GSM Network Areas...

1. Cell Public Land Mobile Network (PLMN) GSM Network Areas... MSC / VLR Area Location Area

2. GSM Network Areas... Public Land Mobile Network (PLMN)

3. MSC/VLR Service Area: يك منطقه يا ناحية سرويس از شبكه را نشان مي دهد كه توسط يك MSC پوشش داده مي شود GSM Network Areas...

4. Location Area: • بخشي از يك MSC/VLR Service Areaاست که در این محدوده: • با جابجاییمشترک موبايل،عملیات LUP اتفاق نمی افتد • پيام Paging براي يافتن مشترك پخش مي شود GSM Network Areas...

5. Cell: يك LA به چندين سل تقسيم مي شود. هر سل، يك منطقة با پوشش راديويي است كه هويت آن بوسیله شماره هویت سلول CGI)) تعيين مي شود. گوشی موبایل با استفاده از كد هويت ايستگاه و شماره هویت ایستگاه (BSIC) بين سل هايي كه از فركانسهاي كارير مشابه استفاده مي كنند، تفاوت مي گذارد. GSM Network Areas... CGI : Cell Global ID BSIC : Basic Station Identity Code

6. MSISDN - Mobile subscriber International ISDN Number • International number for mobile subscriber that includes at most 15 digits • Mapping to Mobile Station Roaming Number (MSRN) by HLR Country Code (CC( + National Destination Code (NDC( + Subscriber Number (SN( Example: 98912347658 • IMSI - International Mobile Subscriber Identity • International number that Uniquely Identifies the User (SIM Card) and is stored in SIM Card, HLR and VLR • unique 15 digits assigned Mobile Country Code (MCC) + Mobile Network Code (MNC)+ Mobile Subscriber Identification Number (MSIN) Example : 432111234567890 432(MCC)----11(MNC)----1234567890(MSIN)

7. TMSI - Temporary Mobile Subscriber Identity 32-bit number assigned by VLR to uniquely identify a mobile station within a VLR’s area • 32 Bits • Local Number Allocated By VLR • May Be Changed Periodically • Hides The IMSI Over The Air Interface (Transmitted Instead Of IMSI) • MSRN - Mobile Station Roaming Number • Is used for routing • Generated By VLR For All Visiting Users (HLR asks VLR to assign this number for called party) • Helps HLR To Determine Current Location Area • Hides The IMSI Inside The Network Visitor Country Code (VCC) + Visitor National Destination Code (VNDC) + Current MSC Code + Temporary Subscriber Number Example : 989110100 to 989110107 for one MSC

8. MSISDN IMSI MSC Address HLR 2- MSISDN GMSC PSTN 1- MSISDN 5- MSRN 6 3- IMSI 4-MSRN MSC/VLR

9. International Mobile Station Equipment Identity (IMEI) Unique 15 digits assigned by equipment manufacturer • كد تجهيزات : (TYPE APPROVAL CODE) TAC • كد كارخانة سازنده : (FINAL ASSEMBLY CODE) FAC • شمارة سريال :(SERIAL NUNBER) SNR • ورژن نرم افزار :SP IMEI=TAC+FAC+SNR+SP 357,087,008,609,717 (USSD= *#06#) • Cell Global Identity (CGI) این شماره مشخص کننده یک سلول خاص در یک LA می باشد.این شماره با اضافه کردن یک CI به شماره LAI حاصل می شود. • (LOCATION AREA IDENTITY) LAI • (CELL IDENTITY) CI CGI=MCC+MNC+LAC+CI • Base Station Identity Code (BSIC) این شماره به واحد سیار این امکان را می دهد تا ایستگاههای ثابت مختلف را از هم تمیز دهد. • (NATIONAL COUNTRY CODE) NCC • (BASE STATION COUNTRY CODE) BCC BSIC=NCC+BCC

10. Personal Identity Number ( PIN) PIN به معنای هویت پرسنلی است که بر اساس آن مشترک می تواند درخواست نماید تا یک شماره که معرف هویت شخصی اوست در حافظه SIM قرار داده شود تا در صورت مفقود شدن این کارت, از هر گونه سوء استفاده احتمالی از کارت مزبور جلوگیری شود پس از اعلام گزارش مفقود شدن کارت مزبور , هویت IMSI مربوطه فورا مسدود شود. • Location Area Identity( LAI) این شماره به منظور به روز کردن موقعیت بکار می رود. Based on international ISDN numbering plan that is broadcast regularly by the BTS on broadcast channel • (MOBILE COUNTRY CODE) MCC • (MOBILE NETWORK CODE) MNC • (LOCATION AREA CODE) LAC LAI=MCC+MNC+LAC

11. Location Updating… • Location updating is used to reduce the area over which paging must be undertaken in a cellular system. • The cellular coverage area is divided up into a number of location areas. • All cells broadcast the identity of their Location Area (LAI). • Each time a mobile station observes that it has moved into a new location area it informs the network by performing a location update; this enables the network to perform paging over a smaller area than would otherwise be necessary. • In the extreme case each cell could be a location area, the system would know very precisely where a mobile was but at the expense of a very high level of location update signalling. As a compromise location areas are generally defined as a group of cells.

12. Location Update (LU) ... • MS is aware of location • BTS broadcasts Location Area Identification (LAI) on BCCH • SIM stores current LAI and TMSI • Events which determine a current location update • MS is switched on and current LAI equals stored LAI • a timer set by the network expires and MS reports position (TMSI may be updated and stored in SIM) • Events which determine a new location update • MS is switched on and current LAI differs from stored LAI • MS enters a new location area (TMSI and LAI are updated and stored in SIM)

13. Location Update (LU) ... In practice, there are three types of location updates: Location Registration (Power On) Generic Periodic Location registration: takes place when a mobile station is turned on.This is also known as IMSI Attach because as soon as the mobile station is switched on, it informs the Visitor Location Register(VLR)that it is now back in service and is able to receive calls.As a result of a successful registration,the network sends the mobile station two numbers that are stored in the SIM(Subscriber Identity Module)card of the mobile station. Generic: Every time the mobile receives data through the control channels,it reads the LAI and compares it with the LAI stored in its SIM card. A Generic location update is performed if they are different.The mobile starts a location Update process by accessing the MSC/VLR that sent the location data. Periodic: Periodic Location Update is carried out when the network does not receive any location update request from the mobile in a specified time.

14. Location update Location Updating… Location updates for every cell crossing (high cost). Need to page only one cell (low cost). Location never update (no cost). Need to page every cells (high cost). Partition the region into different location areas.

15. Location update is performed when there is a boundary crossing. LA-1 LA-2 No location update How to determine the size of a LA? Location update Location Updating…

16. Location Update (LUP) ....

17. Paging • Paging is a process of broadcasting a message which alerts a specific mobile to take some action, for example if there is an incoming call to be received. • If the system does not know the precise cell in which a mobile is located it must perform paging in a number of cells. • An extreme approach would be to undertake paging throughout the entire coverage area of a cellular system whenever a mobile is to be alerted; however, in anything but the smallest system this would be wasteful of valuable signalling capacity, particularly over the air interface. • The problem is addressed by the use of location areas and location updating.

18. Paging

19. (5) (3) (4) (2) (6) MSC MSC VLR VLR HLR (7) Mobile Switching Center (1) Calling MS Called MS GSM Call Delivery Procedure…

20. GSM Call Delivery Procedure… • Calling MS sends a call initiation signal to MSC through BS. • MSC sends a location request to HLR of the called MS • HLR determines serving VLR of called MS and sends a route request message to it. • MSC allocates a temporary ID to MS and sends this ID to HLR • HLR forwards the ID to MSC of the calling MS • Calling MSC requests a call set up to the called MSC • Paging messages are sent to cells within the LA.

21. GSM Mobile Terminated Call • 1: calling a GSM subscriber • 2: forwarding call to GMSC • 3: signal call setup to HLR • 4, 5: request MSRN from VLR • 6: forward responsible • MSC to GMSC • 7: forward call to • current MSC • 8, 9: get current status of MS • 10, 11: paging of MS • 12, 13: MS answers • 14, 15: security checks • 16, 17: set up connection

22. Handover… • Handover is the means of maintaining a call when a user moves outside the coverage area of the serving cell. • The call must be switched to an alternative cell to provide service, automatically and without loss of service. • Handover is a complex process requiring synchronisation of events between the mobile station and the network. • In particular, there is the need to route the call to the new cell before handover can be effected whilst maintaining the old connection until the new connection is known to have succeeded. • Handover is a time critical process requiring action to be taken before the existing radio link degrades to such an extent that the call is lost.

23. Handover…

24. BTS BTS Intra-cell Handover

25. BSC BTS BTS Inter-cell Intra-BSC Handover • مشترک سياراز محدوده يک سلول خارج مي شود • به مشترک يک کانال فرکانس راديوئي جديد داده مي شود • اين عمل توسط BSC کنترل مي شود • کانالي که قبلا مورد استفاده قرار داشت آماده اختصاص به يک مشترک جديد است

26. B T S VLR B T S B T S B T S Inter-BSC Intra-MSC Handover BSC MSC B T S B T S BSC B T S B T S B T S

27. BSC B T S B T S B T S B T S B T S B T S B T S B T S VLR MSC1 B T S VLR MSC2 BSC Inter-BSC Inter-MSC Handover

28. شرایط وقوع Handover • BSC بر اساس اطلاعات اندازه گیری دریافتی از BTS و MS که مربوط به وضعیت دریافت سیگنال در مسیرهای Uplink و Downlink میباشد و میانگین گیری از این اطلاعات و مقایسه این اطلاعات با سطوح آستانه تعریف شده، فرمان Handover را صادر میکند. با توجه به اینکه معمولا چندین دلیل میتواند باعث انجام Handover گردد لذا بایستی اولویتی جهت انجام Handover در نظر گرفته شود که این اولویت به قرار زیر میباشد: • HO because Interference (uplink or downlink) • HO because Uplink quality • HO because Downlink quality • HO because Uplink level • HO because Downlink level • HO because MS-BS distance • HO because Turn-around-corner MS • HO because Rapid field drop • HO because Fast/Slow-moving MS • HO because Better cell (PBGT or Umbrella) • HO because Good C/I ratio

29. Handoverبه خاطر تداخل در مسیر Uplink و Downlink • اگر میانگین سطح قدرت دریافتی در مسیر Uplink یا Downlink از حد خاصی که معمولا بصورت پیشفرض برابر -85dbm تعریف میشود قویتر باشد ولی نرخ خطای بیتی از رنج خاصی بیشتر گردد Handoverاز نوع Inter-Cell یا Intra-Cell به خاطر تداخل واقع میشود.

30. Handover به خاطر کیفیت سیگنال دریافتی در مسیر Uplink یا Downlink • اگر میانگین خطای بیت در مسیر Uplink یا Downlink به ترتیب از مقادیر تعریفی QUR و QDR بیشتر گردد Handover به خاطر کیفیت دریافت تریگر گردیده و اگر سایت همسایه ای با قدرت قویتر به میزان QMRG وجود داشته باشد دستور Handover به آن سلول (Inter-cell Handover) داده میشود. • QDR: Downlink Rx quality threshold • QUR: Uplink Rx quality threshold • QMRG: HO margin quality

31. Handover به خاطر سطح سیگنال دریافتی در مسیر Uplink و Downlink • اگر میانگین سطح سیگنال دریافتی در مسیر Uplink یا Downlink به ترتیب از مقادیر تعریفی LUR و LDR بیشتر گردد Handover به خاطر سطح سیگنال دریافتی تریگر گردیده و اگر سایت همسایه ای با قدرت قویتر به میزان LMRG وجود داشته باشد دستور Handover به آن سلول (Inter-cell Handover) داده میشود. • LDR: Downlink Rx Level threshold • LUR: Uplink Rx Level threshold • LMRG: HO margin Level

32. Handover به سلول مناسبتر بر اساس Power Budge • PBGT یا Power Budget)متغییری وابسته به تفاضل سطح قدرت دریافتی در مسیر Uplink یا Downlink سایتهای همسایه در مقایسه با سایت سرویس دهنده است) و سایر پارامترها از جمله ماکزیمم قدرت تشعشعی MS یا BTS، جهت انتخاب سایت مناسبتر برای Handover استفاده می شوند. اگر PBGT محاسبه شده برای سایت nام از PMRG تعریف شده برای آن در سایت مبدا تجاوز نماید BSC دستور Handover به آن سایت به دلیل Power Budget را خواهد داد. معمولا PMRG برای سایتهای همسایه برابر 6db تعریف میشود و BSC در پریود زمانی تعریف شده معادل 6 عدد کانال SACCH دریافتی از MS (برابر 6*120mSec) عمل اندازه گیری PBGT را انجام داده و در صورت گذشت زمان 5 ثانیه از آخرین Handover (پارامتر MIH )، دستور Handover به خاطر Power budget را میدهد. • پارامتر مربوط به فعال نمودن Handover از نوع PBGT در حین تعریف سایت به صورت پیش فرض فعال میباشد.

33. B S C PBGT(BTS1--BTS2)=7db Defined PMRG for BTS1 is 6db 7db>6db then Handover command To MS Because Power Budget BTS2 (900MHz) BTS1 (900MHz) MS

34. Handover به سلول مناسبتر بر اساس Umbrella • هدف از فعال کردن فیچر Handover بر اساس Umbrella توزیع یکنواخت ترافیک بین لایه های باند 1800 و باند 900 میباشد و این نوع Handover تنها بین سایتهایی با دو لایه متفاوت واقع میشود و با توجه به اینکه در شبکه موجود، باند 900 به عنوان Upper layer و باند 1800 به عنوان Lower layer تعریف شده اند لذا Handover دو لایه را میتوان بعنوان Handover دو باند تعبیر نمود. • این Handover به این صورت است که BSC بدون اینکه توجهی به سطح قدرت دریافتی در سلول سرویس دهنده داشته باشد، در صورت وجود سیگنالی قویتر از مقدار تعریفی AUCL از سلولی در لایه بالاتر یا پائینتر، دستور Handover به آن سلول را خواهد داد. بعبارت دیگر اگر MS ای که در حال مکالمه از طریق سلول سرویس دهنده ای میباشد و در زیر چتر بشعاع AUCL سلول مربوط به لایه دیگر قرار داشته باشد (یعنی سطح سیگنال قویتری در مقایسه با AUCL تعریفی برای BTS مربوط به آن سلول دریافت نماید) دستور Handover به آن سلول داده خواهد شد. • پارامتر مربوط به Handover از نوع Umbrella در حین تعریف سایت غیر فعال میباشد لذا در شبکه Dual band بایستی فعال گردد. • AUCL:HO level umbrella

35. B S C AUCL (900-> 1800) = -75db AUCL (1800-> 900) = -68db Level of BTS2 =-70 -70dbm >-75dbm then Command for Handover from BTS1(900) to BTS2(1800) BTS2 (1800MHz) BTS1 (900MHz) MS

36. Handover به خاطر سایر دلایل • با فعال کردن برخی فیچرها، کیفیت سرویسدهی به مشترکین در شرایط خاص افزوده می شود. این فیچرها عبارتند از: • Handover به خاطر فاصله از سایت • Handover به خاطر سرعت • Handover به خاطر افت شدید لحظه ای سیگنال در مسیر Uplink یا Downlink که به دو صورت rapid field drop و Turn-around-corner MS میباشد

37. Mobile-Assisted Handover (MAHO)

38. GSM Security (1) Ciphering is used across the air interface to provide speech and signaling encryption. When the authentication procedure has been completed successfully ,the BTS and the mobile station are ready to start the ciphering procedure for signaling and speech/data transmission Authentication is a procedure used in checking the validity and integrity of subscriber data. With the help of authentication procedure the operator prevents the use of false SIM modules in the network. The authentication procedure is based on an identity key “Ki” ,that is issued to each subscriber when his data are established in the HLR. The authentication procedure verifies that the “Ki” is exactly the same on the subscriber side as on the network side. The Authentication Center generates information that can be used for all the security purpose during one transaction. This information is called an Authentication Triplet.

39. GSM Security (1) • access control/authentication • user SIM (Subscriber Identity Module): secret PIN (Personal Identification Number) • SIM network: challenge - response method • confidentiality • voice and signaling encrypted on the wireless link (after successful authentication) • anonymity • TMSI - Temporary Mobile Subscriber Identity • newly assigned at each new location update • encrypted transmission • 3 algorithms specified in GSM • A3 for authentication (“secret”, open interface) • A5 for encryption (standardized) • A8 for encryption key generation

40. Security in GSM…

41. GSM Security The authentication triplet consists of three number: RAND RAND is a Random number SRES SRES (Signed Response) is a result that the algorithm A3 produces on the basis of certain source information Kc Kc is a ciphering key that A8 generates on the basis of certain source information.

42. GSM - authentication…

43. GSM – authentication…

44. Authentication تصديق • اين فرآيند از VLR آغاز مي گردد. VLR پيامي بهHLR مي فرستد. • HLR پيام را بهAUC ارسال مي کند • AUC عدد راندمي توليد کرده و با بکارگیری الگوریتم A3 و عدد Ki، شماره SRES را محاسبه می کند. • AUC از طریق HLR، پیامی حاوی مقادیر (Ki,SRES,RAND) را برای VLR ارسال می کند. • VLR از طریق MSC، پيامي حاوی عدد RAND را برای MS ارسال می کند. • MS با بکارگیری الگوريتم A3و کليد تصديق Ki (که در SIM ذخيره شده) شماره SRES را تولید می کند. • SRESتوسط MS برای MSC فرستاده می شود. • MSC دو پاسخ در یافت شده را با هم مقايسه مي کند

45. Authentication Algorithms • XOR • COMP128-1 • COMP128-2 • COMP128-3 • COMP128-4 • OPERATORE’S SPECIAL ALGORITHM

46. GSM - key generation and encryption

47. اين فرايند در لينک هوايي پس ازاجرای عملیات تصديق صورت مي گيرد • فرايند توسط VLR و با ارسال پيامي حاوی Kc برای MSC، آغاز مي گردد • MSC ---- BSS • BSS ---- MS • MS به حالت رمز گذاري شده مي رود • BSS پيامي را بهMSC براي نشان دادن اينکه فرايند کامل شده مي فرستد

48. Any Questions & Comments ?