Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) Introducción a los sistemas 3G IMT2000/UMTS Servicios Técnicas de espectro ensanchado: CDMA UTRAN Traspasos Núcleo de red 1 Referencias Libros • Comunicaciones Móviles de Tercera Generación UMTS. J.M. Hernando Rábanos, C. Lluch Mesquida. Telefónica Móviles España S.A. Sitios WWW www.umts-forum.org www.3gpp.org www.etsi.org • Mobile Radio Networks. Networking www.iec.org/tutorials/umts and Protocols. B.H. Walke. J. Wiley & cas.et.tudelft.nl/~glas/ssc/techn/techniques.html Sons 1999 Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Introducción a los sistemas 3G • Espectacular desarrollo de las comunicaciones móviles en la última década: – – – – – – Avances tecnológicos. Liberalización, desregulación, competencia. Desarrollo de normalización. Crecimiento de la demanda. Mayor eficiencia espectral. Tecnología de bajo coste. ¿Por qué aparecen los sistemas 3G? Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 2 Introducción a los sistemas 3G Motivación: • Saturación de las redes actuales. • Mejorar aún más la eficiencia espectral. • Aparición de nuevos servicios mucho más exigentes en recursos. • Convergencia de redes fijas y móviles. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Introducción a los sistemas 3G Evolución: • Redes de primera generación (1G): sistemas analógicos, movilidad restringida al sistema. Servicios de voz • Redes de segunda generación (2G): sistemas digitales GSM, DCS1800, ... Movilidad entre sistemas. Servicios de voz, datos, fax, mensajes cortos. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 3 Introducción a los sistemas 3G Evolución: • 2G a 3G: GSM Phase 2, Phase 2+. Servicios suplementarios, servicios de datos mejorados (GPRS, EDGE, HSCSD). • 3G: IMT–2000, familia de sistemas definida por la ITU. – UMTS es uno de estos sistemas. Concepto de sistema que combina grandes innovaciones en el acceso radio, y una nueva arquitectura de servicio que permite la convergencia entre redes fijas y móviles al menos en el nivel de servicio/aplicación. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Introducción a los sistemas 3G Características de los sistemas 3G. • Soporte de todas las características de los sistemas actuales. • Soporte para nuevos servicios con gran QoS, al igual que en las redes fijas. • Gran capacidad. • Gran eficiencia espectral. • Equipamiento ligero, pequeño, y barato. • Gran seguridad. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 4 Introducción a los sistemas 3G Exigencias a que se enfrentan: • Diferentes tipos de servicios. • Diferentes tasas (bajas para voz, hasta 2Mbps para datos y multimedia). • Tasas variables. • Celdas de diferentes tamaños en entornos interiores y exteriores, traspaso sin cortes. • Características de movilidad avanzadas. • Gestión flexible de los recursos radio. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Introducción a los sistemas 3G Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 5 IMT2000 / UMTS • IMT–2000: International Mobile Telecommunications, “2000” : año planificado para los primeros ensayos, y también las frecuencias asignadas. (WARC’92: 1885–2025 MHz y 2110–2200 MHz). • Normas 3G desarrolladas por “regional standards developing organizations” (SDOs). • 17 propuestas a la ITU in 1998: – 11 para sistemas terrestres – 6 para sistemas móviles por satélite (MSSs). • Evaluación completada al final de 1998, negociaciones completadas a mediados de 1999. • Especificación de la tecnología de transmisión radio (RTT) publicada en 1999. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. IMT2000 / UMTS • UMTS: Universal Mobile Telecommunications System. • Trabajos desarrollados en los programas RACE, ACTS, COST. • Subcomité técnico SMG5 de ETSI fue el responsable de la normalización de UMTS en Europa. • Actualmente las especificaciones las desarrolla 3GPP (3rd Generation Partnership Project): – ETSI (Europa) – Association of Radio Industries and Business / Telecommunication Technology Committee (ARIB/TTC) (Japón) – American National Standards Institute (ANSI) T-1 (EE.UU.) – Telecommunications Technology association (TTA) (Corea) – Chinese Wireless Telecommunication Standard (CWTS) (China). Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 6 IMT2000 / UMTS • 3GPP está introduciendo UMTS en fases y publicaciones anuales. • Rel. ‘99: UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA). Usa una interfaz radio WCDMA para comunicaciones terrestres. • “Congelada” en junio de 2000. • Versiones siguientes: R4 y R5. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. IMT2000 / UMTS Series de las especificaciones UMTS Release 1999. • • • • • • • • • • • • • • • Serie 21: requisitos del sistema. Serie 22: servicios, funciones, plataformas. Serie 23: realización técnica de servicios. Serie 24: detalle de los protocolos de señalización. Serie 25: especificaciones de UTRA. Serie 26: codificadores. Serie 27: funciones de soporte de las aplicaciones de datos. Serie 28: reservada. Serie 29: detalle de los protocolos del núcleo de red. Serie 30: gestión del proyecto. Serie 31: definición del User Identity Module UIM. Serie 32: operación y mantenimiento. Serie 33: seguridad. Serie 34: especificaciones de pruebas. Serie 35: algoritmos de cifrado. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 7 IMT2000 / UMTS • UTRA soporta Time Division Duplex (TDD) y Frequency Division Duplex (FDD). • El modo TDD está indicado para sistemas públicos con micro/picoceldas, y para aplicaciones inalámbricas sin licencia. • El modo FDD está indicado para aplicaciones públicas de gran cobertura (macro/microceldas) • Ambos modos ofrecen tasas dinámicas y adaptables hasta 2Mbps. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. IMT2000 / UMTS Espectro asignado ITU/RR Europa IMT2000 GSM1800 DECT Japón PHS EE.UU. 1800 IMT2000 MSS UMTS MSS UMTS MSS IMT2000 MSS IMT2000 MSS MSS PCS FDD WLL China MSS TDD WLL 1900 FDD WLL MSS MSS 2000 MSS 2100 2200 MHz Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 8 IMT2000 / UMTS Arquitectura general de UMTS Núcleo de red Iu RNS Iur RNC Iub RNC Iub Iub Nodo B Iu RNS Nodo B Iub Nodo B UE UE Nodo B UE Nivel no ligado al acceso GC Nt GC DC Nt DC División en dos niveles Nivel ligado al acceso UTRAN UE Radio (Uu) Núcleo de red Iu Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios Clasificación de los servicios. • Servicios básicos: – Servicios portadores. Proporcionan capacidad de transmisión básica entre puntos de acceso. – Teleservicios. Proporcionan capacidad completa de comunicación entre usuarios (incluyen el equipo terminal). Teleservicios Servicios portadores TE TAF MT PLMN Red de tránsito Red final TE • Servicios suplementarios. Modifican o suplementan un servicio básico. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 9 Servicios Servicios portadores: • Basados en conmutación de circuitos. – – – – – – – – Audio de 3,1 KHz V.110 UDI (Unrestricted Digital Information) UDI X.31 con relleno de flag. V.120 PIAFS Modo de bits transparente. Modo túnel de tramas. Llamada multimedia. • Atributos comunes: – – – – CC Establecimiento bajo demanda Bidireccional simétrico Punto a punto Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios Servicios portadores: • Basados en conmutación de paquetes: – Punto a punto (PTP): pueden ser orientados a conexión (PTP-CONS) y no orientados a conexión (PTP-CLNS). – Punto a multipunto (PTM): transmisión recibida por múltiples usuarios de un grupo: • Llamada de grupo (PTM-GC). • IP multicast (IP-M). Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 10 Servicios Teleservicios: • En modo circuito: – Telefonía. – Llamadas de emergencia. – SMS: • PTP (MT y MO). • Cell Broadcast. – Fax G3. – Llamada de grupo. – Llamada difusiva. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios Teleservicios: • Acceso a Internet. • Servicios multimedia: – Combinan varios medios (audio, vídeo, datos, imágenes, ...) en una llamada. – Se clasifican en: • Interactivos. • Distribución. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 11 Servicios Servicios multimedia interactivos: • Conversacionales: tiempo real, suelen ser bidireccionales, retardo < 100 ms, poca variación en el retardo, sincronización entre componentes. Ejs: videotelefonía y videoconferencia. • Mensajería: comunicación basada en almacenamiento y envío. Buzones. Pueden combinar voz, texto, imágenes, ... • Recuperación: obtener información almacenada en sitios. Cada sitio puede proporcionar información en diversos medios. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios Servicios multimedia de distribución: • Sin control de usuario: servicios de difusión de información en los que el usuario puede acceder al flujo sin capacidad para controlar el comienzo o el orden de la presentación. Ejs. TV, radio. • Con control de usuario: servicios difusivos en los que se sigue una secuencia repetitiva, y con capacidad de acceder a una numeración de secuencia asociada a las informaciones, lo que permite al usuario controlar el comienzo y el orden de la presentación. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 12 Servicios Servicios suplementarios • Se deben soportar todos los servicios suplementarios ya existentes en GSM. • El servicio de multillamada es específico de UMTS. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios Mejora multinivel de la prioridad de las llamadas Redirección de llamada Presentación y ocultación de identidades Desvío de llamadas Llamadas no completadas Llamada compartida Grupo cerrado de usuarios Señalización usuario a usuario Tarifación Restricción de llamadas Transferencia de llamada Llamada completada a usuarios ocupados Identificación por nombre Multillamada eMLPP CD CLIP, CLIR, CoLP, CoLR CFU, CFB, CFNRy, CFNRc CW, HOLD MPTY CUG UUS AoCI, AoCC BAOC, BOIC, BOIC-exHC, BAIC, BAIC-Roam ECT CCBS CNAP MC Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 13 Servicios Servicios de valor añadido. • Movilidad personal. Basado en una tarjeta inteligente, se puede transferir la llamada a cualquier terminal. • Virtual Home Environment (VHE) y portabilidad de servicios. Establecimiento de perfiles personalizados de servicios y su uso en cualquier otra red. VHE emula los servicios que no están disponibles en la red visitada. • Bandwidth on Demand. • Servicios multimedia Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios Virtual Home Environment • Portabilidad del entorno de servicios personales entre diferentes redes y terminales. • A los usuarios se les presenta de forma consistente las mismas características, misma interfaz de usuario y servicios, en cualquier red y terminal (dentro de las capacidades asociadas) en los que el usuario se encuentre. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 14 Servicios Llamadas multimedia en CS. • Basada en un subconjunto específico de H.324M. • Se soportarán todos los escenarios: MO y MT con abonado móvil, RDSI y RTC. • Se soportarán esquemas de numeración únicos y múltiples. • Paso de multimedia a voz si falla el establecimiento. • La llamada CS Multimedia es un servicio portador que utiliza el servicio transparente de datos síncronos. • Se soportarán varias tasas (22.002) • Los servicios suplementarios se aplican a las llamadas multimedia al igual que en el servicio de transporte síncrono de datos. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios Sesiones IP multimedia (IM). • La telefonía IP es un ejemplo de servicio en tiempo real que se proporcionaría como aplicación IM. • IM tiene que cumplir estos requisitos. • Control de sesiones IM basado en SIP. • Se deben soportar todos los escenarios: , sesiones MO y MT contra Internet/Intranet, CS o IM Móvil, RDSI, RTC. • Soporte para los esquemas de numeración y direccionamiento de MSISDN y SIP URL. • Las aplicaciones IP multimedia no estarán normalizadas, permitiendo variaciones específicas por parte de los proveedores de servicio. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 15 Servicios Multimedia Messaging Service (MMS) • Requisitos básicos. • Servicio de mensajería (almacenamiento y envío) con usuarios móviles y fijos. • MMS deberá integrar diferentes tipos de mensajes (fax, SMS, multimedia, correo de voz, correo electrónico, ...) de forma consistente. • Entrega de mensajes de la red al terminal, y carga de mensajes del terminal a la red en modos continuo (stream) y por lotes (batch). Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios Conversación textual Global Text Telephony (GTT) permite conversación textual en tiempo real. – GTT permite incluir esa conversación textual en cualquier servicio conversacional (CS o basado en IP). – Es posible utilizar ese componente textual junto con otros (voz y/o vídeo). – Prevista interacción con otras formas de conversación textual existentes. – El componente textual se puede incluir en cualquier momento de la conversación. – Orientado a comunicación humana. Debe soportar un conjunto de caracteres apropiado al lenguaje usado. – GTT especifica interoperación con MMS. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 16 Servicios Dominio de servicio en la R5 Servicios E básicos A B Control de llamada CC Servicios MM D C Control de llamada y sesión CP Transporte por CP Transporte por CC Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios Clasificación de servicios en la R5 Servicios multimedia IP (SIP): telefonía, charlas, pizarras... GPRS (22.060) Servicios de valor añadido no relacionados con llamadas: correo, MMS, WWW, noticias, ... Otros servicios portadores SMS, UUS, USSD Servicios suplementarios 22.004 Toolkits: Teleservicios en modo circuito 22.003 Servicios portadores en modo circuito 22.002 Telefonía, fax, SMS CAMEL MExE (U)SAT OISP LCS "Internet tools" etc... Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 17 Arquitectura tradicional de servicios Aplicación Aplicación Aplicación Aplicación Aplicación Aplicación Aplicación Aplicación Aplicación WAP Diseño Tradicional de aplicaciones PSTN LAN GSM-GPRS-UMTS Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. La red de servicios: Capas E-mail, voice-mail, Guías de viaje, … Control de llamada Control de mobilidad Control de sesión …. Desplazamiento de bits Aplicación AplicaciónAplicación CONTROL TRANSPORTE Diseño de Aplicaciones con La Red de Servicios Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 18 La red de servicios: Funcionalidad Terminal Terminal I/Fs estándar o propietarios Servidores de aplicación Servidores de aplicación Servidores de aplicación OSA/ASuS APIs OSA/ASuS APIs OSA/ASuS APIs OSA/ASuS I/Fs Capacidad Servicios de en terminal mensajería Habilitadadores: SCS/ASuS Estado de usuario WAP Network Servicios de localización HLR GW Direct. support Comm.Dir. Gestión de servicios Gestión de PSEs Terminal I/Fs estándar o propietarios Red básica Service Network Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. La red de Servicios: Características Funcionalidades Procedimientos del servicio • Control de sesión • – (!!! móvil apagado !!!) • Seguridad y privacidad • Traducción de direcciones: una vez, por operación • Localización de usuarios Estado de usuarios Capacidades del terminal móvil Transferencia de información Gestión de perfiles de usuario Tarificación Autentificación App<->red, user<->red, user<->app – (IPv4-IPv6-MSISDN) • • • • • • Acuerdo (SLA) • Autorización – • • • App <->red, usr<->app. Registro (automático) Consulta de facilidades Notificación de facilidades. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 19 La red de servicios: Ejemplos de componentes (APIs) • CAMEL: extensión de GSM para incluir servicios de la red telefónica inteligente (IN). Interfaz para servicios de valor añadido. • MExE: Mobile Execution Environment = (WAP, Java) • USAT: SIM Application Toolkit. I/Fs SIM<->terminal. • Localización: LCS, SoLSA. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios: Calidad del Servicio. Requisitos de la calidad de servicio. • Para el usuario final: – Solamente importa la QoS que el usuario percibe. – El número de atributos definidos/controlados por el usuario debe ser reducido. – La derivación de los atributos de QoS a partir de los requisitos de la aplicación debe ser simple. – Debe soportarse todo tipo de aplicaciones. – Las definiciones deben poder acomodar aplicaciones futuras. – La calidad de servicio debe proveerse extremo a extremo. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 20 Servicios Requisitos de la calidad de servicio • Requisitos generales – Todos los atributos deben tener un significado no ambiguo. – Lo mismo, para todas las combinaciones de atributos. – Debe permitir la evolución de la red UMTS. – Debe permitir evolución independiente de la red troncal y la de acceso. – Se debe poder proporcionar diferentes niveles de QoS usando mecanismos propios de UMTS. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios Requisitos de la calidad de servicio • Requisitos técnicos. – Control de los atributos entre la UE y la pasarela. – Proporcionar asociación entre requisitos de aplicación y servicios UMTS. – Mecanismos de sesión asociados a los de QoS. – Utilización eficiente de los recursos. – Soporte a portadoras asimétricas. – Interacción eficaz con mecanismos de QoS actuales. – Comportamiento dinámico. – Bajo número de atributos. – Provisión de los requisitos de QoS incluso ante cambios en los nodos de la red troncal. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 21 Servicios Arquitectura de la calidad de servicio en UMTS (3GPP TS 23.107 V.3.5.0) UMTS TE MT UTRAN CN Gateway CN Iu EDGE NODE End-to-End Service TE/MT Local Bearer Service UMTS Bearer Service Radio Access Bearer Service Radio Bearer Service Iu Bearer Service UTRA FDD/TDD Service Physical Bearer Service TE External Bearer Service CN Bearer Service Backbone Bearer Service Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios Clases de tráfico (QoS) propuestas para UMTS Clase de tráfico Conversacional Conversacional en tiempo real Características • Mantener la relación temporal entre las entidades de información del flujo. • Patrón conversacional (bajo retardo, muy crítico) Ejemplos - Voz Flujo (streaming) Flujo en tiempo real Interactiva Interactiva sin garantías Segundo plano Segundo plano sin garantías • Mantener la relación temporal entre las entidades de información del flujo. • Patrón de petición / respuesta • No hay un límite estricto al tiempo de transferencia de los datos - Difusión de vídeo • Mantener la integridad del contenido. - Navegar por www • Mantener la integridad del contenido. - Descarga de corrreo. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 22 Servicios Atributos de QoS • Se soportarán servicios portadores uni- y bidireccionales. En este último caso los atributos de tasa garantizada y máxima se deberán poder fijar separadamente para los enlaces ascendente y descendente. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios Atributos del servicio portador UMTS para cada clase de tráfico Clase Maximum bitrate Delivery order Maximum SDU size SDU format information SDU error ratio Residual bit error ratio Delivery of erroneous SDUs Transfer delay Guaranteed bit rate Traffic handling priority Allocation/Retention priority Conversational X X X X X X X X X Streaming X X X X X X X X X X X Interactive X X X Background X X X X X X X X X X X X Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 23 Servicios Rango de valores para el servicio portador UMTS Clase Maximum bitrate (kbps) Delivery order Maximum SDU size (octets) SDU format information Delivery of erroneous SDUs Residual BER SDU error ratio Transfer delay (ms) Guaranteed bit rate (kbps) Traffic handling priority Allocation/Retention priority Conversational < 2 048 Yes/No <=1 500 or 1 502 TBD RAN WG3 Yes/No/-2 -2 5*10 , 10 , 5*10 3 -3 -4 -6 , 10 , 10 , 10 -2 -3 -3 10 , 7*10 , 10 , -4 -5 10 , 10 100 up to FFS < 2 048 Streaming < 2 048 Yes/No <=1 500 or 1 502 TBD RAN WG3 Yes/No/-2 -2 -3 5*10 , 10 , 5*10 , -3 -4 -5 -6 10 , 10 , 10 , 10 -1 -2 -3 -3 10 , 10 , 7*10 , 10 , -4 -5 10 , 10 250 up to FFS < 2 048 1,2,3 1,2,3 Interactive < 2 048 - overhead Yes/No <=1 500 or 1 502 Background < 2 048 - overhead Yes/No <=1 500 or 1 Yes/No/-3 -5 -8 4*10 , 10 , 6*10 (7) Yes/No/-3 -5 -8 4*10 , 10 , 6*10 -3 -4 -6 -3 -4 -6 10 , 10 , 10 10 , 10 , 10 1,2,3 1,2,3 1,2,3 Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios Atributos del servicio portador de acceso radio para cada clase de tráfico Clase Maximum bitrate Delivery order Maximum SDU size SDU format information SDU error ratio Residual bit error ratio Delivery of erroneous SDUs Transfer delay Guaranteed bit rate Traffic handling priority Allocation/ Retention priority Source statistics descriptor Conversational X X X X X X X X X Streaming X X X X X X X X X X X X X Interactive X X X Background X X X X X X X X X X X X Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 24 Servicios Rango de valores para del servicio portador de acceso radio Traffic class Maximum bitrate (kbps) Delivery order Maximum SDU size (octets) SDU format information Delivery of erroneous SDUs Residual BER SDU error ratio Transfer delay (ms) Guaranteed bit rate (kbps) Traffic handling priority Allocation/Retention priority Source statistic descriptor Conversational class < 2 048 Yes/No <=1 500 or 1 502 TBD RAN WG3 Yes/No/-2 -2 -3 5*10 , 10 , 5*10 , -3 -4 -6 10 , 10 , 10 -2 -3 -3 10 , 7*10 , 10 , -4 -5 10 , 10 80 up to FFS < 2 048 Streaming class Interactive class Background class < 2 048 Yes/No <=1 500 or 1 502 TBD RAN WG3 Yes/No/-2 -2 -3 5*10 , 10 , 5*10 , -3 -4 -5 -6 10 , 10 , 10 , 10 -1 -2 -3 -3 10 , 10 , 7*10 , 10 , -4 -5 10 , 10 250 up to FFS < 2 048 < 2 048 - overhead Yes/No <=1 500 or 1 502 < 2 048 - overhead Yes/No <=1 500 or 1 502 Yes/No/-3 -5 -8 4*10 , 10 , 6*10 Yes/No/-3 -5 -8 4*10 , 10 , 6*10 1,2,3 Speech/unknown 1,2,3 Speech/unknown -3 -4 -6 -3 -4 -6 10 , 10 , 10 10 , 10 , 10 1,2,3 1,2,3 1,2,3 Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Servicios • Atributos del servicio portador radio. – RAN WG2. • Atributos del servicio portador Iu. – A elección del operador: IP o ATM. • • • • IP: DiffServ. ATM: IP DiffServ para interoperación con redes IP. Asociación UMTS QoS - DiffServ: operador. Interoperatividad entre operadores: SLAs de DiffServ. • Atributos del servicio portador CN. – Lo mismo. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 25 Servicios Asosciación de atributos de QoS • Aplicación a Servicio portador UMTS. – Depende del operador y/o implantación. • Servicio portador UMTS a Servicio portador de acceso radio. – Habitualmente igual: maximum bitrate, delivery order, delivery of erroneous SDUs, guaranteed bitrate, traffic handling priority, allocation/retention priority, maximum SDU size, SDU format information. – Habitualmente distinto: residual BER, SDU error ratio, transfer delay. – Algunos sólo existen en el nivel de portadora de acceso radio: SDU format information, source statistics descriptor. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Técnicas de espectro ensanchado: CDMA CDMA Code Division Multiple Access • Basa la separación entre canales de transmisión en códigos. • Cada usuario del sistema usa un código. • Los usuarios transmiten en el mismo ancho de banda y al mismo tiempo. • El código no está correlado con la señal a transmitir, y su ancho de banda es mucho mayor. • Como resultado, se ensancha el espectro de la señal transmitida (basado en técnicas de espectro ensanchado, spread spectrum). Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 26 Técnicas de espectro ensanchado: CDMA • Ventajas: k1 k2 – Puede llegar a ser bastante eficiente. – Protección frente a interferencias, ataques, multipropagación, ... k3 k4 k5 k6 c • Desventajas: – Tasas de usuario ¿bajas? – Complejidad. – Requiere un control de potencia muy estricto. f t Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Técnicas de espectro ensanchado: CDMA Historia de la tecnología de espectro ensanchado. • Primeras ideas durante la 2ª Guerra Mundial (H. Lamarr, G. Antheil). • No llegaron a concretarse. • Durante los años 50 y principios de los 60, gran investigación militar en este tipo de sistemas. • Uso civil a partir de los años 80. • Presente en algunos sistemas de comunicaciones móviles: IS-95, Globalstar, ... Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 27 Técnicas de espectro ensanchado: CDMA Efectos del ensanchado y la interferencia P P i) Señal de usuario Interferencia de banda ancha Interferencia de banda estrecha ii) f f transmisor P P P iii) iv) v) f f f receptor Ensanchado y desvanecimientos selectivos Calidad del canal Calidad del canal 2 2 1 2 2 5 2 6 2 3 1 4 f Señal de banda estrecha Guarda f Espectro ensanchado Canales de banda estrecha Canales ensanchados Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Técnicas de espectro ensanchado: CDMA CDMA • Baja densidad espectral (por canal). • Sistema limitado por interferencia (no por “slots”). • Seguridad grande comparado con FDMA o TDMA. • Protección frente a la multipropagación. • Posibilidad de iniciar las transmisiones en instantes arbitrarios. • Buena resistencia ante señales interferentes (bandas libres). Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 28 Técnicas de espectro ensanchado: CDMA CDMA • Los distintos códigos tienen una baja correlación cruzada. • Esto permite separar en el receptor transmisiones de distintos usuarios. • Si la autocorrelación de los códigos es baja, puede protegerse frente a la multipropagación. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Técnicas de espectro ensanchado: CDMA CDMA • Ganancia de procesamiento: cociente entre el BW de la transmisión y el de la información. GP = BW t / BW i • Este factor determina: – – – – – Capacidad del sistema. Reducción de los efectos de la multipropagación. Capacidad de detección de la señal. Resistencia a ataques por interferencia. ... Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 29 Técnicas de espectro ensanchado: CDMA CDMA • Existen diferentes formas de ensanchar una señal: – Secuencia directa (DS). – Salto de frecuencia (FH). – Salto en el tiempo (TH). – CDMA multiportadora (MC-CDMA). – ... Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Técnicas de espectro ensanchado: CDMA Secuencia directa • Producto de la señal con una secuencia pseudoaleatoria (secuencia de chips) • Muchos chips por bit aumentan el ancho de banda. • Ventajas – Reduce desvanecimientos selectivos en frecuencia – En redes celulares • Las bases pueden usar las mismas frecuencias • Soft handover • Desventajas tb datos 1 0 X tc Secuencia de chips 01101010110101 = Señal resultante 01101011001010 tb: periodo de bit tc: periodo de chip – Necesario control de potencia. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 30 Técnicas de espectro ensanchado: CDMA Considerar una secuencia de expansión {cn}n=0 n=N-1, que supondremos polar (valores +1 y –1). Las propiedades deben ser: • Media cero: N −1 ∑c n n =0 • Autocorrelación: ≈0 N −1 ∑c c n n+i ≈ Nδ (i ) n =0 • Se trata de condiciones ideales, aunque en la práctica se pueden aproximar bastante. • Al ser propiedades similares a las del ruido, dan lugar a las llamadas secuencias PN (pseudonoise). Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Técnicas de espectro ensanchado: CDMA • Supongamos que la secuencia {cn} se usa como multiplicador de la secuencia de información {bm}, y que la duración de cada símbolo de la secuencia c, Tc, está relacionada con la duración de cada bit T por Tc = T/N. • Supondremos también que hay K usuarios, y que cada usuario tiene asignada la secuencia {cn(k)}, cumpliéndose que la correlación cruzada es: N −1 ∑c c n =0 (k ) ( j) n n +i ≈ Nδ (i )δ ( k − j ) Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 31 Técnicas de espectro ensanchado: CDMA • En el receptor se reciben las transmisiones superpuestas de los K usuarios (supondremos que sincronizadas), y un ruido añadido {wn} con propiedades E(wn) = 0, E(wnwn+l) = σ2δ(l) • La secuencia recibida es, por tanto, r n = ∑ k =1 b m K (k ) c (k ) n + wn siendo bm(k) el bit de información m que se está transmitiendo por el usuario k. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Técnicas de espectro ensanchado: CDMA • El receptor realiza correlación con el código que está interesado en recibir (supondremos el 1). y (1) m = bm (1) ∑( N −1 n =0 ) K N −1 N −1 (1) (k ) ( k ) (1) (1) + + c bm ∑ cn cn ∑ wn n cn ∑ k =2 n =0 n =0 2 • Usando la propiedad de correlación: y (1) m N −1 = Nbm + 0 + ∑ wnc (1) n =0 (1) n Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 32 Técnicas de espectro ensanchado: CDMA CDMA-DS • En la práctica el sistema está limitado por la relación señal a interferencia, interferencia introducida por las demás transmisiones. • Cuanto mayor sea la ganancia de procesamiento, mejor es la relación señal a interferencia. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Técnicas de espectro ensanchado: CDMA Salto de frecuencia (FH) • Cambios discretos de la frecuencia de portadora. – Cambios determinados por una secuencia pseudoaleatoria. • Dos versiones: – Fast Hopping: varias frecuencias por bit de usuario. – Slow Hopping: varios bits de usuario por frecuencia. • Características: – – – – Desvanecimientos e interferencias limitados a periodos cortos. Implantación simple. Sólo se usa una parte del espectro en cada instante. Más fácil de detectar que CDMA-DS. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 33 Técnicas de espectro ensanchado: CDMA Salto de frecuencia (FH) tb Datos de usuario 0 1 f 0 1 1 t td f3 slow hopping (3 bits/hop) f2 f1 f t td f3 fast hopping (3 hops/bit) f2 f1 t tb: periodo de bit td: tiempo de permanencia en 1 frecuencia Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Técnicas de espectro ensanchado: CDMA Control de potencia. • En CDMA existe un problema si las señales se reciben con niveles de potencia diferentes: las más fuertes pueden suprimir las más débiles (problema cerca/lejos). • Deben estar en torno a 1 dB para un funcionamiento adecuado. • Es preciso un control de potencia adaptativo y rápido. • Se usan combinaciones de control en bucle abierto y cerrado. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 34 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Requisitos: • Capacidad de proporcionar QoS en diferentes entornos. • Uso eficiente del espectro. • Permitir terminales ligeros, pequeños y baratos. • Despliegue económico de la infraestructura de red. • Flexibilidad a la hora de proporcionar cobertura. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Entorno Condiciones Movilidad Densidad de tráfico Tipo de celda Entorno de servicio Negocios Residencial Interior Exterior a interior Interior Exterior Peatón Peatón 1000+ <1000 Pico Micro Oficina Residencial Peatón Vehículo < 10 <1000 Micro/Pico Macro Residencial Público Exterior Peatón <10 Macro/Micro Público Exterior Exterior Exterior Vehículo rápido Aeronave Estacionario <1 <1 <1000 Macro Macro Macro Público ¿? Residencial Exterior a interior Satélite Peatón 1000+ Pico Residencial Satélite a vehículo Satélite a aeronave Satélite a fijo <10 Satélite Público <10 Satélite Público <10 Satélite Residencial Satélite a peatón Peatón <10 Satélite Público 1000+ Pico ¿? Residencial Vehículo en ciudad Peatón en ciudad Rural Aire Estación fija exterior BW alto Ciudad vía satélite Rural vía satélite Estación fija vía satélite Satélite general Vehículo con BS Satélite Satélite Satélite Interior Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 35 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Consideraciones: • Canales radio selectivos en frecuencia y en el tiempo. • Los efectos de la selectividad en el tiempo aumentan al disminuir el BW. • Lo contrario ocurre con la selectividad en frecuencia. • Se deben diseñar procedimientos de acceso múltiple y protocolos para el control de potencia y traspaso. • Se requieren anchos de banda grandes, pero también acomodar eficientemente los servicios con poca demanda de BW. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) • UMTS utiliza técnicas de acceso múltiple basadas en WCDMA (Wideband CDMA), que usa secuencia directa. • Esto tiene consecuencias en aspectos relativos a diversidad, tasas variables de datos, handover y control de potencia. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 36 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Diversidad • En frecuencia, usando mucho espectro. • En el tiempo, usando salto en el tiempo (p.ej. entrelazado). • Estimación de la dirección de la señal. • Usando varias antenas transmisoras y receptoras. • Separación de las componentes de multitrayecto. • Macrodiversidad: uso de más de una celda o sector por un móvil (soft handover). Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Tasas de transmisión variable. • • • • • • Los servicios UMTS van desde tasas de pocos Kbps hasta unos 2 Mbps. Además, hay tasas de actividad menores que 0,5 para algunos servicios. Se puede conseguir variando el código de expansión. En UMTS los canales físicos están divididos en tramas de longitud constante 10ms, durante los cuales los parámetros de transmisión no cambian. Pueden cambiar de trama a trama. Los canales de control informan sobre los parámetros actuales. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 37 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) • Conjunto de subsistemas de red radio (Radio Network Subsystems RNS) conectados al núcleo de red a través del interfaz Iu. Las RNS están interconectadas a través del interfaz Iur. Núcleo de red (p.ej. Evolución de GSM Fase 2+) RNS Iu Iur RNC Iub Nodo B UE RNC Iub Iub Nodo B Iu RNS Iub Nodo B UE Nodo B UE Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) • • • • • • El Nodo B se encarga de la transmisión y recepción en una o más celdas de y hacia los móviles conectados a través del interfaz Uu. Eso incluye el acceso múltiple, FEC, adaptación de velocidades y modulación. El nodo B puede trabajar en modos FDD y TDD. Mide la calidad de la conexión como información asociada a traspasos y diversidad. Puede estar localizado junto a un BTS de GSM. El nodo B también es responsable del traspaso con continuidad FDD. El nodo B también participa en el control de potencia, permitiendo a la UE ajustando su potencia, usando órdenes DL TPC a través del bucle de control UL TPC. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 38 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) • El RNC es el responsable del uso y la integridad de los recursos radio de las celdas: decisiones de traspaso, gestión de la diversidad, ... • Los RNC se comunican a través de los interfaces Iur • Los interfaces Iur Iub Iu están basados en ATM. • RNC conmuta celdas entre los interfaces I. • El nodo B es el punto de terminación ATM. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Plano de control Plano de usuario GC Nt DC Prevención de duplicaciones GC Nt DC UuS boundary L3 control PDCP control control control control RRC PDCP L2/PDCP RLC RLC RLC BMC L2/ BMC RLC L2/RLC RLC RLC RLC RLC Canales lógicos MAC L2/MAC Canales de tranpsorte PHY L1 Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 39 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) • La interfaz radio está dividida en capas: – Física (L1) • Protocolo de control multicast/broadcast BMC (sólo en el plano U) – Enlace de datos (L2) • Protocolo de convergencia de paquetes de datos (sólo en el plano U). • Control del enlace radio RLC. • Control de acceso al medio MAC. – Red (L3) •Plano de usuario U•Plano de control C- •Control de recursos radio RRC. •Gestión de la movilidad MM. •Control de llamadas CC. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Descripción general de la capa física • Funciones: – – – – – – – – – – – Ejecución del traspaso con continuidad. Detección de errores. Indicación. Codificación/decodificación FEC. Multiplexación /demultiplexación de los canales de transporte. Adaptación de velocidades. Ajuste de potencia y combinación de canales físicos. Modulación/demodulación, ensanchamiento y recuperación. Sincronización en frecuencia y tiempo. Medición de las características de la señal radio. Control de potencia. Procesado RF de la señal. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 40 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Descripción general de la capa física. • UTRAN utiliza DS-CDMA. • El espectro de la señal se ensancha hasta algo menos de 5 MHz: Wideband CDMA (WCDMA). • El acceso radio puede realizarse según dos modos previstos para operar en las partes pareada y no pareada del espectro: – FDD: Frequency Division Duplex. – TDD: Time Division Duplex. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Descripción general de la capa física. • FDD realiza la comunicación bidireccional usando dos portadoras de 5 MHz en frecuencias diferentes, una para el enlace hacia la base (UL) y otra para el enlace desde la base (DL). • TDD realiza la comunicación bidireccional usando TDMA: unos intervalos para UL y otros para DL. Cuando el tráfico es asimétrico se puede configurar un número distinto de intervalos para UL que para DL. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 41 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Descripción general de la capa física. • La modulación usada en TDD y FDD es QPSK. • En FDD el UL tiene en banda base dos modulaciones BPSK independientes en los ejes I (datos) y Q (control), que tras la aleatorización se convierten en una secuencia modulada en QPSK. • Velocidad de chip fija 3,84 Mchip/s en ambos modos. • La velocidad binaria no es la misma para todos los canales: depende del factor de ensanchamiento SF: – Para FDD: todas las potencias de 2 entre 4 y 256. – Para TDD: todas las potencias de 2 entre 1 y 16. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Descripción general de la capa física. • Para protección frente a errores se usa codificación FEC con entrelazado. • La expansión del espectro (spreading) se hace en dos etapas: – Canalización (channelization). Multiplica la secuencia de datos por el código de canalización, a velocidad de chip. El espectro se ensancha aquí. – Aleatorización (scrambling). El resultado se multiplica por la secuencia de aleatorización, también a la velocidad de chip. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 42 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Descripción general de la capa física. • Los códigos de canalización son ortogonales entre sí. Se utilizan potencialmente todos en cada celda. • Los códigos de aleatorización no son ortogonales entre sí. Cada celda utiliza un subconjunto distinto del empleado en celdas adyacentes. • Una celda puede usar varios códigos de aleatorización, aunque sólo empleará uno hasta agotar todos los códigos de canalización. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Descripción general de la capa física. • La transmisión se estructura en tramas, de longitud común a FDD y TDD: 10 ms, 15 intervalos. • Las tramas a su vez se agrupan en supertramas de 72 tramas. • En FDD, aunque la transmisión es continua, se usan las tramas y los intervalos como referencia temporal: los códigos de aleatorización duran una trama, y el intervalo tiene campos determinados en los que se transmiten distintos tipos de datos, el acceso es un Aloha ranurado referido a intervalos, etc. • Cada trama se identifica por su System Frame Number (SFN): desde 0 a 4095. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 43 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Bandas de funcionamiento: • FDD se usa en las componentes emparejadas de la banda IMT2000: 1920-1980 MHz en el enlace ascendente, y 2110-2170 MHz en el descendente. • TDD se usa en las componentes no emparejadas de la banda: 2010-2025 MHz y 1900 a 1920 MHz. • Esto da una disponibilidad de 60+60 MHz para FDD y de 15+20 MHz para TDD: 12 portadoras para FDD y 7 para TDD. • En Europa se prevé que parte de la banda TDD se dedique a aplicaciones “no coordinadas”. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Acceso múltiple en modo FDD f 5 MHz Trama 10ms t Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 44 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Tipos de canales del modo FDD. • Canales lógicos. Se definen por el tipo de información que transfieren. A su vez, se clasifican en canales de control y canales de tráfico. • Canales de transporte. Se definen por las características y forma con las que se transmite la información. Hay dos tipos de canales: dedicados y comunes. • Canales físicos, por los que físicamente se transmiten los canales de transporte. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Tipos de canales del modo FDD. • Canales lógicos de control: – Broadcast Control Channel BCCH. Descendente, contiene información del sistema. – Paging Control Channel. PCCH. Descendente, envía avisos de llamada a los terminales. – Dedicated Control Channel. DCCH. Canal bidireccional para transferir información de control entre móvil y red. – Common Control Channel CCCH. Bidireccional, para transferir información de control entre la red y todos los terminales que se encuentran en la celda: mensajes de petición de acceso de los móviles, asignación de acceso,... • Canales lógicos de tráfico: – Dedicated Traffic Channel (DTCH). Bidireccional, dedicado a un móvil para la transferencia de datos de usuario. – Common Traffic Channel (CTCH). Descendente, para la transferencia de datos de usuario hacia un grupo de terminales móviles. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 45 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Tipos de canales del modo FDD. • Canal de transporte dedicado DCH. Canal de transporte de datos de usuario por excelencia, único usado para transferir datos en modo circuito. Bidireccional. Puede variar su estructura trama a trama. Admite control de potencia rápido en bucle cerrado. Se basa en dos canales físicos: DPDCH y DPCCH. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Tipos de canales del modo FDD. • Canales de transporte comunes. • BCH -- Broadcast Channel. Descendente, difunde información del sistema y específica a la celda. Tiene tasa fija. Se transmite a toda la celda. • FACH -- Forward Access Channel. Descendente, información de control asociada a un móvil cuando la red lo tiene localizado. Puede transmitirse a sólo una parte de la celda. • PCH -- Paging Channel. Descendente, información de control asociada a un móvil cuando la red no lo tiene localizado. • RACH -- Random Access Channel: Ascendente, información de control transmitida por un móvil hacia la red. Aloha ranurado. • CPCH – Common Packet Channel. Canal ascendente para tráfico en ráfagas. Asociado a un canal descendente dedicado. • DSCH – Downlink Shared Channel. Descendente, compartido por varios móviles. También se asocia a un DCH. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 46 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Correspondencia entre canales lógicos y de transporte. Canales lógicos Canales de transporte PCCH PCH BCCH BCH FACH DCCH+DTCH RACH+FACH CPCH+FACH RACH+DSCH DCH+DSCH DCH CCCH RACH FACH CTCH FACH Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Canales físicos del modo FDD. • Dedicated Physical Channel DPCH: constituido por un DPCCH Dedicated Physical Control Channel y uno o varios DPDCH Dedicated Physical Data Channel, usados para transportar los datos del DCH. Su estructura depende de si es UL o DL. – En UL, el DPDCH se transmite en la componente I, y el DPCCH en la Q, con otro código. Si hay más DPDCHs, irán alternativamente en los ejes I y Q con códigos distintos. Puede haber hasta 6 DPDCH. – En DL hay una única señal QPSK en la que se multiplexan DPCCH y DPDCH. Si hace falta más de un DPDCH, se añade otra señal QPSK que no emite potencia durante los periodos del DPCCH. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 47 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Canales físicos del modo FDD. • • • • • • SCH Synchronisation Channel. Es el primero que busca el móvil en una celda. Transmite al tiempo un SCH primario (para el código de sincronización primario) y el SCH secundario (secuencia de códigos que indica el grupo de códigos de aleatorización usado en la celda). CPICH Common Pilot Channel. Un primario por celda, para referencia de medidas de potencia. Puede haber varios secundarios, para partes de la celda. P-CCPCH. Primary Common Control PCH. Transporta el BCH. Tasa fija. S-CCPCH. Secondary Common Control PCH. Transporta FACH y PCH. Tasa variable. PRACH. Physical RACH. Transporta el RACH. Aloha ranurado. Los móviles envían preámbulos de 4096 chips, y al recibir permiso por el AICH transmiten un mensaje de 10 ó 20 ms por el RACH. AICH. Acquisition Indication Channel. Lleva las respuestas a los preámbulos de acceso del PRACH. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Canales físicos del modo FDD. • • • • • • PCPCH. Physical Common Packet Channel. Similar en estructura al PRACH. Lleva el CPCH. AP-AICH. Igual al AICH para responder a los préambulos de acceso del CPCH. CSICH. CPCH Status Indicator Channel. Descendente, multiplexado con AP-AICH. Transporta los Status Indicator correspondientes al canal CPCH. CD/CA ICH. Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Channel. Igual al AICH para responder a los preámbulos de detección de colisión del CPCH. PICH. Page Indicator Channel. Funciona en combinación con PCH, y su misión es notificar al móvil cuándo debe leer el PCH. PDSCH. Physical Downlink Shared Channel. Transporta DSCH. Unidireccional descendente de tasa variable, compartido por varios móviles y asociado a sus DCHs. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 48 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Generación de la forma de onda en UL y DL. • • • • • • • • • • • Adición de CRC a cada bloque de transporte. División en bloques para codificación. Codificación de canal: convolucionales (1/2 ó 1/3), turbocódigos (1/3), sin código. Ecualización de tamaño de trama (en UL). Primer entrelazado. Segmentación de tramas radio (1,2,4,8). Adaptación de velocidad (repetición / perforación). Multiplexación de los canales de transporte. Inserción de bits de indicación de transmisión discontinua (en DL). Segmentación en canales físicos. Segundo entrelazado. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Tipos de canales del modo TDD. Canales lógicos. Los descritos para FDD, y adicionalmente: • Canales lógicos de control. – Shared Channel Control Channel. SHCCH. Bidireccional, transmite información de control para los enlaces ascendente y descendente. – Canal común de control ODMA OCCCH. – Canal dedicado de control ODMA ODCCH. • Canales lógicos de tráfico: además, ODTCH ODMA Dedicated Traffic Channel. • Canales de transporte. Uno más que en FDD: – Dedicados. DCH y ODCH (ODMA Dedicated Channel). – Comunes. No existe CPCH. Aparece USCH (Uplink Shared Channel): canal compartido, para señalización. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 49 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Canales físicos del modo TDD. • En TDD cada canal físico sólo se utiliza durante un periodo de tiempo, no todos como en FDD. • En TDD no existen CPICH, PCPCH, AICH. • Los canales dedicados de transporte TDD se corresponden con un único canal físico: DPCH. • El USCH está soportado por su correspondiente canal físico PUSCH. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Acceso múltiple en modo TDD. f 5 MHz 1 trama = 15 intervalos = 10ms t Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 50 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Descripción del MAC • Presta servicios al nivel superior a través de los canales lógicos. • Servicios: – Transferencia de datos. No confirmada, no se soporta segmentación. – Reasignación de recursos radio y parámetros MAC. – Informe de medidas. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Descripción del MAC • Funciones: – Proyección de los canales lógicos sobre los de transporte. – Selección del formato de transporte apropiado para cada canal de transporte. – Manejo de prioridades entre flujos. – Manejo de prioridades entre móviles. – Identificación de móviles en canales comunes de transporte. – Mux/demux de unidades de datos de capas superiores. – Supervisión del volumen de tráfico. – Conmutación dinámica del tipo de canal de transporte. – Cifrado de datos. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 51 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Descripción del RLC • Entidades transmisora y receptora para el modo transparente. • Entidades transmisora y receptora para el modo sin confirmación. • Entidad transmisora y receptora para el modo con confirmación. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Descripción del RLC • Modo transparente. Proporciona transmisión de las PDUs de niveles superiores sin añadir ninguna información. Hay capacidad limitada de segmentación. • Modo sin confirmación. Igual, pero con detección de datos erróneos, y no hay duplicación. • Modo con confirmación. Basado en ARQ. Entrega sin duplicados y ordenada. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 52 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Descripción del RLC • Servicios: – Establecimiento y liberación de conexiones. – Transferencia de datos en modos transparente, sin confirmación y con confirmación. – Establecimiento de la calidad de servicio. – Notificación a la capa superior de los errores no recuperables. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Descripción del RLC • Funciones: – Segmentación y concatenación de las PDUs de nivel superior. – Concatenación / Relleno de ceros. – Transferencia de datos en los modos ya indicados. – Corrección de errores basada en ARQ (en el modo con confirmación). – Entrega ordenada (en el modo con confirmación). – Detección y eliminación de duplicados. – Control de flujo. – Cifrado. – Suspensión y reanudación de la transferencia de datos. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 53 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Descripción del RRC • • • • • • Entidad funcional de enrutamiento RFE. Es la interfaz del RRC. Encamina los distintos mensajes a cada una de las restantes entidades del RRC. Entidad funcional de difusión de control BCFE. Maneja la difusión de la información de sistema. Debe existir al menos uno por celda. Entidad de control de aviso y control de la notificación PNFE. Notificación de mensajes a los móviles. Al menos uno por celda. Función de control dedicado DCFE. Maneja todas las funciones específicas de un terminal móvil concreto. Entidad funcional de control compartida SCFE. Asiste a DCFE en el modo TDD. Entidad de transferencia TME. Distribución de las diferentes entidades del RRC entre los distintos SAP que proporciona RLC. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Funciones de RRC. • • • • • • • • • • • • • Difusión de la información de sistema. Establecimiento, mantenimiento, reestablecimiento y liberación de las conexiones RRC entre móvil y UTRAN. Establecimiento, reconfiguración y liberación de portadoras radio. Asignación, reconfiguración y liberación de los recursos radio de una conexión RRC. Funciones de movilidad de la conexión RRC. Aviso/notificación. Enrutamiento de PDUs a entidades de capas superiores. Control de la calidad de servicio. Reporte y control de las medidas del móvil. Control de potencia de bucle abierto. Control de cifrado. Integridad de las comunicaciones. ... Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 54 Traspasos Motivos: • Contrarrestar el deterioro progresivo de la calidad de una conexión. • Reducir la potencia transmitida (y por tanto el nivel de interferencia en el sistema). • Delimitar el área de cobertura de una celda. • Redistribuir el tráfico entre celdas en situaciones de congestión. • Acceder a determinados servicios que puedan ofrecerse en diferentes modos de operación (TDD, FDD) e incluso en diferentes redes de acceso. • Intervención del subsistema de operación y mantenimiento. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Traspasos Tipos: • Dos clasificaciones: en función del modo de operación del sistema, y del modo de ejecución del traspaso. • En función del modo de operación: – Intramodo. Entre dos portadoras FDD, o entre dos portadoras TDD. – Intermodo. Entre los modos FDD y TDD. – Intersistema. Entre sistemas distintos, ya sean 3G-3G o 3G-2G. En R99 ya se detalla el traspaso entre UTRAN y GSM, muy interesante en las primeras fases de despliegue del servicio UMTS. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 55 Traspasos Tipos: • En función del modo de ejecución: – Sin continuidad (hard handover). La conmutación al nuevo canal se hace después de liberar los recursos del antiguo. – Con continuidad (soft handover). El móvil puede establecer conexiones simultáneas a través de varias estaciones. De esta forma no se interrumpe la comunicación. Requiere técnicas de combinación de señales para obtener un único flujo de información. – Traspasos softer. Son traspasos con continuidad entre sectores de la misma estación base. Difieren de los anteriores en la forma en que se hace la combinación. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Traspasos Combinación en traspasos con continuidad: • Enlace ascendente: se realiza en el RNC, y se basan en selección. • Enlace descendente: combinación de máxima ganancia haciendo uso de la estructura del receptor RAKE del móvil. • En el enlace ascendente no se sacrifican recursos radio adicionales, en el descendente sí. RNC Ascendente RNC Descendente Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 56 Traspasos • En el modo FDD son posibles los traspasos soft y softer cuando las celdas involucradas trabajan a la misma frecuencia. • En caso contrario, el traspaso es hard. • Los traspasos entre frecuencias diferentes son necesarios en la conmutación entre celdas de diferentes jerarquías (macro/micro/pico celdas). • En el modo TDD los traspasos son siempre hard. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Traspasos Ventajas de los traspasos soft: • Reduce posibles inestabilidades en el control de potencia de CDMA. • Reduce el efecto ping-pong propio de los traspasos hard. Este efecto se suele combatir en los traspasos hard con un margen de histéresis. • No se produce ninguna interrupción en la comunicación, a diferencia de los traspasos hard. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 57 Traspasos Etapas de un procedimiento de traspaso: • Fase de medidas: en el móvil y la base. – Parámetros: RSCP (Received Signal Code Power), RSSI (Received Signal Strength Indicator). – Realización de las medidas: el móvil debe detectar los canales de sincronización y usar sus códigos para medir los canales pilotos y de difusión. – Selección y envío de los parámetros medidos. A través de un canal de control establecido entre las entidades RRC. – Filtrado de las medidas: para eliminar las fluctuaciones a corto plazo propias de los canales radio. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Traspasos Etapas de un procedimiento de traspaso • Fase de decisión: algoritmos de traspaso. – Estrategias de decisión: basadas en: • Cálculo del RSSI. • Estimadores de calidad: SIR, BER. • Definición de una distancia máxima, a partir de la cual se debe hacer un traspaso a otra celda. – Ubicación del algoritmo: • NHCO (Network Controlled Handover). • MCHO (Mobile Controlled Handover). • MAHO (Mobile Assisted Handover). • Fase de ejecución. Modos hard, soft y softer. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 58 Núcleo de red • Se diferencian distintos planos lógicos: plano de transporte (funciones de conmutación y control) y plano de servicios (donde residen las aplicaciones que se ofrecen al cliente UMTS). • En las redes 2G (GSM) es frecuente encontrar ambos planos integrados sobre el mismo elemento (por ejemplo MSC). • En las redes 3G el plano de servicios se independiza del de transporte. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red Core Network (CN) y Access Network (AN) • La infraestructura de una PLMN se divide (de forma lógica) en CN y AN. • A su vez la CN se divide en el dominio conmutado en circuitos (CS) y el conmutado en paquetes (PS). • La AN se llama BSS para GSM y RNS para UMTS. Dominios Circuit Switched (CS) y Packet Switched (PS) • Constituyen la CN, y se diferencian por la forma en que manejan el tráfico de los usuarios. • Estos dominios se solapan, pudiendo contener entidades comunes. • Una PLMN puede implantar uno o ambos dominios. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 59 Núcleo de red Dominio CS • • Conjunto de todas las entidades de la CN que ofrecen conexiones CS para el tráfico de usuario, así como las entidades que soportan la señalización correspondiente. Las entidades específicas del dominio CS son MSC, GMSC, VLR. Dominio PS • • Conjunto de todas las entidades de la CN que ofrecen conexiones PS para el tráfico de usuario, así como las entidades que soportan la señalización correspondiente. Las entidades específicas del dominio PS son SGSN y GGSN. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red R1999 Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 60 Núcleo de red Home Location Register (HLR) • • • • Base de datos para gestión de los abonados móviles. Una PLMN puede tener una o varias HLRs. Depende del número de abonados, capacidad del equipamiento, y organización de la red. Almacena las siguientes informaciones: – Información de suscripción. – Información de localización habilitando tarifación y encaminamiento de llamadas a la MSC donde está registrado el móvil. – Si soporta GPRS, lo mismo relativo a SGSN. – Información relacionada con los servicios de localización LCS,si es que se soportan. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red Identidades almacenadas en HLR. • • • • • • • International Mobile Subscriber Identity (IMSI) Uno o más Mobile Subscriber International ISDN number(s) (MSISDN) Si se soporta GPRS, cero más direcciones Packet Data Protocol (PDP) Si se soporta LCS, el indicador LMU. Además del IMSI, siempre hay al menos una identidad asociada a cada suscripción móvil almacenada en el HLR. El IMSI o el MSISDN se pueden usar como claves para el acceso a la base de datos. La BD contiene otra información como: • • • • • Información de suscripción a servicios portadores y teleservicios. Restricciones de servicio. Identificadores de grupos autorizados para llamadas de grupo o multicast. Parámetros asociados a los servicios suplementarios. Si soporta GPRS, información sobre si GGSN puede asignar dinámicamente direcciones PDP al abonado. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 61 Núcleo de red Visitor Location Register (VLR) • Una estación en un área MSC está controlada por el VLR a cargo de dicha área. • Al entrar en un área de localización (LA) se inicia el registro. La MSC a cargo del área apunta el registro y transfiere al VLR la identidad de la LA donde está el móvil. Si aún no estaba registrado, VLR y HLR intercambian información. • Una VLR puede hacerse cárgo de una o varias áreas MSC. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red La información que VLR contiene incluye: • • • • • • • • • • International Mobile Subscriber Identity (IMSI). Mobile Subscriber International ISDN number (MSISDN). Mobile Subscriber Roaming Number (MSRN). Temporary Mobile Station Identity (TMSI), si es aplicable. Local Mobile Subscriber Identity (LMSI), si se usa. La LA donde se ha registrado el móvil. Identidad del SGSN donde se ha registrado el MS (aplicable sólo a redes con GPRS y con interfaz Gs). Última localización conocida del MS, y localización inicial. Información relativa a LCS, si es que se soporta. Algunos parámetros sobre servicios suplementarios. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 62 Núcleo de red Centro de autenticación (AuC) • Asociado con un HLR, almacena una clave de identificación para cada abonado registrado en la HLR asociada. Esta clave se usa para generar: • Datos usados para autenticar el IMSI. • Clave usada para cifrar la comunicación radio entre móvil y red. • AuC se comunica con su HLR a través de la interfaz H. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red Equipment Identity Register (EIR) • Entidad funcional que contiene una o varias BD que almacenan los IMEIs usados en el sistema GSM. • El equipo se clasifica en white listed, grey listed y black listed, y puede por tanto estar almacenado en tres listas separadas. • Un IMEI puede ser desconocido para EIR. • Un EIR contendrá como mínimo una white list (Equipos considerados como white listed). Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 63 Núcleo de red Mobile-services Switching Centre (MSC) • Central que desempeña las funciones de conmutación y señalización para las MS localizadas en un área geográfica llamada área MSC. Se diferencia de una central fíja en que debe gestionar la asignación de recursos radio y la naturaleza móvil de los abonados. • Tiene que realizar los siguientes procedimientos: • Registro de localización. • Traspaso (handover). • En las especificaciones se usa 2G-MSC para una MSC de la versión 98 o anterior, y 3G-MSC para las versiones 99 y posteriores. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red Gateway MSC (GMSC) • • Si una red procesando una llamada no puede consultar un HLR, la llamada se encamina a un MSC. Éste interrogará el HLR apropiado y encaminará la llamada al MSC donde está registrado el móvil. El MSC que realiza esta función de encaminameinto es el GMSC. Es elección del operador el determinar los GMSCs. SMS Gateway MSC (SMS-GMSC) • Interfaz entre un SMSC y la PLMN, para permitir enviar mensajes cortos a los móviles desde el SC. SMS Interworking MSC • Interfaz entre PLMN y SMS-SC para permitir entregar mensajes cortos desde los móviles al SC. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 64 Núcleo de red Interworking Function (IWF) • Entidad funcional asociada con un MSC. • Proporciona la funcionalidad para la intercomunicación entre una PLMN y redes fijas. • Las funciones concretas dependen de los servicios y del tipo de red fija. • Convierte protocolos entre PLMN y la red fija. • Puede no tener funcionalidad si la implementación de los servicios en la PLMN es compatible con la de la red fija. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red La red de acceso • La CN usa dos tipos de redes de acceso: • Base Station System (BSS). Basada en tecnología TDMA. • Radio Network System (RNS). Basada en tecnología WCDMA. • La MSC (o SGSN en su caso) puede conectarse a una de estas redes de acceso, o a ambas. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 65 Núcleo de red Base Station System (BSS) • Sistema del equipamiento de la estación base (transceptores, controladores, ...), visto por la MSC a través de la interfaz A. • Responsable de la comunicación con MS en un área. • Si se soporta GPRS, tiene interfaces hacia SGSN. • Puede controlar una o más celdas. • Consta de un BSC y uno o más BTS. • Base Station Controller (BSC) componente de la PLMN con función de control de una o más BTS. • Base Transceiver Station (BTS) componente que sirve una celda. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red Radio Network System (RNS) • Sistema de equipos de la estación base (transceptores, controladores, ...) visto por la MSC a través de la interfaz Iu, como responsable de la comunicación con los móviles en un área. • Si la PLMN soporta GPRS, también tiene una interfaz hacia SGSN. • Puede soportar una o más celdas. • Consta de un Radio Network Controller (RNC) y uno o varios Nodos B. • Un RNC es el componente que tiene las funciones de control de uno o más Nodos B. • Un Nodo B es el componente que sirve una celda. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 66 Núcleo de red Mobile Station (MS) • Equipo físico usado por el abonado. • Consta de Mobile Equipment (ME) y de Subscriber Identity Module (SIM), llamado UMTS SIM (USIM) a partir de la Release 99. • El ME consta de la Mobile Termination (MT) que dependiendo de la aplicación y servicios, puede soportar varias combinaciones de grupos funcionales Terminal Adapter (TA) and Terminal Equipment (TE). Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red Group Call Register (GCR) • Relativo al Voice Group Call Service (VGCS) o Voice Broadcast Service (VBS). • Mantiene una referencia de llamada de grupo o difusión a usar para una llamada VCGS o VBS a establecer, y una indicación de si el MSC originador es el responsable de la llamada. • Si no es responsable, el GCR tiene información de encaminamiento identificando al MSC responsable. • Puede estar a cargo de uno o varios MSCs. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 67 Núcleo de red Shared InterWorking Function (SIWF) • Función de red que proporciona intercomunicación con llamadas de voz o fax. • Consta de un controlador SIWF (SIWFC) localizado funcionalmente en las MSCs, y Servidor(es) SIWF (SIWFS) localizados en la PLMN. • Un SIWFS puede ser accedido por otros nodos de red, como un MSC de la misma PLMN. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red Serving GPRS Support Node (SGSN) • El registro de localización del SGSN almacena dos tipos de datos de abonado necesarios para manejar transferencias de datos de paquete. • Información de suscripción: – IMSI. – Una o más identidades temporales. – 0 ó más direcciones PDP. - Información de localización: - Dependiendo del modo de operación, la celda o RA donde el móvil está localizado. - Si el interfaz Gs está implantado, el número VLR del VLR asociado. - La dirección de cada GGSN para el que existe un contexto PDP. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 68 Núcleo de red Gateway GPRS Support Node (GGSN) • La función de registro de localización almacena datos de abonado recibidos de HLR y SGSN. • Datos necesarios para el manejo de transferencias de datos de paquete: - Información de abonado: • IMSI • 0 ó más direcciones PDP. - Información de localización: • La dirección del SGSN donde el MS está registrado. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red Gi PSTN PSTN PSTN T-SGW MGW Mc GMSC server GGSN Mh C Gc HSS(HLR) Nc PSTN H AuC Nb F G VLR MSC server Gf Gs B B Gn Gr EIR D VLR Gp R-SGW SGSN MSC server E R5 Mc Mc CN MGW MGW Nb A IuPS IuCS Gb RNS BSS Iur BSC RNC Abis BTS RNC Iubis BTS Node B Node B cell Um Uu ME SIM-ME i/f SIM or Cu USIM MS Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 69 Núcleo de red Dominios del núcleo de red R5: • CS, servicios similares a GSM. • PS, servicios IP. • IM (IP multimedia). Servicios IP multimedia basados en PS. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red Principios básicos de la arquitectura R5: • Independencia de la tecnología de transporte en la red troncal: ATM, IP, STM. • Descomposición de los planos de red: transporte y aplicaciones. • Uso de protocolos IP. • Indenpendencia de la tecnología de acceso. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 70 Núcleo de red Elementos de la arquitectura R5 • MGW. Media Gateway. Funciones del plano de usuario para la comunicación en modos PS y CS. • HSS. Home Subscriber Server. Evolución del HLR con incorporación de funciones de control IP multimedia. • T-SGW. Transport Signalling Gateway. Traducción de la señalización de la PSTN/PLMN a IP. • R-SGW. Roaming Signalling Gateway. Itinerancia con GSM y GPRS. Traduce IP a SS7. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red Entidades del subsistema multimedia IP. • Call State Control Function (CSCF). Puede actuar como proxy P-CSCF, servidor S-CSCF o interrogador I-CSCF. Realiza funciones de gestión de numeración, e interacciona con el HSS para obtener información del perfil del usuario. – P-CSCF es el primer contacto para la UE en el subsistema IM. – S-CSCF maneja los estados de la sesión. – I-CSCF es el contacto dentro de la red del operador para todas las conexiones destinadas a un abonado de ese operador (llamadas entrantes). Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 71 Núcleo de red Media Gateway Control Function (MGCF) • Controla las partes del estado de la llamada que se refieren al control de la conexión para canales en la MGW. • Se comunica con CSCF a través de SIP. • Realiza conversiones de protocolo entre ISUP (PSTN/PLMN) y los protocolos de control de llamada del subsistema IM. • Se puede recibir información fuera de banda que se puede reenviar a CSCF o a MGW. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red Multimedia Resource Function (MRF) • Realiza funciones relacionadas con llamadas multipunto y conferencias multimedia. Tiene la misma función que una MCU en una red H.323. • Es responsible del control de portadora (junto con GGSN y MGW) en conferencias multimedia/multipunto. • Puede comunicarse con CSCF para validación de servicio en sesiones multipunto/multimedia. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 72 Núcleo de red Transmisión en la red troncal. • ATM es una opción a considerar en las interfaces de la red de acceso y el núcleo de red. • Varias categorías de servicio en función del tipo de tráfico: – AAL2, para servicios sensibles al retardo. – AAL5 para servicios no sensibles al retardo. • En versiones posteriores la tecnología de transporte podrá ser ATM, STM, IP, ... • Previsión de arquitecturas “todo IP”. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red Arquitectura “Todo IP” Alternative Access Network Legacy mobile signaling Network Applications & Services *) SCP GGSN Mw CAP Gn Other PLMN Gp CSCF ERAN MT R Gf Um Iu-ps' TE MT R MGCF Gi PSTN/ Legacy/External MGW Nb Mc AAL2) Mc Nc MSC server 2 T-SGW *) Mc 1 2 Iu = Iu (RANAP) Gi GGSN MGW Iu 1 Gc Gn Iu Uu Iu = Iucs (RTP, MRF Gi SGSN Iu UTRAN Mg Mr Gi EIR TE Mm Cx HSS *) Gr Multimedia IP Networks CSCF R-SGW Ms Mh SGSN GMSC server T-SGW *) MAP MAP Applications & Services *) Signalling Interface Signalling and Data Transfer Interface Mh HSS *) R-SGW *) *) those elements are duplicated for figure layout purpose only, they belong to the same logical element in the reference model Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. 73 Núcleo de red Ventajas de las arquitecturas “todo IP”: • Permite crecimiento más flexible que las redes CS tradicionales. • Menor coste de los equipos IP que los equipos ATM de capacidad equivalente. • Mejor aprovechamiento de la capacidad. • Mayor disponibilidad de productos, interfaces, aplicaciones. • Permitirá la convergencia entre distintas redes. Redes y Servicios de Radio. Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos. Núcleo de red Desafíos que deben afrontar las redes “todo IP”: • Calidad de servicio que asegure BW y T, incluso en redes cargadas. • Muchas de las soluciones actuales dedicadas a asegurar QoS para voz sobre IP se basan en el sobredimensionado o en mecanismos privados, no extensibles fácilmente a redes comerciales. • Mejorar la eficiencia espectral en la interfaz radio para VoIP. • Desarrollo de nuevas modalidades de tarifación. Redes y Servicios de Radio. 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