T UMTS. Tentti T UMTS. Johdanto ja Kehitys GSM:stä UMTS:iin. Muutama käytännön asia

Transkriptio

1 Muutama käytännön asia Palaute luennoista Jokainen täyttää kurssin aikataulu-sivulta löytyvän jokaisen luennon kohdalla olevan palautelomakkeen ennen seuraavan luennon alkua Muistiinpanoja varten jaetaan paperiversio jota ei palauteta sillä sähköinen versio on helpompi toimittaa jokaiselle luennoitsijalle ilman tunnistetietoja 1 2 Tentti Todennäköisesti 5.5. klo 9-12 (samaan aikaan kuin T :n 2. vk) Päivä varmistuu, kun sihteerimme palaa sairaslomalta Johdanto ja Kehitys GSM:stä UMTS:iin Sanna Liimatainen 3 4 1

2 Kirjan sisältö Kirjan sisältö (2) Kolme osaa: Yhteenveto UMTS-järjestelmästä luvut 1-2 kehittyminen GSM:n pohjalta UMTS:n arkkitehtuuri ja keskeiset konseptit UMTS luvut 3-8 Radio- ja ydinverkko yksityiskohtaisesti 5 Verkkoelementtien toiminnot Päätelaitteet UMTS-verkon palvelut Turvaratkaisut Yhteistoiminta UMTS-verkossa luvut 9-10 UMTS:n protokolla-arkkitehtuurin perusta esimerkkejä 6 Ensimmäinen sukupolvi Liikkuvan viestinnän historiaa Johdanto ja GSM Analooginen tai puolianalooginen (tarkoittaen digitaalista vaihdetta ja analogista radiopolkua) Käytössä 1980-luvun puolivälissä esim. Nordic Mobile Telephone system (NMT) Perustoiminnot ja -palvelut puheelle Kansallisia standardeja 7 8 2

3 1G 2G Tarve liikkuvaan viestintään lisääntyi Tarve kansainväliselle liikkuvalle viestinnälle Kansalliset telemonopolit häviäisivät tulevaisuudessa Standardointiorganisaatiot heräsivät Toinen sukupolvi Kansainvälinen, mutta alueellinen omat erilaiset standardit: Eurooppa, Yhdysvallat ja Japani Conférence Européenne des Postes et Télécommunications (CEPT) perusti Groupe Speciale Mobile -ryhmän eurooppalaisen standardin luomiseksi GSM GSM Suunnittelun tausta GSM-arkkitehtuurin osat ja tehtävät Liikkuvuuden ja viestinnän hallinta Päätelaite Palvelut Turvallisuus Protokollat

4 GSM:n suunnittelun kaupalliset vaatimukset Useampi verkko-operaattori / maa hinta- ja palveluntarjontakilpailu nopea GSM-järjestelmän leviäminen Avoimia rajapintoja käyttävä järjestelmä useampia valmistajia kustannustehokasta Ei suuria muutoksia PSTN:ään Muita tavoitteita GSM:lle Yleiseurooppalainen Hyvä puheenlaatu Tehokas radiotaajuuksien käyttö Suuri kapasiteetti Yhteensopivuus ISDN:n kanssa Yhteensopivuus muiden tiedonsiirtotapojen kanssa Turvallisuus Sanna.Liimatainen@hut.fi 13 Sanna.Liimatainen@hut.fi 14 GSM:n perusosat ja -rajapinnat Mobile Station (MS) Liikkuva laite ja tilaaja Air Network Management Subsystem (NMS) Verkonhallinta-alijärjestelmä Base Station Subsystem (BSS) Tukiasemaalijärjestelmä A Network Subsystem (NSS) Verkkoalijärjestelmä O&M GSM:n verkkoalijärjestelmä (NSS) Seuraavaksi Verkkoalijärjestelmän osat Verkkoalijärjestelmän tehtävät Verkkoalijärjestelmän ja muiden GSM:n osien, lähinnä verkonhallinta-alijärjestelmän, yhteistoiminta Sanna.Liimatainen@hut.fi 15 Sanna.Liimatainen@hut.fi 16 4

5 NSS:n osat 1: matkapuhelinkeskus Mobile Service switching Centre (MSC) puhelun kontrolli BSS:n kontrollointi Yhteistoiminta Laskutus Tilastointi Signalointi NSS:n osat 2: kotirekisteri Home Location Register (HLR) kaikki tilaajatieto pysyvästi reititystieto tilaajatiedon ja palveluiden hallinta tilastointi liikkuvuuden hallinta NSS:n osat 3: vierailijarekisteri Visitor Location Register (VLR) tilaajadata, palveluiden käsittely, liikkuvuuden ja turvallisuuden hallinta paikallinen varasto puhelunhallintaan tyypillisesti yhdistetty MSC:n tilaajatiedon väliaikainen talletuspaikka (kun tilaaja on tämän keskuksen alueella) eli samaa tietoa kuin HLR:ssä ja AuC:ssä NSS:n osat 4: turva-asiat Authentication Centre (AuC (tai AC)) tilaajan identtteettiin liittyvän turvatiedon hallinta VLR:n kanssa Equipment Identity Register (EIR) Liikkuvan laitteen fyysiseen identiteettiin liittyvän turvatiedon hallinta VLR:n kanssa

6 Puhelun kontrolli NSS:n tehtävät Mistä puhelu tulee? Mihin puhelu pitäisi yhdistää? Millainen puhelu on? Verkkojen yhteistoiminta Toiminta kiinteän puhelinverkon (PSTN) kanssa Verkoissa on erilainen kaiku, joka pitää poistaa NSS:n tehtävät 2 Tilaajatiedot ja palvelunhallinta Laskutus Laskutustietueiden kerääminen: kuka soitti kenelle, milloin ja miten pitkään ja millaisen puhelun jne. Tilastotiedon kerääminen Verkonhallinnan avuksi Sanna.Liimatainen@hut.fi 21 Sanna.Liimatainen@hut.fi 22 NSS:n tehtävät 3 NSS:n tehtävät 4 Liikkuvuudenhallinta Paikkatiedon tallettaminen Paikkatiedon päivittäminen Liikkuminen radioverkon solusta toiseen Kutsu, kun puhelu saapuu Sanna.Liimatainen@hut.fi 23 Turvallisuudenhallinta Liikkuvan tilaajan tunnistaminen Liikkuvan laitteen tunnistaminen Ilmarajapinnan salauksesta sopiminen Turvallinen tilaajan identiteetin käsitteleminen Tukiasema-alijärjestelmän kontrolli yleisellä tasolla tukiasema-alijärjestelmän rakenne tunnettu Sanna.Liimatainen@hut.fi 24 6

7 NSS ja NMS Verkkoalijärjestelmä kerää tietoa laskutusta ja tilastointia varten MSC&HLR lähettää tietoa laskutuskeskukselle (Billing Centre BC) MSC, VLR, HLR, AuC ja EIR keräävät tietoa verkonhallintaa varten Tiedot käsitellään verkonhallintaalijärjestelmässä Operation and Maintenance -rajapinta 25 NMS:n osat ja tehtävät Viestintäosa (Communication Part) rajapinnan hallinta Tietokantaosa (Database Part) tiedonkeruu Sovellusosa (Application Part) hallinnan sovellukset Käyttöliittymä (User Interface) verkkonhallinan käli ja kieli 26 GSM:n tukiasema-alijärjestelmä (BSS) Seuraavaksi Tukiasema-alijärjestelmän osat Tukiasema-alijärjestelmän tehtävät BSS:n osat 1: tukiasemaohjain Base Station Controller (BSC) yhteyden muodostaminen MS:n ja NSS:n välille liikkuvuudenhallinta tilastotiedon keruu ilma- ja A-rajapintojen signaloinnin tuki

8 BSS:n osat 2: tukiasema Base Tranceiver Station (BTS) Ilmarajapinnan hallinta kaikenkaikkiaan eli signalointi salaus puheenkäsittely (virheenkäsittely ilmarajapinnassa) BSS:n osat 3: puheen siirtokoodaus TransCoder (TC) puheen siirtokoodaus yhdestä digitaalisesta muodosta toiseen ja takaisin, ennen kuin puhe siirretään NSS:n puolelle BSS:n tehtävät BSS:n tehtävät 2 Radioverkon kontrolli Radiopolun kontrolli, eli radiokanavan varaaminen ja radioyhteyden laadunvalvonta Ilmarajapinnssa käytetään aikajakoista koodausta TDMA:ta Eri taajuudet eri suuntiin Omat kanavat signaloinnille ja liikenteelle Yhteistoiminta liikkuvan päätelaitteen ja verkkoalijärjestelmän kanssa rajapintojen kautta Puheen koodaus ja prosessointi myös ilmarajapinnan yli digitaalisena erilaiset nopeudet ja tavat koodata puhetta, koska verkot ovat erilaiset Tilastotiedon keruu Sanna.Liimatainen@hut.fi 31 Sanna.Liimatainen@hut.fi 32 8

9 Liikkuvuudenhallinta Paikkatiedon tallettaminen ja päivitys MS tekee paikkatiedon päivityksen, kun paikka muuttuu (location area) Suurin alue on yhden MSC/VLR:n alue HLR:ssä pysyvät tiedot HLR:ssä myös tieto, minkä VLR:n alueella MS on VLR:ssä tarvittavat tiedot Liikkuvuudenhallinta (2) Kutsu (paging) Verkkoalijärjestelmä kutsuu MS:ää perustuu paikkatietoon ensin sille alueelle, josta viimeinen paikkapäivitys, +toistetaan viimeisenä koko VLR:n alueelta Liikkuvuudenhallinta (3) (handover) kanavalta toiselle, yhden BTS:n alla solusta toisen tukiaseman alle, yhden BSC:n alla solusta toisen tukiasemaohjaimen alle, yhden MSC:n alla solusta toisen matkapuhelinkeskuksen alle, kahden MSC:n välillä Liikkuvuudenhallinta (4) Yhdeksäntyyppisiä tunnistenumeroita MSISDN puhelinnumero IMSI tilaajantunniste ja TMSI väliaikainen IMSI MSRN puhelinnumero vierasverkossa IMEI laittetunniste LAI ja CGI sekä BSIC paikkatunnisteet

10 Puhelun (viestinnän) hallinta Päätelaite Paikkatiedon päivitysviestit eri tavalla riippuen alueen vaihdosta Puhelun muodostaminen + foo = Mobile Station vastapuolen etsiminen tunnistus liikennekanavan varaaminen Mobile Equipment (ME) Subscriber Identity Module (SIM) puhelun yhdistäminen Sanna.Liimatainen@hut.fi 37 Sanna.Liimatainen@hut.fi 38 Puhelut GSM:n peruspalvelut Hätäpuhelut Lyhytsanomat (Short Message Service, SMS päätelaitteelta, päätelaitteelle yleislähetys Faksit Sanna.Liimatainen@hut.fi 39 GSM:n lisäpalvelut Puheluiden uudelleenohjaus ilman ehtoja, kun varattu, ei vastausta, ei tavoiteta Puheluiden rajoittaminen ulosmenevät, kansainväliset, saapuvat Koputus Odottaminen Puhelun siirto Konferenssipuhelut Sanna.Liimatainen@hut.fi 40 10

11 A3 tunnistamiseen GSM:n tietoturva SIM:llä ja AuC:ssa A8 avaimesta sopimiseen SIM:llä ja AuC:ssa A5 ilmarajapinnan liikenteen salaamiseen ME:ssä ja BTS:ssä AuC: VLR: GSM:n tietoturva (2) Random number generator Ki A3 A8 RAND SRES Kc RAND SRES Kc GSM:n tietoturva (3) GSM:n protokollat RAND = haaste SRES = vaste Kc:tä ei tarvi siirtää ilmarajapinnan yli A5 käyttää Kc:tä ja TDMA:n kehysnumeroa salauksen aloittamiseen IMEI:n tarkistus ja PIN SS CC SMS MM RR LAPDm L1 MS RR RSM LAPDm LAPD L1 L1 Air BTS BSSAP RR SCCP RSM LAPD MTP L1 L1 BSC BSSAP SCCP MTP L1 A MSC MAP TCAP L1 TUP ISUP NUP Sanna.Liimatainen@hut.fi 43 Sanna.Liimatainen@hut.fi 44 11

12 Ari kävikin jo läpi 2G 3G IPv6 Visio: all IP Pidemmät osoitteet, 128 bittiä (15% allokoitu) Laajennettu osoitehierarkia, kolme tasoa Mukautuva otsakeformaatti, perusotsake Laajennettavuus, lisäotsakkeet Automaattinen konfigurointi Resurssien allokointi Lähteitä UMTS Networks -(kurssi)kirja Antti Siitosen GSM- ja UMTS-kalvot, T kurssilla syksyllä 2002 Ari Ahtiaisen kurssin Tik materiaalit keväältä 1997 ja 1998 Sanna Liimataisen kurssin T kalvot Douglas E Comer: TCP/IP IETF, RFC:2373,2460 Sanna.Liimatainen@hut.fi 47 12