Mobile Core Network. Ing. Claudio Avallone

Transcripción

1 Mobile Core Network Ing. Claudio Avallone

2 Agenda Introduccion Circuit Switched Core Network (GSM CN) Arquitectura e interfases Protocolos Identificadores geográficos Packet Switched Core Network (GPRS CN) Arquitectura Support Nodes Interfases GRPS Tunneling Protocol Access Point y PDP Context Procedimientos Evolución a UMTS Arquitectura e interfases

3 Agenda Introduccion Circuit Switched Core Network (GSM CN) Arquitectura e interfases Protocolos Identificadores geográficos Packet Switched Core Network (GPRS CN) Arquitectura Support Nodes Interfases GRPS Tunneling Protocol Access Point y PDP Context Procedimientos Evolución a UMTS Arquitectura e interfases

4 Introduccion Qué es el Mobile Core Network? El Mobile Core Network es parte medular de una red celular. Encargada de realizar el ruteo y switcheo de las comunicaciones (aka llamadas ), y de gestionar de varias de las funciones de movilidad y admisión, es usuario de la Red de Acceso que provee el acceso al medio en sí. Al igual que las tecnologías de acceso celular, el CN ha ido evolucionando a lo largo de los años y estándares. Sin embargo, los cambios en el CN entre familias de tecnologías celulares sucesivas pueden no ser tan significativos. Es necesario hablar primero sobre las tecnologías celulares

5 Introduccion Sobre las tecnologías celulares.. Las tecnologías celulares pueden ser rápidamente agrupadas en grandes familias o generaciones 1G: AMPS 70s, analógica 2G: GSM, GPRS, EDGE, IS-95 90s, digital, orientada a circuitos inicialmente (voz!) 3G: UMTS, HSPA, CDMA2000, EvxDO 2005 en adelante. Mejor espectralmente, pero más cara 4G: LTE Orientada a datos desde su concepción

6 Introduccion Sobre las tecnologías celulares.. Típicamente el factor diferenciador entre generaciones ha sido el acceso al medio El espectro es un recurso muy caro y por tanto escaso Los saltos generacionales entonces se han referido a Mayor eficiencia espectral Mayor factor de multiplexación en el acceso Sin embargo, con la masificación de los dispositivos celulares y explosión de los datos móviles, ya no es suficiente ser eficiente espectralmente. La tecnología debe tener ahora un rápidisimo time-to market, permitiendo a su vez introducir nuevos VAS

7 Introduccion Sobre las tecnologías celulares.. Así es como por ejemplo, GSM le gana la pulseada a IS-95 (2G ambas) IS-95: mejor espectralmente, pero con estándar era propietario (Qualcomm) GSM: estándar abierto (3GPP) y fabricación de móviles más sencilla (y por tanto más económica y fácil de masificar) Así es como LTE desplaza totalmente a WiMax como tecnología de cuarta generación Mucho menor time to market, evolucionando a partir de UMTS/GPRS

8 Introduccion Sobre las tecnologías celulares.. Estos dos factores también impulsan a que dentro de una misma familia, se propongan evoluciones a los estándares: Centrados en mejorar la interfaz de aire respecto a cierto servicio, sí, pero por sobre todo de fácil introducción Sin grandes migraciones GPRS Edge UMTS HSDPA HSUPA HSPA R7/8/9

9 Introduccion Sobre las tecnologías celulares.. Estos dos factores también impulsan a que dentro de una misma familia, se propongan evoluciones a los estándares: Centrados en mejorar la interfaz de aire respecto a cierto servicio, sí, pero por sobre todo de fácil introducción Sin grandes migraciones GPRS Edge UMTS HSDPA HSUPA HSPA R7/8/9 Por mayor detalle de tecnologías de acceso celular, recomendamos cursar Redes De Acceso en el 2do semestre:

10 Introduccion A nivel de Core Network, poco importa cuan eficiente sea el acceso al medio. Sin embargo, con cada nuevo grupo de estándares (con la introducción una nueva tecnología), se dispone de la oportunidad de introducir cambios significativos en el Core En un primer acercamiento, estudiaremos como evoluciona el Core Network desde GSM (aka 2G) hasta UMTS /HSPA (aka 3.XG)

11 Introduccion Como siempre, los órganos estándarizadores..

12 Agenda Introduccion Circuit Switched Core Network (GSM CN) Arquitectura e interfases Protocolos Identificadores geográficos Packet Switched Core Network (GPRS CN) Arquitectura Support Nodes Interfases GRPS Tunneling Protocol Access Point y PDP Context Procedimientos Evolución a UMTS Arquitectura e interfases

13 Circuit Switched CN GSM (Global System for Mobile Communication) es una tecnología celular digital estandarizada a fines de los 90 Toma su nombre del work group conformado por la ETSI para crear el estándar. Como comentamos anteriormente, parte de la popularidad y éxito del estándar se debió a su eficiencia espectral y prestaciones respecto de AMPS. Pero también tuvo competencia desde IS-95, también digital y considerada 2G. Incluso mejor espectralmente hablando. Cómo ganó GSM? Pues definida dentro de un estándar abierto, solucionó además el problema del roaming internacional e introdujo la SIM Card

14 Circuit Switched CN Arquitectura GSM introduce una nueva arquitectura de red, segmentada en 4 partes: NSS: Network Sub-System BSS: Base Station Sub-System NMS: Network Management Sub-System MS: Mobile Subscriber Sub-System El NSS es la primer versión de un Mobile Core Network como hoy lo conocemos.

15 Circuit Switched CN Arquitectura

16 Circuit Switched CN Arquitectura: Identificadores GSM define determinados identificadores de usuario.. El IMSI (Int l Mobile Subscribe Identity) es un ID único global del usuario. Está compuesto de 3 segmentos: Mobile Country Code (MCC): 3 dígitos (dec.), ID del país, estandarizado Mobile Network Code (MNC): 2 o 3 digitos (dec.). ID de la PLMN, asignada localmente por cada entidad reguladora. Mobile Subscriber Identification Number (MSIN) : Máximo de 10 dígitos (dec). ID del usuario dentro de la PLMN La concatenación de los 3 segmentos produce un identificador único global.

17 Circuit Switched CN Arquitectura: Identificadores El T-IMSI (Temporary IMSI) es un ID único temporal del usuario y es válido solo en una zona acotada de influencia dentro de una PLMN. Su único propósito es suplantar al IMSI como ID del subscriptor para los mensajes intercambiados entre MS y NSS, por seguridad El MS-ISDN (Mobile Subscriber ISDN Number ) Es el número efectivamente discado para llamar al abonado Un MS-ISDN está ligado a solo un IMSI El MS-RN (Mobile Station Roaming Number ) Es análogo al MS-ISDN, pero asignado localmente por la red visitada en caso de roaming. Utilizado para ruteo intra-plmn.

18 Circuit Switched CN Arquitectura: Identificadores Y también identificador de equipo.. El IMEI (Int l Mobile Equipment Identity) es un identificador único de equipo. Es el ID que permite localizar móviles robados Asignado globalmente

19 Circuit Switched CN Arquitectura: MS Finalmente, el MS está compuesto por dos elementos El Subscriber Identity Module (SIM), que posee información almacenada identificando al usuario y otras IMSI PIN (Personal Identity Number) PUK (Pin Unlock Key) LAI (Location Area Identity): última LAI conocida Home PLMN: Public Land Mobile Network de origen del sub El Mobile Equipment (ME), que es el terminal, identificado por el IMEI

20 Circuit Switched CN Arquitectura: BSS Cada segmento tiene funciones, roles e interfaces estandarizadas y claramente definidas. El BSS (redefinido posteriormente como GERAN: GSM/Edge Radio Access Network) gestiona el acceso Acceso al canal de radio compartido (colisiones, asignación de recursos dedicados, etc) Acceso a canales (señalización/tráfico) dedicados entre MS y el NS Genéricamente, una RAN contiene y gestiona todos los elementos relacionados con la transmisión y recepción sobre la interfaz de aire

21 Circuit Switched CN Arquitectura: BSS Una parte esencial es su eficiencia gestionando el múltiple acceso, el call admission, la congestión y la movilidad. Para dotar a la GERAN de inteligencia centralizada, sigue una arquitectura estrella: Una BTS tipo (Base Transceiver Station) con funciones básicas Un controlador centralizado (BSC : Base Station Controller), gestionando varias BTS en su zona de influencia, concentrando la inteligencia de la RAN y oficiando como punto de anclaje hacia otras BSSs o RANes Por todo esto, una RAN está fuertemente correlacionada con la tecnología de acceso al medio.

22 Circuit Switched CN Arquitectura: NSS En contrapartida, el NSS o Mobile Core Network asume funciones que son agnósticas de la tecnología de acceso (conceptualmente al menos) Ruteo de llamadas entre el MS y el destino final: otro MS de la misma PLMN, otra PLMN, una PSTN, etc. Tarificación Gestión de movilidad interplmn o inter-bsc Roaming

23 Circuit Switched CN Arquitectura: NSS En líneas generales, el NSS es un usuario del BSS El BSS se encarga de establecer las conexiones de señalización y tráfico entre MS y NSS. Con la QoS acordada entre MS<>NSS Con los parámetros de llamada indicados por el NSS Con la autorización expresa del NSS Luego el NSS debe enrutar la información hacia el destinatario adecuado. Pero previo a eso, el NSS debe autenticar al usuario en cuestión: está habilitado a usar el servicio? Tiene saldo? Etc etc.

24 Circuit Switched CN Arquitectura: NSS Así, mientras es la RAN la que impulsa nuevas tecnologías y estándares, el Core concentra las bases de datos y servicios de valor agregado El NSS definido inicialmente para GSM provee funciones de ruteo para llamadas de voz (Circuit Switched) y SMSs. El Packet Core se introduce junto con GPRS, más adelante.

25 Circuit Switched CN Arquitectura: NSS Las siguientes entidades son definidas: Mobile switching center (MSC) Gateway MSC (GMSC) Visitor location register (VLR) Home location register (HLR) Authentication center (AuC) SMS Serving Center (SMS SC) Equipment Identity Register (EIR)

26 Circuit Switched CN Arquitectura: MSC El MSC (Mobile Switching Center) es el enrutador de llamadas. Las funciones básicas son: Registración/De-registración Enrutamiento intra-plmn Autenticación y tarificación Terminación de las interfases con el BSS (con las BSCs directamente conectadas) Servicio de localización Punto de anclaje de movilidad inter-bsc o inter-rat

27 Circuit Switched CN Arquitectura: MSC Es el elemento del NSS más cercano a la BSS y por tanto al MS. Un MSC puede tomar diferentes roles, dependiendo de cada escenario: Un Gateway MSC (G-MSC) es un MSC de borde de core. Es el encargado de determinar hacia que red destino hay que enrutar la llamada por ejemplo en casos de interconexion con PSTN o roaming celular Es el unico MSC visible hacia el exterior del Core para Roaming Celular El Visited MSC en caso de roaming celular, es el MSC de la red visitada (Roamer PLMN) que ancla el contexto del móvil En caso de handover inter MSC, existe el source y target MSC

28 Circuit Switched CN Arquitectura: MSC Es importante notar que el MSC implementa un split entre el plano de control (señalización) y el de usuario (tráfico de voz) Solo la señalización es enrutada por el MSC El camino del audio típicamente es anclado en un M-GW (Media Gateway) Básicamente es un transcoder de medios: TDM/IP/ATM Localizado geográficamente más cerca del BSC, para reducir costos de transporte y mejorar la calidad del audio

29 Circuit Switched CN Arquitectura: VLR El VLR (Visitor Location Register) es una base de datos de subscriptores de alcance temporal Siempre anexada a un MSC, le sirve de repositorio de datos de usuario necesaria para que el MSC ejecute sus diversas funciones Típicamente integrada al MSC, implementación más popular La información registrada incluye: IMSI, MS-ISDN Data de autenticación Estado del subscriptor (registrado, deregistrado, etc)

30 Circuit Switched CN Arquitectura: HLR Hay dos posibles fuentes de información para el VLR Proporcionada por el MS vía señalización NAS Obtenida desde el HLR El Home Location Register (HLR) es la base de datos de subscriptores de la PLMN Puede estar centralizada o distribuida en varias cajas, pero un IMSI puede estar asociado a solo un HLR La información guardada en el HLR es persistente y abarca a todos los usuarios existentes en una PLMN

31 Circuit Switched CN Arquitectura: HLR El primary key del HLR es el IMSI Ejemplos de la información guardada en el HLR son Servicios de GSM que el usuario tiene subscriptos Voz? SMS? Pre-pay? QoS negociada como parte del SLA MS-ISDN correspondiente al usuario Última ubicación reportada por el MSC/VLR

32 Circuit Switched CN Arquitectura: VLR vs HLR Lógicamente, el VLR y HLR interactúan frecuentemente entre sí Casos de ejemplo son EL VLR informando al HLR de un cambio de zona de registración del sub El VLR obteniendo info de subscriptor para autorizar o no un servicio al MSC. El VLR registrando MS-RN en el HLR para un roamer El VLR purgando la información de localización del usuario en el HLR, luego de un time-out etc

33 Circuit Switched CN Arquitectura: AuC Previo que el HLR decida entregar info del subscriptor a VLR/MSC, es preciso autenticar el pedido. Es el usuario IMSI : realmente quien dice ser? El Authentication Center (AuC) es una BdeD anexada al HLR, cuyo único propósito es autenticar al usuario en base a su IMSI Esto ocurre durante el acceso inicial (registro en la red), o cuanto el MSC/VLR purga su registro y se decide pedir la re-autenticación La primary-key nuevamente es el IMSI Como parte del proceso de AuC, se realiza un desafío respuesta (hacia el MS) que de resultar exitoso, termina en el cifrado de toda la señalización entre MS y MSC

34 Circuit Switched CN Arquitectura: EIR, SMS-C El Equipment Identity Register (EIR) Usualmente integrada al HLR, mantiene una black-list de terminales que tienen acceso restringido a la PLMN En general la información se intercambia entre EIRs de distintos operadores. El Short Messaging Service Center (SMS-C) es un elemento que implementa la lógica de servicio de SMSs Almacenamiento y conversión de SMSs Entrega y forward de SMSs desde/hacia MSCs asociados

35 Circuit Switched CN Arquitectura

36 Circuit Switched CN Interfases La interfaz Um (radio), delimita la frontera entre BSS y MS La interfaz Abis une BSC y BTSs asociadas La interfaz A delimita la frontera entre NSS y BSS

37 Circuit Switched CN Interfases del CS CN La mayoría de las interfases del CS CN implementa protocolos que corren sobre SS7 Interfaz A: Señalización. Interconecta BSS/GERAN con el serving MSC. Implementa MAP sobre SS7 Interfaz B: Señalización. Interconecta MSC con su VLR asociado (en casos donde no convivan en el mismo HW), Implementa MAP sobre SS7

38 Circuit Switched CN Interfases del CS CN Interfaz C: Señalización. Interconecta MSC con el/los HLR(s) de la PLMN Implementa MAP sobre SS7 Interfaz D: Señalización. Interconecta VLRs con el/los HLR(s) de la PLMN Implementa MAP sobre SS7

39 Circuit Switched CN Interfases del CS CN Interfaz E: Señalización. Tráfico opcional (recordar que típicamente el path de tráfico no traversa el MSC, sino que se ancla en los MGWs) Interconecta MSCs. Típicamente participa solo en el Handover inter-msc Implementa MAP e ISUP/TUP sobre SS7 Interfaz F: Señalización. Interconecta MSCs y EIRs. Implementa MAP sobre SS7

40 Circuit Switched CN Protocolos: MAP El NSS mapea la mayoría de sus funciones sobre protocolos que corren sobre SS7 Las interacciones entre conmutadores y BdeD, o entre BdeD entre sí, se dan sobre MAP Mobile Application Part (MAP), estandarizado en la TS (v2, GSM) y TS (v3, UMTS) provee una capa de aplicación para MSC, VLR, HLR, AuC, EIR, para dialogar entre sí

41 Circuit Switched CN Protocolos: MAP MAP es usuario de TCAP. Por ello, las redes de señalización SS7 pueden entonces ser reutilizadas para transportarlo Sobre MAP se implementan los protocolos de alto nivel de GSM, que actúan directamente sobre el control de la llamada y su movilidad Estos protocolos terminan en el MS

42 Circuit Switched CN Protocolos: MAP MAP permite implementar funciones básicas en las redes celulares como ser: Servicios de movilidad, localización, etc (Mobility Management) Gestión de la llamada: establecimiento, liberación, roaming, etc (Call Management) SMSs Roaming, etc

43 Circuit Switched CN Protocolos: ISUP/TUP En casos en los que un G-MSC debe terminar/enrutar una llamada desde/hacia una PSTN, se señaliza hacia ella con ISUP/TUP La utilización de SS7 para transportar la señalización entre centrales/conmutadores/bded no es casual Uno de los objetivos de GSM y su NSS era posibilitar la escalabilidad del roaming celular y su despliegue masivo La alta penetración de redes SS7 interconectando PSTNs facilitó este objetivo

44 Circuit Switched CN Protocolos

45 Circuit Switched CN Identificadores geográficos LAI (Location Area Identification) Engloba un conjunto de celdas, a ser gestionadas en conjunto en términos de llamadas terminadas y pagings. Engloba el LAC (Location Area Code) único por PLMN, y los MNC/MCCs ya presentados. LAI = MCC + MNC + LAC Este es el identificador de localización almacenado por el MSC/VLR, y reportado al HLR. Hay un último LAI conocido válido para cualquier móvil registrado en la red (aka Registered State )

46 Circuit Switched CN Identificadores geográficos CGI (Cell Global Identifier) Es el identificador único de la celda en la PLMN Implícitamente, define un área de cobertura; el de los móviles servidos por un sector (celda) de una BTS dada A nivel de comunicación MS<>NSS, tiene sentido para el MSC conocer el CGI de la celda que sirve al móvil solo si este tiene una conexión activa (aka Connected State )

47 Circuit Switched CN Identificadores geográficos MSC/VLR Service Area Es el área geográfica de influencia de un MSC/VLR, y puede abarcar varios LACs. Finalmente, una PLMN puede disponer de varios MSCs/VLRs en su CS CN. Pueden trabajar en pool (misma área de influencia) o no. Por tanto los MSC Service Area pueden ser no tener solape La interfaz E inter-msc garantiza la movilidad en frontera

48 Agenda Introduccion Circuit Switched Core Network (GSM CN) Arquitectura e interfases Protocolos Identificadores geográficos Packet Switched Core Network (GPRS CN) Arquitectura Support Nodes Interfases GRPS Tunneling Protocol Access Point y PDP Context Procedimientos Evolución a UMTS Arquitectura e interfases

49 Packet Switched CN El concepto de Packet Switched Core Network fue introducido por GPRS GPRS (General Packet Radio Service) es un estándar de la ETSI, que introduce servicios orientados a paquetes IP en dispositivos celulares Diseñado para ser un overlay de las redes GSM existentes, se masificó muy rápidamente y disparó la introducción de diversos servicios de valor agregado Comunicaciones ( , IM, Web browsing) E-commerce, juegos, apuestas. Push to talk, MMS, etc

50 Packet Switched CN Si bien los data rates introducidos en las primeras revisiones de GPRS distaron mucho de lo que hoy consideramos aceptable (hasta 144/256kbps) fue un salto gigantesco vs GSM. Las principales mejoras introducidas por GPRS fueron: Diseñado para soportar tráfico en ráfagas ( /web browsing, etc) Introdujo el concepto de always-on (aka siempre conectado) Definió un stack de protocolos consistente con el mundo IP exterior a la PLMN Permitió introducir nuevos esquemas de tarificación (duración de llamada > volumen consumido de datos)

51 Packet Switched CN A nivel de Core, GPRS introdujo una nueva arquitectura y varios elementos adicionales al NSS Es el GPRS Packet Switched Core Varias de las entidades introducidas en el GPRS PS CN tienen funciones análogas a las de elementos en el NSS Sin entrar en detalle en la RAN o los terminales, examinaremos la arquitectura del GPRS CN, overlay al CS Core (NSS) existente.

52 Packet Switched CN Arquitectura El GRPS CN provee esencialmente las mismas funciones que su par NSS : Ruteo de llamadas de datos Tarificación Gestión de movilidad interplmn o inter-bsc Roaming Solo que en el caso de GPRS, el ruteo de la llamada de datos implica conectividad entre el móvil y el mundo IP exterior Fuera del caso del P2P, uno de los peers será típicamente un servidor web o de aplicaciones

53 Packet Switched CN Arquitectura El GRPS CN introduce dos nuevos elementos Serving GPRS Support Node (SGSN) que se conecta a la GERAN (BSC) Gateway GPRS Support Node (GGSN), el cual se conecta al mundo exterior ÏP En cierta forma, el SGSN es un elemento análogo al MSC, y el GGSN al G-MSC, pero con algunas diferencias sustanciales

54 Packet Switched CN Arquitectura Arquitectura GSM tradicional

55 Packet Switched CN Arquitectura Arquitectura GSM / GPRS (Edge)

56 Packet Switched CN Support Nodes: SGSN El Serving GPRS Support Node (SGSN) es el elemento del Packect Core más cercano a la RAN Interfasea con varios BSSs y cumple funciones de: Registración / De.registración Enrutamiento de la llamada de datos Autenticación del usuario Tarificación de la llamada Terminación de las interfases con el BSS (con las BSCs directamente conectadas) Servicio de localización Gestión de la movilidad inter-bsc o intra-rat

57 Packet Switched CN Support Nodes: SGSN Puede ser desplegado por área geográfica o en pool Al igual que el MSC, el SGSN interactúa con la base de datos de subscriptor persistente de la red, el HLR, para obtener información de la cuenta del sub Tiene o no servicio de datos contratado? Que tipo de billing? Plano, prepago? Que QoS debe brindar el sistema? Pool de IPs a utilizar? etc Esta información es almacenada en una BdeD temporal, el VLR, que al igual que con el MSC, típicamente reside junto con el SGSN.

58 Packet Switched CN Support Nodes: SGSN El SGSN/VLR almacena información relevante respecto de la ubicación, estado y atributos del usuario El estado del usuario está definido por el GMM State: Activo (GMM Ready) El MS está registrado en la red GPRS, y es capaz de traficar datos La ubicación del MS es conocida por el SGSN a nivel de celda (CGI) Stand-by (GMM Stand-By) El MS está registrado en la red para servicios GPRS A diferencia del estado anterior, no se le permite traficar datos Su ubicación es conocida a nivel de Routing Area (RA) Idle (GMM Idle) El MS está de-registrado respecto de servicios GPRS

59 Packet Switched CN Support Nodes: SGSN Los GMM-state definen dos máquinas de estados

60 Packet Switched CN Support Nodes: SGSN Un MS transiciona al estado GMM-Idle al de-registrarse de la red Un MS transiciona al estado GMM-Ready Al registrarse en la red (desde Idle) Al reanudar el tráfico de datos (desde Stand By) Un MS transiciona al estado Stand By desde Ready por diversos motivos. Típicamente: Al detectar que el MS ya no requiere traficar datos (se liberan los canales de señalización para ser ocupados por nuevos usuarios) Debido a congestión en la red (Downgrade)

61 Packet Switched CN Support Nodes: SGSN Respecto a la información de ubicación del MS, se define un nuevo identificador geográfico: Routing Area El Routing Area es análogo al Location Area del NSS Tiene como finalidad reducir la carga de pagings para MSs que están en el estado GMM-Stand-By Debid0 a que el SGSN/VLR no conoce su ubicación a nivel de celda Para alcanzar al MS, es necesario enviar un aviso de broadcast de llamada entrante Para reducir la carga de broadcast en la interfaz de aire, se definen zonas de broadcast de pagings PS. Esto es un Routing Area

62 Packet Switched CN Support Nodes: SGSN En base al LAI y RAC se conforma el RAI, único pues contiene al MNC y MCC Al igual que con un cambio de LAC, el MS está obligado a notificar al SGSN de un cambio de RAC, si así ocurre

63 Packet Switched CN Support Nodes: GGSN El Gateway GPRS Support Node (GGSN) por otro lado es el elemento del PC encargado de interconectar el GPRS CN y las redes externas IP Sus principales funciones son Gestionar pooles de direcciones IP y la QoS a brindar en el e2e Anclar la IP pública del móvil hacia el exterior Oficiar de punto de anclaje para movilidad inter-rat Rutear la información internamente, hacia los SGSNs directamente conectados, tunelizándola mediante GTP Billing Shaping de tráfico, NAT de IP, etc.

64 Packet Switched CN Support Nodes: GGSN A diferencia del SGSN, no participa directamente de los procedimientos de autenticación y registración en la red Sin embargo, el GGSN debe autorizar el acceso al servicio de datos (y todos sus variables asociadas), como veremos adelante A continuación reseñaremos las interfases más importantes del GPRS CN.

65 Packet Switched CN Interfases del GPRS CN Interfaz Gn: Interfaz entre dos GPRS Support Nodes (SGSNs, GGSNs) dentro de una misma PLMN Basada en IP para transporte, es la principal interfaz del GPRS CN. El protocolo manejado entre GSNs es GTP Interfaz Gr: Interfaz entre el SGSN y el HLR/AuC Está implementada en MAP (over TCAP)

66 Packet Switched CN Interfases del GPRS CN Interfaz Gp: Interfaz entre un Visited SGSN y un GGSN externo También implementada sobre GTP, es necesaria para brindar servicios de roaming (el GGSN a utilizar como salida a Internet es típicamente el de la Home PLMN) El internet break-out es una excepción a lo anterior Interfaz Gi: Interfaz entre el entre el GGSN y la red de datos IP exterior

67 Packet Switched CN Interfases del GPRS CN Interfaz Gb: Interfaz de frontera entre el GPRS CN y la RAN. O sea, entre el SGSN y sus BSCs asociadas Interfaz Ga: Interfaz entre un GSN y un Charging Gateway, encargado de colectar almacenar los registros para consolidiar CDRs para tarificación Implementada sobre GTP

68 Packet Switched CN Interfases del GPRS CN

69 Packet Switched CN GPRS Tunneling Protocol El Core GPRS encapsula toda la información útil, ya sean flujos de datos o señalización, en su propio protocolo de encapsulación: GTP Siendo en realidad un grupo de protocolos, GTP simplica el ruteo de los paquetes IP/PPP desde las redes externas hacia el MS Esencialmente, GTP: Implementa encapsulación entre GSNs Separa streams de información en túneles La información viaja encriptada Agrega información extra de ruteo para simplicidad

70 Packet Switched CN GPRS Tunneling Protocol GTP se implementa sobre transporte UDP A nivel de IP, las IPs de origen/destino identifican los GSNs que se comunican entre sí A nivel de UDP, el puerto destino identifica la versión/uso de GTP (GTP-U/GTP-C/GTP ) A nivel de header GTP, se define el TEID Tunnel End-point ID: permite diferenciar una conexión particular del resto de flujos de intercambio dentro de un mismo túnel

71 Packet Switched CN GPRS Tunneling Protocol A un nivel funcional, se puede descomponer GTP en tres protocolos con similitudes GTP-C Usado para señalizar entre GSNs, utiliza el puerto de UDP Esto permite al SGSN iniciar una sesíón en nombre del usuario. Permite a ambos GSNs negociar cualquier parámetro de la sesión, y modificarlo en instancias posteriores GTP-U Utilizado para tunelizar el tráfico útil (User Plane) entre la red de acceso y el GPRS CN, y entre GSNs A diferencia de lo que ocurre en el NSS con el G-MSC, el GGSN sí implementa ambos planos, Control y Usuario. Utiliza el puerto 2152 a nivel de UDP.

72 Packet Switched CN GPRS Tunneling Protocol A un nivel funcional, se puede descomponer GTP en tres protocolos con similitudos GTP Utiliza el puerto 3386 a nivel de UDP Si bien implementa una estructura similar a GTP-C/U, implementa funciones completamente distintas. La finalidad de GTP es entregar información de charging a un Charging Gateway, encargado de consolidar los CDRs Típicamente, todos los GSNs implementan la interfaz Ga (sobre GTP ) contra un CGW, que consolide los registros de la llamada en los distintos niveles.

73 Packet Switched CN GPRS Tunneling Protocol Stack de protocolo GTP Application Protocols IP (user) GTP UDP IP Layer 2 (e.g., WAN or Ethernet)

74 Packet Switched CN Access Point El Access Point identifica una PDN (Packet Data Network) accesible desde un GGSN, y por tanto desde el MS Representa Una red IP externa elegible para el móvil, y su pool de IPs asociado en el GGSN Un conjunto de seteos utilizados para obtener la conectividad necesaria (IP/Mask, DNSs, QoS, etc) El Acess Point se identifica con un nombre, el APN Dentro del GPRS CN, el APN apunta al GGSN que sirve dicha PDN (pueden ser varios..)

75 Packet Switched CN Packet Data Protocol El contexto PDP (Packet Data Protocol) representa una estructura de datos presente en ambos GSNs para un móvil registrado en la red Contiene información de la sesión del subscriptor, tal como Dirección IP de PDP IMSI TEID en GGSN y SGSN QoS negociada APN requerido por el usuario GMM state del usuario

76 Packet Switched CN Packet Data Protocol Si bien el registro está presente en ambos GSNs, está anclado en el GGSN. El GGSN es el único capaz de interpretar los paquetes IP con destino al usuario (a la IP de PDP del usuario) que se reciben desde la red IP pública o Internet

77 Packet Switched CN Packet Data Protocol El GGSN tiene también la función de ocultar la topología del GPRS CN. Desde el exterior, no se tiene visibilidad sobre los tuneles GTP que permiten transportar el flujo IP hasta el móvil. Qué pasa cuando un MS quiere traficar datos? En este entonces, se precisa transicionar hacia GMM_Ready, y se ejecuta la Activación de contexto PDP Es un procedimiento entre el MS y el GGSN El GGSN asocia al contexto PDP del usuario una IP alcanzable desde el exterior ( y atributos de sesión acordes ) El GGSN y SGSN acuerdan los TEIDs a utilizar en la sesión. El flujo de datos puede entonces comenzar.

78 Packet Switched CN Procedimientos Attachment (1/2)

79 Packet Switched CN Procedimientos Attachment (2/2)

80 Packet Switched CN Procedimientos Activate PDP Context

81 Packet Switched CN Procedimientos MS Initiated Detach

82 Agenda Introduccion Circuit Switched Core Network (GSM CN) Arquitectura e interfases Protocolos Identificadores geográficos Packet Switched Core Network (GPRS CN) Arquitectura Support Nodes Interfases GRPS Tunneling Protocol Access Point y PDP Context Procedimientos Evolución a UMTS Arquitectura e interfases

83 UMTS Introducción Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) es un estándar de telefonía celular de 3ra generación. Estandarizado por la 3GPP en 1999 (R99), permite acceso a servicios de datos a mayores tasas que en 2G mientras mantiene los servicios de voz (sobre circuitos) La piedra fundamental del éxito y penetración de UMTS, es que se desarrolló para ser el sucesor de GSM Son compatibles a nivel funcional. El camino de upgrade GSM > UMTS se prevee en el estándar

84 UMTS Introducción UMTS introduce una nueva interfaz de radio respecto de GSM GSM implementa FDMA/TDMA UMTS implementa W-CDMA Sin embargo, a nivel de Core Network, los cambios son muy pocos. Si bien con UMTS se agregan interfases y redefinen algunos procedimientos, los elementos de red del NSS y GPRS CN esencialmente se mantienen. El camino de upgrade de un Core GSM/GPRS hacia UMTS termina siendo, en líneas generales, un upgrade de SW

85 UMTS Arquitectura UMTS segmenta la red en Red de acceso (UTRAN) Core Network, el cual se compone de dos dominios Circuit Switched CN Packet Switched CN

86 UMTS Arquitectura

87 UMTS Arquitectura - UTRAN La UTRAN consiste en RNCs y nodos B Radio Network Controller (RNC) <> BSC en GSM Nodo B <> BTS en GSM Un RNC y nodos B asociados forman un RNS (Radio Network Sub-system)

88 UMTS Arquitectura - UTRAN Radio Network Controller (RNC) Es el componente inteligente de la UTRAN. Controla los recursos de radio en su dominio (de todos los Nodos B asociados a él). Control de potencia de RF. Asignación de códigos, etc. Maneja los recursos de transporte de todos los NodosB asociados a él. Controla la conexión de los usuarios Control de admisión. Control de congestión, etc.

89 UMTS Arquitectura - UTRAN Radio Network Controller (RNC) Establecimiento y liberación de los servicios (Radio AccessBearers). Provee los servicios al Core. Gestiona la movilidad de los usuarios Control del Handover y SoftHandover Nodo B Es el responsable de la tx/rx de radio en varias celdas. Modulación/demodulación, spreading/despreading. Sincronización. Rate Matching. Participa en el manejo de los recursos de radio, y el control de potencia

90 UMTS Arquitectura - CN A nivel de CN, se portan y reutilizan las entidades introducidas en GSM / GPRS El mayor cambio es la introducción de las interfases Iu-CS & Iu-PS en sustitución de la interfaz A

91 UMTS Arquitectura CN: RANAP Para las interfases Iu, se introduce un nuevo protocolo de plano de control en sustitución de MAP. RANAP (Radio Access Application Part)

92 Referencias Global System for Mobile Communications, curso de Redes de Acceso, IIE, FING. Introducción a UMTS, curso de Redes de Acceso, IIE, FING Overview+of+GPRS/Mobility/