Reti Wireless e Mobili - RWM

Reti Wireless e Mobili - RWM

Gian Paolo RossiReti WM

II - Tecnologie per RWM2.4 Rete Cellulare

INFORMAZIONI SUL CORSO IN NPTLab http://nptlab.dico.unimi.it

Reti Cellulari

• Uso di trasmettitori in bassa potenza. Un telefono cellulare genera 0.6 W, un trasmettitore da auto 3 W);

• Dimensione della cella. Più è piccola maggiore il numero di utenti supportato, minore la potenza all’antenna, la dimensione e il costo del dispositivo;

• Area geografica divisa in celle– Ognuna con la sua antenna– Gestita da una Base Station che comprende transmitter, receiver, e control

unit– Ognuna dotata di un set di frequenze assegnato– Le celle sono organizzate in modo da avere celle adiacenti equidistanti

(hexagonal pattern)

Gian Paolo RossiReti WM

Organizzazione in celle

Il pattern esagonale garantisce il vincolo di equidistanza

Gian Paolo RossiWireless

Frequency Reuse

• Celle adiacenti hanno assegnate frequenze diverse per evitare interferenze e crosstalk;

• Obiettivo di riuso di frequenze in celle vicine– K/N frequenze per cella,

– Controllo della potenza di trasmisione per evitare sovrapposizione di potenza in celle adiacenti

– Il problema è determinare quante celle devono separare due celle con le stesse frequenze


Frequency Reuse


Frequency Reuse

realeteorico

1

1

2

2 3

3 4

4

5

56

71

2

3

45

6

73

45


Scalabilità degli utenti in cella

• Aggiungere canali (frequenze)

• Prendere a prestito frequenze non usate dalle celle adiacenti

• Dividere le celle in celle più piccole. Sistemi attuali con celle inferiori ad 1 km.

• Creazione temporanea di microcelle (le antenne popolano i lampioni della luce)


Architettura di sistema

Antenna,ControllerK tranceivers

Routing,HandoffBilling

Canali diControlloe Traffico

Canali diDownlinke Uplink

BSC/BTS

MTSOMSC


Funzioni di sistema

• Al set up scan su canali di controllo well known

• Ogni BS fa broadcast periodico su canali di set up diversi, stazione seleziona il segnale più potente e anche la BS

• Handshake con MTSO via BS per identificazione e localizzazione

• Ascolto del canale di setup (BS - mobile)

• Se libero, inoltra (mobile-BS) richiesta con numero chiamato

• BS inoltra a MTSO che smista la chiamata


• MTSO invia richiesta alle BS in un intorno dell’ultima posizione del chiamato (paging)

• Ogni BS fa broadcast sul proprio canale di setup

• Il chiamato accetta la chiamata monitorando il canale di setup della sua BS

• MTSO crea un circuito fra le due stazioni

• MTSO seleziona un canale di traffico libero in ciascuna BS

• Ogni BS comunica al mobile il canale scelto

• Il tutto in pochi s

Funzioni di sistema


• Il passaggio di cella è gestito in modo trasparente da MTSO. In AMPS l’handoff richiede circa 300 ms.

• Handoff soft• Handoff hard

Funzioni di sistema


• Hard Handoff - quando una stazione si muove da una BS ad un’altra, MTSO trasferisce la chiamata, senza interruzioni, sulla BS con segnale migliore senza informare il mobile

• Soft Handoff - quando una stazione si muove da una BS ad un’altra, la stazione mantiene entrambe le connessioni attive fino a che un segnale domina sull’altro (secondo parametri di soglia stabiliti a configuration time)

Handoff


Generazioni di sistemi cellulariPrima generazioneAnalogico,FDMAIn AMPS, 832 canali (nominali) da 30 KHz ciascuno in ogni direzioneA 800MHz di 40 cm. Soggetta a multipath fading per ostacoliHard Handoff

Seconda generazioneDigitale,FDMA + TDMAIn GSM, canali da 200 KHz ciascuno in ogni direzione Meno sensibile a fading e con antenne più piccoleHard Handoff

Terza generazioneDigitale,CDMATutta lo spettro di frequenza utilizzabile in tutte le celleSoft Handoff


Prima e seconda generazione

• Digital traffic channels – i sistemi di prima generazione sono puramente analogici; quelli di seconda generazione digitali.

• Encryption – i sistemi di seconda generazione prevedono encryption del traffico dati.

• Error detection and correction – il traffico digitale di seconda generazione beneficia di error detection e correction, migliorando la qualità del servizio.

• Channel access – nei sistemi di seconda generazione i canali sono dinamicamente condivisi dai diversi utenti con tecniche TDMA o CDMA.


Seconda generazione - TDMA

• Numero di canali logici (numero di time slots in frame TDMA) = 8

• Maximum cell radius (R): 35 km

• Frequenza attorno A 900 MHz

• Massima velocità in movimento (Vm) = 250 km/hr

• Massimo ritardo di codifica = circa 20 ms

• Massimo ritardo di diffusione (m) = 10 s

• Banda di 200 kHz (25 kHz per canale)


Ch 2

FDMA/TDMA in GSM

Ch 124 959.8MHz

TDM FRAME

Ch 1

935.4MHz

935.2MHz

124 coppie di canali monodirezionali in frequenza con banda di 200 KHz. In teoria 992 canali ma molti non disponibili per evitare interferenze.Da BS a Mobile 935.2 - 960.0 MHz. Da Mobile a BS 890.2 MHz - 915.0 MHzOgni canale porta 8 connessioni in TDMNon si usa lo stesso time slot per trasmettere e ricevere perché la radio GSM non lo consente e richiede tempo per lo switch.


Slotseparati da guard timedi 30 sec.

959.8MHz

MULTI FRAME 32.500 bit spediti in 120 msec.

Riservato per usofuturo

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 16 17 24 25

0 1 2 3 4 5 6 7

TDM FRAME 1250 bit spediti in 4.615 msec.

000 information synch information 000

Stealingbit

DATA FRAME 148 bit spediti in 577 sec.

CTL

Bit 3 57 1 26 57 1 3

(32.500/120msec.) x 1000 = 270.833 bps gross data rate270.833/8 users = 33.854 bps per user

(114 bit/slot x 24 slot/multiframe)/120 msec. = 22.8 Kbps bit rate utile per user nominali

TDMA in GSM

ID current TxUsed in multipath


Trail bit (3) - servono per sincronizzare le trasmissioni da stazioni poste a diverse distanze dalla BSInformation bits (57+57) - dati utente cifratiStealing bits - dati o bit ‘stolen’ per messaggio di controllo urgenteSynch/ training sequence - in un sistema con propagazione multipath, consentono al ricevente di selezionare il segnale più potente. La sequenza cambia fra celle adiacenti

Usati anche multi frame da 51 slotDedicated channelPaging channel

TDMA in GSM


TDMA in GSM


Canali logici da TDMA frame

0 1 2 3 4 5 6 7


0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2

TS-0 TS-1 TS-2 TS-3 ……… TS-7

Il flusso di TS viene diviso in gruppi di canali dedicati al singolo device eun gruppo condiviso da tutti i device. TS-0 e 1 sono canali condivisi per traffico di

controllo. I canali voce/dati riducono a circa 13 Kbps il traffico per user reale


GSM - Rete radio e rete fissa

Dominio air transmissionTime frame GSM

Dominio rete fissaCanali TDM T1 o E1

L’interfaccia Abis mappa lo schema TDMA di GSM air nello schema TDM di rete fissa


TDM su rete fissa

Canale T1

193 bit ogni 125 sec

Canale 1 Canale 24

Bit 1Framing code

T1 - 193 x 8000 = 1,544 Mbps pari a 24 canali voce da 64 KbpsE1 – 256 x 8000 = 2,048 Mbps pari a 32 canali voce da 64 Kbps

1/2 canali usati per segnalazione


TDM su rete fissa

Multiplexing di canali T1/E1

T2 :: T1 x 4 = 6,176 MbpsT3 :: T2 x 7 = 44,184 Mbps

…..

TDM su fibra ottica – SDH

OC-1 :: 810 byte x 8000 = 51,84 Mbps…..


Trasporto GSM su rete fissa

0 1 2 3 4 5 6 7


Canali di controllo usano uno (o più) slot definiti di 64 Kbps

¼ T1/E1 time slot per traffic channel on air

ABIS interface

RACH commonAGCH commonPCH paging comm.SDCCH dedicatoBCCH bcast

TCH traffico datiFACCHSACCH

Trasmesso per segnalazioni urgenti (handover etc.). Non è frequente e viaggia con traffico TCH agendo su stealing bits

Uplink per riportare misura qualità segnale di cella


Segnalazione per call establishment o SMS

Random Channel gestito a contesa

Trasporto GSM su rete fissa

MS

BSS

TRAU

4 x E1/T164 Kbps PCM

MS

MSC

1 x E1/T113 Kbps

Transcoding and rate adaptation unit


GSM Architettura di rete


L’interfaccia A realizzata con bundle di canali E1 (es. con canali STM-1)

GSM Interfacce fra componenti

MS

BSS 1 BSS 2

MSC 2 MSC 1

A interface

D interfaceC interface

E interface VLRVLR

HLR

ABIS interface


GSM Protocolli di segnalazione

In telefonia i protocolli di controllo (segnalazione) viaggiano su canali separati dai dati

Signaling System number 7 (SS-7) è standardizzato da ETSI e specifico per segnalazione GSM

Media dependent (Ethernet)

SCCP

Mobile Appl.Part usato per queries su

HLR o fra MSC quando e.g. mobile si

sposta

IP, STCP, M3UA

MAP

TCAP

SCCP

DTAP

BSSMAP

SS-7 su IP

MSC to HLRMSC to MSC

MSC to BSSMSC to mobile

Signaling Connection and Cntl Part – molto simile a TCP

BS Subsys. Mob. Appl. Part apre sessioni dedicate con device

Direct Trans. Appl. Part – gestisce negoziazione mobile-MSC e.g. per setup connessione

Transaction Capability Appl. Part definisce modo uniforme di query ogni DB


GSM Interfaccia componenti SMS

MSd

BSS 1 BSS 2

MSC 2 MSC 1

A interface

D interfaceC interface

E interface VLRVLR

HLRSMSC

2

4

3

1: send SMS su canale segnalazione con MSd e SMSC addr (IP addr);2: forward SMS a SMSC; 3: determina location di dest.; 4: consegna SMS a dest;

5: waiting flag in VLR e HLR in caso di mancata delivery


MSs

1

5

GSM Architettura di rete

Mobile Equipment (ME) – include il radio transceiver, i digital signal processors e il modulo di identificazione subscriber (SIM: identità, chiavi encription, network …)

Unità GSM generiche fino ad inserimento delle SIM

Mobile Equipment (ME) – include il radio transceiver, i digital signal processors e il modulo di identificazione subscriber (SIM: identità, chiavi encription, network …)

Unità GSM generiche fino ad inserimento delle SIM


telefono

A/D convertercon compressione(voce 13-7 Kbps) FDM, TDM, CDMA

Modulazione


SIM Card

I/O interface

Processor8-16 bit10 MHz

ROM50 KB

RAM1-3 KB

EPROM16-64 KB

Sim Card

Contiene IMSI e Ki

segreta per fase di autenticazione e cifratura del canale. Inoltre contiene PIN#/PUK#, operatori preferenziali o negati. Ultima location etc.

Programmabile via SIM appl. Toolkit. Ad esempio per servizi di billing personalizzati


IMSI – MCC, MNC, MSIN [15 digit] diverso da # tel.

Base Station Subsystem (BSS)

BSS composta da base station controller (BSC) e uno o più base transceiver stations (BTS)

Ogni BTS definisce una singola cella (100 mt - 35 Km)

– comprende antenna radio, radio transceiver e il link verso il base station controller

BSC riserva le frequenze radio, gestisce handover entro la BSS, e controlla il paging


Network Subsystem (NS)

• NS fornisce il link fra cellular network e PSTN

– Controlla comunicazioni e handoffs fra celle in differenti BSSs

– Autentica utenti e valida account

– Consente il roaming di utenti mobili

NS: Mobile Switching Center

• MSC ha le funzioni di:

– Registrazione di MS alla accensione, autenticazione all’atto della chiamata e gestione location, billing

– Call establishment e call routing fra MS anche in caso di cambio cella con connessione attiva

– Forwarding di SMS

BSS – MSC distanza fino a 100Km. In genere si usano MSC regionali

A interface: usa protocolli BSSMAP e DTAPsu bundle di canali E1/T1. Oggi si usa fibra e SDH

NS Databases

Home location register (HLR) database – contiene le informazioni sull’abbonato (tariffe, codici di identificazione, servizi sottoscritti, info dinamiche come posizione e MSC attuale, …)

Visitor location register (VLR) database – uno per ogni MSC, mantiene le informazioni da HLR relative al subscriber fisicamente nell’area. Interagisce con HLR in caso di roaming.

Authentication center database (AuC) – interviene nelle attività di autenticazione e gestisce le chiavi. In GSM le trasmissioni sono encrypted da MS a BSS, in chiaro su rete wired.

Equipment identity register database (EIR) – tiene traccia delle caratteristiche del dispositivo mobile e la lista nera degli apparati rubati

NS Databases - HLR

Home location register database – l’identificazione di MS avviene mediante IMSI e MSISDN codes

MCC MSINMNC

Int. Mob. Subsc. Identity - IMSI15 digit max

Country Netw. Subscriber Id. Number

CC NUMBERNDC

Mob.Subs.Integr. Serv. Digital Num.15 digit max

Country Dest.Net. Subscriber Id. Number

+

Utile se si cambia numero o si hanno più numeri per device. Complicato quando si cambia operatore e si mantiene il numero

IMSI è internazionalmente unico e viene recuperato da SIM alla accensione. Ciò consente anche l’uso all’estero del device.


1

2

3

45

6

73

45

Location Area Code2735

LAC5823

Cell-ID e LAC diffuse da BSC su canale BCCHLocation Area di circa 20-30 celle per ridurre il traffico di cell updateSu chiamate in entrata ciò impone paging entro LAC da parte di BSC

Mobility e LAC

Nessun update richiesto

update richiesto


Mobility e LAC update

Mobile Device BTS BSC MSC

BCCH: Local polling and Announce LAC ID/frequenc.

Mobile device in idle state

FACCH: UA Ack

Misura segnale60-100 dBm

SACCH: Location update request

Apertura connessione di segnalazione autenticata con ID temporaneo

SACCH: Location update accept

Mobile device in idle state

Se richiesto location update

Update MSC/VLR. HLR in caso di inter MSC update


Mobile Device BTS BSC

RACH: Channel Request Channel Required

AGCH: Channel Assigned (SDCCH x)

Channel Activation (SDCCH x)

Channel Activation Ack

Immediate Assigned (SDCCH x)

Use SDCCH x for signaling

Canale condiviso per aprire segnalazione con BSC e MSC. Collisioni possibili risolte con random t

Canale di notifica

Canale dedicato per segnalazione

Apertura comunicazione GSM

SDCCHavailable

Usato sia per chiamata voce che per SMS

Uso di SDCCH per inviare messaggi DTAP a MSC via BSC

In fase di Paging BSC usa DB interno di celle per diffondere IMSI ricevuto da MSC su LAC

Pagingrequest

PCH: Paging Request

Userrequest


SIGNALING

Mobile Device BTS BSC MSC

Assignment Rq (TCH)BSSMAP


SDCCH : Assignment comd. (frequency, time slot)

Se TCH disponibile in cella

L’assegnazione canale voce è sempre iniziata da MSC per entrambi i peer

Apertura comunicazione GSM

Call establishment su canale di segnalazione

Channel Activated (TCH)

FACCH: SABMFACCH: UA

Scambio locale di verifica che il segnale viene decodificato da BTS.


DATA

FACCH: Assign’nt completeAssignment CompleteBSSMAP

Mobile Device BTS (old) BSC BTS (new) Mobile Device

TCH Channel Activ.


Rilascio canale e update MSC

Intra-BSC Handover

Su connessione esistente, BSCprende una decisione di handover

FACCH: SABM

SACCH: qualità segnale downlink in cella e in celle di LAC

Handover command(freq ch, TS di TCH)

FACCH: H.Cmd.(freq ch, TS di TCH)

Misure qualità segnale uplink

Handover access Handover access Handover access Handover access

FACCH: UA

Establish indication

BSC ridirige chiamata su TCH nuova cella


Misura segnale60-100 dBm

Handover in GSM

Inter-BSC handover: non esistono link fra BSC e dunque è necessario spedire request a MSC che seleziona BSC in base a LAC e cell-ID. MSC riserva nuovo TCH su nuova BSC e invia handover command a MS. MS esegue handover su nuova cella e MSC informa vecchio BSC di switch.

Inter-MSC handover:

BSC

R-MSC

MAP: HRq

MS

A-MSCAnchor and Relay MSC

BSC

1

2 3

TCH Rq/Rp

4

6

5

HandoverCmnd

Handover

7 Notify and close


GPRS

GSM è una rete a circuito; incompatibile con esigenze di traffico dati e incapace di allocare i burst di traffico (e.g. browsing). GPRS è una rete a pacchetto realizzata come rete di overlay su rete GSM

•Data rate teorici a circa 270 Kbps (20 – 40 reali)•Tariffazione su volume traffico e non su durata e consente di rilasciare gli slot idle e l’allocazione è dinamica e funzione del traffico•Riduce il tempo di connessione ad Internet (da 20 sec. a 5 sec, circa)•Connessione che non va rilasciata in assenza di traffico poiché pagata a volume•Se il canale cade per mancanza di segnale, GPRS non deve ristabilire la connessione in quanto indipendente da canale fisico.


GPRS

0 1 2 3 4 5 6 7


GSM/GPRSsignaling

TCHGSM

TCHGSM

PDTCHGPRS

Taglia minima per GPRS = 4 burst GSM

Multislot class Downlink Uplink Sum

8 4 1 5

10 4 2 5

32 5 3 6


GPRS

DATA FRAME di 4 burst ogni 20 msec.

Header DATA

PDTCHGPRS


Data bit per block Transmission speed Kbps

160 8

240 12

400 20

Lo standard EDGE usa una modulazione del segnale radio 8 PSK per ottenere velocità 3 volte superiori (fino a 60 Kbps) e con 9 possibili codifiche in funzione della qualità del segnale

(per arrivare a 270 Kbps)

Header PACCH

Overlay di multiframe con 52 frames GPRS

GPRS

DATA


DATA DATA3 3 5

DATA DATA DATA2 2 7

User State Flag USF – Temporary Flow Identity TFI

USF 3TFIUP 2

ALTRO UTENTE

TFI RILASCIATO A FINE TEMPORARY BLOCK FLOW TBF

DWN

UP

GPRS

DATA


DATA DATA2 3 2

User State Flag USF – Temporary Flow Identity TFI

TFIDOWN 2

ALTRO UTENTE

DWN

GPRS

GPRS channels

PDTCH PACCH PTCCH

Traffico dati Segnalazione per assegnare risorse e spedizione ACK

ControlloTemporizzazione

GSM/GPRS Control channels

BCCH RACH AGCH

Informare MS Su parametri cella(EDGE, operation

mode)

Come in GSMper attivazione

Risposta a RACH con

Timeslot assegnati

PCH

Usato in fasedi paging

PDTCH e PACCH si differenziano da

header del pacchetto contenuto nel timeslot


GPRS

Mobile Device BSS

RACH: Channel Request Pck

PDTCH: Block con Uplink State Flag

Riconfigurazione time slot up/downlink

Identificazione device con TMSI

AGCH: Immediate uplink assignement

PACCH: User data+TMSI

PACCH: Pck timeslot reconfig.

PDTCH: User data+PDTCH/UL+DL

USF usati per indicare a usr quando può accedere a TS


GPRS

request

Allocation Rp

dati

Core Network IP

Core Network IP

GGSN/NATGGSN/NAT

SGSN - Serving GPRS Support Node --- GGSN - Gateway GPRS Support NodeSGSN - Serving GPRS Support Node --- GGSN - Gateway GPRS Support Node

Servizio a circuito e a pacchetto (connectionless) coesistono con ripartizione dinamica della bandaServizio a circuito e a pacchetto (connectionless) coesistono con ripartizione dinamica della banda

InternetInternet

BSC libera TS per PCU e fwd traffico su PCU BSC e PCU si coordinano per uso canali cntl - RACH,PCH, …

Assegna TS UL/DLFlow controlError control, paging

Assegna TS UL/DL, Flow/Error ctl, paging, routing come MSC, routing su altri SGSN, Call Detail Records CDR per billing, chiede IP address

SGSNSGSN

PCUPCUAssegna IP addr dinamici, nasconde mobilità utente a Internet

Tunnel ID


Responsabile di cell update

GPRS – Mobility Management

Mobile Device SGSN HLR

Attach Request (IMSI) Authentication data (IMSI)

Rq Authentication and Ciphering

Authentication ACK

Update Location

Check data

Rp Authentication and Ciphering

Insert Subscriber data

Insert Subscriber data ACK

Update Location ACKAttach accept

Attach complete


GPRS – Apertura sessione

Mobile Device SGSN DNS

PDP context Activation RqAPN: internet-mobile.com

DNS query (internet-mobile.com.0123.345.gprs

DNS Reply 10.2.10.16

PDP context Rq(APN, TunnelID)

Check APN forniti da HLR

Definisce il gateway di accesso servizi Internet(WAP, intranets, Internet trasparente …) attivi

PDP context Rp(IP address per subscriber)

GGSN 10.2.10.16

Mob. Netw. Code

Mob. Country Code

• PDP Packet Data Protocol (e.g. session protocol)• APN Access Point Name• MNC e MCC servono anche a fare roaming con operatori partner. Roaming

sempre ruotato su Home GGSN e poi su GGSN ospite

PDP context Activation Rp(IP address per subscriber)


Terza generazione - CDMA

• Data rate: Rurale outdoor - obiettivo 384 Kbps a 500 Km/h, urbano outdoor - 384-512 Kbps a 120 Km/h, outdoor a piedi - 2Mbps

• Service level Agreement e controllo qualità canale• Handover senza interruzioni fra celle e fra UMTS e

GSM/GPRS• Compatibilità servizi precedenti• Gestione celle di varie dimensioni e servizi di localizzazione


3G-Vantaggi di una rete CDMA

• Frequency diversity – la trasmissione avviene su una banda più larga, dove gli effetti di burst di rumore o fading sono minori sul segnale

• Multipath resistance – i codici di chipping usati da CDMA garantiscono che versioni del segnale soggette a ritardi per uno o più chip interval non interferiscono con il segnale dominante

• Privacy – privacy è intrinseca al fatto che ogni utente è identificato da un unico codice

• Graceful degradation – il sistema scala bene col crescere del numero di utenti


3G - Svantaggi della rete CDMA

• Self-jamming – la ricezione in BS di segnali da diversi utenti non sono allineate, a meno di utenti perfettamente sincronizzati

• Near-far problem – i segnali più vicini al ricevente hanno minor attenuazione e risultano di più facile ricovero di quelli lontani. Dunque in CDMA è molto importante la funzione di controllo della potenza del segnale

• Soft handoff – richiede che il dispositivo mobile acquisisca una nuova cella prima di rilasciare la vecchia; l’operazione è di maggior complessità rispetto ad hard handoff


Architettura rete 3G – Release 99

SGSNSGSN GGSNGGSN InternetInternet

RNC - Radio Network Controller -- GMSC - Gateway MSCRNC - Radio Network Controller -- GMSC - Gateway MSC

RNCRNC

UEUE

Rete Dati con change minimi su GPRS

Node BNode B

BTSBTS

Radio Network System

HLR/AuC

exBTS-Mod/demodUtilizzo codici

Cntl qualità e potenza

exBTS-Mod/demodUtilizzo codici

Cntl qualità e potenza

Gestione chiamataControllo caricoGestione codici

Handover. exBSC

Gestione chiamataControllo caricoGestione codici

Handover. exBSC

BSCBSC

Rete Voce a pacchetto

PSTN/altro operatore

PSTN/altro operatoreMSCMSC GMSCGMSC

SW update per nuova Iu-Interface su MSC

SW update per nuova Iu-Interface su MSC

SW update e I/O cardSu apparati di rete

SW update e I/O cardSu apparati di rete

MSC

Rete con connessioni E1 su timeslot da 64 Kbps

Rete CDMA - 384Kbps DL128 Kbps UL

Rete IP


PCUPCU

Architettura rete 3G - Release 4

SGSNSGSN GGSNGGSN InternetInternet

RNC - Radio Network Controller -- MSC-S Server MSC, M-GW - Gateway MSCRNC - Radio Network Controller -- MSC-S Server MSC, M-GW - Gateway MSC

RNCRNCUEUE

UEUE

Rete Dati

Node BNode B

Node BNode B


HLR/AuC

RNCRNC

Rete Voce a pacchetto


PSTN/altro operatoreM-GWM-GW M-GWM-GW

Gestione mobilità Controllo chiamataGestione mobilità Controllo chiamata

MSC-SMSC-S MSC-SMSC-S

Con

trollo C

on

ne

ttività

Connettività e trasporto Gestione codifica PCM/AMR

Connettività e trasporto Gestione codifica PCM/AMRMSC

Rete a pacchetto (su ATM, Ethernet)

Rete a circuito su canale radio

Rete IP


HSDPA

High Speed Downlink Packet Access – fino a 14.4 Mbps nominali ma dipendenti da molti fattori

Obiettivo - aumentare il bit rate sul canale di downlink per favorire la crescita di servizi multimediali

Tecnica adottata - passare dalla codifica QPSK (con 4 valori discreti) a 16 QAM (con 16 valori)

Problemi da affrontare:- maggior sensibilità alla qualità del canale radio- sofisticate tecniche di trasmissione e ritrasmissione


3G - Release 5, verso 4G

SGSNSGSN GGSNGGSNUEUE

Rete Dati

Node BNode B


SuperHLR

Apre e gestisce sessioni SIP end-to-end

Apre e gestisce sessioni SIP end-to-end

RNCRNC

HSDPA High SpeedDownlink Pck. Access



M-GWM-GW

Full IP network – end-to-end

InternetInternet

Circuit Switched or Rel.4

Circuit Switched or Rel.4

CSCFCSCF

IMS - IP Multimedia Subsystem, Call Session Control Function - CSCF

Altre Rel. 5 networks

Altre Rel. 5 networks


Terza generazione - CDMA

Long Term Evolution - 4G LTE


Local Storage

Documento di riferimento



HSS – Home Subscriber ServerMME - Mobility Management EntityP-GW - Packet Data Network GatewayPCRF - Policy Control and Charging Rules FunctionS-GW – Serving GatewayNAS – Non Access Stratum

Decide/autorizza le regole di cntl su data flow

in base a profilo

Decide/autorizza le regole di cntl su data flow

in base a profilo

Profile, roaming restr., APN/IP permitted,

current MME, authent.

Profile, roaming restr., APN/IP permitted,

current MME, authent.

Signaling UE-CNLocat.track, pagingUE context, IDLE

Signaling UE-CNLocat.track, pagingUE context, IDLE

Anchor in eNB-eNB moveBuffer in handover

Anchor in eNB-eNB moveBuffer in handover QoS and rules enforc.

QoS bearer manag.QoS and rules enforc.

QoS bearer manag.

Local Storage



RRC – Radio Resource ControlRLC – Radio Link ControlPDCP – Packet Data Convergence ProtocolEPC – Evolved Packet Core

Evolved Packet System BearerConnessione virtuale fra UE e PDN-GW con specifici requisiti di QoS

LTE - Access Network


RRM – Radio Resource Management

RRM – bearer cntl, admission cntl,

mobility mangt., scheduling, resource all. up/downlink

Header CompressionConnectivity to EPC

RRM – bearer cntl, admission cntl,

mobility mangt., scheduling, resource all. up/downlink

Header CompressionConnectivity to EPC

LTE – User Plane


PDCP - Pack. Data Convergence ProtocolHeader compression e sequencing su radio bearer

RLC – Radio Link Control ProtocolARQ fragmentation protocol con ACK e NACK

su frame di 11 B

LTE – Control Plane


NAS – Non Access Stratum

SCTP – Stream Control Transmission Protocol

RRC – Radio Resource Control ProtocolLivello 3, attiva radio bearer e configura livelli inferiori

LTE – SCTP


SCTP – Stream Control Transmission ProtocolApplicazioni multimediali sono composte da molte componenti separate e con

controllo autonomoOgni componente può avere IP destinazione diverso

Tutto è multiplexed su unica connessione SCTP che separa ogni flusso in Chunk autonomi con proprio header e controllo

Chunk oriented sequencing e controllo, diversamente da TCP, con Selective-ACKSlow start e congestion avoidance ereditato da TCP.

Ritrasmissione di chunk dopo 4 S-ACK missing

RFC 4960, 3286

LTE – QoS e EPS bearers


Ogni UE può essere attivo su flussi con diversa QoS (VoIP, web, etc)Minimum Guaranteed bit rate (GBR) bearer, con assegnate risorse in base a specifici

valori di QCI (QoS Class Identifier)Non-GBR bearer

Allocation Retention Priority (ARP), specifica politiche di pre-emption in caso di congestione

LTE – QoS e EPS bearers


Ad ogni hop si creano le tabelle per mappare ogni bearer sul prossimo hop. Si usano Traffic Flow Template (TFT) per up/downlink e Tunneling End ID (TEID)

Un TFT contiene – Source addr. e mask, IP protocol selector, Source e destination port, IP security par., IP TOS, bearer QCI

Implementazione con MPLS

LTE – bearer establishment


LTE – handover


Reti Wireless e Mobili - RWM

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