabilita. Consideriamo il caso in cui la chiamata è originata da una mobile station In questo caso l’MSC che riceve la chiamata, analizza i dati del chiamante ed attiva la procedura di instradamento. Se il chiamato appartiene alla stessa rete GSM viene effettuata una HLR enquiry per ottenere l’MSRN. Se il chiamato non appartiene alla stessa rete del chiamante, la chiamata viene inoltrata al GMSC (stessa procedura vista nel caso precedente). NB. Quando viene assegnato un TCH viene assegnato automaticamente un SACCH.

Handover Durante la connessione la rete effettua anche scambio di informazioni di segnalazione. Per questa ragione a ciascun canale di traffico TCH ci sono: - SACCH per scambio di informazioni di controllo a intervalli regolari - FACCH per scambio veloce di info di controllo Il fatto che si usi una tecnica a divisione di tempo, consente alla MS di trasmettere, ricevere e negli slot restanti effettuare misure. La decisione di handover si basa su misure effettuate dalla MS e dalla BTS. Ma attenzione la decisione finale spetta sempre al BSC. Quando la MS si connette ad una cella, il relativo BSC gli comunica un elenco di canali alternativi (BCCH di 6 BTS adiacenti - una cella ha al più 6 celle adiacenti) su cui effettuare misure di potenza RF. Questa informazione viene inviata sul canale logico SACCH al BSC ogni 480msec (6 time slot). Il BSC analizza le misurazioni dal mobile, le integra con le misure effettuate dalle BTS, crea una lista di preferenze ed eventualmente decide l’handover. Per effettuare un handover occorre definire i criteri per individuare la necessità di un handover e le procedure per commutare una comunicazione da un canale radio ad un altro. 4

Parametri di handover per misure lato MS

- Intensità del segnale ricevuto sulle portanti BCCH delle celle adiacenti. - Intensità di segnale ricevuto sul canale di traffico TCH attivo. - Qualità del canale di traffico attivo TCH Parametri di attivazione lato BTS

- Intensità segnale ricevuto dalla MS sul canale - Qualità del canale di traffico dalla MS - Distanza della MS, utilizzando la tecnica di TA (Timing Advance) Quando scatenare l’handover.

- Qualità trasmissiva inadeguata ossia qualità al di sotto di una certa soglia sia per canale in up che in down.

- Distanza MS/BTS sale sopra un limite massimo ossia se si superano i 35 km (nel -

caso massimo di celle) Motivi di traffico (cella troppo carica) Esigenze di controllo e manutenzione

I tipi di handover sono:

- Intra Cell: all’interno della stessa cella. Forzatura di un handover. Fornisco un altro TCH ossia una nuova portante (nuova frequenza) ed un nuovo time slot al MS. Questo avviene quando RXLEV è sufficiente ma RXQUAL è sotto soglia sia il canale di traffico utilizzato è scadente. Probabilmente ci sono problemi in quella determinata frequenza. Se ho le risorse disponibili comando un handover.

- Inter Cell - Intra BSC Handover tra celle differenti che afferiscono allo stesso BSC. In tal caso il BSC identifica la migliore BTS per la MS. Il BSC instaura una connessione verso la nuova BTS riservando il nuovo canale TCH. Il BSC ordina tramite il FACCH all’MS di sganciarsi dalla vecchia portate radio e di sintonizzarsi sul nuovo canale TCH (portante e slot). La vecchia connessione è rilasciata. L’MS inizia ad inviare traffico sul nuovo canale ed il BSC informa l’MSC/VLR dell’avvenuto handover. Questo per ottenere le celle adiacenti che deve monitorare o informare l’MSC/VLR nel caso di cambio di location area. La procedura di location updating va effettuata al termine delle conversazione. Perché? In fase di conversazione non mi interessa avere una location su base area. In quel momento ce l’ho su base cella (causa il fatto che è arrivata una chiamata che ha permesso di aggiornare il VLR) e non ho alcuna necessità di aggiornare la localizzazione in quel momento. 5

Alla fine della conversazione allora si inizia la procedura di location updating aggiornando i VLRs in accordo alla sua posizione.

- Inter BSC - Intra MSC (slide #49) 1.

2. 3. 4. 5.

In tal caso si richiede l’intervento dell’MSC/VLR La procedura è la seguente: Il vecchio BSC decide un handover (in accordo alla lista delle preferenze che possiede), individuando la BTS migliore ed il canale di traffico (TCH) che meglio possono servire alla MS; il vecchio BSC chiede l’intervento dell’MSC/VLR, poiché la BTS prescelta è controllata da un altro BSC; l’MSC/VLR prepara una connessione verso il nuovo BSC, il quale a sua volta la prolunga verso la nuova BTS. sul canale logico FACCH viene ordinato alla MS di spostarsi sul nuovo canale di traffico (TCH), cioè di effettuare l’handover la MS si sintonizza sul nuovo TCH e nel contempo l’MSC/VLR commuta la connessione, instradando la chiamata verso il nuovo BSC. In questo modo la conversazione può proseguire sul nuovo canale di traffico, messo a disposizione.

- Inter MSC Handover Il BSC corrente decide l’effettuazione di un handover verso la BTS di una cella appartenente ad un’altra MSC/VLR service area Il vecchio BSC inoltra la richiesta di handover al proprio MSC/VLR. L’MSC/VLR vecchio richiede l’effettuazione dell’handover al nuovo MSC/VLR (segnalazione) Il nuovo MSC/VLR alloca un handover number (HON - contiene informazioni sufficienti per permettere al vecchio MSC di instradare la chiamata verso il nuovo MSC) e lo fornisce all’MSC/VLR vecchio, affinché quest’ultimo possa instradare la chiamata verso di esso, attraversando eventualmente altre reti di transito. L’MSC/VLR nuovo prepara una connessione verso il nuovo BSC e la nuova BTS; viene altresì riservato un TCH libero per il proseguimento della conversazione. Ora tutto è pronto per l’effettuazione vera e propria dell’handover L’MSC/VLR vecchio invia sul FACCH, tramite i vecchi BSC e BTS, un comando di handover alla MS. La MS si sintonizza sulla nuova frequenza e sul nuovo TCH; la conversazione può così proseguire anche nella nuova cella Vengono rilasciate le risorse impegnate nella vecchia connessione Dopo l’handover la MS deve ricevere (sul SACCH) nuove informazioni sulle celle adiacenti. Inoltre il cambio di cella ha sicuramente comportato anche un cambio di location area, per cui al termine della conversazione la MS deve richiedere un location updating.

6...