Gestión de movilidad

El móvil se mueve y la red tiene que saber en qué zona está para poder encontrarlo, quién es (autenticación) y cómo protegerlo (cifrado). De eso se encarga la subcapa MM.

Dónde encaja MM

Dentro de la capa de red (RR, MM y CM), MM habla entre el MS y el MSC; la BTS y la BSC solo transportan (mira la pila en el tema de enlace). Sus interfaces son MS a MSC y MSC a HLR, VLR y AuC. Como el mensaje atraviesa toda la red, hace falta identificar al móvil sin ambigüedad.

Quién eres: las identidades

Un móvil tiene cuatro identificadores. Tres son permanentes y uno es temporal.

MSISDN: el número público

• Norma E.164, hasta 15 dígitos. Nº internacional NI = CP + NN, y nº nacional NN = CA + NA.
• CP (código de país): 1 a 3 dígitos. España 34, EE. UU. 1, Bulgaria 359. El primer dígito indica la zona mundial (hay 9).
• En España el nacional tiene 9 dígitos y los móviles empiezan por 6, 71, 72, 73, 74… Los bloques de tres dígitos van por operador (639, Telefónica Móviles).
• No depende del operador (portabilidad). Se guarda en el HLR. Es lo que los demás marcan.

IMSI: la identidad real

• Norma E.202 (plan de numeración móvil). NmI = MCC + NmN, y NmN = MNC + MSIN.
• MCC: país, 3 dígitos (España 214). MNC: operador, 2 o 3 dígitos (Vodafone 01).
• Asociado a un operador. Se guarda en la SIM y el HLR. Con él la red nos reconoce: cuando nos llaman, el HLR traduce el MSISDN al IMSI.
• Varios IMSI pueden apuntar a un mismo MSISDN.

IMEI: el terminal

• Identifica al terminal, no al abonado. 15 dígitos. La red puede pedirlo al registrar el móvil y al atender servicios.
• TAC (Type Allocation Code): x₁x₂ = autoridad que lo homologa, el resto = modelo. FAC: fábrica. SNR: nº de serie. c: dígito de control.

TMSI: el alias temporal

Un número plano de 32 bits.

• Lo asigna el VLR del MSC que sirve la zona, al registrarse o cambiar de localización. Es local al LA.
• Reduce la señalización necesaria para mantener la localización y da privacidad (sustituye al IMSI).

Dónde estás: células, LA y MSC/VLR

Un área de localización (LA) es un conjunto de células contiguas, de un mismo MSC/VLR, que comparten el rango de numeración temporal. LAI = MCC + MNC + LAC, y LAI + TMSI es una identidad única. El móvil escucha el BCCH de la BTS que recibe con más potencia, donde viene el LAI.

Por ejemplo, un MSC/VLR con dos áreas: LA 1 (LAI = MCC + MNC + LAC₁) y LA 2 (LAI = MCC + MNC + LAC₂), cada una con varias células. El aviso (paging, por el PCH) va a todas las células del LA. El TMSI vale dentro de su LA: cuando el móvil pasa de LA 1 a LA 2 detecta el cambio de LA y hace un Location Update.

La red (VLR y HLR) conoce el LA del móvil pero no su célula. Por eso las células de un LA deben compartir el canal PCH: una llamada entrante se avisa en todas. Cuanto mayor es el LA, menos Location Updates y más paging; cuanto menor, al revés.

Los procedimientos de MM

Generales

Solo necesitan una conexión RR activa (canal dedicado asignado al MS y conexión LAPD sobre él).

• Los inicia la red: asignación de TMSI, autenticación (IMSI/TMSI) e identificación (pide IMSI o IMEI).
• Los inicia el MS: desenganche IMSI (apagado, detach).

Especiales

Mutuamente excluyentes entre sí y con las conexiones CM: no se pueden hacer con una llamada en curso.

• Enganche IMSI (encendido, attach).
• Actualización de posición: por cambio de localización; puede implicar cambio de MSC y de VLR, o solo de identidad temporal en el mismo.
• Actualización periódica: cada n minutos, si la célula lo permite y lo indica por el BCCH.

Gestión de conexiones

Da servicio a la subcapa de arriba (CM).

• Establece la conexión MM que CM necesita para una llamada o un SMS. Sin ella, CM no puede hacer nada.

Autenticación

La clave secreta Ki vive solo en la SIM y en el AuC y nunca viaja por el aire. La red manda un número aleatorio (RAND), los dos lados lo combinan con Ki y comparan resultados.

Lo que cruza el aire: RAND, SRES y después los datos cifrados. Lo que no: Ki y Kc, que cada lado calcula por su cuenta. Tamaños: Ki y RAND 128 bits, SRES 32, Kc 64 (Ki y SRES son datos estándar, no vienen en la diapositiva).

Matiz del paso 7 de la diapositiva. Cuando SRES_A = SRES_B, el MSC entrega la Kc al BSS (que es quien cifra en el aire), no al móvil: el móvil ya calculó la suya con A8.

El mismo proceso, mensaje a mensaje

1. El MSC/VLR pide al HLR la verificación del IMSI.
2. El HLR pide al AuC la tripleta ⟨RAND, SRES, Kc⟩.
3. El AuC la genera: RAND aleatorio (128 b), SRES = A3(Ki, RAND), Kc = A8(Ki, RAND) (64 b).
4. El HLR verifica que el IMSI es cliente y tiene contratado el servicio y entrega la tripleta al MSC/VLR.
5. El MSC/VLR entrega el RAND al BSS, que lo transmite al MS.
6. La SIM (con Ki, A3 y A8) calcula SRES_B y Kc_B y devuelve SRES_B.
7. Si SRES_A = SRES_B, el MSC entrega Kc al BSS, que ordena al MS pasar a modo cifrado.

Actualización de posición (Location Update)

Siempre la inicia el MS, en tres casos:

El resultado puede incluir actualizar el LA en el VLR, asignar o cambiar el TMSI, y cambiar de VLR y actualizar el HLR. Hay tres casos con distinta cantidad de señalización.

Caso A: registro completo (encendido)

El más largo: hay que dar de alta al móvil en el VLR y el HLR le manda su perfil de abonado. Después se encadena autenticación, cifrado y TMSI nuevo, los procedimientos generales que ya conoces.

Caso B: cambio de LA dentro del mismo VLR

El VLR ya conoce al móvil (le asignó el TMSI_A). Solo tiene que anotar el LAI nuevo y no se toca el HLR, así que se ahorra casi toda la señalización.

Caso C: cambio de LA que cambia de VLR

El VLR nuevo no conoce ese TMSI (lo asignó otro VLR). Le pregunta al VLR anterior quién es, y solo entonces crea el registro y avisa al HLR.

* MAP-CANCEL LOCATION no aparece en la diapositiva: es lo que hace el estándar para borrar el registro del VLR antiguo. Cuéntalo solo si te preguntan qué pasa con él.

Autoevaluación

Material del curso usado: Cx_Red-Movilidad.pdf.