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Global System for Mobile communications

Architettura del sistema

 

INDICE GENERALE
Mobile station Subsystem (MS)
Network Subsystem (NS)
Operation and Support Subsystem (OSS)
Le interfacce GSM

Una rete GSM é composta di numerose entità funzionali che possono essere raggruppate in quattro sottosistemi:

Architettura del sistema GSM

Architettura del sistema GSM

La comunicazione tra le diverse entità del sistema GSM è assicurata da specifiche interfacce. La possibilità di effettuare il roaming, cioè di potersi spostare liberamente sul territorio servito dal proprio gestore, ed anche su quello servito dagli altri gestori delle nazioni che aderiscono al GSM, richiede di memorizzare in un database la posizione degli utenti ed aggiornarla man mano che questi si spostano. A tal scopo l'area geografica di servizio del sistema GSM è suddivisa gerarchicamente in diverse aree, dette Network service areas. Un operatore GSM è quindi sempre in grado di conoscere la posizione di ciascun suo abbonato.

Mappa sensibile - Clickate sull'unità funzionale di interesse.

Architettura del sistema GSM
Architettura e interfacce del sistema GSM

 

Mobile Station (MS)

La mobile station (MS) rappresenta la stazione mobile con la quale un utente può usufruire dei servizi offerti dal GSM. Consiste di un terminale mobile (Mobile Equipment, ME) e di una smart-card intelligente, detta SIM (Subscriber Identity Module), che permette ad un utente di caratterizzare come proprio un qualsiasi terminale mobile GSM. Vi è infatti una netta distinzione tra l'apparecchio mobile vero e proprio e la SIM che contiene tutti i dati dell'abbonato. Quest'ultima è distinta rispetto al terminale ed è, da esso, rimovibile.

 

SIM Card

La SIM card contiene una memoria seriale, nella quale vengono memorizzate diverse informazioni, e un processore in grado di eseguire alcuni algoritmi di cifratura (Encryption algorithms). Le possibilità offerte da queste smart-card possono variare notevolmente da operatore a operatore, in dipendenza delle specifiche implementazioni.

SIM chip
SIM card chip

SIM Airtel SIM Vodafone SIM Omnitel
SIM card ISO (ID-1).
Esempi di SIM card dei gestori Airtel (Spagna), Vodafone (Inghilterra) e Omnitel (Italia); tutte sono prodotte dalla casa tedesca Giesecke and Devrient GmbH.

La SIM card contiene le seguenti informazioni (obbligatorie):

Ed inoltre può contenere le seguenti informazioni opzionali:

E' la SIM card che fornisce l'abilitazione al servizio e viene attivata (per evitarne un uso non autorizzato) tramite un numero di identificazione personale di 4 o 8 cifre, denominato PIN (Personal Identity Number). Per garantire una sicurezza ancora maggiore, se il codice PIN viene digitato erroneamente per 3 volte consecutive la carta si blocca. In questo caso sarà necessario utilizzare il codice PUK di 8 cifre (PIN Unblocking Key) per sbloccarla. Se anche quest'ultimo venisse digitato erroneamente per 10 volte consecutive la carta andrebbe in blocco totale e sarebbe necessario sostituirla.

L'introduzione di alcuni nuovi servizi nella fase 2 di sviluppo del sistema GSM ha richiesto l'introduzione di un secondo PIN (PIN2) per proteggere il contenuto di alcuni nuovi campi e differenziare così l'accesso (ad esempio un abbonato può prestare la propria SIM card ad un amico fornendogli il solo PIN. Sarà così sicuro che questo, pur potendo telefonare, non potrà usufruire di tutti i servizi che richiedono invece il PIN2). Chiaramente, esiste anche un PUK2 con le stesse funzionalità del PUK.

La SIM card contiene un codice per identificare l'utente, denominato IMSI (International Mobile Subscriber Identity), una chiave segreta di autenticazione Ki (Individual subscribers authentication key), un algoritmo di autenticazione (Authentication algorithm), detto A3, e uno di cifratura (Encryption algorithm), detto A8 (questi ultimi possono riuniti in un solo algoritmo dello A38). Per maggiori dettagli si veda: autenticazione e riservatezza dei dati e dei segnali di controllo.

Può memorizzare inoltre 100 numeri telefonici e per ognuno 12 caratteri alfanumerici descrittivi, 10 messaggi SMS (queste quantità possono variare secondo le specifiche implementazioni delle case produttrici) e una lista degli operatori GSM preferenziali dell'abbonato. ogniqualvolta non é più presente il segnale della rete su cui si é registrati, il sistema GSM provvede in modo automatico a chiedere l'accesso alla prima delle reti indicate in questa lista; se la registrazione ha esito negativo, provvede a rieseguire la stessa operazione con la successiva, e così via. La procedura continua ciclicamente fino alla avvenuta registrazione su una rete.

Il codice IMSI e la chiave di autenticazione Ki costituiscono le credenziali di identificazione dell'abbonato, equivalenti al numero seriale ESN (Equipment Serial Number) dei sistemi analogici (il codice ESN é un numero di 11 cifre: le prime tre identificano il costruttore, quindi due cifre sono di uso riservato (spesso sono poste a zero), le restanti sei cifre sono un numero seriale che identifica il terminale). Il codice IMSI è quindi associato all'utente che ha sottoscritto l'abbonamento al GSM, mentre è svincolato dall'apparato mobile (ME) utilizzato. Il codice IMSI, che ha una lunghezza massima di 15 cifre, ha la seguente struttura:

MCC
3 cifre		 MNC
2 cifra		 MSIN
<=13 cifre
Codice IMSI (<=18 cifre)

dove

MCC Mobile Country Code (3 cifre), identifica la nazione dell'operatore (Italia: 222).
MNC Mobile Network Code (2 cifre), identifica l'operatore all'interno della nazione (Tim: 01, Omnitel: 10).
MSIN Mobile Station Identification Number (max 13 cifre), numero seriale.

La SIM card Phase II nel dettaglio (aspetti tecnici)

Tutti gli aspetti concernenti l'interfacciamento tra la SIM card e il ME, durante le operazioni di rete previste dal sistema GSM, e l'organizzazione interna di quella parte della SIM card stessa correlata con dette operazioni sono definiti da alcuni documenti ufficiali ETS (European Telecommunication Standard) approvati dall'ETSI. Questo è stato fatto proprio per assicurare la perfetta interoperabilità tra una SIM card ed un ME indipendentemente dai rispettivi produttori e operatori.

Per maggiori dettagli si rimanda alle raccomandazioni ETSI: GSM 11.11 (Specification of the Subscriber Identity Module - Mobile Equipment (SIM - ME) interface), GSM 11.14 (Specification of SIM-ME Interface for SIM Application Toolkit.) e GSM 02.17 (Subscriber identity modules, functional characteristics). Quest'ultima tratta il concetto della divisione della Mobile Station in due elementi distinti (SIM e ME).

La SIM card può essere di due formati:

Entrambi i formati prevedono un marcatore che indichi il corretto verso di inserimento nel ME e devono rispettare le norme ISO 7816-1 e 7816-2 che ne specificano le caratteristiche fisiche e la dimensione e posizione dei contatti.

La SIM card é progettata per lavorare tra le temperature di -25°C e +70°C con punte occasionali di +85°C, ed una umidità fino al 85%.

La Read Only Memory (ROM) contiene il sistema operativo, il sistema amministrativo (che gestisce i servizi GSM Phase II) e gli algoritmi di sicurezza A3 e A8. La Random Access Memory (RAM) é usata per l'esecuzione degli algoritmi e come buffer per la trasmissione dei dati. La Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM) contiene tutti i dati dell'abbonato (già elencati in precedenza).

Ad oggi le smart card offrono le seguenti capacità: ROM 6-16 Kbytes, RAM 128-256 bytes, EEPROM 2-8-16 Kbytes. Le SIM di Phase I hanno 3 Kbytes di memoria EEPROM, mentre quelle di Phase II 8-16 Kbytes; queste ultime offrono quindi una capacità di memorizzazione superiore. 6 Kbytes di ROM sono sufficienti per la gestione di tutti i servizi Phase II. La quantità della memoria EEPROM determina direttamente la quantità di memoria offerta all'utente per i vari servizi. Per esempio, 1Kbyte di EEPROM può memorizzare circa 6 messaggi SMS oppure 40 numeri telefonici completi.

Un grosso problema per le tutte le smart-card è rappresentato dal degrado subito dalle EEPROM nei fasi di lettura/scrittura che ne consente un utilizzo limitato nel tempo (solitamente viene garantito il funzionamento corretto di una SIM card GSM per circa due anni). Le celle di memoria contenute nelle normali EEPROM attualmente in commercio possono infatti sopportare al massimo 10.000 cicli di lettura/scrittura. Per particolari applicazioni sono state sviluppate delle smart-card che riescono ad elevare questa soglia a 100.000 cicli.

Interfacciamento elettrico e contatti

SIM card e ME si interfacciano mediante otto pin, denominati da C1 a C8. La loro posizione sulla SIM e le loro dimensioni sono specificate sempre in ETSI 11.11.

SIM chip
Pin-out SIM card

SIM Stop Clock Mode
La SIM può supportare una funzione aggiuntiva che consente di ridurre ulteriormente il consumo in idle: il SIM Stop Clock Mode. Ad una precisa richiesta di ME, SIM risponde con Clock Stop Allowed. ME può così inibire il segnale di clock alla SIM, ad esempio un periodo di inattività della SIM stessa, riducendone il consumo medio a soli 100microA (rispetto ai 200microA prima menzionati).

SIM locking

Il SIM locking è una funzione supportata da molti telefoni. Essa consente ad un operatore di inibire l'utilizzo del telefono con tutte le SIM che non siano le proprie. In questo modo un operatore si assicura che il nuovo l'utente rimanga suo abbonato per un dato periodo. Allo stesso tempo l'utente ha la possibilità di acquistare un telefono ad un prezzo spesso più conveniente. Alcuni operatori trascorso un certo lasso temporale, uno o due anni, forniscono un codice con cui sbloccare il telefono. Questo codice è diverso da telefono a telefono ed è calcolato in base all'IMEI.

Il SIM locking è proibito in molti paesi, ad esempio in Danimarca, ma viene utilizzato dagli operatori inglesi, svedesi (Comviq), e spagnoli (Airtel e Movistar).

 

Mobile Equipment (ME)

Terminale Motorola 8700
Mobile Equipment Motorola 8700

I codici IMEI (International Mobile Equipment Identity) e IMEISV (International Mobile Equipment Identity Software Version) identificano in modo univoco il vostro telefonino. Sono distinguibili dal numero di cifre di cui sono composte, 15 oppure 16 cifre. Sono memorizzati nel cellulare, in modo sicuro, direttamente dal costruttore. IMEISV, rispetto al normale IMEI, fornisce anche un'informazione relativa alla versione software installata nel terminale GSM.

I codici IMEI e IMEISV sono strutturati nel seguente modo:

TAC
6 cifre		 FAC
2 cifra		 SNR
6 cifre		 SP
1 cifre
Codice IMEI (15 cifre)

TAC
6 cifre		 FAC
2 cifra		 SNR
6 cifre		 SVN
2 cifre
Codice IMEISV (16 cifre)

dove

TAC Type Approval Code, fornito da una Autorità Centrale del GSM, identifica il corpo base del terminale, il modello (6 cifre).
FAC Final Assembly Code, identifica il luogo di costruzione o assemblaggio finale (2 cifre).
SNR Serial Number, numero seriale (6 cifre).
sp Cifra supplementare di riserva (1 cifra).
SVR Software Version Number, Numero della versione software (2 cifre). 99 é riservato per scopi futuri.

I terminali GSM sono suddivisi in cinque classi in base alla massima potenza con cui possono trasmettere sul canale radio. Possono inoltre variare la potenza di emissione in modo dinamico su 15 livelli (Dynamic Power Control) per mantenere una ottima qualità di trasmissione limitando al massimo le interferenze di cocanale e i consumi.

In base alla potenza di picco emessa i terminali sono stati suddivisi in 5 classi:
Classe 1: 20W; Classe 2: 8W; Classe 3: 5W; Classe 4: 2W; Classe 5: 0,8W.

La trasmissione e la ricezione radio avvengono in realtà in tempi diversi (3 timeslot di ritardo nominale). Ciò elimina la necessità del filtro di duplice (duplexer) indispensabile invece nei sistemi analogici per separare i segnali di trasmissione e ricezione che sono attivi in maniera continuativa e contemporanea.

Le principali funzioni che il terminale radiomobile deve svolgere sono le seguenti:

 

Base Station Subsystem (BSS)

Il sottosistema BSS (Base Station Subsystem) si occupa della parte radio del sistema e di conseguenza comprende le unità funzionali che consentono di fornire la copertura radio di un'area costituita da una o più celle.

La stazione base é composta di due unità: una Base Transceiver Station (BTS) e una Base Station Controller (BSC). L'interfaccia di comunicazione tra le due entità, detta A-bis, è standardizzata. In questo modo non si è vincolati a soluzioni proprietarie e si possono utilizzare componenti prodotti da fornitori diversi.

Base Transceiver Station (BTS)

Con il termine BTS si indica l'unità funzionale costituita dall'insieme dei transceiver (ricetrasmettitori) e degli apparati che consentono di fornire la copertura radio ad una cella. Solitamente ci si riferisce alle BTS anche con il termine Stazioni Radio Base (SRB).

Data la vastità dell'argomento BTS, vi abbiamo dedicato una sezione: BTSmania.

Base Station Controller (BSC)

La stazione base di controllo (BSC) governa il funzionamento di uno o più BTS, gestisce il settaggio dei canali radio (instaurazione e rilascio delle connessioni), il frequency-hopping, gli handover interni e altro ancora. Fornisce la connessione tra una unità mobile (MS) e il centro di commutazione (MSC). In una grande area urbana ci sono un gran numero di BTS controllate da una o poche BSC.

La connessione BTS-BSC, quando non sono co-locati, è assicurata da una linea dedicata PCM a 2,048 Mbit/s che mette a disposizione 32 canali a 64 kbps. Dato che la codifica vocale utilizzata dal GSM è diversa da quella PCM occorre un particolare dispositivo, detto TRAU (Transcoder Rate Adapter Unit), che realizzi un adattamento o transcodifica dalla codifica GSM (13 kbps netti; 16 kbps compresa la ridondanza per la codifica di linea) alla codifica PCM (64 kbps).

La transcodifica può avvenire nel BSC (TRAU installato nel BSC) in modo da infilare multiplati quattro canali di traffico GSM in un canale PCM e quindi fruttare in modo migliore la connessione BTS-BSC (transcodifica remota); oppure direttamente nella BTS (TRAU installato nella BTS), conveniente solo nel caso di co-locazione BTS-BSC (transcodifica locale).

La trama PCM ha una durata pari a 0,125 ms. E' suddivisa mediante la tecnica TDM (Time Division Multiplexing) in 32 canali, ognuno da 64 kbps (TS pari a 0,125/8=3,9 microsec). La capacità complessiva del canale è quindi 64x32=2,048 Mbit/s. Il TS 0 è riservato al sincronismo, il TS 16 alle segnalazioni, i restanti 30 sono a disposizione dei canali di traffico. E' necessario un canale di segnalazione per ogni portante radio (TRXC), cioè 8 canali TCH. Analizziamo ora le prestazioni nei due casi. Transcodifica locale: il canale PCM trasporta fino a 3 portanti radio (TRXC), cioè 24 canali TCH, usando (8+1)x3=27 TS. Transcodifica remota: il canale PCM trasporta fino a 10 portanti radio (TRXC), cioè ben 80 canali TCH, usando (2+1)x10=30 TS (in questo caso per una portante TRXC occorrono 2 TS per i canali TCH e 1 per le segnalazioni).

Transcodifica LOCALE TS Transcodifica REMOTA
Sincronismo 0 Sincronismo
TRXC 1 Segnalazione TRXC 1 1 Segnalazione TRXC 1 TRXC 1
Canali di traffico 1-8
TRXC 1		 2 Canali di traffico 1-8
TRXC 1
3
4Segnalazione TRXC 2 TRXC 2
5Canali di traffico 1-8
TRXC 2
6
7Segnalazione TRXC 3 TRXC 3
8Canali di traffico 1-8
TRXC 3
9
TRXC 2 Segnalazione TRXC 2 10 Segnalazione TRXC 4 TRXC 4
Canali di traffico 1-5
TRXC 2		 11 Canali di traffico 1-8
TRXC 4
12
13Segnalazione TRXC 5 TRXC 5
14Canali di traffico 1-8
TRXC 5
15
Segnalazione 16 Segnalazione
TRXC 2 Canali di traffico 6-8
TRXC 2		 17 Segnalazione TRXC 6 TRXC 6
18 Canali di traffico 1-8
TRXC 6
19
TRXC 3 Segnalazione TRXC 3 20 Segnalazione TRXC 7 TRXC 7
Canali di traffico 1-8
TRXC 3		 21 Canali di traffico 1-8
TRXC 7
22
23Segnalazione TRXC 8 TRXC 8
24Canali di traffico 1-8
TRXC 8
25
26Segnalazione TRXC 9 TRXC 9
27Canali di traffico 1-8
TRXC 9
28
Non utilizzati 29 Segnalazione TRXC 10 TRXC 10
30Canali di traffico 1-8
TRXC 10
31

Configurazione del circuito PCM tra BSC e BTS.

 

Network Subsystem (NS)

Il sottosistema di rete, identificato a volte come Intelligent Network (IN), fornisce diversi servizi. Il sistema radiomobile GSM costituisce una rete pubblica di telecomunicazioni, esso deve quindi comprendere delle centrali di commutazioni che si occupino dell'instradamento delle chiamate. Il componente centrale é allora il centro di commutazione Mobile services Switching Center (MSC).

Un MSC ha in carico una certa area del territorio (controlla quindi tutte le BSC in quella zona) e deve servire tutte le MS che transitano in quell'area. Per gestire la mobilità degli utenti esso deve scambiare continuamente informazioni con un database, detto Visitor Location Register (VLR), che memorizza, temporaneamente, le informazioni relative alle MS che si trovano in quell'area (identità dell'utente IMEI, numero telefonico MSISDN, parametri di autenticazione, ecc.). Le MS in questione sono semplicemente "in visita" nell'area servita dal VLR. Esse, infatti, si possono spostare in qualsiasi momento entro l'area servita da un altro VLR. Nonostante quest'ultimo, come entità funzionale, possa essere implementata in maniera indipendente dall'MSC, tutti i costruttori preferiscono integrarli assieme (l'interfaccia tra i due elementi può essere proprietaria) ed il tutto viene usualmente definito MSC/VLR. In questo caso entrambi servono la stessa area geografica, detta MSC/VLR area.

Ogni gestore possiede un database centrale, denominato Home Location Register (HLR), che memorizza permanentemente sia i dati di abbonamento degli utenti (noti come statici) sia i dati (detti dinamici) che possono variare a seguito di azioni degli utenti stessi (attivazione servizi supplementari, ecc.) che l'identità del VLR presso cui la MS dell'utente è registrata come "visitor".

L'HLR è semplicemente un database e quindi memorizza i parametri di sicurezza, ma non provvede alla loro generazione. Il compito di calcolare, tramite degli appositi algoritmi, questi parametri è demandato ad una unità funzionale denominata Authentication Center (AuC).

Per cercare di risolvere il problema del possibile utilizzo di apparati mobili ME rubati, difettosi o non omologati, esiste una unità funzionale, il Equipment Identity Register (EIR), che memorizza al suo interno tutti i codici IMEI segnalati come difettosi o rubati. La rete può così effettuare un controllo sull'IMEI richiedendolo alla MS e vietarne l'accesso nel caso questo non sia in regola.

 

Mobile services Switching Center (MSC)

Il componente centrale del sottosistema di rete é il centro di commutazione MSC (Mobile services Switching Center). Esso svolge le funzionalità di un normale nodo di commutazione di una rete: per instaurare (call setup comprendente anche la procedura di autenticazione), controllare, tassare le chiamate da/verso le MS presenti nell'area geografica da esso servita. In più esegue tutti quei compiti essenziali per gestire un utente mobile come: la gestione della mobilità e l'instradamento delle chiamate. Funzioni queste che sono eseguite in collaborazione con le altre entità del network subsystem.

L'MSC fornisce la connessione con le reti fisse: Public State Telephone Network (PSTN), Integrated Services Digital Network (ISDN), rete dati a commutazione di pacchetto (PSPDN, Packet Switched Public Data Network) o di circuito (CSPDN, Circuit Switched Public Data Network).

 

Gateway Mobile Switching Center (GMSC)

Tutte le chiamate originate presso le reti fisse o quelle mobili di altri gestori e dirette ad un network GSM sono dapprima inoltrate ad un particolare MSC, detto Gateway MSC (GMSC), che costituisce il punto di accesso alla PLMN GSM (Public Land Mobile Network) a cui appartiene l'utente mobile chiamato. Il GMSC interroga il registro HLR dell'abbonato, che a sua volta interroga il corretto registro VLR, e quindi instrada la chiamata verso il centro MSC che controlla la zona nella quale si trova l'abbonato.

 

Home Location Register (HLR)

L'HLR costituisce il database su cui un gestore di rete GSM memorizza, in modo permanente, i dati relativi agli utenti che hanno sottoscritto un abbonamento presso di lui. Ogni azione di tipo amministrativo che il gestore di rete effettua sui dati di utente viene svolta attraverso l'HLR. Può essere unico, o stand-alone, per l'intero network oppure distribuito nel sistema; si possono quindi avere delle MSC prive di HLR, ma connesse a quello di altre MSC. E' possibile che ad un HLR sia associato un AuC con il compito di generare i parametri di sicurezza.

Ad ogni HLR viene associato un identificativo (HLR number), che viene fornito ai VLR interessati e permette loro di individuare l'HLR di appartenenza di ogni MS su di essi registrata. A sua volta ogni VLR è identificato da un VLR number, in modo tale che l'HLR sappia presso quale VLR è registrata correntemente ogni sua MS.

Poiché una rete GSM è interconnessa con altre reti (PSTN, ISDN, altri PLMN), deve prevedere un piano di numerazione con esse compatibile. Ad ogni MS è assegnato un numero di telefono (MSISDN), che identifica univocamente un abbonato nel piano di numerazione della rete telefonica commutata pubblica internazionale, in conformità con le specifiche E.164 sulla numerazione per reti ISDN (naturali sostituti delle tradizionali PSTN). L'MSISDN ha una lunghezza massima di 15 cifre con la seguente struttura:

CC NDC IN
Numero MSISDN

dove

CC Country Code, prefisso internazionale secondo le specifiche E.163 (Italia: 39).
NDC National Destination Code, identifica una PLMN GSM in un ambito nazionale. Ad una PLMN possono essere allocati più NDC (Tim: 335, 338, 339; Omnitel: 347, 348, 349).
SN Subscriber Number, numero che identifica l'abbonato nel PLMN del proprio operatore.

I codici CC e NDC permettono di identificare l'operatore GSM, mentre le prime cifre di SN permettono di risalire all'HLR presso cui è registrata la MS chiamata.

I principali dati d'utente memorizzati nell'HLR:

I principali compiti di un HLR possono essere riassunti come segue:

 

Visitor Location Register (VLR)

Il registro VLR contiene e mantiene aggiornate le informazioni relative alle MS che sono presenti, temporaneamente, nell'area da esso servita. Informazioni selezionate dal registro HLR e necessarie per il controllo delle chiamate e la gestione dei servizi supplementari.

Complessivamente il territorio geografico coperto da una rete GSM risulta diviso in diverse aree di servizio, ciascuna controllata da un MSC e dotata di un registro VLR. Quando una MS entra nell'area coperta da un nuovo MSC, viene inserito nel registro dei visitatori (VLR) di quel MSC e contemporaneamente il registro generale degli utenti (HLR) viene aggiornato per tenere conto della nuova posizione geografica del terminale.

Principali dati d'utente memorizzati nel VLR:

 

Authentication Center (AuC)

L'AuC è l'unità funzionale del sistema GSM incaricata di generare i parametri necessari per l'autenticazione degli utenti. Si occupa di verificare se il servizio è stato richiesto da un abbonato legittimo, fornendo sia i codici per l'autenticazione che per la cifratura, per garantire tanto l'abbonato quanto l'operatore di rete da violazioni indesiderate del sistema da parte di terzi.

Il meccanismo di autenticazione verifica la legittimità della SIM senza trasmettere sul canale radio le informazioni personali dell'abbonato, quali IMSI e chiave di cifratura, al fine di verificare che l'abbonato che sta tentando l'accesso sia quello vero e non un clone; la cifratura invece genera alcuni codici segreti che verranno usati per criptare tutta la comunicazione scambiata sul canale radio.

L'AuC contiene: il codice IMSI, la chiave di autenticazione (Ki), il codice TMSI corrente e il codice LAI corrente, usati per autenticare e codificare i canali radio, oltre ad un generatore di numeri casuali (RAND), agli algoritmi A3 e A8.

L'autenticazione viene sempre effettuata ogni volta che la MS si collega al network: quando riceve o effettua una chiamata, alla scadenza dei location update periodici, alla richiesta di attivazione, disattivazione o interrogazione dei servizi supplementari.

Poiché i dati trattati dall'AuC sono di fondamentale importanza per la rete e per l'utente, vengono normalmente prese particolari misure di sicurezza e protezione per il loro mantenimento.

 

Equipment Identity Register (EIR)

Nel GSM ogni apparato mobile (ME) è identificato univocamente dal codice IMEI. L'IMEI è distinto rispetto all'identità della persona che ha sottoscritto l'abbonamento (codice IMSImemorizzato nella SIM card). L'EIR é un database che memorizza gli IMEI. Un IMEI può essere invalido quando l'unità mobile risulta rubata oppure quando é di tipo non approvato.

Per consentire all'EIR di operare correttamente sono state definite diverse "liste", tra le quali citiamo le seguenti:

White
list

contiene gli IMEI di tutti i ME di tipo omologato, ed in condizioni operative, presenti nei paesi aderenti al GSM. Sono quindi autorizzati a connettersi alla rete.

Black
list

contiene tutti gli IMEI che sono considerati bloccati (per esempio quelli rubati oppure di tipo non autorizzato) che non sono quindi autorizzati a connettersi con la rete.

Grey
list

contiene tutti gli IMEI marcati come faulty oppure quelli relativi ad apparecchi non omologati (a discrezione del gestore). I terminali inseriti in questa lista vengono segnalati agli operatori di sistema mediante un allarme quando richiedono l'accesso, consentendo l'identificazione dell'abbonato che utilizza il terminale e l'area di chiamata in cui si trova.

Ad ogni tentativo di collegamento di un terminale con la rete, l'MSC mediante l'EIR verifica che il ME non sia contenuto nella Black list o Grey list, nel qual caso gli viene sbarrato all'accesso alla rete.

L'EIR può essere unico per tutto il sistema oppure può essere implementato in una configurazione distribuita. In genere si preferisce mantenerlo fisicamente separato dalle altre entità (HLR, AuC, etc.) per ragioni di sicurezza. Esso é accessibile anche in modo remoto per consentire l'aggiornamento della varie liste in esso contenute da ogni punto della rete. In futuro é prevista l'interconnessione di tutti gli EIR dei vari operatori GSM, per evitare l'utilizzo di apparati rubati, in nazioni diverse da quelle in cui é avvenuto il furto.

 

Operation and Support Subsystem (OSS)

Una rete GSM è composta di molte entità funzionali di tipo diverso, le quali richiedono delle appropriate attività di Esercizio, Amministrazione e Manutenzione che devono essere opportunamente coordinate per evitare discrepanze tra i parametri di rete.

 

Operation and Maintenance Center (OMC)

L'OMC é l'entità funzionale che permette all'operatore GSM di monitorare e controllare il corretto funzionamento di una parte della rete GSM costituita da uno o più MSC, con i BSC e BTS ad assi associati. L'OMC ha le seguenti funzioni:

Network Management Center (NMC)

Il NMC fornisce la visibilità globale di tutte le attività di controllo. Coordina e gestisce tutti gli OMC presenti nel network.

 

Le interfacce GSM

Le raccomandazioni GSM hanno definito diverse interfacce per permettere la comunicazione tra le varie entità del sistema. Ad esse corrispondono protocolli diversi o porzioni specifiche di protocolli generali. Di seguito sono brevemente spiegate le loro principali caratteristiche.

Um

L'interfaccia radio (air-interface) é utilizzata per trasportare la comunicazione tra MS e BTS.

A-bis

E' l'interfaccia interna alla BSS che consente la comunicazione tra BTS e BSC. L'interfaccia Abis permette il controllo e l'allocazione delle frequenze radio nelle BST.

A

L'interfaccia A é posta tra BSS e MSC; gestisce l'allocazione delle risorse radio alle MS e la loro mobilità.

B

L'interfaccia B é posta tra MSC e VLR ed utilizza il protocollo MAP/B. Generalmente l'MSC contiene al suo interno il VLR, così questa diventa un'interfaccia ``interna''. Quando un MSC ha bisogno di informazioni sulla posizione di un MS, interroga il VLR usando il protocollo MAP/B sull'interfaccia B.

C

L'interfaccia C é posta tra HLR e G-MSC o G-SMS. Ogni chiamata originata al di fuori della rete GSM e diretta ad un MS (ad esempio una chiamata dalla rete fissa PSTN) deve necessariamente passare dal Gateway per ottenere le informazioni sull'instradamento e completare la chiamata; il protocollo MAP/C sull'interfaccia C svolge proprio questa funzione. Inoltre, l'MSC può opzionalmente trasferire delle informazioni all'HLR sui costi delle chiamate effettuate.

D

L'interfaccia D é posta tra VLR e HLR; utilizza il protocollo MAP/D per scambiare informazioni riguardanti la posizione o la gestione di un MS.

E

L'interfaccia E interconnette due MSC; permette di scambiare i dati riguardanti gli handover tra l'anchor e il relay MSC usando il protocollo MAP/E.

F

L'interfaccia F interconnette un MSC con l'EIR; utilizza il protocollo MAP/F per verificare lo stato dell'IMEI di un MS.

G

L'interfaccia G interconnette due VLR di due MSC differenti e utilizza il protocollo MAP/G per trasferire le informazioni di un MS, ad esempio durante una procedura di location update.

H

L'interfaccia H é posta tra un MSC e il G-SMS; usa il protocollo MAP/H per trasferire i brevi messaggi di testo (SMS).

I

L'interfaccia I interconnette un MSC direttamente con un MS. I messaggi scambiati attraverso questa interfaccia sono trasparenti alle BSS.

O

L'interfaccia O interconnette una BSC/BTS con l'OMC.