Backhaul para LTE Prof. Diógenes Marcano

Transcripción

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2 En EPS, sólo los parámetros de QoS del Default Bearer se almacenan en el HSS, a diferencia de GERAN/UTRAN. Es decir no existen perfiles de QoS asociados a los DedicatedBearersalmacenadosenelHSS,en su lugareselpdn GWquiendetermina la QoS de un Dedicated Bearer Basado en la QoS asignada recibida del PCRF (Policy and Charging Rules Function). Por lo tanto no es necesario guardar parámetros especificos de QoS en el HSS. Si el equipo terminal tiene autorización para acceder a un determinado servicio, el PCRF autorizará los recursos en la red. El QCI permite identificar los paquetes que llevan tráfico en tiempo real de aquellos que no. 2

3 El PCEF (Policy and Charging Enforcement Function) reside en el core, especificamente en el PDN-GW, y tiene como función, apoyado en el PCRF, aplicar políticas a los flujos de datos lo que permite establecer la QoS. Todos los nuevos flujos de servicio que se esperan crear pasan por el PCEF, de igual manera cuando es necesario cambiar la QoS de un flujo esxistente. 3

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5 QCI se refiere a un índice que identifica el tratamiento que recibe un flujo de datos, lo cual a su vez determina la QoS. El tratamiento está basado en los siguientes parámetros: TipodeRecurso(contasadebitgarantizada:GBR, singarantíadelatasadebits:non-gbr) Prioridad Packet Delay Budget Packet Error Loss Rate Estos parámetros identifican a cada QCI y por lo tanto están asociados a los diferentes servicios que se brindan a los usuarios. Los operadores pueden definir otros QCI y así diversificar la oferta de QoS ofrecida. Cada QCI impone unas ciertas condiciones al backhaul, dado que las métricas de desempeño estánreferenciadasconrelaciónalpcefelcualseubicaenelcore. 5

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7 En este modelo se muestra el limite entre el operador móvil y el operador del backhaul, que pudiera ser el mismo. En general pudiéramos suponer que son distintos, en ese caso el operador del backhaul pasaría a ser un proveedor de servicios para el operador móvil. La figura representa un modelo simplificado; en la práctica el RAN BS puede estar formadoporunaovariasbs,deigualformaelranncpuedeestarintegradoporuno o varios NC(Network Controllers) que forman parte del Core Network. A partir de este modelo de referencia se pueden obtener diferentes casos de estudio. 7

8 Cada caso de estudio presenta un posible escenario donde pueden aplicarse las soluciones de backhaul. Esta arquitectura se debe usar en aquellos casos donde la BS y Core no pueden conectarse directamente ya que no poseen interfaces Ethernet. La UNI tiene dos funciones, una del lado del cliente UNI-C y otra del lado de la red UNI-N. Este escenario puede usarse cuando se desea descargar tráfico de baja prioridad, perodegrananchodebanda,desdelaredlegacyhaciaethernet. 8

9 ElGIWFserequieresólo en loscaosen loscuales lainterfaceen labsoenelcoreno son Ethernet, en caso contrario no es necesario. 9

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11 En ejemplo,aligualqueen elcaso1,lasincronización enfrecuenciaseobtienedesde la red legacy, por ejemplo desde la capa física TDM. Por lo que no se necesita que la red MEN suministre ninguna sincronización. 11

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14 En este modelo de EVC cada unade las UNIs de cada celda se unen sólo con una UNI de agregación, dado que sólo existen 2 UNIs de agregación cada una debe soportar 50 celdas para cubrir el tráfico de las 100 celdas. En este esquema no hay redundancia. Todo el tráfico de las celdas viaja hacia los dos puntos de agregación. El operadormóvilyelproveedordemendeben trabajardemanera conjunta afin de establecer el punto de agregación de cada celda de manera que tenga el menor impactoenelserviciomóvilencasos defallas. ParaelcasodeLTE,todoeltráficodelainterfacedeHandoverX2,debeiralpuntode agregación para luego regresar a los enodeb vecinos tal como lo establece el estándar. Por cada celda se debe considerar el tráfico del DL y del UL, el cual puede ir desde unos 20 Mbps a 200 Mbps o más, sin embargo debe considerarse la asimetría del tráficoyelhechodenotodaslasceldas alcanzaneltráficopicoalmismotiempo. 14

15 El par de EVC de cada celda debe conectar a diferentes puntos de agregación a fin de garantizar la diversidad. El esquema de protección en la MEN es 1:1, lo que significa quesólolamitaddelosenlacesen lamen están activosylaotraen Standby.Cuando hay una falla el tráfico se bifurca hacia el enlace de protección. El tiempo de recuperación típico es de unos 50 ms. 15

16 Carrier Ethernet puede ofrecer a LTE la solución completa para el backhaul. Aquí vemos la implementación de la interface S1 entre el enodeb y el core, y la interface X entre enodebs. 16

17 MEF , pp.5.mef10.2sesion6.9. Estos atributos están definidos en la especificación 10.2 sección 6.9 "EVC Related Performance Service Attributes" del MEF. El Resiliency Performance se define en Rec. ITU-T Y.1563(01/2009) sesión 9. 17

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19 Las L2VPN se clasifican básicamente en dos tipos: VPLS (Virtual Private LAN Services) y VPWS (Virtual Private Wire Service). En las VPLS los clientes se conectan a través de de una LAN Ethernet multipunto, mientras que en VPWS las conexiones son punto-apunto.enlasvplsseformaunaredmalladaentretodoslosnodosdelaredmpls. Sinembargo,enH-VPLSsólodosnodosquenotieneconectadoslareddelosclientes formanlaredmalladayasísereducelacantidad deenlaces. Se muestra la arquitectura para topologías RAN planas usando L2VPN MPLS, específicamente el servicio VPLS, en el acceso, agregación y core para llevar tráfico IP desdelosenodebdeltehastaelsgwyelmme,ytambiéntráfico entreenodebsen caso de handover. 19

20 En este caso MPLS presta el mismo servicio definido por MEF, el reemplazo de este último pormplsdepende delsitio donde seubican launis MEF. En el ejemplo arriba mostrado las UNI están ubicadas en elacceso (sitiode la BS) y en el core,entonces la re MPLS estará también ubicada entre dichos puntos. 20

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23 Este modelo de referencia aplica tanto a 2G, 3G y LTE. Por ser una L3VPN el enrutamiento entre las BSs y el core se hace en función de las IP Address. Por lo que el operador está encargado de manejar todo lo referente a IP. EnelcasodeLTEseusaL3VPNtantoparaS1-C,S1-UcomoparaX2. 23

24 Las facilidades de OAM de MPLS pueden usarse para la detección de fallas en operación, y también para llevar registros y realizar mediciones en la red con miras a generar estadísticas. MPLS OAM es un conjunto de protocolos que permiten detectar y reportar problemas de manera rápida y eficiente con el objetivo de satisfacer los SLA acordados. 24

25 El tráfico X2 puede conmutarse en el tramo de acceso o en el de agregación. Esto depende de lo que se requiera. Si es una menor latencia el tráfico de X2 la conmutación debe hacerse lo más cerca del enodeb. Si por el contrario se pretende mantener un control estricto del tráfico X2, entonces la conmutación se haría lo mas cerca del EPC. 25

26 VCAT (Virtual Concatenation) se refiere a una técnica de multiplexaje inverso. El ancho de banda se divide en canales lógicos los cuales se transportan en forma independiente. Se usa paravozsobresdhyestáestandarizadaporlaitu. GFP-F (Generic Framing Procedure), es un protocolo, que permite la transmisión de diferentes tipos de tráfico de paquetes sobre SDH. GFP acepta diferentes clientes y encapsula su tráfico en una sola trama de tamaño variable para luego transportarlos por la red. GFP es una técnica de multiplexaje estandarizada por la ITU-T G.7041, y tienes dos modos d operación:gfp-tygfp-f;este últimotransforma losdatos decadacliente en unatramayse usa cuando la señal del cliente viene previamente paquetizada por el protocolo del cliente. Esta solución está basada en VLAN IEEE 802.1Q, con doble Tag, es decir QinQ. S-VLAN se usa para transportar C-VLAN a través de un dominio Ethernet. Se pueden usar una o más C-VLAN, ejemplo, una VLAN por cada enodeb, diferentes VLAN para diferentes servicios, etc. Plano de control de Ethernet G.8031 se refiere a la recomendación ITU-T G.8031 que define el mecanismo de protección para VLAN punto-a-punto basadas en Ethernet. Mientras que la recomendación ITU-T G.8032 define los mecanismos de protección para redes Ethernet con topología en anillo. 26

27 En este caso la solución del acceso y de la agregación son diferentes. En el acceso la topologíaesunárbol,mientrasqueenlaagregaciónesunamallaounanillo. El acceso puede se puede usar cualquier capa física con sus respectivos métodos de protección. Para la agregación, el plano de control de MPLS maneja todo lo relacionado con los mecanismos de protección. En el acceso de usa Carrier Ethernet y en agregación es muy común emplear MPLS para aprovechar su capacidad de protección. La operación y mantenimiento (OAM) de extremo-a-extremo puede lograrse estableciendo la relación entre el OAM del pseudowire con la OAM de Ethernet. 27

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29 Este escenario es muy recomendable, sobre todo si es necesario aprovecharse de las facilidades de transporte de MPLS/MPLS-TP en el acceso. De esta forma uno o varios Pseudowire llevan el tráfico hasta el primer nodo de agregación que maneja L2/L3VPN. 29

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31 Existen varias combinaciones posibles usando bien sea IP/MPLS o MPLS-TP. Uno de loscasos interesantesesl3vpnenagregacióny enelacceso L2VPN ompls-tp. 31

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33 El caso 2 y 3 son cubiertos por este escenario dado que existen diferentes combinaciones para las capas 2 y 3, particularmente cuando Ethernet puede ser empleado como una alternativa a MPLS. 33

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36 Un backhaul para acceso móvil consiste básicamente de tres dominios: Core, Agregación y Acceso. La red de acceso suministra la conectividad a las BSs en las celdas y por lo general están basadas en topologias en árbol y cadenas usando radios de microondas, pero también usan Fibra en cierta proporción. El dominio de agregación usa con mucha frecuencia anillos o mallas soportadas por redes ópticas. La red de agregación por lo general termina en el sitio del controlador. EnLTEyLTE-Advanced elcontroladorserefierealepcdondeseencuentraelmme,el P-GWyelS-GW. Loscontroladoresseconectan entresíatravésdelareddecorelacualporlogeneral es una red IP/MPLS. 36

37 No hay una respuesta única ni directa. Depende de muchos factores relacionados con el operador móvil y también con el operador del backhaul. Tanto los aspectos técnicos como los servicios y los financieros tienen cierta influencia en el tipo de red de transporte que se despelgará. 37

38 El tráfico del backhaul se transporta a través del core por medio de túneles GTP (GPRS Tunneling Ptotocol), lo cual le permite conservar la misma IP cuando se mueve entre los enbs y los gateways. El overhead del túnel depende del tamaño del paquete,yseestimaquepuedeserdel10%. 38

39 Slide 38 dmarcano1 esta parte no esta clara. Diogenes Marcano, 10/4/2011 Dmarcano1 como se interpreta la diferencia en el overhead de la cpa de transporte y el total dmarcano, 5/12/2013

40 En este modo se conserva el paquete IP original y se encapsula colocándole el encabezadoespylacola;ademássecoloca unnuevoencabezadoip. El paquete original con la dirección IP de destino, se convierte en el payload del nuevopaqueteipyestáprotegidoatravésdelprocesodecifrado. 39

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42 Para estimar el tráfico en el Backhaul se pueden usar ciertos modelos teóricos, los cuales son aplicables sólo en las primeras etapas de despliegue y desarrollo, cuando las mediciones que pudiesen hacerse no son muy válidos. Una vez que los niveles de tráfico aumentan se usan métodos empíricos para validar, ajustar y reemplazar definitivamente los modelos teóricos. El X2 "turning point" debe estar lo más cerca posible de los enodebs, de esa manera se reduce la latencia y se evita sobre cargar las partes superiores del backhaul. Sin embargo, el efecto de cargade X2 sobre S1, si existiera, es mínimo ya querepresenta un porcentaje muy bajo cercano al 4%. 41

43 Al evaluar eltráfico deun enb sedebeconsiderar la cantidad desectoresde lacelda. En las definiciones del 3GPP un enb puede controlar varias celdas. Así en una Macro Celda el enb puede controlar 3 celdas, en una Micro tiene una sola celda, y en los centros de grandes ciudades el enb puede tener hasta 6 celdas. 42

44 Aquí se muestran los dos casos extremos y un escenario intermedio. Los dos casos extremos representan el mejor y el peor caso. a) El mejor caso es cuando tenemos un solo UE cerca de la celda de manera que pueda usar 64 QAM, es decir se tiene una SNR muy alta, y al mismo tiempo se le asignatodoelanchodebanda. b) El peor caso es cuando se tiene un UE pero en el borde de la celda, de manera que debe modular en QPSK, usando todo el ancho de banda. Al reducirse la cantidad de bits por símbolos y conservar el ancho de banda la eficiencia espectral se reduce en comparación con el mejor caso. c) El caso intermedio es aquel en el cualhaymuchos usuariosdistribuidos en toda la celda, unos cerca, otros lejos y otros en zonas intermedias de manera que pueden usar QPSK, 16 QAM o 64 QAM. En este caso la eficiencia espectral alcanza un valor intermedio que se encuentra entre los dos valores extremos. 43

45 En LTE cuando decimos que una celda tiene una capacidad de, por ejemplo, 100 Mbps significa que esa capacidad se obtiene si todos los recursos los de la matriz tiempo-frecuencia se modulan a 64 QAM. Cuando hay muchos usuarios, los mismos se distribuyen en toda el área de cobertura y algunos usarán QPSK, otros 16 QAM y otros 64QAM, por lo tanto la capacidad nunca será igual a los 100 Mbps, por el contrario será inferior. Por eso en la hora de punta el tráfico promedio baja con relación a lo que se obtendría cuando hay pocos usuarios. 44

46 Eluso delatasapico paradimensionarelbackhaulse aplica alúltimo segmentode la red de transporte cuando la cantidad de enbs es pequeña. Hacia el core el tráfico de muchas celdas es agregado y entonces domina el tráfico promedio durante la hora de punta. Dimensionar el backhaul no es tarea fácil, ya que el tráfico se ve afectado por múltiple factores, entre otros por el tipo de tráfico. Inicialmente el tráfico de voz predominaba en las redes celulares de primera y segunda generación, con la llegada de 3G el tráfico mayormente proviene de aplicaciones de datos, lo cual hace al tráfico aun más aleatorio. El criterio de usar la tasa pico en la celdas inmaduras tiene una lógica bien fundamentada. Al haber poco tráfico debido a pocos usuarios, las mediciones que hagamos no tiene mucha validez estadística, por eso planificamos para el peor caso. Si conocemos el comportamiento de los usuarios incluso en otras redes podemos trasladar los resultados y hacer mejores estimaciones. 45

47 En elpeor caso y siendo generosos con la capacidad de X2 se le podría asignarun 5% delacapacidaddes1. Si calculamos un promedio, la capacidad de X2 podría ser del orden de 3.5 % con relaciónalades1. El tráfico en X2 no es constante y depende del patrón de movilidad de los usuarios. Por ejemplo, el tráfico X2 en sitios cercanos a líneas de tren de alta velocidad o en autopistas será mucho mayor que el que se produce en zonas residenciales tranquilas donde los vehículos se desplazan a baja velocidad; también depende de las horas del día. Los porcentajes para estimar X2 sólo aplican con relación al tráfico promedio; nunca se usa como referencia el tráfico pico para estimar X2. 46

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49 Resultados de simulaciones: UneNB Tráfico del backhaul incluyendo S1 y X2, así como el overhead de transporte. Se muestra en caso con y sin IPsec. Los resultados consideran que X2 es el 4% de la capacidad de S1. Eltráficopicoestácalculadobajolapremisadequesólounaceldaestacargadaenun instante dado y que todas las otras celdas tienen tráfico nulo. Por esa razón en la tabladearriba,eltráficopiconocambiancuandosetieneunaotresceldas. El tráfico asociado con OAM es muy pequeño en comparación con el tráfico de las aplicaciones de los usuarios, por ello no se considera. El tráfico desde el enodeb hasta el core es transportado por medio de túneles GTP (GPRS Tunnelling Protocol) que es el mismo usado en GSM y UMTS. El overhead depende de la distribución de los paquetes del usuario, pero el general se puede considerar un overhead el 10%. La interface del usuario S1-U no es segura y podría quedar expuesta si no se protege físicamente. Si el backhaul pertenece al operador móvil no es necesario implementar IPsec. Pero si los datos deben atravesar la red de un tercero, entonces deben ser protegidos y el 3GPP recomienda usar IPsec ESP. Esta protección adiciona un overhead de 14%. Así que en total entre GTP e IPsec podemos considerar un overhead el 25%. 48

50 Aquí estamos considerando un tráfico promedio de 13 Mbps y un tráfico pico de 60 Mbps.AdemássesuponequecadaeNodeBtiene3celdas. La gráfica muestra dos escenarios extremos, uno inferior y otro superior. El tráfico del backhaul debe situarse entre ambos límites. ElcasodeagregaciónyCoredondellegaeltráficodemúltipleseNBs,elmismopuede estimarse a partir de la tasa promedio y del valor pico de un sólo enb, los cuales ya fueron analizados. La suposición a partir de la cual se obtiene la expresión mostrada arriba, es muy conservadora. En el escenario 2, con los valores mostrados, la tasa pico es superior a 3N*Tasa_prom siempre que la cantidad de celdas sea igual a 5, lo que indica que N=2 enbs, uno de elloscon3celdasyelotrocon2celdas. Nota: Un enodeb equivale a un sitio, mientras que una celda equivales a un sector. Esto es debido a que las definiciones usadas en USA no son las mismas que usa el 3GPP y se presentan confusiones. 49

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53 El método del factor de sobre venta (Over Booking Factor) es muy sencillo, sin embargoseaplicaciónestácondicionadaalconocimientodelobfydec aplicación está condicionada al conocimiento del de max. C max sepuedeobtenerdeacuerdoadiversosescenarioscomo losaquíplanteados.c o puede ser la capacidad promedio de una celda en la hora de punta. Normalmente se planifica para la capacidad promedio en la hora de punta. 52

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