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# System prepended metadata

title: Final exam

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# Final exam 
- A4 大小, 雙面
- 大約十題左右 (藍芽考 3, 4 題)
- Q1: GSM architecture, 畫出來, 有哪些 component 和 subsystem (BSS, NSS) for every components please describe
- Q2: GSM logical channel, 解釋裡面的各種 channel
- Q3: GPRS architecture, 搭配介紹 routing, 用兩種 backbone (inter, intra) 解釋 routing 
- Q4: GSM 的 limitation 和 GPRS 如何改善
- Q5: 說明 bluetooth 的 characteristic (和別人有何不同), topology 一起考, piconet
- Q6: inquiry process 
- Q7: baseband link type 
- Q8: profile 


## Q1 - GSM
- GSM (global system for mobile communication) 

    - GSM 是目前應用最廣泛的行動電話標準, 提供了一個簡單有效的網路架構給 2G 的行動通訊系統, 可以分成 BSS 和 NSS (也有人說是 4 個 component, 把 MS 和 OSS 獨立出來)
    - GSM 包括通話 (voice), 多人通訊 (multi-party communication), 無線封包, 短訊息等服務
    - BSS 為基地台子系統, component 有 MS, BS, BSC, BTS
    - NSS 為網路子系統, component 有 MSC, VLR, HLR, AuC, EIR
    - 架構圖：考試可以畫 slide p.7 就好, 以下是比較完整的圖
    ![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d1/Gsm_structures.svg/1280px-Gsm_structures.svg.png)
    - reference：https://www.electronics-notes.com/articles/connectivity/2g-gsm/network-architecture.php
    - 清大投影片：http://wmnet.cs.nthu.edu.tw/Course/PCS2008bak/slides/Ch6-GSM%20System3.pdf

- 解釋 BSS component 

    - MS (mobile station) 為使用者的行動電話或手機等裝置, 包括硬體和 SIM 卡。
    - BS (base station) 為基地台, 當用戶利用手機打電話時, 訊號會同時由附近的基地台傳送和接送。
    - BTS (base transceiver station) 為基地收發機, 包括用於傳輸和接收無線電信號的收發機, 允許在多個頻率和該 cell 的多個不同 sectors 上提供服務。
    - BSC (base station controller) 為基地台控制器, 扮演 concentrator 的角色, 用來控制數十或數百個 BTS, 處理無線電 channel 的分配, 並控制從一個 BTS 到另一個 BTS 的 handoff。
    - wiki：https://en.wikipedia.org/wiki/Base_station_subsystem
    - bts & bsc : https://www.newton.com.tw/wiki/%E5%9F%BA%E7%AB%99%E5%AD%90%E7%B3%BB%E7%B5%B1

- 解釋 NSS component
    - MSC (mobile switch center) 為移動交換中心, 執行基本的線路交換功能, 負責計費的工作。 
    - VLR (visitor location register) 為一個資料庫, 用來存 roaming 到一個 MSC 所提供服務範圍的用戶數據，包括動態和狀態資訊。網路中每個主要的 BTS 只會由一個 VLR 來提供服務。 
    - HLR (home location register) 為一個中心資料庫, 裡面儲存 GSM 每個行動電話訂閱用戶的基本資訊，如 SIM 卡卡號、手機號碼、當前位置、是否已經關機等等。
    - AuC (authentication center) 為權限中心, 用來對每個要對 GSM 做 connection 的 SIM 卡進行鑑定權限的工作。如果符合權限, HLR 就被允許管理該 SIM 卡, 同時生成一個 encryption key, 用來加密後續的無線通信。
    - EIR (equipment identity register) 為一個資料庫, 用來儲存關於行動裝置其有關身分的資訊。
    - OMC (operation and maintenance center) 為操作維護中心, 負責監控整個行動電話網路, 包括警訊處理等, 維持系統的正常運作。
    - wiki：https://en.wikipedia.org/wiki/Network_switching_subsystem

## Q2 - GSM channel 
- 補充：frame 裡面可以再切成 slot, 週期性出現的 slot 就是 channel；透過 GSM 傳的資料是以 burst 的形式來封裝, 再放到 slot 傳送
- reference：https://www.electronics-notes.com/articles/connectivity/2g-gsm/rf-air-interface-slot-burst.php
    
![](https://i.imgur.com/vMLwp6R.png =80%x)
- GSM logical channel 主要可以分成 TCH (traffic channel) 和 CCH (control channel)。
- TCH (traffic channel) 用來承載經過 digitical encoding 的 speech 或 user data, 可以分成 TCH/F 和 TCH/H。
- TCH/F (full rate TCH) 傳送 13 kbps 的語音或 12, 6, 3.6 kbps 的數據資料, 並使用整個 normal burst 來傳送。
- TCH/H (half rate TCH) 傳送 6 kbps 的語音或 6, 3.6 kbps 的數據資料, 只使用 normal burst 的 data 欄位傳送。
- CCH (control channel) 用來傳送系統控制信號, 可以分成 BCH, CCCH 和 DCCH。
- BCH (broadcast channel) 為基地台廣播系統給各手機的 downlink logical channel, 可以分成 FCCH, SCH 和 BCCH。
- FCCH (frequency correction channel) 用來傳送 F burst, 提供頻率校正的資訊。
- SCH (synchronization channel) 用來傳送 S burst, 讓 MS 取得和 BTS frame 架構的同步。
- BCCH (broadcast control channel) 提供手機有關基地台的資料, 手機可以用此資料來決定基地台的註冊和選擇程序的執行。
- CCCH (common control channel) 負責 BTS 和多個手機之間傳送控制訊息, 因所有手機共用這個這些 control channel, 所以稱為 common control channel。
- PCH (paging channel) 用來呼叫手機。當有電話打給該手機時, BTS 會透過 PCH 來呼叫手機。
- RACH (random access channel) 用來告知基地台手機欲使用無線 channel。手機主動打電話時, 會在 RACH 上傳送 A burst, 來告訴基地台欲使用無線資源。
- AGCH (acccess grant channel) 用來告知手機其要求使用的無線 channel 已獲得基地台同意, 亦即基地台會透過 AGCH 告訴手機可以使用的無線 channel。
- DCCH (dedicated control channel) 為 BTS 分配給手機的專屬 logical channel。
- SDCCH (stand along dedicated control channel) 用來傳送系統控制訊號和使用者的 short message。
- SACCH (slow associated control channel) 用來傳送非緊急的維運資訊, 如 power control 和 time alignment 等控制資訊, 以及無線電線路訊號的量測結果。
- FACCH (fast associated control channel) 用來傳送緊急的控制信號, 例如電話線路設定, 手機驗證和 handoff 等。

## Q3 - GPRS
- GPRS (general packet radio service) 為基於現有的 GSM 網路架構上, 再增加兩個新的網路設備節點, 分別為 SGSN 和 GGSN, 具有處理和傳送 packet 的功能。 
- SGSN (serving GPRS support node) 主要是傳送或接收 packet。如果有使用者想傳送封包, 會先經過 BTS, BSC 傳送給 SGSN, SGSN 決定接下來把封包轉送給誰; 或是有封包要傳送給使用者, 則 SGSN 會透過 BSC, BTS 把資料傳送給使用者。
- GGSN (gateway GPRS support node) 提供 GPRS 網路和外界 packet data network 的介面, 負責將封包從外界網路傳進 GPRS 網路, 或是將封包從 GPRS 網路傳送到外界網路。
- slide p.30, p.31
- 清大投影片：http://wmnet.cs.nthu.edu.tw/Course/PCS2008bak/slides/Ch7-GPRS%20System%20Overview.pdf
- 三種 routing：https://ah.nccu.edu.tw/bitstream/140.119/113719/1/065.pdf
- backbone: inter & intra network 
![](https://i.imgur.com/ZDYeGRx.png)
![](https://i.imgur.com/UTocNpX.jpg)
- Gp—SGSN ↔ GGSN in Other GPRS Network.
- Gi—GGSN ↔ PDN
- Gn—SGSN ↔ GGSN
- **path**:使用者送出端透過bts和bsc將資料給SGSN，SGSN再封裝處理將資料傳出，(intra-plmn gprs backbone)送出rounting資訊給GGSN，再由GGSN將封包解封由gprs網路傳送到外界網路，接收端的GGSN將接收到的packet封裝後轉給服務接收端MS的SGSN，SGSN再將其解除封裝傳送給接收端的MS。
- 說明:
https://www.juniper.net/documentation/en_US/junos/topics/topic-map/security-gprs-intorduction.html
## Q4 - GSM vs. GPRS
- GSM 網路雖然能夠提供簡訊 (short message) 等服務, 但仍以語音通話 (speech) 服務為主, 不適用於觀看網頁等需要傳輸大量數據資料等服務 (data), 其限制包括：

    - 效率低, 使用者在整個呼叫期間分配 uplink 和 downlink channel
    - 資料傳輸速率太低, 9.6 kbps 對上網來說不夠
    - 費用高, 以通訊時間 (duration) 來計費
- GPRS 的設計為盡可能讓 channel 的配置有彈性, 以增加系統的容量, 如：以 slot 為傳送 packet 的基本單位, 最多可將同一 carrier 的 8 個 slot 都分給同一個 MS; 也可以用時間區分, 相同編號的 slot, 讓多個 MS 共享; 對於手機傳送封包的 channel, 分別分配 uplink 和 downlink channel, 符合像 web, 檔案傳輸這樣 asymmetric flow 的特性
    - GSM 和 GPRS 比較：https://ah.nccu.edu.tw/bitstream/140.119/113719/1/065.pdf

## Q5 - Bluetooth
- specification vs. standard：公司自己的設計稱為規格, 要 follow 標準
- What does bluetooth do for me? 藍芽主要用在短距離連結裝置, 例如可以無線連接手機到電腦上, 而不用將手機透過其他介面連接, 具有很大的便利性。並且藍芽可以用於建立少數裝置 (最多 8 個) 的點對點網路, 又稱為 piconet, 對數位會議上非常有用, 與會者可以使用有藍芽裝置的電腦在會議中分享檔案。
- SIG 和 history 可以跳過
- Introduction
    - http://www.tsnien.idv.tw/Network_WebBook/Book_PDF/%E7%AC%AC%E5%8D%81%E5%85%AD%E7%AB%A0%20Bluetooth%20LAN%20%E7%B6%B2%E8%B7%AF.pdf
    - https://www.shs.edu.tw/works/essay/2009/11/2009111500244012.pdf
- characteristic (slide p.23)
    - 藍芽操作在 2.4 GHz 的 ISM 通訊頻段, 可及範圍約 10 公尺左右
    - 使用跳頻技術來抗干擾, 也不容易被竊聽或盜取
    - 一次可以 support 7 個 lines, 總共 8 個 devices 在一個 piconet (1 master + 7 slaves) 
    - 採用 master-slave (主從式) 的方式, 在一個 piconet 網路中, 由 master 來決定如何跳躍, 分配其他 slave 的媒介使用權
    - 藍芽晶片用來植入滑鼠, 鍵盤等, cost 不能太高 (design for low cost)
    - 藍芽優點：省電, 安全性高, 成本低; 和 wifi, usb 比較如下
    ![](https://obs.line-scdn.net/0hZN2qlfQVBWEPCC7pvDJ6NjVeBg48ZBZiaz5UYkxmW1V3bBVkZ2kfDywJC1QlMUI_YT5MDikMHlBxOxFjN2of/w1200 =70%x)
- topology (slide p.26)
    - radio designation：連接的 radio 可以是當 master 或 slave, 為 symmetric (S->M, M->S)
    - piconet: 在一個 piconet 網路中, master 最多可以同時連接 7 個 active 的 slave 和 200 多個 inactive 的 slave, 一秒最多 1 MS (signal, 非 bit, i.e., 無意義的 data), 並且有自己 unique 的跳躍 pattern 和 ID。 
    - scatternet: 多個 piconet 網路結合, 構成一個較大的 scatternet 網路。slave 和 slave 之間雖然不能互傳, 但一個 device 可以當兩個 master 的 slave, 透過 master 做為橋樑, 將資料慢慢傳出去。
- piconet (slide p.27)
    - 考沒有 piconet -> 有 piconet 的過程
    - 要形成一個 piconet, master 要給 slave 它的 clock 和 device ID, 讓 slave 可以同步。master 決定 piconet 的行為, 跳躍的 pattern 由 device ID 決定,  相位由 clock 決定。沒有在 piconet 的 device 則在 standby 的狀態。
    - (過去) E -> sb: 還沒有開始, clock 沒有同步, 還是用自己的, 也沒有 IDa (master ID)
    - (現在) B -> S: 和 master 同步, 有 master 的 clock, 也有 record master ID
    - (未來) D -> P: parked, 有和 master 同步, 也有 master, 但沒在傳資料, 不過隨時可以加入 piconet 
- baseband states (slide p.28)
- 連接簡易過程:
    - standby
    - inquire
    - page
    - connected
## Q6 - Inquiry 
- inquiry process
- paging 
- Inquiry: Master 裝置正在查詢是否有新裝置欲加入網路時的狀態
- Inquiry scan：指 Slave 裝置（或新啟動裝置）正在聆聽 Inquiry 呼叫時的狀態。
- Inquiry Response：裝置在 Inquiry Scan 狀態下收到 Inquiry 呼叫後，隨即進入 Inquiry Response 狀態。可能會有多個新裝置同時收到 Master 的 Inquiry 呼叫，並同時進入 Inquiry Response 狀態，裝置在此狀態下會決定是否允許進入、或是和其它裝置碰撞的處理。
* page: Master 會依照此裝置的 DAC 位址 來個別呼叫，有如翻頁點名（Paging）的動作一樣
* Page Scan：裝置在 Page Scan 狀態下，會聆聽是否有自己 DAC 位址的 Page 呼叫。
* mater response: 做paging後若得到回應，則可準備開始連結了
* slave response:收到paging呼叫便可進入slave response狀態

![](https://i.imgur.com/mQWsoEA.png)

## Q7 - Baseband link type
baseband 是bluetooth的physical layer。
Bluetooth 技術具有同時傳送語音與資料的功能，主要是它的『實體鏈路』（Physical Link）提供有『電路交換』（Circuit-switch）與『封包交換』（Packet-switch）等兩種連線型態
* SCO (Synchronouse connection-oritented): master/slave雙方連接後不管是否有資料傳送，統都會預留固定時槽給 Master 和 Slave 使用，而其它 Slave 就不能使用這些時槽來傳輸資料，一般 SCO 連線都使用在語音傳輸，SCO建立後兩者可透過連線通話，Master 無需事先詢問（Polling）Slave，屬於點對點（Point-to-Point）的連線

![](https://i.imgur.com/z5wq8Fz.png)


* ACL(Asynchtonouse connection-less): 屬於封包交換的非同步傳輸模式，由 Master 來分配 ACL 連線的使用，任何 Slave 傳送資料之前，必須經由 Master 的詢問（Polling）並同意之後才可以傳送資料。
* ![](https://i.imgur.com/QW8kV9o.png)

* 兩者差異:
    * 在實體層傳輸方面，SCO 和 ACL 連線都在跳頻的時槽中傳送，SCO 連線都是以單一時槽來傳輸，然而 ACL 可選擇多時槽方式傳輸。
    * 因為 SCO 的時槽都是固定的，所以 Master 在分配 ACL 時槽時，必須避開 SCO 的時槽，也就是說，SCO 的時槽優先權較高，而 ACL 只能選擇時槽還有空閒的時候才可以佔用。
    * SCO:circuit-switched / ACL: packet switching
>參考:
>http://www.tsnien.idv.tw/Network_WebBook/chap16/16-4%20%E5%9F%BA%E9%A0%BB%E5%8D%94%E5%AE%9A.html
## Q8 - Profile
Profile目的是要確保Bluetooth裝置間的互通性（interoperability）。但Bluetooth產品無須實現所有的Bluetooth規範Profile。

>參考
>https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%97%8D%E7%89%99%E8%A6%8F%E7%AF%84