Um 인터페이스

Um interface

Um 인터페이스는 GSM 이동전화 표준의 무선 인터페이스다. 이동국(MS)과 기지국(BTS) 사이의 인터페이스다. ISDN의 U 인터페이스에 대한 모바일 아날로그이기 때문에 Um이라고 불린다. Um은 GSM 04.xx와 05.xx 시리즈 사양에 정의되어 있다. 엄 사장은 GPRS 패킷 지향 통신도 지원할 수 있다.

엄 레이어즈

GSM의 레이어는 처음에 GSM 04.01 섹션 7에 정의되어 있으며 OSI 모델을 대략 따른다. 엄은 모델의 하위 3개 층에 정의되어 있다.

IMT-2000 3GPP-물리계층

엄 물리 계층은 GSM 05.xx 규격 시리즈에서 정의되며, GSM 05.01의 도입과 개요가 있다. 대부분의 채널에서 Um L1은 무선 인터페이스를 통해 184비트 제어 프레임이나 260비트 음성 변환 프레임을 148비트 버스트(burst)당 1개의 버스트(burst)로 전송·수신한다. 3개의 하위 레이어가 있다.

  1. 무선 모뎀 이것은 주로 GSM 05.04와 05.05에서 정의되는 실제 무선 송수신기다.
  2. 멀티플렉싱 및 타이밍. GSM은 TDMA를 사용하여 각 무선 채널을 16개의 트래픽 채널 또는 64개의 제어 채널로 세분화한다. 멀티플렉싱 패턴은 GSM 05.02에 정의되어 있다.
  3. 코딩. 이 하위 계층은 GSM 05.03에 정의되어 있다.

음, 물리 채널에는 각각 114개의 정보 비트로 구성된 26개의 TDMA 프레임이 있다. Multi-frame이라고도 불리는 26개의 TDMA 프레임의 길이는 120 ms의 차이가 난다.

무선 모뎀

GSM은 13/48 MHz(270.833 kHz 또는 270.833 K 기호/초)의 기호 속도와 200 kHz의 채널 간격을 생성하는 기호 당 1 비트의 GMSK 또는 8PSK 변조를 사용한다. 인접 채널이 중복되기 때문에 이 표준은 동일한 셀에서 인접 채널을 사용하는 것을 허용하지 않는다. 이 표준은 400MHz ~ 1990MHz 범위의 여러 대역을 정의한다. 업링크와 다운링크 대역은 일반적으로 (GSM 스펙트럼의 저주파 끝에서) 45 또는 50 MHz와 (GSM 스펙트럼의 고주파 끝에서) 85 또는 90 MHz로 분리된다. 업링크/다운링크 채널 쌍은 ARFCN이라는 인덱스로 식별된다. 방탄소년단 내에서 이들 ARFCN에는 임의의 캐리어 인덱스 C0이 부여된다.Cn-1, C0이 비콘 채널로 지정되고 항상 일정한 전력으로 작동한다.

GSM은 물리적 및 논리적 채널을 가지고 있다. 논리 채널은 8개의 타임슬롯으로 시간 곱하기 때문에 각 타임슬롯은 0.577ms 동안 지속되고 156.25개의 기호 기간을 가진다. 이 8개의 가로대는 1,250개의 상징 기간을 형성한다. 채널은 해당 버스트 주기의 수와 위치에 의해 정의된다. 단일 ARFCN의 단일 타임슬롯과 관련된 용량을 물리적 채널(PCH)이라고 하며, 여기서 n은 반송파 지수, m은 타임슬롯 지수(0-7)인 "CnTm"이라고 한다.

각 타임슬롯은 가드 간격, 두 개의 페이로드 필드, 테일 비트 및 미들램블(또는 훈련 시퀀스)이 있는 라디오 버스트에 의해 점유된다. 이러한 필드의 길이는 버스트 유형에 따라 다르지만 총 버스트 길이는 156.25 기호 기간이다. 가장 일반적으로 사용되는 버스트는 NB(Normal Burst)이다. NB의 필드는 다음과 같다.

3 57 1 26 1 57 3 8.25
꼬리 비트 페이로드 도둑질 비트 미담블 도둑질 비트 페이로드 꼬리 비트 가드 기간
미담블
버스트 중심에서 다중 경로 균등화에 도움이 되는 26비트 교육 시퀀스
"스틸링 비트"
제어 및 트래픽 페이로드 구별에 사용되는 미들램블의 각 면
페이로드
버스트에 대칭인 57비트 필드 두 개
꼬리 비트
버스트의 각 끝에서 3비트 필드
가드 기간
버스트 끝의 8.25-162

그러나 몇 가지 다른 버스트 형식이 있다. 신호 획득을 위해 더 높은 처리 이득이 필요한 버스트는 미들램블이 더 길다. RACH(Random Access Burst)는 불완전한 타이밍 획득으로 전송될 수 있도록 가드 기간이 길다. 버스트 형식은 GSM 05.02 섹션 5.2에 설명되어 있다.

멀티플렉싱 및 타이밍

각각의 물리적 채널은 GSM 05.02의 규칙에 따라 복수의 논리 채널로 시간 다중화된다. 하나의 논리 채널은 프레임이라고 불리는 8개의 버스트 주기(또는 물리적 채널)로 구성된다. 트래픽 채널 멀티플렉싱은 "멀티프라임"이라고 불리는 26프레임(0.12초) 사이클을 따른다. 제어 채널은 51프레임 멀티 프레임 사이클을 따른다. C0T0 물리 채널은 SCH를 전달하며, 이는 BTS의 타이밍 상태를 인코딩하여 TDMA 패턴과의 동기화를 용이하게 한다.

GSM 타이밍은 서비스 중인 BTS가 SCH와 FCH를 통해 구동한다. 기호 클럭과 로컬 오실레이터를 포함한 핸드셋의 모든 시계는 GSM 05.10에 설명된 대로 BTS로부터 수신한 신호에 맞춰 슬레이브된다. GSM 네트워크의 BTS는 비동기화될 수 있으며 GSM 표준의 모든 타이밍 요건은 계층 3 OCXO에서 도출될 수 있다.

코딩

코딩 하위 계층은 전방 오류 수정을 제공한다. 일반적으로 각 GSM 채널은 블록 패리티 코드(보통 Fire 코드), 레이트-1/2, 4차 수정 코드 및 4-버스트 또는 8-버스트 인터리버를 사용한다. 주목할 만한 예외는 단일 버스트 전송을 사용하기 때문에 인터리버가 없는 동기화 채널(SCH)과 RACH(Random Access Channel)이다. 음성 채널의 경우, 보컬 비트는 각 클래스에 적용되는 인코딩 보호 수준이 다른 중요도 등급으로 분류된다(GSM 05.03).

260비트 보코더 프레임과 184비트 L2 제어 프레임은 모두 456비트 L1 프레임으로 코딩된다. 4-버스트 인터리빙(BCH, CCCH, SDCCH, SACCH)이 있는 채널에서 이 456비트는 4-라디오 버스트로 인터리빙되며, 버스트당 114 페이로드 비트가 된다. 8 버스트 인터리빙(TCH, FACCH)이 있는 채널에서 이들 456비트는 8개의 라디오 버스트에 걸쳐 인터리빙되어 각 라디오 버스트가 현재 L1 프레임에서 57비트를, 이전 L1 프레임에서 57비트를 전달한다. 가장 일반적인 트래픽 및 제어 채널에 대한 인터리빙 알고리즘은 GSM 05.03 섹션 3.1.3, 3.2.3 및 4.1.4에 설명되어 있다.

데이터 링크 계층(L2)

Um 데이터 링크 계층인 LAPDm은 GSM 04.05와 04.06에서 정의된다. LAPDm은 ISDN의 LAPD에 대한 모바일 아날로그다.

네트워크 계층(L3)

Um 네트워크 계층은 GSM 04.07과 04.08에 정의되며 3개의 하위 계층이 있다. 가입자 단말기는 다음 상위 하위 계층에 접근하기 전에 각 하위 계층에 연결을 설정해야 한다.

  1. 무선 리소스(RR). 이 하위 계층은 무선 링크의 논리 채널 할당 및 해제를 관리한다. 일반적으로 기지국 제어기(BSC)에서 종료된다.
  2. 이동성 관리(MM). 이 하위 계층은 사용자를 인증하고 셀에서 셀로의 이동을 추적한다. 일반적으로 방문자 위치 레지스터(VLR) 또는 HLR(Home Location Register)에서 종료된다.
  3. 통화 제어(CC) 이 하위 계층은 전화 통화를 연결하고 ITU-T Q.931에서 직접 가져온다. GSM 04.08 부록 E는 GSM 04.08 및 ITU-T Q.931의 해당 단락에 대한 표를 제공하고, 둘 사이의 차이를 요약한다. CC 하위 계층은 MSC에서 종료된다.

액세스 순서는 RR, MM, CC이다. 출시 순서는 그것의 반대다. 이러한 하위 계층 중 방탄소년단 자체에서 종료되는 계층은 없다는 점에 유의하십시오. 표준 GSM BTS는 1층과 2층에서만 동작한다.

엄 논리 채널

엄 논리 채널 유형은 GSM 04.03에 요약되어 있다. 대체로 비 GPRS Um 논리 채널은 트래픽 채널, 전용 제어 채널, 비 전용 제어 채널의 세 가지 범주로 나뉜다.

교통 채널(TCH)

이러한 포인트 투 포인트 채널은 ISDN B 채널에 대응하며 Bm 채널이라고 한다. 트래픽 채널은 매 네 번째 버스트에서 시작하는 새로운 블록과 두 개의 다른 트래픽 프레임에서 비트를 포함하는 주어진 버스트와 함께 8-버스트(브레이크) 대각선 인터리빙을 사용한다. 이 인터리빙 패턴은 단일 버스트의 손실이 프레임 채널 비트의 1/8만 파괴하기 때문에 단일 버스트 페이드에 대해 TCH를 강하게 만든다. 트래픽 채널의 코딩은 채택된 트래픽 또는 음성 유형에 따라 달라지며, 대부분의 코더가 단일 버스트 손실을 극복할 수 있다. 모든 트래픽 채널은 26-멀티프레임 TDMA 구조를 사용한다.

풀 레이트 채널(TCH/F)

GSM 풀 레이트 채널은 26-멀티프레임 중 24 프레임을 사용한다. 실제 페이로드 데이터 전송 속도는 채널 코딩에 따라 9.6-14 kbit/s이지만 풀 레이트 GSM 채널의 채널 비트 전송률은 22.7 kbit/s이다. 이 채널은 일반적으로 GSM 06.10 Full Rate, GSM 06.60 Enhanced Full Rate 또는 GSM 06.90 Adaptive Multi-Rate 음성 코덱과 함께 사용된다. 팩스 및 회선 교환 데이터에도 사용할 수 있다.

하프 레이트 채널(TCH/H)

GSM 하프 레이트 채널은 26-멀티프레임 중 12 프레임을 사용한다. 실제 데이터 용량은 채널 코딩에 따라 4.8-7 kbit/s이지만, 반속 GSM 채널의 채널 비트 전송률은 11.4 kbit/s이다. 이 채널은 일반적으로 GSM 06.20 Half Rate 또는 GSM 06.90 Adaptive Multi-Rate 음성 코덱과 함께 사용된다.

전용 제어 채널(DCH)

이러한 지점간 채널은 ISDN D 채널에 대응하며 Dm 채널이라고 한다.

독립 실행형 전용 제어 채널(SDCH)

SDCH는 초기 통화 설정 단계, 등록 및 SMS 전송을 포함한 대부분의 짧은 트랜잭션에 사용된다. 페이로드 데이터 전송 속도가 0.8kbit/s이다. 단일 물리적 채널에 최대 8개의 SDCCH를 시간 다중화할 수 있다. SDCH는 51 멀티프라임에서 4 버스트 블록 인터리빙을 사용한다.

FACCH(고속 연결 제어 채널)

FACCH는 항상 트래픽 채널과 쌍으로 구성된다. FACCH는 관련 트래픽 채널의 버스트를 도용하여 작동하는 블랭크 앤드 버스트 채널이다. FACCH 데이터를 전달하는 버스트는 미드암블의 양쪽 끝에서 비트를 도용하여 트래픽 버스트와 구별된다. FACCH는 통화 연결 해제, 핸드오버 및 통화 설정의 이후 단계를 포함한 통화 내 신호 전달에 사용된다. 풀 레이트 채널(FACCH/F)과 페어링할 경우 9.2 kbit/s, 하프 레이트 채널(FACH/H)과 페어링할 경우 4.6 kbit/s의 페이로드 데이터 전송 속도를 가진다. FACCH는 호스트 TCH와 동일한 인터리빙 및 멀티 프레임 구조를 사용한다.

느린 연결 제어 채널(SACCH)

모든 SDCCH 또는 FACCH에는 연관된 SACCH도 있다. 그것의 정상적인 기능은 다운링크에 시스템 정보 메시지 5와 6을 운반하고, 업링크에 대한 수신기 측정 보고서를 운반하며, 폐쇄 루프 전원과 타이밍 제어를 수행하는 것이다. 닫힌 루프 타이밍과 전원 제어는 각 L1 프레임의 시작 부분에서 물리적 헤더로 수행된다. 이 16비트 물리적 헤더는 업링크에서 실제 전력 및 타이밍 진전 설정을 전달하고 다운링크에서 순서가 지정된 전력 및 타이밍 값을 전달한다. SACCH는 또한 SMS의 호출 전송에도 사용할 수 있으며, 연결된 채널에 따라 0.2-0.4 kbit/s의 페이로드 데이터 전송 속도를 가진다. SACCH는 4 버스트 블록 인터리빙과 호스트 TCH 또는 SDCCH와 동일한 멀티 프레임 유형을 사용한다.

공통 제어 채널(CCH)

ISDN에 아날로그가 없는 유니캐스트 및 방송 채널이다. 이들 채널은 거의 무선 자원 관리에 전용으로 사용된다. AGCH와 RACH가 함께 Um을 위한 중간 접근 메커니즘을 형성한다.

브로드캐스트 제어 채널(BCH)

BCCH는 BTS의 정체성, 구성, 이용 가능한 특징을 설명하는 반복적인 시스템 정보 메시지를 전달한다. BCCH는 LAI와 CGI BCCH 주파수는 BTS에 고정되어 있다.

동기화 채널(SCH)

SCH는 기지국 ID 코드와 TDMA 클럭의 현재 값을 전송한다. SCH는 51프레임 멀티프레임의 1·11·21·31·41프레임마다 반복한다. 그래서 51프레임 멀티 프레임에 5개의 SCH 프레임이 있다.

주파수 보정 채널(FCH)

FCCH는 이동국이 지역 발진기를 규율하기 위해 사용하는 라디오 채널에 톤을 생성한다. FCCH는 51프레임 멀티 프레임의 0, 10, 20, 30, 40프레임마다 반복한다. 51프레임 멀티 프레임에는 5개의 FCCH 프레임이 있다.

페이징 채널(PCH)

PCH는 네트워크가 전송하는 특정 모바일에 서비스 알림(페이지)을 전송한다. BTS에 진을 치고 있는 한 모바일 방송국이 PCH를 감시해 네트워크가 전송한 이 같은 통보를 받고 있다.

액세스 허가 채널(AGCH)

AGCH는 모바일 방송국이 랜덤 액세스 채널을 통해 전송하는 채널 요청에 대한 BTS의 응답을 전달한다.

RACH(Random Access Channel)

RACH는 AGCH의 업링크 상대역이다. RACH는 모바일 방송국이 BTS에 채널 할당을 요청하기 위해 랜덤 액세스 버스트를 전송하는 공유 채널이다.

허용된 채널 조합

GSM 05.02의 멀티플렉싱 규칙은 물리적 채널을 공유하는 논리적 채널의 특정 조합만 허용한다. 단일 슬롯 시스템에 허용된 조합은 GSM 05.02 섹션 6.4.1에 열거되어 있다. 또한 이러한 조합 중 특정 시간대 또는 캐리어에만 허용되며 주어진 BTS에는 특정 조합 집합만 공존할 수 있다. 이러한 제한사항은 비감응적 BTS 구성을 배제하기 위한 것이며 GSM 05.02 섹션 6.5에 설명되어 있다.

가장 일반적인 조합은 다음과 같다.

  • 조합 I: TCH/F + FACCH/F + SACCH. 이 조합은 풀 레이트 트래픽에 사용된다. C0T0을 제외한 모든 곳에서 사용할 수 있다.
  • 조합 II: TCH/H + FACCH/H + SACCH. 이 조합은 하나의 채널만 필요할 때 반율 트래픽에 사용된다. C0T0을 제외한 모든 곳에서 사용할 수 있다.
  • 조합 III: 2 TCH/H + 2 FACCH/H + 2 SACCH. 이 조합은 하프 레이트 트래픽에 사용된다. C0T0을 제외한 모든 곳에서 사용할 수 있다.
  • 조합 IV: FCC + SCH + BCCH + CCH. 이것은 중·대형 셀의 표준 C0T0 조합이다. C0T0에만 사용할 수 있다.
  • 조합 V: FCCH + SCH + CCH + 4 SDCCH + 2 SACCH. [(5x1)+(5x1)+(1x4)+(3x4)+(4x4)++(2x4)+1idle=51프레임 멀티플레임] 이는 BTS가 불필요한 CCH 용량을 4개의 SDCCH 풀과 교환할 수 있는 소형 셀의 전형적인 C0T0 조합이다. C0T0에만 사용할 수 있다.
  • 조합 VI: BCCH + CCCH. 이 조합은 큰 셀에서 추가 CCH 용량을 제공하는 데 사용된다. C0T2, C0T4 또는 C0T6에 사용할 수 있다.
  • 조합 VII: 8 SDCCH + 4 SACCH.[(8x4)+(4x4)+3idle=51프레임 멀티 프레임] 이 조합은 중대형 셀과 대형 셀에서 추가 SDCH 용량을 제공하기 위해 사용된다. C0T0을 제외한 모든 곳에서 사용할 수 있다.

기본 Um 트랜잭션

GSM의 기본 음성 서비스는 무선 채널 구축, 위치 업데이트, 모바일 발신 통화 설정, 모바일 단말 통화 설정, 통화 정리 등 5가지 트랜잭션을 요구한다. 이러한 모든 거래는 GSM 04.08 섹션 3-7에 설명되어 있다.

라디오 채널 설정

ISDN의 U 채널과 달리 엄 채널은 유선 연결이 되지 않기 때문에 엄 인터페이스는 다른 거래에 앞서 전용 채널을 구축하고 할당하는 메커니즘이 필요하다. Um 무선 자원 구축 절차는 GSM 04.08 섹션 3.3에 정의되어 있으며, 이것이 Um에 대한 기본적인 매체 접속 절차다. 이 절차는 유니캐스트 다운링크로서 CCH(PCH 및 AGCH)를 사용하고 공유 업링크로서 RACH를 사용한다. 가장 간단한 형태에서 거래 단계는 다음과 같다.

  1. 페이징. 네트워크는 가입자의 IMSI 또는 TMSI를 주소로 사용하여 PCH를 통해 RR 페이징 요청 메시지(GSM 04.08 섹션 9.1.22-9.1.23)를 전송한다. GSM은 IMEI에 의한 페이징을 허용하지 않는다(10.5.1.4의 정의에 대한 예외로서 GSM 04.08 섹션 9.1.22.3). 이 페이징 단계는 네트워크에 의해 시작된 트랜잭션에 대해서만 발생한다.
  2. 랜덤 액세스. 이동국은 RACH에 버스트를 보낸다. 이 버스트는 8비트 거래 태그와 서비스 중인 방탄소년단의 BSIC를 인코딩한다. 태그에서 가장 중요한 비트의 가변 수는 액세스 요청의 이유를 인코딩하며 나머지 비트는 임의로 선택된다. L3에서 이 태그는 RR 채널 요청 메시지(GSM 04.08 9.1.8)로 표시된다. 모바일은 또한 RACH 버스트가 전송될 때의 TDMA 시계 상태를 기록한다. MS에 의해 거래가 개시된 경우, 이것이 첫 번째 단계다.
  3. 임무. AGCH에서 네트워크는 전용 채널(일반적으로 SDCH)에 대해 RR 즉시 할당 메시지(GSM 04.08 섹션 9.1.18)를 전송한다. 이 메시지는 해당 RACH 버스트의 8비트 태그와 RACH 버스트가 수신되었을 때의 TDMA 클럭 상태를 나타내는 타임 스탬프를 포함함으로써 MS에 전달된다. 할당에 사용할 수 있는 전용 채널이 없는 경우, BTS는 RR 즉시 할당 거부 메시지로 대신 응답할 수 있으며, 이 메시지는 유사하게 다루어지고 다음 액세스 시도를 위한 보류 시간을 포함한다. 거부 메시지를 수신하는 긴급 호출자는 보류 상태가 아니므로 즉시 재시도할 수 있다.
  4. 재시도하십시오. 주어진 시간 제한 기간(보통 0.5초 순서) 내에 3단계에서 할당 또는 할당 거부로 RACH 2단계 버스트에 응답하지 않을 경우, 핸드셋은 약간의 무작위 지연 후 2단계를 반복한다. MS가 접속 시도를 중단하기 전에 이 주기를 6-8회 반복할 수 있다.

2단계에서 두 MS가 동일한 RACH 버스트를 동시에 보낼 가능성은 작지만 0이 아니라는 점에 유의하십시오. 이러한 RACH 버스트가 비슷한 힘으로 BTS에 도달하면 결과적으로 발생하는 무선 신호의 총합은 저하되지 않고 두 MS가 모두 4단계로 이동하게 된다. 하지만 전력 차이가 충분할 경우 방탄소년단은 더욱 강력한 RACH 버스트를 보고 대답할 것이다. 두 MS는 3단계에서 결과 채널 할당을 수신하고 이에 대응한다. 이러한 상태에서 회복하기 위해 엄씨는 GSM 04.06 5.4.1.4에 기술된 L2의 "주장해결 절차"를 사용하여, 항상 어떤 형태의 모바일 ID를 포함하고 있는 MS의 첫 번째 L3 메시지 프레임이 MS에 다시 메아리쳐 확인을 위해 확인한다.

위치 업데이트

위치 업데이트 절차는 GSM 04.08 섹션 4.4.1과 7.3.1에 정의되어 있다. 이 절차는 일반적으로 MS가 전원을 켜거나 새로운 위치 영역에 들어갈 때 수행되지만 사양에 설명된 다른 시간에도 수행될 수 있다. 최소한의 형태로, 거래의 단계는 다음과 같다.

  1. MS와 방탄소년단이 라디오 채널 개설 절차를 진행한다.
  2. 새로 구축된 전용 채널에서 MS는 IMSI 또는 TMSI가 포함된 MM 위치 업데이트 요청 메시지를 전송한다. 이 메시지는 또한 MM 하위 계층에서의 연결 설정을 암시한다.
  3. 네트워크는 HLR 또는 VLR에서 모바일 ID를 확인하고 MM 위치 업데이트 수락 메시지로 응답한다.
  4. 네트워크는 RR Channel Release 메시지를 전송하여 Dm 채널을 닫는다.

이 거래에 대해서는 다음과 같은 많은 상세한 설명이 있을 수 있다.

  • 인증
  • 암호 해독
  • TMSI 할당
  • 다른 ID 유형에 대한 쿼리
  • 위치 업데이트 거부

MOC(Mobile-Origining Call) 설치

이는 GSM 04.08 섹션 5.2.1과 7.3.2에서 정의되지만 주로 ISDN Q.931에서 취해진 MS로부터의 발신 통화에 대한 거래다. 가장 간단한 형태의 거래 단계는 다음과 같다.

  1. MS는 무선 채널 설정 절차를 개시하고 Dm 채널, 일반적으로 SDCH에 할당된다. 이렇게 하면 L3 RR 하위 계층에 연결이 설정된다.
  2. 새로운 Dm에서 전송되는 첫 번째 메시지는 MS가 전송한 MM 연결 모드 서비스 요청이다. 이 메시지에는 가입자 ID(IMSI 또는 TMSI)와 요청된 서비스에 대한 설명이 포함되어 있다. 이 경우 MOC.
  3. 네트워크는 HLR에서 가입자의 프로비저닝을 확인하고 MM Connection Mode Service Accept(MM Connection Mode Service Accept) 이것은 L3 MM 하위 계층에 연결을 설정한다. (이는 단순화다. 대부분의 네트워크에서 MM 설정은 이 시점에서 인증 및 암호 트랜잭션으로 수행된다.)
  4. MS는 호출된 파티 번호가 포함된 CC Setup 메시지를 전송한다.
  5. 착신자 번호가 유효하다고 가정하면, CC 통화 진행 메시지를 포함한 네트워크 응답.
  6. 네트워크는 거래를 SDCH에서 TCH+FACH로 이동시키기 위해 RR Assignment 메시지를 전송한다.
  7. MS가 TCH+FACH에서 타이밍을 획득한 후에는 RR Assignment Complete 메시지와 함께 새 FACH에서 응답한다. 이때부터 모든 통제거래는 FACCH에 있다.
  8. 호출된 대상에서 알림이 확인되면 네트워크는 CC Alerting 메시지를 전송한다.
  9. 호출된 당사자가 응답하면 네트워크는 CC Connect 메시지를 전송한다.
  10. CC Connect Acknowledgement 메시지가 포함된 MS 응답. 이때 통화가 활발하다.

TCH+FACH 할당은 네트워크 구성에 따라 거래 중 언제든지 발생할 수 있다. 세 가지 일반적인 접근법이 있다.

  • 조기 할당. 네트워크는 CC Call Processing을 전송한 후 TCH+FACH를 할당하고 FACCH에서 통화 설정을 완료한다. 이를 통해 네트워크에 의해 생성되는 인밴드 패턴(링 또는 통화중 패턴 등)을 사용할 수 있다. 여기 보이는 예가 있다.
  • 늦은 과제. 네트워크는 경보가 시작된 후에야 TCH+FACH를 할당한다. 이는 TCH가 아직 소리를 전달할 수 없기 때문에 MS 자체가 현지에서 패턴을 생성하도록 한다.
  • 매우 이른 과제. 네트워크는 초기 RR 설정에서 TCH+FACH에 즉시 할당하고 FACCH에서 전체 거래를 수행한다. SDCH는 사용되지 않는다. 즉시 할당은 신호 전용 모드로 FACCH를 시작하므로, 네트워크는 어느 시점에서 RR 채널 모드 수정 메시지를 전송하여 채널의 TCH 부분을 활성화해야 한다.

IMT-2000 3GPP-이동-종료 통화(MTC)

이것은 GSM 04.08 섹션 5.2.2 및 7.3.3에서 정의되지만 주로 ISDN Q.931에서 취해지는 MS로의 착신호 거래다.

  1. 네트워크는 무선 채널 설정 절차를 개시하고 MS를 Dm 채널, 일반적으로 SDCH에 할당한다. 이렇게 하면 L3 RR 하위 계층에 연결이 설정된다.
  2. MS는 RR 페이징 응답 메시지인 새 Dm에서 첫 번째 메시지를 전송한다. 이 메시지는 모바일 ID(IMSI 또는 TMSI)를 포함하고 있으며 MM 하위 계층에서의 연결 시도를 암시하기도 한다.
  3. 네트워크는 HLR에서 가입자를 확인하고 MS가 실제로 서비스를 위해 호출되었는지 검증한다. 네트워크는 이 시점에서 인증과 암호화를 개시할 수 있지만, 가장 단순한 경우 네트워크는 Q.931 스타일의 통화 제어를 개시하기 위해 CC Setup 메시지를 그냥 보낼 수 있다.
  4. MS는 CC Call Confirmed로 응답한다.
  5. 네트워크는 거래를 SDCH에서 TCH+FACH로 이동시키기 위해 RR Assignment 메시지를 전송한다.
  6. MS가 TCH+FACH에서 타이밍을 획득한 후에는 RR Assignment Complete 메시지와 함께 새 FACH에서 응답한다. 이때부터 모든 통제거래는 FACCH에 있다.
  7. MS는 경보(링 등)를 시작하고 CC 경보 메시지를 네트워크에 전송한다.
  8. 가입자가 대답하면 MS는 CC Connect 메시지를 네트워크로 보낸다.
  9. CC Connect Acknowledgement 메시지가 있는 네트워크 응답. 이때 통화가 활발하다.

MOC에서와 같이 TCH+FACH 배정은 언제든지 발생할 수 있으며, 세 가지 공통 기법은 조기, 후기, 매우 조기 배정이다.

호출 지우기

통화 청산을 위한 거래는 GSM 04.08 섹션 5.4와 7.3.4에 정의되어 있다. 이 거래는 MS에 의해 시작되었든 네트워크에 의해서 시작되었든 동일하며, 유일한 차이점은 역할의 역전이었습니다. 이 거래는 Q.931에서 취한다.

  1. A 당사자는 CC 연결 끊기 메시지를 보낸다.
  2. 파티 B는 CC 릴리스 메시지로 응답한다.
  3. Party A는 CC Release Complete 메시지로 응답한다.
  4. 네트워크는 RR Channel Release 메시지를 통해 RR 연결을 해제한다. 이것은 어느 당사자가 청산 절차를 시작했는지에 관계없이 항상 네트워크에서 나온다.

Um에 대한 SMS 전송

GSM 04.11과 03.40은 다음과 같은 5가지 계층으로 SMS를 정의한다.

  1. L1은 SDCCH 또는 SACCH 중 하나에 사용된 Dm 채널 유형에서 추출된다. 이 계층은 BSC에서 종료된다.
  2. L2는 일반적으로 LAPDM이지만 GPRS 연결 장치는 논리적 링크 제어를 사용할 수 있다(LLC, GSM 04.64). LAPDM에서 SMS는 SAP3를 사용한다. 이 레이어는 BTS에서 종료된다.
  3. L3, 연결 층은 GSM 04.11 섹션 5에 정의된다. 이 계층은 MSC에서 종료된다.
  4. L4, 계전기 층은 GSM 04.11 섹션 6에 정의된다. 이 계층은 MSC에서 종료된다.
  5. GSM 03.40에 정의된 전송 계층인 L5. 이 계층은 SMSC에서 종료된다.

일반적으로 L(n)에서 전송되는 모든 메시지는 L(n-1)에서 전송 및 수신확인을 요구한다. 엄씨에게는 L1-L4만 보인다.

모바일 기반 SMS(MO-SMS)

MO-SMS에 대한 거래 단계는 GSM 04.11 섹션 5, 6 및 부록 B에 정의되어 있다. 가장 간단한 경우, 정해진 통화 밖에서 무오류 전달, 거래 순서는 다음과 같다.

  1. MS는 표준 RR 설정 절차를 사용하여 SDCH를 설정한다.
  2. MS가 CM 서비스 요청을 보내고
  3. MS는 일반적인 LAPDm SABM 절차로 SAP3에서 멀티 프레임 모드를 개시한다.
  4. MS는 CP-DATA 메시지(L3, GSM 04.11 섹션 7.2.11)를 전송하고, RPDU에 RP-DATA 메시지(L4, GSM 04.11 섹션 7.3.1)를 전달한다.
  5. 네트워크는 CP-ACK 메시지로 응답한다(L3, GSM 04.11 섹션 7.2.2).
  6. 네트워크는 RPDU를 MSC에 전달한다.
  7. MSC는 RP-ACK 메시지로 응답한다(L4, GSM 04.11 섹션 7.3.3).
  8. 네트워크는 자신의 RPDU에 RP-ACK 페이로드를 운반하는 CP-DATA 메시지를 MS에 전송한다.
  9. MS는 CP-ACK 메시지로 응답한다.
  10. 네트워크는 RR Channel Release 메시지와 함께 SDCH를 해제한다. 이는 MM 하위 계층의 폐쇄를 의미하며 L2와 L1의 해제를 촉발한다.

모바일 종단 SMS(MT-SMS)

MT-SMS에 대한 거래 단계는 GSM 04.11 섹션 5, 6 및 부록 B에 정의되어 있다. 가장 간단한 경우, 정해진 통화 밖에서 무오류 전달, 거래 순서는 다음과 같다.

  1. 네트워크는 표준 페이징 절차로 MS를 호출한다.
  2. MS는 CC 하위 계층 연결을 암시하는 표준 RR 페이징 응답 절차를 사용하여 SDCH를 설정한다.
  3. 네트워크는 SAP3에서 멀티 프레임 모드를 시작한다.
  4. 네트워크는 CP-DATA 메시지에서 RPDU로 RP-DATA 메시지를 전송한다.
  5. MS는 CP-ACK 메시지로 응답한다.
  6. MS는 RPDU를 처리한다.
  7. MS는 RPDU에 RP-ACK 메시지가 포함된 CP-DATA 메시지를 네트워크로 전송한다.
  8. 네트워크가 CP-ACK 메시지로 응답한다.
  9. 네트워크는 RR Channel Release 메시지와 함께 SDCH를 해제한다. 이는 MM 하위 계층의 폐쇄를 의미하며 L2와 L1의 해제를 촉발한다.

Um 보안 기능

GSM 02.09는 Um에서 다음과 같은 보안 기능을 정의한다.

  • 네트워크에 의한 가입자 인증,
  • 채널 암호화,
  • 트랜잭션의 익명화(적어도 부분적으로)

엄씨는 또한 주파수 홉핑(GSM 05.01 섹션 6)을 지원하는데, 이는 보안기능으로 특별히 의도된 것은 아니지만 Um 링크의 수동적 가로채기에 상당한 복잡성을 추가하는 실질적인 효과가 있다.

인증과 암호화는 모두 가입자에게 고유한 비밀키인 기에 의존한다. Ki의 복사본은 SIM과 HLR의 구성요소인 Authentication Center(AuC)에 보관된다. 기는 절대로 엄을 가로질러 전염되지 않는다. GSM 보안의 중요하고 잘 알려진 단점은 가입자가 네트워크를 인증할 수 있는 수단을 제공하지 않는다는 것이다. 이러한 감독으로 인해 IMSI 포수에서 구현된 것과 같은 잘못된 근거 공격이 허용된다.

가입자 인증

Um 인증 절차는 GSM 04.08 섹션 4.3.2 및 GSM 03.20 섹션 3.3.1에 자세히 설명되어 있으며 여기에 요약되어 있다.

  1. 네트워크는 128비트 무작위 값인 랜드(LAND)를 생성한다.
  2. 네트워크는 MM Authentication Request 메시지에서 LAND를 MS로 전송한다.
  3. MS는 Ki를 키로 삼아 A3라는 알고리즘으로 랜드(LAND)를 암호화해 SRES라는 32비트 해시 값을 형성한다. SRES = A3(RAND,Ki). 네트워크는 동일한 SRES 계산을 수행한다.
  4. MS는 RR Authentication Response 메시지의 SRES 값을 다시 전송한다.
  5. 네트워크는 계산된 SRES 값을 MS가 반환한 값과 비교한다. 만약 그것들이 일치한다면 MS는 인증된다.
  6. MS와 네트워크 모두 A8 알고리즘을 사용하여 랜드와 Ki의 64비트 암호키 Kc를 계산한다. Kc = A8(RAND,Ki). 양 당사자는 암호화가 활성화된 경우 나중에 사용하기 위해 이 값을 저장한다.

암호키는 트랜잭션이 시작된 후에야 설정되기 때문에 이 트랜잭션은 항상 명확한 상태에서 수행된다는 점에 유의하십시오.

엄 암호화

사양에서 "암호화"라고 하는 GSM 암호화는, 전방 오류 보정 코딩을 적용한 후, L1의 매우 낮은 레벨에서, 무선 버스트의 채널 비트에 구현된다. 이는 GSM에서 또 다른 중요한 보안상의 단점이다.

  • 콘볼루션 코더의 의도적인 이중화는 인코딩된 데이터의 유니시티 거리를 감소시키고
  • 패리티 워드는 올바른 암호 해독을 위해 사용될 수 있다.

일반적인 GSM 거래는 또한 예측 가능한 시간에 LAPDM 유휴 프레임과 SACCH 시스템 정보 메시지를 포함하며 알려진 일반 텍스트 공격을 제공한다.

GSM 암호 알고리즘은 A5라고 불린다. GSM에는 4가지 변형 A5가 있으며, 그 중 첫 번째 세 가지 변형만이 널리 배치되어 있다.

  • A5/0—암호화 전혀 없음
  • A5/1: 북미 및 유럽에서 사용하기 위한 강력한(er) 암호
  • A5/2: 약한 암호, 세계 다른 지역에서 사용되도록 의도되었지만 현재 GSMA에 의해 사용되지 않음
  • A5/3: 개방형 설계로 더욱 강력한 암호화

암호는 무선 자원 함수로 L3의 무선 자원 하위 계층에 있는 메시지로 관리되지만 암호 키 Kc가 그 과정에서 생성되기 때문에 암호화는 인증에 묶여 있다. 암호는 사용할 A5 변종을 나타내는 RR 암호 모드 명령 메시지로 시작한다. MS는 암호화를 시작하고 암호문에서의 RR 암호 모드 완료 메시지로 응답한다.

네트워크는 A5/1 또는 A5/2를 지원하지 않는 MS에 대한 서비스를 거부할 것으로 예상된다(GSM 02.09 섹션 3.3.3). 2006년 A5/2가 GSMA에 의해 감가상각되기 전까지 GSM Phase 2 (GSM 02.07 섹션 2)에서 MS에서 A5/1과 A5/2의 지원은 의무적이었다.

가입자 익명화

TMSI는 32비트 임시 모바일 가입자 아이덴티티로, Um의 클리어에 IMSI를 보내는 것을 피하기 위해 사용할 수 있다. TMSI는 BSC에 의해 할당되며 특정 네트워크 내에서만 의미가 있다. TMSI는 MM TMSI 재할당 명령과 함께 네트워크에 의해 할당되는데, 이 메시지는 일반적으로 암호화가 시작된 후 TMSI/IMSI 관계를 숨기기 위해 전송되지 않는다. TMSI가 구축되면 향후 거래의 익명화에 활용할 수 있다. 가입자 ID는 인증이나 암호화 전에 확립되어야 하므로, 새로운 네트워크의 첫 번째 거래는 클리어에서 IMSI를 전송함으로써 개시되어야 한다는 점에 유의한다.

참고 항목

추가 읽기

  • M. Boulmalf, S. Akhtar. Performance Evaluation of Operational GSM's Air-Interface (Um). in Proc. of Applied Telecommunication Symposium, pp. 62-65, March 2003, Orlando, Florida, USA.

외부 링크