Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Подсистема сетевой коммутации ( NSS ) (или базовая сеть GSM ) - это компонент системы GSM , который выполняет функции управления вызовами и мобильностью для мобильных телефонов, находящихся в роуминге в сети базовых станций . Он принадлежит и используется операторами мобильной связи и позволяет мобильным устройствам связываться друг с другом и телефонами в более широкой коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN). Архитектура содержит определенные особенности и функции, которые необходимы, потому что телефоны не закреплены в одном месте.

Первоначально NSS состояла из базовой сети с коммутацией каналов , используемой для традиционных услуг GSM, таких как голосовые вызовы, SMS и вызовы данных с коммутацией каналов . Она была расширена за счет наложенной архитектуры для предоставления услуг передачи данных с коммутацией пакетов, известных как базовая сеть GPRS . Это позволяет мобильным телефонам иметь доступ к таким услугам, как WAP , MMS и Интернет .

Центр коммутации мобильной связи (MSC) [ править ]

Описание [ править ]

Центр коммутации мобильной связи (MSC) является основным узлом доставки услуг для GSM / CDMA, отвечающим за маршрутизацию голосовых вызовов и SMS, а также других услуг (таких как конференц-связь, факс и данные с коммутацией каналов).

MSC устанавливает и освобождает сквозное соединение , обрабатывает требования к мобильности и передаче обслуживания во время разговора, а также заботится о начислении платы и мониторинге предоплаченных счетов в реальном времени.

В мобильной телефонной системе GSM, в отличие от более ранних аналоговых услуг, факс и данные передаются в цифровом виде непосредственно в MSC. Только в MSC это перекодируется в «аналоговый» сигнал (хотя на самом деле это почти наверняка означает, что звук кодируется в цифровом виде как сигнал с импульсно-кодовой модуляцией (PCM) во временном интервале 64 кбит / с, известном как DS0. в Америке).

Существуют разные названия для MSC в разных контекстах, что отражает их сложную роль в сети, хотя все эти термины могут относиться к одному и тому же MSC, но в разное время выполняют разные функции.

Шлюз MSC (G-MSC) , является MSC , который определяет , какие «посетил ЦКМ» (V-MSC) , абонент , который в настоящее время называется в настоящее время находится в. Он также взаимодействует с PSTN. Все вызовы с мобильного на мобильный и звонки из ТфОП на мобильный маршрутизируются через G-MSC. Этот термин действителен только в контексте одного вызова, поскольку любой MSC может обеспечивать как функцию шлюза, так и функцию посещаемого MSC. Однако некоторые производители проектируют специализированные MSC высокой емкости, к которым не подключены какие-либо подсистемы базовых станций (BSS). Эти MSC затем будут шлюзом MSC для многих вызовов, которые они обрабатывают.

Посетил MSC (V-MSC) , является MSC , где клиент в настоящее время находится. Регистра местоположения посетителя (VLR) , связанная с этим MSC будет иметь данные абонента в нем.

Якорь MSC является MSC , из которого передача обслуживания была инициирована. Цель MSC является MSC , к которому передача обслуживания должна иметь место. Мобильный сервер центра коммутации является частью переработанной концепции MSC , начиная с 3GPP Release 4 .

Сервер центра коммутации мобильной связи (MSC-Server, MSCS или MSS) [ править ]

Основная статья: Сервер центра коммутации мобильной связи

Сервер центра коммутации мобильной связи представляет собой вариант программного коммутатора (поэтому он может называться программным коммутатором мобильной связи, MSS) центра коммутации мобильной связи, который обеспечивает управление мобильностью вызовов с коммутацией каналов и услуги GSM для мобильных телефонов в роуминге в пределах область, которую он обслуживает. Функциональность позволяет разделить управление между (сигнализацией) и плоскостью пользователя (носитель в сетевом элементе, называемый медиашлюзом / MG), что гарантирует лучшее размещение сетевых элементов в сети.

MSS и медиашлюз (MGW) позволяют перекрестно соединять вызовы с коммутацией каналов, коммутируемые с использованием IP, ATM AAL2, а также TDM . Дополнительная информация доступна в 3GPP TS 23.205.

Используемый здесь термин « коммутация каналов» (CS) происходит от традиционных телекоммуникационных систем. Однако современные устройства MSS и MGW в основном используют общие Интернет- технологии и образуют телекоммуникационные сети следующего поколения . Программное обеспечение MSS может работать на обычных компьютерах или виртуальных машинах в облачной среде.

Другие элементы базовой сети GSM, подключенные к MSC [ править ]

MSC подключается к следующим элементам:

  • Домашний регистр местоположения (HLR) для получения данных о SIM - карте и услуги мобильной связи ISDN номера (MSISDN, то есть, номер телефона).
  • В базовой станции подсистемы (BSS) , который обрабатывает радиосвязь с 2G и 2.5G мобильных телефонов.
  • UMTS наземной сети радиодоступа (UTRAN) , которая обрабатывает радиосвязь с 3G мобильных телефонов.
  • Регистра местоположения посетителя (VLR) предоставляет информацию подписчика , когда абонент находится вне своей домашней сети.
  • Другие MSC для таких процедур, как передача .

Выполненные процедуры [ править ]

В задачи MSC входят:

  • Доставка звонков абонентам по мере их поступления на основе информации из VLR.
  • Подключение исходящих звонков к другим мобильным абонентам или к PSTN.
  • Доставка SMS-сообщений от абонентов в центр обслуживания коротких сообщений (SMSC) и наоборот.
  • Организация передачи обслуживания от BSC к BSC.
  • Осуществление передачи от этого MSC к другому.
  • Поддержка дополнительных услуг, таких как конференц-связь или удержание вызова.
  • Создание платежной информации.

Регистр домашнего местонахождения (HLR) [ редактировать ]

Регистр местоположения (HLR) представляет собой централизованную базу данных , которая содержит информацию о каждом мобильного телефона абонента , который имеет право использовать основной GSM сети. Может быть несколько логических и физических HLR для каждой наземной мобильной сети общего пользования (PLMN), хотя одна пара международного идентификатора мобильного абонента (IMSI) / MSISDN может быть связана только с одним логическим HLR (который может охватывать несколько физических узлов) одновременно. .

В HLR хранятся сведения о каждой SIM-карте, выпущенной оператором мобильной связи. Каждая SIM-карта имеет уникальный идентификатор, называемый IMSI, который является первичным ключом для каждой записи HLR.

Еще одним важным элементом данных, связанных с SIM-картой, являются MSISDN, которые представляют собой телефонные номера, используемые мобильными телефонами для совершения и приема вызовов. Первичный MSISDN - это номер, используемый для совершения и приема голосовых вызовов и SMS, но для SIM-карты могут быть привязаны другие вторичные MSISDN для вызовов по факсу и данным. Каждый MSISDN также является уникальным ключом к записи HLR. Данные HLR хранятся до тех пор, пока абонент остается у оператора мобильной связи.

Примеры других данных, хранящихся в HLR относительно записи IMSI:

  • Услуги GSM, запрошенные или предоставленные абонентом.
  • Общие настройки службы пакетной радиосвязи (GPRS), позволяющие абоненту получать доступ к службам пакетной передачи.
  • Текущее местоположение абонента (VLR и обслуживающий узел поддержки GPRS / SGSN).
  • Настройки переадресации вызовов применимы для каждого связанного MSISDN.

HLR - это система, которая напрямую принимает и обрабатывает транзакции и сообщения MAP от элементов в сети GSM, например, сообщения об обновлении местоположения, полученные при перемещении мобильных телефонов.

Другие элементы базовой сети GSM, подключенные к HLR [ править ]

HLR подключается к следующим элементам:

  • G-MSC для обработки входящих вызовов
  • VLR для обработки запросов от мобильных телефонов на подключение к сети
  • SMSC для обработки входящих SMS
  • Система голосовой почты для доставки уведомлений на мобильный телефон о том, что сообщение ожидает
  • AuC для аутентификации, шифрования и обмена данными (триплетами)

Выполненные процедуры [ править ]

Основная функция HLR - управлять тем, что SIM-карты и телефоны часто перемещаются. Чтобы справиться с этим, применяются следующие процедуры:

  • Управляйте мобильностью абонентов посредством обновления их положения в административных областях, называемых «зонами местоположения», которые идентифицируются с помощью LAC. Действие пользователя по перемещению из одного LA в другой сопровождается HLR с процедурой обновления области местоположения.
  • Отправляйте данные подписчика в VLR или SGSN, когда абонент впервые перемещается туда.
  • Посредник между G-MSC или SMSC и текущим VLR абонента, чтобы разрешить доставку входящих вызовов или текстовых сообщений .
  • Удалите данные подписчика из предыдущего VLR, когда абонент покинул его.
  • Отвечает за все запросы, связанные с SRI (т. Е. Для вызова SRI, HLR должен давать ответ sack SRI или SRI).

Центр аутентификации (AuC) [ править ]

Описание [ править ]

Центр аутентификации (AuC) - это функция для аутентификации каждой SIM-карты, которая пытается подключиться к базовой сети GSM (обычно при включенном телефоне). После успешной аутентификации HLR получает возможность управлять SIM-картой и услугами, описанными выше. Ключ шифрования также генерируется , который затем используется для шифрования всех беспроводных коммуникаций (голос, SMS и т.д.) между мобильным телефоном и базовой сетью GSM.

Если аутентификация не удалась, то для этой конкретной комбинации SIM-карты и оператора мобильной связи невозможно будет предоставить услуги. Существует дополнительная форма проверки идентификации, выполняемая для серийного номера мобильного телефона, описанная в разделе EIR ниже, но это не имеет отношения к обработке AuC.

Надлежащая реализация безопасности внутри и вокруг AuC является ключевой частью стратегии оператора по предотвращению клонирования SIM-карты .

AuC не участвует непосредственно в процессе аутентификации, а вместо этого генерирует данные, известные как триплеты, для использования MSC во время процедуры. Безопасность процесса зависит от общего секрета между AuC и SIM, который называется K i . К я надежно сжигается в процессе производства SIM и также надежно реплицируются на АУК. Этот K i никогда не передается между AuC и SIM, но объединяется с IMSI для создания запроса / ответа для целей идентификации и ключа шифрования, называемого K c, для использования в беспроводной связи.

Другие элементы базовой сети GSM, подключенные к AuC [ править ]

AuC подключается к следующим элементам:

  • MSC, который запрашивает новый пакет данных триплета для IMSI после использования предыдущих данных. Это гарантирует, что одни и те же ключи и ответы на запросы не будут использоваться дважды для конкретного мобильного телефона.

Выполненные процедуры [ править ]

AuC хранит следующие данные для каждого IMSI:

  • K я
  • Идентификатор алгоритма. (стандартные алгоритмы называются A3 или A8, но оператор может выбрать собственный).

Когда MSC запрашивает у AuC новый набор триплетов для определенного IMSI, AuC сначала генерирует случайное число, известное как RAND . Затем это СЛУЧАЙ комбинируется с K i, чтобы получить два следующих числа:

  • К я и RAND , подаются в алгоритм A3 и подписанный ответ (SRES) вычисляется.
  • K я и RAND подаются в алгоритм A8 и сессионный ключ называется K с вычисляется.

Числа ( RAND , SRES, K c ) образуют тройку, отправляемую обратно в MSC. Когда конкретный IMSI запрашивает доступ к базовой сети GSM, MSC отправляет RAND часть триплета на SIM. Затем SIM-карта передает это число и K i (который записывается на SIM-карту) в соответствующий алгоритм A3, и SRES вычисляется и отправляется обратно в MSC. Если этот SRES совпадает с SRES в тройке (что должно быть, если это действующая SIM-карта), то мобильному устройству разрешается подключиться и продолжить работу с услугами GSM.

После успешной аутентификации MSC посылает ключ шифрования K C к контроллеру базовой станции (BSC) , так что все коммуникации могут быть зашифрованы и расшифрованы. Конечно, мобильный телефон может сам генерировать K c, передавая тот же RAND, предоставленный во время аутентификации, и K i в алгоритм A8.

AuC обычно размещается вместе с HLR, хотя в этом нет необходимости. Хотя процедура безопасна для повседневного использования, она ни в коем случае не является защитой от взлома. Поэтому для телефонов 3G был разработан новый набор методов безопасности.

На практике алгоритмы A3 и A8 обычно реализуются вместе (известные как A3 / A8, см. COMP128 ). Алгоритм A3 / A8 реализован в картах модуля идентификации абонента (SIM) и в центрах аутентификации сети GSM. Он используется для аутентификации клиента и генерации ключа для шифрования голосового трафика и трафика данных, как определено в 3GPP TS 43.020 (03.20 до Rel-4). Разработка алгоритмов A3 и A8 рассматривается отдельными операторами сетей GSM, хотя доступны примеры их реализации. Для шифрования сотовой связи Глобальной системы мобильной связи (GSM) используется алгоритм A5. [1]

Регистр местоположения посетителей (VLR) [ править ]

Описание [ править ]

Visitor Location Register (VLR) представляет собой базу данных ПСС ( мобильные станции ) , которые кочевали в юрисдикцию центр коммутации мобильной связи (MSC) , который он обслуживает. Каждая основная базовая приемопередающая станция в сети обслуживается ровно одним VLR (одна BTS может обслуживаться множеством MSC в случае MSC в пуле), следовательно, абонент не может присутствовать более чем в одном VLR одновременно.

Данные, хранящиеся в VLR, были либо получены из Home Location Register (HLR) , либо собраны с MS. На практике, по соображениям производительности, большинство производителей интегрируют VLR непосредственно в V-MSC, а там, где это не делается, VLR очень тесно связан с MSC через собственный интерфейс. Каждый раз, когда MSC обнаруживает новую MS в своей сети, помимо создания новой записи в VLR, он также обновляет HLR мобильного абонента, сообщая ему о новом местоположении этой MS. Если данные VLR повреждены, это может привести к серьезным проблемам с обменом текстовыми сообщениями и службами вызовов.

Сохраненные данные включают:

  • IMSI ( идентификационный номер абонента).
  • Данные аутентификации.
  • MSISDN (номер телефона абонента).
  • Услуги GSM, к которым абоненту разрешен доступ.
  • точка доступа (GPRS) подписана.
  • HLR-адрес подписчика.
  • Адрес SCP (для абонента с предоплатой).

Выполненные процедуры [ править ]

Основные функции VLR:

  • Чтобы проинформировать HLR о том, что абонент прибыл в конкретную зону, покрываемую VLR.
  • Чтобы отслеживать, где находится абонент в зоне VLR (зоне местоположения), когда нет текущего вызова.
  • Чтобы разрешить или запретить, какие услуги абонент может использовать.
  • Выделение роуминговых номеров при обработке входящих звонков.
  • Для очистки записи о подписчике, если подписчик становится неактивным, находясь в зоне VLR. VLR удаляет данные абонента после фиксированного периода бездействия и информирует HLR (например, когда телефон был выключен и оставлен выключенным, или когда абонент переехал в зону без покрытия в течение длительного времени).
  • Чтобы удалить запись о подписчике, когда подписчик явно переходит к другому, в соответствии с инструкциями HLR.

Регистр идентификации оборудования (EIR) [ править ]

EIR - это система, которая в реальном времени обрабатывает запросы на проверку IMEI (checkIMEI) мобильных устройств, поступающие от коммутационного оборудования (MSC, SGSN , MME ). Ответ содержит результат проверки:

  • белый список - устройству разрешена регистрация в сети.
  • занесен в черный список - устройству запрещено регистрироваться в сети.
  • серый список - устройству разрешена временная регистрация в сети.
  • Также может быть возвращена ошибка «неизвестное оборудование».

Коммутационное оборудование должно использовать ответ EIR, чтобы определить, разрешить ли устройству регистрироваться или повторно регистрироваться в сети. Поскольку реакция коммутирующего оборудования на ответы «серый список» и «неизвестное оборудование» четко не описана в стандарте, они чаще всего не используются.

Чаще всего EIR использует функцию черного списка IMEI, который содержит IMEI устройств, которые необходимо заблокировать в сети. Как правило, это украденные или утерянные устройства. Операторы мобильной связи редко используют возможности EIR для самостоятельной блокировки устройств. Обычно блокировка начинается, когда в стране действует закон, обязывающий к этому всех сотовых операторов страны. Поэтому в поставке основных компонентов подсистемы сетевой коммутации (базовой сети) часто уже присутствует EIR с базовой функциональностью, которая включает в себя «белый список» ответов на все CheckIMEI и возможность заполнения черного списка IMEI, которому будет предоставлен "занесенный в черный список" ответ.

Когда в стране появляется законодательная база для блокировки регистрации устройств в сотовых сетях, регулирующий орган электросвязи обычно имеет систему Central EIR ( CEIR ), которая интегрирована с EIR всех операторов и передает им фактические списки идентификаторов, которые должны использоваться при обработке запросов CheckIMEI. При этом может появиться много новых требований к системам EIR, которых нет в устаревшей EIR:

  • Синхронизация списков с CEIR. Системы CEIR не описываются стандартом, поэтому протоколы и режим обмена могут отличаться от страны к стране.
  • Поддержка дополнительных списков - белый список IMEI, серый список IMEI, список выделенных TAC и т. Д.
  • Поддержка в списках не только IMEI, но и привязок - IMEI-IMSI, IMEI-MSISDN, IMEI- IMSI - MSISDN .
  • Поддержка настраиваемой логики применения списков.
  • Автоматическое добавление элемента в список в отдельных сценариях.
  • Отправка SMS- уведомлений абонентам по отдельным сценариям.
  • Интеграция с биллинговой системой для получения пакетов IMSI-MSISDN.
  • Накопление профилей абонентов (история смены устройства).
  • Долгосрочное хранение обработки всех запросов CheckIMEI.

В отдельных случаях могут потребоваться другие функции. Например, в Казахстане введена обязательная регистрация устройств и их привязка к абонентам. Но когда абонент появляется в сети с новым устройством, работа сети не блокируется полностью, и абоненту разрешается зарегистрировать устройство. Для этого блокируются все сервисы, кроме следующих: звонки на определенный сервисный номер, отправка SMS на определенный сервисный номер, а весь интернет-трафик перенаправляется на определенную целевую страницу. Это достигается тем, что EIR может отправлять команды в несколько систем MNO (HLR, PCRF , SMSC и т. Д.).

Наиболее распространенными поставщиками индивидуальных систем EIR (не в составе комплексного решения) являются компании BroadForward, Mahindra Comviva, Mavenir, Nokia, Связьком.

Другие функции поддержки [ править ]

Более или менее непосредственно к базовой сети GSM подключено множество других функций.

Биллинговый центр (BC) [ править ]

Расчетный центр отвечает за обработку билетов платных генерируемых VLRs и РИМ и генерацию счета для каждого абонента. Он также отвечает за создание данных биллинга для абонента в роуминге.

Центр обслуживания мультимедийных сообщений (MMSC) [ править ]

В обмен мультимедийными сообщениями сервис - центр поддерживает передачу мультимедийных сообщений (например, изображения, аудио , видео и их комбинаций) к (или от) MMS-Bluetooth.

Система голосовой почты (VMS) [ править ]

Голосовой почты система записывает и хранит голосовую почту. который, возможно, придется заплатить

Законные функции перехвата [ править ]

Основная статья: Законный перехват

В соответствии с законодательством США, которое также было скопировано во многих других странах, особенно в Европе, все телекоммуникационное оборудование должно обеспечивать средства для отслеживания вызовов отобранных пользователей. Для этого должен быть какой-то уровень поддержки, встроенный в любой из различных элементов. Концепция законного перехвата также известна, согласно соответствующему законодательству США, как CALEA . В целом реализация законного перехвата аналогична реализации конференц-связи. Пока A и B разговаривают друг с другом, C может присоединиться к разговору и молча слушать.

См. Также [ править ]

  • Базовая сеть GSM.
  • Подсистема базовой станции
  • COM 128
  • 4GLET

Ссылки [ править ]

  1. ^ Шахабуддин, Шахрия; Рахаман, Садикур; Рехман, Фейсал; Ахмад, Иджаз; Хан, Захир (2018). Всеобъемлющее руководство по безопасности 5G . John Wiley & Sons Ltd. стр. 12.

Внешние ссылки [ править ]

  • 4GLET - орган по стандартизации GSM и UMTS
  • Сети UMTS: протоколы, терминология и реализация - электронная книга в формате PDF Гуннара Хайне