El BSS basado en IP y el servidor de red de radio de Ericsson

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1 El BSS basado en IP y el servidor de red de radio de Ericsson Niilo Musikka y Lennart Rinnbäck El sistema de estación base basado en IP (IP BSS) está diseñado para apoyar a redes de acceso de radio tanto GSM BSS como TDMA-EDGE (EGPRS-136). Este da un camino que ha de prevalecer en el futuro a la red de acceso de radio GSM EDGE (GERAN), ya que ha sido optimizado para gestionar una mezcla de datos (GPRS y EDGE) y servicios de tiempo real, tales como tráfico de voz. Los autores describen la arquitectura del IP BSS, la funcionalidad principal de los elementos de la red, y las características principales de esta nueva solución de acceso de radio. Arquitectura del sistema El sistema de estación base basado en el protocolo Internet de Ericsson (IP BSS) está instalado en una arquitectura de pasarela de servidor o sea que los elementos de red que gestionan la carga útil están separados de los servidores que controlan el tráfico. Toda la conmutación es gestionada dentro de la red IP. El IP BSS consiste de cinco partes principales (Figura 1): el servidor de red de radio (RNS); la estación base de radio (); la pasarela BSS (GW); la red IP de tiempo real; y el sistema de operación y mantenimiento (O&M), que incluye la gestión de subred. La introducción de IP no da lugar a ningún cambio funcional percibido a servicios de voz y de datos. El IP BSS apoya a servicios GSM standard y protocolos de interfaz de aire, y conecta al núcleo de la red por medio de interfaces standard ETSI y ANSI. Funcionalidad de las partes principales RNS En el IP BSS es el servidor de red de radio que gestiona toda la lógica de red de radio y el control de llamadas. Por lógica de red de radio queremos decir la elección de celdas para estaciones móviles (MS) que se encuentran en modo activo, y canales de interfaz de aire. El servidor de red de radio tiene la responsabilidad de establecer y terminar conexiones entre una estación móvil y el centro de conmutación de servicios móviles (MSC); coordinar la asignación de canales de tráfico; y controlar el traspaso. También distribuye la radiobúsqueda a todas las celdas que pertenecen a un área de posición (LA) o a un área de controlador de estación base (BSC). No se encamina nada de datos de carga útil por el servidor de red de radio. La red IP gestiona toda la conmutación, o más correcto, el encaminamiento. Otra funcionalidad RNS incluye el control de la pasarela, la optimización de datos de comportamiento, y la configuración de estaciones base de radio. Para servicios generales de radio por paquetes (GPRS) es el servidor de red de radio que asigna recursos de canales de radio que se han de usar por la estación base de radio. También tiene la responsabilidad de la entidad de señalización al CUADRO A, ACRONIMOS 3GPP ANSI API AU BSC BSS BSSAP BTS CIC CM CMH CORBA CPCI CRM DHCP DiffServ DSCP DTX EDGE E ETSI Third-generation Partnership Project American National Standards Institute Application program interface Application unit Base station controller Base station system BSS application part Base transceiver station Circuit identity code Configuration management Connectionless message handler Common object request broker architecture Compact peripheral component interconnect Cell resource manager Dynamic host configuration protocol Differentiated services Differentiated services code point Discontinuous transmission Enhanced data services for global evolution Embedded element manager Element manager European Telecommunications Standards Institute FM G GERAN GO GPRS GSM GW HDLC IP IRP J2SE JNDI JVM LAN MAC MGW MIB MIM MO MPPP MS MSC NLS NM O&M Fault management Generic Ericsson magazine GSM EDGE radio access network Global object General packet radio service Global system for mobile communication Gateway High-level data link communication Internet protocol Integration reference point Java 2 standard edition Java naming and directory interface Java virtual machine Local area network Media access control Media gateway Management information base Management information model Managed object Multilink PPP Mobile station Mobile services switching center Name lookup service Network management system Operation and maintenance OS Operating system PDH Plesiochronous digital hierarchy PHB Per-hop behavior PM Performance management PPP Point-to-point protocol QoS Quality of service Radio base station RFC Request for comments RLC Radio link control RNS Radio network server SCB-RP Support and connection boards with integrated regional processors SCCP Signaling connection control part SGSN Serving GPRS support node SNM Subnetwork manager SS7 Signaling system no. 7 STM Synchronous transfer mode TCP Transmission control protocol TDMA Time-division multiple access TRC Transcoder controller TRX Transceiver UDP User datagram protocol UMTS Universal mobile telecommunications system UTRAN UMTS terrestrial radio access network WAN Wide area network 224 Ericsson Review No. 4, 2000

2 nodo de apoyo (SGSN) de envuelta GPRS. El servidor de red de radio gestiona de esta manera la autoconfiguración y trata el protocolo datagrama de usuario (UDP) y puntos finales IP relacionados con el SGSN. Gestión de subred OSS ILM La estación base de radio, que incluye funciones de transmisión y recepción para el interfaz de aire, es controlada por el RNS cuando se establecen llamadas de voz a estaciones móviles. Las tramas verdaderas de voz se envían directamente al transcodificador en la pasarela. Los parámetros básicos de software y hardware se establecen en el sistema de operación y mantenimiento. Los fallos que ocurren en placas de circuitos y otro hardware explícito se comunican directamente a este sistema. Aparte de informes sobre capacidad perdida, no se hacen informes al servidor de red de radio. El servidor de red de radio ordena la configuración de los recursos físicos que representan una celda. Para gestionar el servicio de paquetes GPRS/EDGE, incluye la estación base de radio un control de enlace de radio (RLC) y un control de acceso de medios (MAC), que gestionan tráfico de datos en paquetes a y del SGSN y estaciones móviles. La estación base de radio incluye también un encaminador IP integrado que distribuye paquetes interiormente y que puede ser usada para conectar varias estaciones base de radio en una configuración en cascada. RNS MSC Figura 1 Arquitectura de sistema. Control de radio Red IP Pasarela BSS A Gb SGSN Pasarela BSS La pasarela está compuesta de una pasarela de medios y un sistema de señalización No. 7 (SS7). La pasarela de medios tiene la responsabilidad de bancos de transcodificadores que gestionan habla y servicios de datos de circuitos conmutados; participa en traspaso; y conecta transcodificadores a un circuito determinado en el interfaz. A petición por el servidor de red de radio, un gestor de recursos en la pasarela de medios asigna recursos y establece o conmuta conexiones. La pasarela SS7 gestiona señalización SS7 al centro de conmutación de servicios móviles y distribuye mensajes de parte de aplicación BSS (BSSAP) a la entidad correcta (procesador) en el servidor de red de radio. El protocolo de control de transmisión /protocolo Internet (TCP/IP) es usado para la señalización de mensajes BSSAP entre la pasarela SS7 y el servidor de red de radio. El sistema O&M es usado para cargar software a y configurar los bloques de construcción de la pasarela. Figura 2 Sistema de operación y mantenimiento. Cliente Red IP GW Gestión SNM para RAN RNS NMS SNM para gestión de capa IP SNM para gestión de transmisión RXI 820 Cliente DXX/ MINI-LINK Sistema O&M La funcionalidad O&M está incorporada en los gestores de subred dedicados (SNM) y los elementos de red (Figura 2). Cada elemento de red incluye de esta manera su propio gestor de ele- Cliente Ericsson Review No. 4,

3 Figura 3 Caso de tráfico: llamada a una estación móvil. mentos. TCP/IP es usado para toda la comunicación de gestión. Se proporcionan varios medios de comunicación para la comunicación entre elementos de red y el sistema O&M por ejemplo, los elementos de red contienen páginas Web que pueden ser leídas por cualquier hojeador con los derechos de acceso apropiados. También se ha provisto de un interfaz de línea de mando. Los gestores de elementos interoperan con el gestor de subred por un interfaz que ha sido basado en la arquitectura de agente facilitador de petición de objetos comunes (CORBA). El gestor de subred puede integrar datos de comportamiento fragmentados sin tratar a una sola imagen coherente para presentación al operador. Aparte de las estaciones base de radio, cuyos parámetros de celda son configurados por el servidor de red de radio, se configuran todos los elementos de red por el sistema O&M ó por ellos mismos. Las suscripciones entre un elemento de red y el gestor de subred pueden ser establecidas para hacer que el elemento de red de eventos que permiten el mantenimiento de estadísticas de tiempo real. Esta capacidad puede ser usada para obtener una vista general del número de llamadas por celda, o para la localización de averías local. El IP BSS es simple para instalar y facilita la instalación de numerosos nodos. Cuando el elemento de red es conectado a la red de transmisión, empieza éste a detectar parámetros de transmisión. Después se configura a sí mismo (capas 1 y 2) como corresponde. Después se puede establecer una conexión IP entre el elemento de red y la red IP. El elemento de red se comunica con los servidores de red IP para obtener direcciones IP y otros datos que le permitan comunicarse por la red IP. Señalización Carga útil IP GW SS7GW MGW MSC RNS Y por último, el elemento de red es configurado según el plan de red de radio especificado (o sea, que carga regulaciones de parámetro de celda, tales como frecuencia y niveles de potencia). El sistema O&M incluye una función de gestión de capa IP que es usada para la gestión de la red IP. Las implementaciones para red IP para sistemas sin hilos están compuestas de numerosos nodos, o únicos o integrados en estaciones base de radio. Para atender a la necesidad de una gestión rentable y a gran escala, ha desarrollado Ericsson el gestor de capas IP 1, que incluye apoyo para la configuración automática de redes móviles basadas en IP a gran escala. También incluye un medio sofisticado de gestionar el comportamiento de la red IP, para apoyar sesiones de tiempo real de punto a punto para aplicaciones y señalización sensible a retardos. Red IP de tiempo real La red IP gestiona todo el encaminamiento en el sistema. Las características de calidad de servicio (QoS) (servicios diferenciados, DiffServ) permiten que se pueda llevar tráfico de tiempo real con un mínimo de retardo. Si no se pueden proveer servicios diferenciados, entonces se debe dimensionar el ancho de banda para dar un mínimo de retardo para tráfico de tiempo real. La red IP usa encaminadores de tiempo real que han sido perfeccionados lo más posible para los requisitos de tráfico de datos y voz sin hilos. 1 El encaminador de tiempo real RXI 820 de Ericsson fue diseñado específicamente para cumplir con los requisitos en esta parte de la red. Caso de tráfico simple: una llamada a una estación móvil Llega un mando de búsqueda por el interfaz A a la pasarela SS7. La pila completa SS7 se termina en la pasarela (el RNS no necesita incluir una pila SS7) y el mando de búsqueda se envía por el TCP/IP al servidor de red de radio, que distribuye el mando de búsqueda a las estaciones apropiadas base de radio (Figura 3). Una estación base de radio detecta una petición de canal y envía una señal al servidor de red de radio. El servidor de red de radio elige un canal de radio dedicado y dirige la estación móvil a éste. El servidor de red de radio envía también una señal a la pasarela SS7, donde le da instrucciones de establecer una parte de control de conexión de señalización (SCCP) al centro de conmutación de servicios móviles. La estación móvil empieza después a enviar informes de medición por el canal dedicado. La estación base de radio envía estos informes de medición al servidor de red de radio y envía sus propias mediciones para evaluación adicional. El centro de conmutación de servicios móviles asigna un código de identidad de circuito (CIC) en el interfaz A y envía señal de ésto al servidor de red de radio (por medio de la pasa- 226 Ericsson Review No. 4, 2000

4 rela SS7), que da instrucciones a la pasarela de medios de asignar un transcodificador. La pasarela de medios conecta el transcodificador al CIC. El servidor de red de radio informa también a la estación base de radio y al transcodificador sobre las direcciones IP de sus colegas. Ahora se puede intercambiar la llamada. Beneficios para el operador Arquitectura del sistema La arquitectura del sistema IP BSS ha sido diseñada para gestionar servicios multimedia de tiempo real de tercera generación, GPRS y EDGE, y voz por IP. Puede ser conectada a un núcleo de la red de segunda generación por medio de interfaces A y Gb, y a un núcleo de la red de tercera generación por medio de interfaces Iu (UTRAN). El IP BSS constituye así un paso grande hacia la Internet sin hilos y todas las redes IP. La arquitectura basada en servidor separa el control de la carga útil, lo que significa que cada plataforma ha sido adaptada a necesidades específicas. El servidor de red de radio es un nodo de control y la pasarela gestiona la carga útil. La sencillez de la tecnología IP tradicional sin conexiones sirve para crear un transporte eficaz de paquetes, ya que no se necesita señalización para establecer conexiones. Transmisión El paradigma IP ofrece un importante grado de flexibilidad, gracias a su estructura en capas. En efecto se puede usar cualquier tecnología física y de capa de enlace. Por esto se pueden introducir tecnologías de capa de enlace nuevas y perfeccionadas lo más posible sin afectar el software de aplicación del IP BSS. Al usar IP es posible dimensionar el ancho de banda según el tráfico verdadero, en vez de por asignación de valor máximo. Esto produce ahorros importantes en términos de transmisión para tráfico GPRS ó EDGE en ráfagas, así como para tráfico de voz que es transmitido por medio de transmisión discontinua (DTX). Los encaminadores integrados en la estación base de radio y los encaminadores independientes en los centros axiales pueden producir ahorros adicionales en la transmisión. Se puede usar un encaminador como dispositivo de agregación al agregar tráfico de varios transceptores en el encaminador integrado en la estación base de radio; y agregar tráfico de varias estaciones base de radio en un centro axial. Dependiendo en el alcance de la agregación, es menos el requisito de ancho de banda subsiguiente que la suma de los enlaces individuales de las estaciones base de radio. Los encaminadores pueden ser usados en vez de controladores de estaciones base a distancia. La planificación de servicios diferenciados (en los encaminadores) distingue el tráfico según prioridad, lo que aumenta aún más el uso de los enlaces. También se puede simplificar la gestión de transmisión en la red de acceso de radio: en vez de gestionar intervalos de tiempo de jerarquía digital plesiócrona individual (PDH), se puede extender el ancho de banda en la red BSS independientemente de los transceptores (TRX). Si se usa una buena herramienta de comprobación, se pueden poner en servicio nuevos transceptores en sitios de estaciones base de radio sin tener que coordinar esta acción con extensiones de la red de transmisión. Otros servicios basados en IP pueden ser conectados fácilmente a la misma red de acceso por ejemplo, para usar capacidad de reserva y reducir costos. Sin embargo se debe tener cuidado de garantizar la calidad de servicio de la red de acceso de radio. O&M La arquitectura de operación y mantenimiento distribuida basada en Web asegura accesibilidad y uso cómodo para el usuario con menos dependencias entre nodos. El operador puede acceder a cualquier estación base de radio, servidor de red de radio, o pasarela desde cualquier terminal. Ya que cada estación base de radio tiene su propia dirección IP, es posible conectar a ésta directamente, para determinar la causa del problema. Se ha introducido una red de área local (LAN) para operación y mantenimiento en el sitio de estación base de radio. La LAN es una conexión Ethernet del encaminador integrado en el BSS para conectar otro equipo de sitio que implementa su propio O&M basado en IP. Todos los productos IP BSS apoyan un alto nivel de funcionalidad instantánea para reducir a un mínimo el costo de instalación y operación. Durante las horas de poco tráfico, hay un mayor ancho de banda disponible para operación y mantenimiento. En efecto se puede usar todo el ancho de banda para señalización O&M cuando hay poco tráfico. Durante la noche, por ejemplo, se puede usar capacidad sobrante para cargar software a estaciones base de radio. Para la gestión de fallos y comportamiento puede definir el operador filtros y funciones de abono para especificar el tipo de datos que cada elemento de red ha de enviar al gestor de subred. Esto es especialmente útil para la comprobación de ciertos elementos de red. Los puntos de referencia de integración (3GPP ó específico de Ericsson) son usados para la comunicación desde el gestor de subred al sistema de gestión de red. Todos los datos de configuración son almacenados en los elementos de la red, asegurando por eso que los datos se encuentran siempre actualizados y consecuentes. No se mantienen copias de los datos en otras partes del sistema O&M. Sin embargo, si se nece- Ericsson Review No. 4,

5 Figura 4 Encabezamiento IP. sita para mejorar el comportamiento, o por algún otro motivo se pueden almacenar datos en el gestor de subred. Transporte IP El desafío Las características de la red de acceso de radio para sistemas de estación base GSM y TDMA- EDGE son las siguientes: Una gran parte del tráfico es tráfico de voz de tiempo real y sensible a retardo. La transferencia de este tráfico se hace en pequeños paquetes de 35 octetos, donde cada paquete incluye una trama de habla. Los paquetes que contienen datos best-effort son normalmente mucho más grandes (más de 500 octetos). Los anchos de banda disponibles en enlaces en la red de acceso de radio especialmente en los últimos pocos kilómetros a estaciones base de radio son muy bajos (menos de 1.5 a 2 Mbit/s). Estos enlaces son también caros para arrendar en muchos mercados. Una red típica de acceso de radio consiste de varios cientos de estaciones base de radio, cada una de las cuales debe tener un reloj estable de sincronización de red para poder cumplir con los rigurosos requisitos para la generación de frecuencias de radio. La solución La solución de Ericsson para el IP BSS destaca diferenciación de calidad de servicio por prioridades de retardo y dejar caer (arquitectura de servicios diferenciados); poco retardo, gracias al uso de tamaños de paquetes homogéneos (los paquetes largos se Versión IHL DSCP CU Longitud total Marcas de referencia Ident. Dif. en intervalo de fragmento Tiempo a cinco Protocol Dirección de fuente Suma de control de encabezamiento Dirección de destinación Opciones Relleno descomponen a fragmentos más pequeños por medio del protocolo de punto a punto de enlaces múltiples, MPPP); eficacia de ancho de banda usando condensación de datos de encabezamiento TCP/UDP; el tráfico de inspección desbordamiento es desechado; y gestión de capa IP con un alto grado de automatización para la gestión de configuración y la comprobación de comportamiento. 1 Diferenciación de calidad de servicio La red IP BSS gestiona varios flujos de corrientes de tráfico (condensación de datos de habla, GPRS, señalización de tráfico, y señalización de red). Debido a que la índole de cada corriente de tráfico es única, se debe enviar cada corriente de forma independiente en los nodos de la red. Por consiguiente, la red IP BSS usa servicios diferenciados, como se define en RFC En una red DiffServ, los encaminadores envían los paquetes de distintas corrientes de tráfico según el comportamiento por salto asignado a los paquetes. Un punto de código de servicios diferenciados (DSCP) en el encabezamiento IP de cada paquete (Figura 4) indica el comportamiento por salto. Las aplicaciones que producen paquetes IP los marcan con un DSCP según el nivel de servicio que requiere la aplicación. La tasación, el dejar caer y la programación están optimizados en los encaminadores para dar un buen servicio de voz y para llevar al máximo el uso de recursos disponibles de ancho de banda. Por ejemplo, una gran parte del ancho de banda puede ser asignado a operación y mantenimiento cuando no se encuentran en curso servicios de usuario final de prioridad más alta. Los operadores pueden configurar la correlación de clases de servicio de usuario final a colas. Sin embargo no se pueden configurar las clases de servicio para funciones internas IP BSS. Poco retardo usando tamaños de paquetes homogéneos En enlaces de bada angosta se deben descomponer los paquetes largos a fragmentos más pequeños, para que no queden retardados los paquetes de habla. Los paquetes se descomponen a fragmentos en la capa de enlace, usando el PPP de enlaces múltiples (Figura 5). Si se debe fragmentar más de una clase de Diff Serv, se puede completar el PPP de enlaces múltiples con la extensión de clase múltiple MPPP, para dar una separación óptima entre clases de calidad de servicio fragmentadas. Eficacia de ancho de banda usando la condensación de datos de encabezamiento TCP/UDP El encabezamiento UDP/IP (28 octetos) debe ser condensado para obtener una transmisión eficaz. La condensación de encabezamiento 228 Ericsson Review No. 4, 2000

6 Sólo PPP Voz 2 Video 3 Datos 1 Retardo máx. de voz Tráfico de entrada Programador de capa PPP Tráfico de salida PPP + MPPP Voz 2 4 Video 3 Datos 1 Retardo máx. de voz Tráfico de entrada Programador de capa PPP Tráfico de salida Figura 5 Fragmentación. UDP/IP reduce el encabezamiento a justo 5 a 10 octetos, inclusive el PPP y la cabecera de comunicación de enlace de datos de alto nivel (HDLC). La técnica de condensación de encabezamiento se describe en RFC Inspección desechar el tráfico de desbordamiento En el borde de la red DiffServ IP se agrupa el tráfico en clases de calidad de servicio. El tráfico se compara también a contratos de tráfico definidos, para determinar si ha de ser admitido a la red. Sin embargo, en lo que se refiere al sistema de estación base, se confía en todas las aplicaciones que envían tráfico a la red de estaciones base o pasarelas. El papel de los mecanismos de contrato de tráfico se puede reducir de esta manera al de gestionar casos de error. A cada unidad de generación de tráfico definida (tal como una estación base de radio) se le asigna un máximo de ancho de banda que nunca debe sobrepasar. Implementación homogénea de encaminadores de tiempo real en la red IP Ericsson está implementando la misma tecnología de encaminador de tiempo real por toda la red IP para garantizar que los servicios sensibles a retardo sean gestionados de una manera perfeccionada lo más posible. Además del RXI 820 independiente, está integrado el encaminador de tiempo real de Ericsson en la estación base. En las versiones posteriores se integrará también en pasarelas. Esta implementación homogénea de encaminadores de tiempo real en la red IP garantiza un comportamiento de tiempo real de punto a punto perfeccionado lo más posible. Del mismo modo, hace posible una solución O&M homogeneizada para todos los componentes IP; y una instalación rápida de nuevas funcionalidades por medio de adiciones de software simultáneas por toda la red sin afectar la interoperabilidad. Donde la interconexión está relaciona con los encaminadores de otros fabricantes, se debe hacer una distinción entre interoperabilidad y comportamiento de tiempo real: la interoperabilidad es un asunto de normas, mientras que el comportamiento de tiempo real depende de la implementación. La solución de Ericsson, que está basada completamente en normas de industria abiertas, garantiza un comportamiento de tiempo real de punto a punto sin introducir enlaces débiles en la cadena de encaminadores. Migración Al sistema actual de estaciones base de Ericsson se le pueden hacer adiciones para llegar a ser un IP BSS. Las adiciones consisten de introducir el servidor de red de radio; introducir una nueva tarjeta de interfaz para IP en la 2000; y hacer adiciones al controlador de estación base y el controlador de transcodificador (BSC/TRC) para funcionar como una pasarela y para permitir que se conecte a la red IP. El BSC/TRC combinado (Figura 6) funciona como una pasarela a estaciones base de radio habilitadas a IP y a servidores de red de radio, y como un BSC/TRC ordinario para estaciones base de radio que usan modo de transferencia Ericsson Review No. 4,

7 Figura 6 Evolución del subsistema de estación base. BSC/TRC (AXE) RNS A (PCM) A (SS7) Gb (FR) Gb (IP) SGSN MSC SGSN NMS/SNM con adiciones a IP Nuevo para comunicación IP con comunicación STM síncrono (STM). En una versión posterior se implementará la funcionalidad de pasarela en la plataforma de paquetes Cello que se usa en las redes móviles de tercera generación de Ericsson. 2 Los operadores de un sistema de estación base de Ericsson pueden reusar de esta manera una gran parte de su equipo instalado cuando hacen adiciones al IP BSS. El sistema O&M es el mismo tanto para el IP BSS como para los sistemas actuales de estación base. El servidor de red de radio La estructura del servidor de red de radio está dividida en tres capas principales con capas subordinadas: software de aplicación; software de sistema; y plataforma de hardware. Una capa más alta depende en general sólo en los servicios que se dan por la capa que se encuentra inmediatamente por debajo. Las aplicaciones RNS dependen de los servicios provistos por el interfaz de programa de aplicación de la plataforma de software de sistema. El número y tipo de procesadores y los medios de comunicación entre procesadores están ocultos de las aplicaciones. Beneficios El servidor de red de radio está basado en la plataforma de servidor TSP de Ericsson. Esta plataforma puede adaptarse rápidamente a nuevas tecnologías, gracias a sistemas operacionales, tarjetas procesadoras, y componentes según las normas empleadas por toda la industria. El uso de APIs comunes y lenguajes de desarrollo según las normas empleadas por toda la industria aseguran una estructura abierta, portabilidad, y la capacidad de incorporar componentes adquiridos. El software de sistema y el sistema operacional Solaris forman el entorno de ejecución. El software de sistema oculta la arquitectura de procesamiento subyacente de aplicaciones. Se pueden hacer adiciones al software durante la operación. La plataforma de hardware consiste de una aglomeración de procesadores de alto comportamiento. La infraestructura física de repisas provistas de tarjetas procesadoras y conmutadores Ethernet duplicados da adaptabilidad y alta disponibilidad. Todas las tarjetas pueden ser reemplazadas (reemplazadas durante la operación) mientras que el sistema se encuentra en funcionamiento. El servidor de red de radio es un sistema robusto y tolerante a fallos que ha sido diseñado especialmente para aplicaciones de telecomunicaciones. La aplicación está dividida en unidades pequeñas de software que se distribuyen por la plataforma de procesamiento. Este enfoque modular da flexibilidad a los operadores al configurar para distintos escenarios de redes. La distribución dinámica de carga forma la base de un uso eficaz de los recursos de procesamiento. Si falla un procesador, se vuelven a poner en funcionamiento rápidamente las unidades de aplicaciones afectadas en otros procesadores, lo que significa realmente una operación continua. Plataforma de hardware La plataforma de hardware está basada en el almacén (repisa) genérico de Ericsson con dos tarjetas de apoyo y conexión con procesadores regionales integrados (SCB RP). Las tarjetas van provistas de conmutadores Ethernet. Los procesadores están conectados por medio del plano posterior a los conmutadores Ethernet para la comunicación duplicada de 100 Mbit/s entre procesadores (Figura 7). La jerarquía de conmutación tiene dos niveles. Las tarjetas SCB-RP con conmutadores de nivel 1 están colocadas en cada extremo de una repisa. Los conmutadores Ethernet de nivel 2 interconectan las repisas por medio de enlaces 1000Base-T en una configuración en estrella. Aparte de los conmutadores contiene cada repisa tarjetas de interfaz para la comunicación externa y distintas tarjetas de procesador. La configuración más pequeña está compuesta de una 230 Ericsson Review No. 4, 2000

8 sola repisa esta configuración se puede extender para abarcar varias repisas. Las tarjetas de interfaz tienen enlaces 100Base-Tx al encaminador externo (RXI 820), que tiene interfaces de red de área amplia (WAN) para conectar a otros nodos IP BSS. El número de tarjetas de interfaz depende del ancho de banda que se necesita para la señalización externa. Las tarjetas de procesador están compuestas de tarjetas UltraSPARC cpci unidas a tarjetas adaptadoras que dan conversión mecánica al plano posterior G. Dos procesadores sirven como tarjetas de control de nodo (uno activo y uno en modo de posición de espera). Un procesador por repisa sirve del mismo modo como el servidor de reintroducción de las instrucciones iniciales. Los otros procesadores no tienen discos, aparte de éstos. La alimentación de potencia doble de 48 V CC es distribuida por medio de las tarjetas SCB RP al plano posterior. La tensión se transforma en cada tarjeta según su nivel específico y los requisitos de potencia. Todas las tarjetas apoyan capacidades reemplazables durante la operación. Las repisas G son apiladas en un armario standard Ericsson BYB Software de sistema La estructura de la plataforma de software ha sido dividida en capas múltiples (Figura 8). La capa inferior consiste del sistema operacional Solaris. El servidor de red de radio, que ha sido desarrollado sobre todo en Java, explota la adaptabilidad de la plataforma de edición standard Java 2 (J2SE) o sea que incluye apoyo para concurrencia, distribución, gestión de memoria, carga de códigos, y comunicación IP. Encima de la plataforma Java 2 se han dividido distintos servicios de plataforma de software a una capa de control de ejecución, una capa de interacción, y una capa de servicios de sistema. La capa de coordinación gestiona hebras, trabajos de colas, detecta bloqueos, y protege contra sobrecargas. Enlaces 100Base T para interconexión de repisas Tarjetas de conmutación Ethernet nivel 2-48V Capa de control de ejecución La capa de control de ejecución, que usa algunos de los servicios provistos por el software personalizado Ronja/DPE 4, da funciones a la capa de aplicaciones para alta disponibilidad, de una manera que reduce al mínimo el impacto en la aplicación. Las aplicaciones ejecutan en una máquina virtual e ignoran la arquitectura de procesamiento subyacente. La capa de control de ejecución da los siguientes servicios: las aplicaciones pueden ser divididas en unidades de aplicación más pequeñas (AU), que pueden instalarse fácilmente en distintas combinaciones en procesadores múltiples; recepcionar para alcanzar una distribución dinámica de carga entre procesadores se pueden mover las unidades de aplicación de un procesador a otro durante la operación sin perturbar el tráfico; hacer adiciones a las unidades de aplicación se les pueden hacer adiciones durante la operación y sin perturbar el tráfico; y funcionalidad para volver a poner en funcionamiento una unidad de aplicación que ha fallado las unidades que han fallado se vuelven a poner en funcionamiento con un mínimo de perturbaciones al tráfico. Si falla un procesador se vuelven a poner en funcionamiento todas las unidades de aplicación afectadas en otros procesadores. Capa de interacción La capa de interacción da a la capa de aplicación un interfaz de comunicación de alto nivel que hace que la aplicación sea independiente del mecanismo de comunicación que se usa. La capa de interacción gestiona conectores y hebras, y contiene funciones para codificar y descodificar los mensajes. La interacción está basada en apoderado para la comunicación RNS interna (Figura 9). Distintas unidades de aplicación interactúan por medio de interfaces globales implementados por Repisa 1 Conmutador Ethernet nivel 1 Repisa 2 Conmutador Ethernet nivel 1 Repisa 3 Conmutador Ethernet nivel 1 Figura 7 Estructura de plataforma de hardware del servidor de red de radio. Tarjetas procesadoras UltraSPARC cpci Enlaces 100Base Tx a redes externas Tarjeta interfaz Adaptador -48V Figura 8 Capas de la plataforma de software. Capa de control de ejecución Software de aplicación Capa de coordinación Capa de interacción J2SE OS Plataforma de hardware Capa de servicios de sistema Ericsson Review No. 4,

9 AU Apoderado A C' Capa de aplicación B' AU Capa de interacción GO B B'' JVM Capa de aplicación Apoderado Coordinador Coordinador AU GO C Capa de interacción Figura 9 Comunicación interna del servidor de red de radio por medio de la capa de interacción. C'' JVM API, usa búsqueda Jini en el servicio de búsqueda de nombres (NLS). El servicio de búsqueda de nombres permite que las unidades de aplicación puedan establecer contacto una con otra sin tener en cuenta sus localizaciones. Gracias a los NLS siguen ocultas las localizaciones físicas de distintos recursos en relación con la capa de aplicación. En vez se usan nombres lógicos. Estos nombres no cambian cuando las unidades de aplicación se mueven a nuevas localizaciones. Arquitectura de aplicación RNS La estructura del software de aplicación está dividida en dos capas principales (Figura 10): la aplicación GSM contiene distintos tipos de unidad de aplicación; y la aplicación de operación y mantenimiento contiene un gestor de elemento integrado (E). Las aplicaciones adicionales pueden ser localizadas en la misma capa que la aplicación GSM. Se pueden usar distintas configuraciones de aplicación. MARCAS REGISTRADAS Todas las marcas registradas SPARC son usadas bajo licencia y son marcas de fábrica o marcas registradas de SPARC International, Inc. en los Estados Unidos y otros países. Los productos que llevan las marcas registradas SPARC están basados en una arquitectura desarrollada por Sun Microsystems, Inc. Solaris TM, Java TM y Jini TM son marcas de fábrica o marcas registradas de propiedad de Sun Microsystems Inc. en los Estados Unidos y otros países. objetos globales (GO). La capa de interacción da los mecanismos que necesita una unidad de aplicación para recurrir a métodos en un objeto global en otra unidad de aplicación, sin tener en cuenta si las unidades de aplicación están localizadas en el mismo procesador (JVM). El objeto global es encontrado por medio de un servicio de búsqueda de números (NLS). Dependiendo en el interfaz se usan varios protocolos distintos para la comunicación externa. La capa de interacción establece una conexión lógica entre un procesador RNS y un nodo externo para intercambiar mensajes asíncronos. La conexión física está oculta de la aplicación. Capa de servicios de sistema La capa de servicios de sistema consiste de un servicio de designación de nombres, servicio de inclusión en fichero, servicio regulador de tiempo, y servicio de persistencia. El servicio de persistencia asegura que la configuración y los datos de tráfico persisten y sobreviven a fallos. La unidad de aplicación conserva activamente su estado en la capa de servicios de sistema, que repite el estado a otro procesador. Durante la funcionalidad para volver a poner en funcionamiento una unidad de aplicación que ha fallado se crea una nueva unidad de aplicación en el procesador de posición de espera y su estado es recuperado de la capa de servicios de sistema. El servicio de designación de nombres, que está basado en el interfaz standard Java de designación de nombres y guía telefónica (JNDI) Aplicación GSM La aplicación GSM controla conexiones en modo circuito en redes IP BSS. También gestiona señalización común (tal como radiobúsqueda) a un centro de conmutación de servicios móvil ó SGSN. La unidad de aplicación de gestor de recursos de celda (CRM) sirve a cada función que está relacionada con una celda única hay la misma cantidad de unidades de aplicación como hay celdas que se sirven por el servidor de red de radio. El gestor de mensajes sin conexiones (CMH) gestiona funciones que son comunes a varias celdas. Por ejemplo, el servidor de red de radio puede servir a uno o más controladores lógicos de estación base un CMH por BSC lo que implica que un servidor de red de radio de alta capacidad puede interoperar con varios MSCs ó SGSNs. La división de la aplicación GSM a gestores de recurso de celda es la base para distribuir carga dinámicamente (tomar el control). A una unidad de aplicación de celda se le puede hacer adiciones o volver a poner en funcionamiento independientemente de otras unidades de aplicación de celda. La división de la aplicación GSM en pequeñas unidades autónomas de aplicación de celda es una base para una disponibilidad muy alta. La mayor parte de los mensajes son encaminados directamente entre una unidad de aplicación de celda (gestor de recurso de celda) y la capa de interacción sin pasar por un punto central, lo que mejora aún más la robustez. La raíz GSM (Figura 10) contiene funciones para crear o volver a poner en funcionamiento unidades de aplicación, y controla el tomar el control y el hacer adiciones. El gestor de recursos de celda tiene la responsabilidad de 232 Ericsson Review No. 4, 2000

10 establecer y desconectar conexiones entre estaciones móviles y el centro móvil de conmutación de servicios; asignar canales de tráfico; e interconectar pasarelas de medios. Cada celda contiene un banco de recursos de radio y un algoritmo que asigna canales lógicos. Las mediciones de celdas servidoras y cercanas son recibidas por el algoritmo de localización, que determina el traspaso. Las unidades de aplicación CRM de fuente y de objetivo interconectan para traspasos entre celdas. Aplicaciones de operación y mantenimiento Aplicación GSM Raíz OM Raíz GSM 1 por RNS Gestor de elementos integrado Configuración de red de radio Gestor de mensajes sin conexiones Gestor de recursos de celda Gestión de elementos El gestor de elementos integrado, que tiene la responsabilidad de la operación y el mantenimiento del nodo RNS (elemento de red), sirve al cliente de gestor de subred que está basado en CORBA. También puede servir a un cliente delgado por medio de un interfaz Web. El gestor de elementos integrados es una unidad de aplicación que interconecta con otras unidades de aplicación en la aplicación GSM. El gestor de elementos integrado contiene aplicaciones para la gestión de configuración (CM), gestión de fallos (FM), gestión de comportamiento (PM) y autogestión. La parte de gestión de configuración maneja la configuración de parámetros de red de radio. Está basada en un modelo de información de gestión (MIM) que describe clases con atributos; y relaciones entre clases. La parte de gestión de configuración contiene también una base de gestión de información de gestión (MIB) con objetos gestionados (MO) que son instancias de clases definidas por el modelo de información de gestión. La parte de gestión de comportamiento comprueba, registra, y supervisa el comportamiento según notificaciones recibidas de las unidades de aplicación. La función de comprobación de comportamiento gestiona estadísticas recogidas de contadores e indicadores; la función de registro de comportamiento gestiona eventos; y la función de supervisión de comportamiento define umbrales para un indicador cuando se sobrepasa el umbral, éste produce una alarma. La parte de gestión de fallos gestiona alarmas, manteniendo una lista y un registro de alarmas. La parte de autogestión contiene un inventario de hardware que incluye el estado del hardware RNS; y un inventario de software que se usa para gestionar software. Conclusión El sistema de estación base basado en IP (IP BSS), que está basado en una arquitectura de pasarela de servidor, está diseñado para apoyar tanto a redes de acceso de radio GSM BSS como a Fig. 10. Arquitectura de aplicación en capas. TDMA-EDGE (EGPRS-16). La solución destaca diferenciación de calidad de servicio, bajo retardo, eficacia de ancho de banda (usando condensación de datos de encabezamiento TCP/UDP), inspección, y gestión de capa IP con un alto grado de automatización para la gestión de configuración y la comprobación de comportamiento. El IP BSS consiste de un RNS, que gestiona toda la lógica de red de radio y el control de llamadas; un, que incluye funciones de transmisión y recepción de radio para el interfaz de aire. El es controlado por el RNS cuando se establecen llamadas de voz a estaciones móviles. Las tramas de voz reales se envían directamente al transcodificador en la pasarela; una pasarela BSS, que está compuesta de una pasarela de medios y una pasarela de sistema de señalización no. 7 (SS7) la pasarela de medios tiene la responsabilidad de bancos de transcodificadores que gestionan habla y servicios de datos en modo circuito. Este participa en traspaso, y conecta transcodificadores a un circuito particular en el interfaz A. una red IP de tiempo real toda la conmutación se gestiona dentro de la red IP; y un sistema O&M la funcionalidad O&M está incorporada en gestores dedicados de subred y elementos de red. Cada elemento de red incluye su propio gestor de elementos. Al sistema actual de estación base de Ericsson se le puede hacer adiciones para llegar a ser un IP BSS. 1 por RNS 1 por BSC 1 por celda REFERENCIAS 1 Börje, J., Lund, H-Å. y Wirkestrand, A.: Encaminadores de tiempo real para redes celulares. Ericsson Review Vol. 76 (1999):4, pp Reinius, J.: Cello Una plataforma de transporte y control ATM. Ericsson Review Vol. 76 (1999):2, pp Stockman, B. y Wallers, A.: El tipo métrico de construcción mecánica BYB 501. Ericsson Review Vol. 74 (1997):2, pp Karlson, M.: Ronja Una plataforma de aplicación Java. Ericsson Review Vol. 77 (2000):4, pp Ericsson Review No. 4,

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