GSM maghálózat

A GSM törzshálózat ( maghálózat , angol  GSM core network , a hálózati és kapcsoló alrendszerből NSS is  - hálózat és kapcsoló alrendszer ) a GSM mobilhálózatok kulcsfontosságú eleme , a hálózat központi része , amely alapvető GSM szolgáltatásokat nyújt és koordinál , mint pl . hanghívásként, SMS -ként és betárcsázós adatként (CSD).

A gerinchálózatot a mobilszolgáltató karbantartja és fejleszti, és a mobil végberendezések egymással való kommunikációját szolgálja különböző távközlési hálózatokban. A GSM-hálózat felépítése hasonló a vezetékes telefonhálózatokhoz, de vannak további funkciók, amelyek szükségesek az előfizetők mobilitása érdekében, mind saját hálózatukon belül, mind roamingban . Ezek a funkciók a mobilitás különböző aspektusait fedik le, és részletesebben a megfelelő cikkekben ismertetik őket.

A csomagszolgáltatások biztosításához a maghálózat kiterjesztése GPRS Core Network néven ismert. Ez lehetővé teszi a mobiltelefonok számára olyan szolgáltatások elérését, mint a WAP , MMS , videoátvitel, internet- hozzáférés .

Minden modern mobiltelefon rendelkezik csomagkapcsolt és áramkörkapcsolt támogatással is, mivel a legtöbb szolgáltató a szabványos GSM-szolgáltatások mellett támogatja a GPRS -t is.

HLR

A HLR ( Home Location Register ) egy olyan  adatbázis, amely a GSM szolgáltató hálózatának előfizetőjéről tartalmaz információkat.

A HLR egy adott mobilszolgáltató SIM-kártyáiról tartalmaz adatokat . Minden SIM-hez egy egyedi IMSI azonosító tartozik, amely a HLR minden egyes bejegyzésének kulcsmezője.

A SIM-kártyákhoz kapcsolódó másik fontos adat a telefonszámok ( MSISDN ). A fő MSISDN az előfizető számára az alapszolgáltatási csomag biztosítására szolgál, emellett lehetőség van több más MSISDN leképezésére is a SIM-kártyára fax- és adatkommunikáció céljából. Mindegyik MSISDN kulcsmező a HLR adatbázisban.

A nagy szolgáltatók több HLR-t is telepíthetnek, amelyek mindegyike csak az üzemeltető előfizetőinek egy részét tárolja, mivel a hardveres és szoftveres korlátok miatt az egyes HLR-ek kapacitása korlátozott.

Példák a HLR-ben minden előfizetőre vonatkozóan tárolt egyéb adatokra:

• az előfizető által kért vagy nyújtott szolgáltatásokra vonatkozó adatok, mint például a hívásátirányítás;
• GPRS-beállítások (például APN és QoS), amelyek lehetővé teszik az előfizető számára a csomagkapcsolt adatátviteli szolgáltatások elérését;
• az előfizető aktuális tartózkodási helye ( VLR és SGSN );
• Hálózati szolgáltatásmegtagadási adatok;
• CAMEL beállítások az IN-szolgáltatásokhoz és az online számlázáshoz;

Mivel a HLR a hálózat egyfajta fő adatbázisa, a hálózat nagyszámú hálózati eleméhez kapcsolódik. A HLR különösen a következő elemekhez kapcsolódik:

• maghálózati átjáró ( G-MSC , angol  Gateway MSC ) a bejövő hívások feldolgozására;
• VLR a mobil eszközöktől érkező kérések feldolgozásához a hálózathoz való csatlakozáshoz;
• SMSC a bejövő SMS-ek feldolgozásához, értesítés az előfizető megjelenéséről a hálózatban;
• USSDC, az USSD üzenetek fogadásának és továbbításának lehetőségéhez;
• IN-platformok ;
• egy hangposta alrendszer , amely értesíti az előfizetőket egy új hangüzenetről.

A HLR fő funkciója a mobil-előfizetők mozgásának szabályozása az alábbiakkal:

• adatok küldése az előfizetőről és a számára elérhető szolgáltatásokról a VLR-nek és/vagy az SGSN-nek a hálózaton történő regisztráció során (MAP Insert Subscriber Data üzenetek küldésével);
• közvetítés a GMSC vagy az SMS-C és a VLR között a bejövő kommunikáció vagy bejövő szöveges üzenetek biztosítására (a MAP Send Routing Info, Send Routing Info for SM és MAP Provide Roaming Number üzenetek használatával);
• előfizetői adatok eltávolítása a VLR-ből és/vagy SGSN-ből, amikor az előfizető elhagyja lefedettségi területét (MAP Cancel Location üzenetek küldésével).

Hitelesítési Központ

Az Authentication Center ( AuC , eng.  Authentication Center ) célja, hogy minden egyes SIM-kártyát hitelesítsen, amely megpróbál csatlakozni a GSM-hálózathoz (általában a telefon bekapcsolásakor). Sikeres hitelesítés után a HLR kezelheti az előfizető által előfizetett szolgáltatásokat. Egy titkosítási kulcs is generálódik, amelyet időszakonként a mobiltelefon és a bázisállomás közötti vezeték nélküli kapcsolat (hang, SMS) titkosítására használnak.

Ha a hitelesítés sikertelen, a hálózaton nem biztosítanak szolgáltatásokat ehhez a SIM-kártyához. Az EIR ( Equipment Identification Register ) segítségével ezenkívül lehetőség van a mobiltelefonok sorozatszáma ( IMEI ) alapján történő azonosítására  is, de ez már az AuC hitelesítési beállításaitól függ.  

A biztonság megfelelő megvalósítása kulcsfontosságú a SIM-kártya klónozásának megakadályozására irányuló szolgáltató stratégiájában.

A hitelesítési központ közvetlenül nem vesz részt a hitelesítési folyamatban, hanem hármasoknak nevezett adatokat generál, amelyeket az MSC használ az eljárás során. A folyamat biztonságát az AUC-ban és a SIM-kártyában is elérhető érték biztosítja, és ezt Ki -nek nevezzük . A Ki a gyártás során a SIM-kártyára íródik, és AuC-ben duplikálódik. A Ki érték soha nem kerül átadásra az AuC és a SIM között, ehelyett a Ki és az IMSI alapján kihívás-válasz összerendelés jön létre az azonosítási folyamathoz, és egy biztonsági kulcs a rádiócsatornában való használatra.

A hitelesítési központ az MSC-hez van társítva, amely a korábbi adatok felhasználása után új hármaskészletet kér az IMSI-hez. Ez megakadályozza, hogy ugyanazokat a gombokat és válaszokat kétszer használják egy adott telefonhoz.

A hitelesítési központ minden IMSI-hez a következő adatokat tárolja:

• Ki ;
• algoritmus azonosítója (a szabványos algoritmusok neve A3 vagy A8, de az operátor használhatja a sajátját).

Amikor az MSC az AuC-től egy új hármaskészletet kér egy adott IMSI-hez, a hitelesítési központ először generál egy véletlenszámot, amelyet RAND-nak hívnak. A Ki és a RAND segítségével a következő értékeket számítjuk ki:

• Az A3 algoritmusok (vagy saját algoritmusunk) segítségével a Ki és RAND értékekből számítjuk ki az SRES (Signed Response) értéket;
• az A8-as algoritmus segítségével a Ki és a RAND értékekből kiszámolunk egy Kc nevű számot.

Ez a három szám (RAND, SRES, Kc) egy hármast alkot, és visszaküldésre kerül az MSC-nek. Amikor a megfelelő IMSI hozzáférést kér a GSM hálózathoz, az MSC RAND-ot (egy triplet egy részét) küld a SIM-kártyának. A SIM-kártya a kapott RAND-ot és Ki-t (amit a gyártás során írnak rá) behelyettesíti az A3-as algoritmusba (vagy a sajátjába), és kiszámítja az SRES-t, amit visszaküld az MSC-nek. Ha ez a SRES megegyezik a triplet SRES-ével (és meg kell egyeznie, ha érvényes SIM-kártya), akkor a mobiltelefon jogosult a hálózathoz való csatlakozásra és a GSM szolgáltatások elérésére.

A sikeres hitelesítés után az MSC elküldi a Kc titkosítási kulcsot a bázisállomás-vezérlőnek (BSC )  , hogy minden kapcsolat titkosítható és visszafejthető legyen. Nyilvánvaló, hogy a mobiltelefon képes önmagában is generálni Kc-t a hitelesítési folyamat során kapott RAND, az írott Ki és az A8 algoritmus segítségével.

Az Authentication Center általában a HLR-rel együtt található, bár erre nincs szükség. A hitelesítési folyamat eddig elég biztonságos a mindennapi használatra, de ez nem garantálja a védelmet a feltörésekkel szemben. Ezért egy új biztonsági intézkedéscsomagot dolgoztak ki a 3G hálózatokhoz.

VLR

A VLR ( Vistors Location Register ) egy  ideiglenes adatbázis azon előfizetőkről, akik egy adott mobil kapcsolóközpont lefedettségi területén tartózkodnak. A hálózatban minden bázisállomás egy adott VLR-hez van hozzárendelve, így egy előfizető nem lehet egyszerre több VLR-ben.

A VLR-ben tárolt adatok mind a HLR-től, mind magától a mobilállomástól származnak. A gyakorlatban a teljesítmény növelése érdekében a legtöbb gyártó beépíti a VLR-alapot a kapcsolóba (V-MSC), vagy egy dedikált interfészen keresztül csatlakoztatja a VLR-t az MSC-hez Még akkor is, ha az előfizető az otthoni hálózatban van, és annak a szolgáltatónak az MSC-je szolgálja ki, akivel az eredeti szerződést kötötték, a VLR továbbra is használatban van.

A VLR-ben tárolt adatok a következőket tartalmazzák:

• IMSI (előfizetői azonosító szám);
• hitelesítési adatok;
• MSISDN (előfizető telefonszáma);
• az előfizető számára elérhető GSM szolgáltatások listája;
• hozzáférési pont a GPRS-hez ( APN );
• HLR cím, ahol az előfizetőnkénti adatokat tárolják.

A VLR a következő elemekkel van társítva:

• MSC – számos eljáráshoz, például hitelesítéshez vagy kapcsolat létrehozásához szükséges adatok biztosítása
• HLR - adatok beszerzése egy olyan előfizetőről, aki a VLR lefedettségi területén tartózkodik
• egyéb VLR-ek - ideiglenes adatok továbbítása az előfizetőről a különböző VLR-ek lefedettségi területei közötti átmenet során (például TMSI - a kommunikációs folyamatban használt  ideiglenes azonosító, mint az IMSI )

A VLR főbb jellemzői:

• értesítse a HLR-t, hogy az előfizető megjelent a jelen VLR által kiszolgált lefedettségi területen;
• nyomon követni az előfizető jelenlétét ennek a VLR-nek a lefedettségi területén (a Location Area pontossággal ) abban az időszakban, amikor az előfizető nem kezdeményez hívásokat;
• roaming számok kiosztása a bejövő hívás létrehozása során;
• törölje az előfizetőre vonatkozó adatokat, ha inaktívvá válik a VLR lefedettségi területén - a VLR bizonyos inaktivitási idő után törli az adatokat, és értesíti erről a HLR-t (például amikor az előfizető kikapcsolta a telefont vagy eltűnt a hálózatról lefedettség hosszú ideig);
• törölje az előfizetőre vonatkozó adatokat, amikor egy másik VLR lefedettségi területére költözik.

Mobile Switching Center

A Mobile Switching Center ( MSC , eng.  Mobile Switching Center ) egy speciális automata telefonközpont, amely szolgáltatási területén belül áramkörkapcsolt kommunikációt, mobilitásmenedzsmentet és GSM-szolgáltatásokat biztosít mobiltelefonokhoz. Ez magában foglalja a hang-, adat- és faxszolgáltatást, valamint az SMS -t és a hívásátirányítást.

A GSM kommunikációs rendszerekben a korábbi analóg telefonhálózatoktól eltérően a fax és az adatok azonnal digitális formátumban kerülnek a központba, és csak a mobil kapcsolóközpontban kódolják át más formátumba (a legtöbb esetben ez digitális átkódolás PCM jellé, időrés 64 kbps, Amerikában DS0 néven ismert ).

A mobil kapcsolóközpontok változatosak, a hálózaton belüli működésük sajátosságaitól függően (sőt, mindezek a kifejezések utalhatnak ugyanarra az MSC-re, amely különböző időpontokban különböző funkciókat lát el):

• A Gate MSC ( GMSC , angolul  Gate MSC ) egy olyan kapcsoló, amely a külső hálózatokról érkező hívásokat kezeli. Ez a kifejezés egyetlen hívás esetén releváns, mivel bármely MSC működhet átjárókapcsolóként és előfizetői MSC-ként is. Számos gyártó azonban külön nagy teljesítményű MSC-t oszt ki a GMSC számára, amelyhez bázisállomás-vezérlők (BSC-k) nincsenek csatlakoztatva.
• A Vendég MSC ( VMSC , angolul  látogatott MSC ) egy mobil kapcsolóközpont, amelynek lefedettségi területén az előfizető található. Az ehhez az MSC-hez társított VLR előfizetői adatokat tartalmaz. Technikailag egy szolgáltató hálózata több MSC-ből állhat, akár ugyanabban a régióban. Ezért az előfizető roamingban lehet, akár a régiójának saját hálózatában is.
• Az Anchor MSC az a kapcsoló, amely elindítja az átadási eljárást . 
• A cél MSC az az MSC, amelyre az átadásnak meg kell történnie, vagyis a szolgáltatást át kell adni.
• Az MSC Server a 3GPP 5. kiadásban bevezetett új MSC koncepció része.

Az MSC a következő elemekkel van társítva:

• bázisállomás alrendszer (BSS), amely interakciót biztosít 2G és 2,5G mobiltelefonokkal;
• UTRAN alrendszer, amely interakciót biztosít 3G mobiltelefonokkal;
• VLR SIM és MSISDN információcseréhez;
• más MSC-k az átadási eljárásokhoz.

Az MSC feladatai közé tartozik:

• közvetlen hívások az előfizetőkhöz a VLR-ből származó helyzetükkel kapcsolatos információknak megfelelően;
• kimenő hívások létrehozása más előfizetők vagy hálózatok felé (PSTN);
• SMS-üzenetek kézbesítése az előfizetőktől az SMSC-re és vissza;
• a BSC-től a BSC-ig történő átadás-átvétel megszervezése;
• átadásokat hajt végre egy másik MSC-nek;
• további szolgáltatások támogatása, például konferenciahívás vagy hívástartás.

EIR

Az EIR ( Equipment Identity Register ) egy olyan   rendszer, amely valós időben dolgozza fel a mobileszközök IMEI -ellenőrzési kéréseit (checkIMEI), amelyek a kapcsolóberendezésekből (MSC, SGSN , MME ) származnak. A válasz az ellenőrzés eredményét tartalmazza:

• engedélyezőlistán - az eszköz regisztrálhat a hálózaton.
• feketelistán - az eszköz nem regisztrálhat a hálózaton.
• szürkelistán - Az eszköz ideiglenesen regisztrálhat a hálózaton.
• Ismeretlen berendezéshiba is visszaküldhető.

A kapcsolóberendezésnek az EIR-választ kell használnia annak meghatározására, hogy engedélyezi-e az eszköz regisztrálását vagy újraregisztrálását a hálózaton. Mivel a szabvány nem írja le egyértelműen a kapcsolóberendezések reakcióját a szürkelistán szereplő és ismeretlen berendezések reakcióira, ezeket a legtöbb esetben nem használják.

Az EIR leggyakrabban az IMEI feketelista funkciót használja, amely azon eszközök IMEI-jét tartalmazza, amelyeknek a hálózaton való működését meg kell tiltani. Ezek általában ellopott vagy elveszett eszközök. Az üzemeltetők ritkán használják az EIR-t az eszközök önálló zárolására. Általában a letiltás akkor kezdődik, amikor megjelenik az országban egy törvény, amely az ország összes mobilszolgáltatóját erre kötelezi. Ezért a kapcsolórendszer fő alrendszereinek szállítása gyakran már tartalmazza az alapvető képességekkel rendelkező EIR-t, amely magában foglalja az összes CheckIMEI-re adott fehérlistás választ, valamint az IMEI feketelista kitöltésének lehetőségét, amelyre a feketelistán szereplő választ adják vissza.

Amikor megjelenik az országban az eszközök mobilhálózatokban történő regisztrációjának blokkolására vonatkozó jogszabályi keret, a kommunikációs szolgáltatások szabályozója általában rendelkezik a központi EIR ( CEIR ) rendszerrel, amely integrálva van az összes szolgáltató EIR-jével, és továbbítja számukra az aktuális listákat. azonosítók, amelyeket a CheckIMEI kérések feldolgozásakor kell használni. Ez számos új követelményt vezethet be az EIR-rendszerekhez, amelyek nem szerepelnek az alapvető EIR-ekben:

• Listák szinkronizálása a CEIR-rel. A CEIR-rendszereket a szabvány nem írja le, ezért az egyes országokban eltérő protokollok és cseremódok lehetnek.
• További listák támogatása - IMEI fehér lista, IMEI szürke lista, TAC (Type Allocation Code) lista és mások.
• A listákban nem csak az IMEI, hanem a csomagok támogatása is - IMEI-IMSI, IMEI-MSISDN, IMEI- IMSI - MSISDN .
• Egyéni logika támogatása a listák alkalmazásához.
• Egy bejegyzés automatikus hozzáadása a listához bizonyos helyzetekben.
• SMS -értesítések küldése az előfizetőknek külön forgatókönyvekben.
• Integráció a számlázási rendszerrel az IMSI-MSISDN csomagok eléréséhez.
• Előfizetői profilok felhalmozása (eszközcsere előzményei).
• Az összes CheckIMEI kérés feldolgozásának hosszú távú tárolása.

Egyes esetekben más funkciókra is szükség lehet. Például Kazahsztán bevezette az eszközök kötelező regisztrációját és az előfizetőkhöz való kötését. De amikor egy új eszközzel rendelkező előfizető megjelenik a hálózaton, a munka nem blokkolódik teljesen, és az előfizető lehetőséget kap az eszköz regisztrálására. Ehhez az összes szolgáltatást letiltják számára, kivéve a következő funkciókat: egy adott szolgáltatási számra történő hívások, SMS-ek küldése egy adott szolgáltatási számra, és az összes internetes forgalom egy adott céloldalra kerül átirányításra. Ez annak köszönhető, hogy az EIR számos kezelői rendszernek képes parancsokat küldeni (HLR, PCRF , SMSC stb.).

Az egyes EIR-rendszerek leggyakoribb beszállítói (nem egy átfogó megoldás részeként) a BroadForward, a Mahindra Comviva, a Mavenir, a Nokia, a Svyazcom.

Egyéb funkciók

Kisebb-nagyobb mértékben más szolgáltatások és funkciók is kapcsolódnak a GSM törzshálózat működéséhez.

Az SMS-központ (SMSC, eng.  Short Message Service Center  – SMS-központ) támogatja a szöveges üzenetek küldését .

Az MMSC ( Multimedia Messaging System Center – a   multimédiás üzenetek rendszerközpontja) multimédiás üzenetek (például képek, hangok, videók vagy ezek kombinációi) küldését biztosítja azoknak a címzetteknek, akiknek telefonja támogatja az MMS -t .

Ezenkívül a helyi törvényeknek megfelelően bizonyos kormányzati szervek kérésére szükség lehet a hálózaton történő hívások meghallgatására és lehallgatására. Ebben az esetben a hálózati berendezésnek támogatnia kell a szükséges funkciókat.

Linkek

• a 3GPP, a GSM és UMTS szabványosítási testülete Archiválva : 2004. május 14. a Wayback Machine -nél