Seção: Tutoriais Telefonia Celular

 
Rede GSM: Arquitetura

 

A rede GSM é subdividida em duas camadas: Switching System (SS), ou CORE network (núcleo da rede), e Base Station System (BSS), ou access network (rede de acesso).

 

Figura 5: Arquitetura da rede GSM.

 

Base Station System (BSS)

 

A BSS é a camada que cuida do acesso do usuário à rede. É através dessa camada que o usuário se conecta para poder realizar a comutação de voz ou dados (ligação telefônica).

 

Os nós que compõem a BSS são responsáveis pela conectividade entre a central e o terminal móvel (celular). São eles: a Base Transceiver Station (BTS) e a Base Station Controller (BSC).

 

Base Transceiver Station (BTS)

 

A função da BTS é prover a conexão de rádio para a estação móvel (celular). É composta basicamente de rádios transmissores e receptores TRX, Processador de Sinal, Equipamentos de Controle, Antenas e Feeder Cables.

 

Pode-se dizer que uma BTS é uma célula dentro da estrutura geográfica da rede. Entretanto, podem ser encontrados exemplos em que uma BTS é na verdade um conjunto de três células diferentes, como descrito anteriormente na apresentação da célula setorizada.

 

Figura 6: Base Transceiver Station (BTS).

 

Base Station Controller (BSC)

 

A BSC é a controladora das BTS’s, e sua função é alocar um canal para a duração da chamada, monitorar as chamadas visando qualidade e potência transmitida pela BTS ou a estação móvel, e garantir o handover para outra célula, quando requerido.

 

A BSC controla uma ou mais áreas de localização (LA’s), dependendo de sua capacidade. Então é comum encontrarmos redes em que o número de BSC’s seja grande.

 

Switching System (SS)

 

A SS é a camada da rede que cuida da comutação de chamadas, do encaminhamento de mensagens e da sinalização. Os nós que a compõem são: Mobile Switching System (MSC), Home Location Register (HLR), Visitor Location Register (VLR), Authentication Center (AUC), Equipment Identity Register (EIR) e Gatway Mobile Switching Center (GMSC).

 

Mobile Switching System (MSC)

 

A MSC é a central de comutação da rede GSM. Ela é responsável por encaminhar e comutar as chamadas e mensagens de cada estação móvel (celular) e equipamento da rede.

 

A MSC provê a conexão entre os assinantes da rede, e conexão da rede GSM com a rede PSTN (rede fixa). Ela coordena os processos de Location Update e Handover na rede, gerencia os recursos de rádio (BSC’s) e gerencia a informação de bilhetagem para os assinantes.

 

A MSC é uma controladora de BSC’s, e isso faz com que ela seja o centro da rede GSM. Ela recebe todas as informações da rede e, assim, todas as chamadas e mensagens originadas vão para a MSC para serem comutadas aos destinos correspondentes.

 

Figura 7: Mobile Switching System (MSC).

 

Home Location Register (HLR)

 

O HLR é a base de dados de assinantes na rede. Nele estão armazenadas informações como número do assinante (MSISDN), identificação do assinante na rede (IMSI), tipo de plano assinado pelo usuário e serviços suplementares do assinante.

 

A ativação e a desativação de serviços é feita no HLR. Isso significa que a operadora GSM usa o HLR para ativar e desativar os serviços fornecidos aos seus usuários.

 

Para o assinante se registrar na rede, o HLR é consultado para verificar se o assinante tem ou não permissão para usar os serviços oferecidos pela operadora.

 

A MSC mantém um canal de sinalização com o HLR para verificação e identificação do usuário, como pode ser observado na figura a seguir.

 

Figura 8: Home Location Register (HLR).

 

Visitor Location Register (VLR)

 

O VLR é uma base de dados temporária de usuários visitantes, sendo geralmente montada no mesmo equipamento da Central (MSC). No entanto, dependendo do tamanho da rede e número de assinantes, pode também ser alocada em um equipamento dedicado.

 

Entende-se por visitante todo assinante que não está registrado na MSC responsável por aquela área. Isso pode ocorrer também dentro de uma mesma rede (dentro da mesma PLMN), isso se a operadora possuir mais de uma MSC.

 

Nesse caso, pode-se imaginar o seguinte cenário: um usuário da operadora XYZ está registrado na MSC1 e, portanto, seus dados estão armazenados no HLR1. Se ele estiver em Roaming (visita) na área da MSC2 dessa mesma operadora, para que ele possa se conectar a rede o VLR da MSC2 precisa ter suas informações.

 

Então, a MSC2 solicita uma cópia dos dados desse usuário para o HLR1 e grava no VLR2, a fim de poder autorizar a conexão desse usuário. Assim que o usuário sair da área de cobertura da MSC2, esta irá apagar seus dados no VLR2.

 

Figura 9: Visitor Location Register (VLR).

 

Isso acontece também entre diferentes operadoras. Portanto, toda MSC possui um VLR.

 

Authentication Center (AUC)

 

A AUC é o nó de rede que cuida da segurança para os assinantes, sendo responsável por autenticar os usuários da rede a fim de prevenir fraudes como a Clonagem. Seu sistema de autenticação é simples e eficaz, utilizando chaves e algoritmos de autenticação.

 

O pacote utilizado para a Autenticação do assinante é chamado de Triplex. O triplex é gerado na AUC utilizando o IMSI do usuário.

 

A AUC possui um gerador RAND (gerador randômico), que é parte integrante das informações que completam o Triplex. O RAND é gerado e utilizado juntamente com o IMSI e a Chave de Autenticação Ki para gerar o SRES (Signed Response). Essas três informações RAND, IMSI e a Chave Ki passam pelo algoritmo de autenticação A3 e formam o SRES.

 

A mesma coisa é feita com o algoritmo A8 para gerar a Chave Kc. As três informações geradas RAND, SRES e Kc formam o Triplex. A estação móvel (celular) faz a mesma coisa no SIM card e envia o Triplex para a AUC. Os dois Triplex gerados são comparados e, se forem iguais, a autenticação está completa e o usuário poderá se conectar a rede.

 

Figura 10: Authentication Center (AUC).

 

Equipment Identity Register (EIR)

 

O EIR é a Base de dados que armazena o IMEI. O IMEI é o numero de série da estação móvel (celular), gerado na fabrica do hardware. Esse IMEI é enviado para a operadora assim que o usuário adquire o aparelho na loja.

 

O IMEI é basicamente utilizado para a segurança contra furto do aparelho móvel (celular). Isso significa que nenhum individuo que não seja o comprador do aparelho possa utilizá-lo, uma vez que o IMSI é atrelado ao IMEI.

 

Assim, nenhum outro SIM card que não seja o original será aceito na operadora, fazendo com que o aparelho seja bloqueado.

 

Gateway Mobile Switching Center (GMSC)

 

O GMSC é o portão de entrada e saída para outras redes. É através dele que a operadora se comunica com outras redes, sejam elas redes móveis (PLMN) ou redes fixas (PSTN).

 

Um usuário que esteja em Roaming em outra rede poderá se comunicar com a sua rede Home ou rede de origem através do GMSC.

 

O GMSC tem a função de obter informações do HLR sobre usuários presentes na rede para assim poder re-routear as chamadas.