B2 - Tema 2 Sistema GPRS 1
Introducción GPRS GPRS (General Packet Radio Service) es una extensión de la tecnología de comunicaciones móviles GSM Objetivo: Desarrollar las capacidades de transmisión de datos sobre la red GSM (hasta GPRS, red básicamente de transmisión de voz con conmutación de circuitos), utilizando la técnica de conmutación de paquetes. Se la conoce como Generación 2,5 G de comunicaciones móviles. A la red de conmutación de circuitos GSM se le añade una red de transporte IP (IP Backbone) paralela. Implica cambios software y hardware: Introducción de elementos nuevos para adaptar la red a la conmutación de paquetes. Los datos se transmiten en la capacidad excedente de la red de voz, usando los intervalos libres temporales =>no es posible ofrecer niveles de calidad de servicio altos (conexiones best effort ) 2
2.5G. Sistema GPRS/EDGE PSTN/ISDN Acceso Core GPRS (CS+PS) intranet 3
Características GPRS (I) GSM usa conmutación de circuitos en el interfaz aire. El sistema GPRS usa conmutación de paquetes CP) en el interfaz aire. Extensión de una red GSM con algunos añadidos específicos para llevar a cabo la CP. El sistema GPRS se caracteriza especialmente por el hecho de que un canal radio físico puede ser compartido por distintos MS. Cuando un mensaje va a ser transmitido, se divide entre varios paquetes. Cuando esos paquetes alcanzan la dirección destino, se reensamblan para formar el mensaje original. Los paquetes que se reciben se almacenan en buffers de datos. Los paquetes que transmite un MS pueden usar distintos canales radio para distintos paquetes durante la transmisión (uso de identificadores de conexión) 4
Características GPRS (II) En el sistema GPRS, un usuario puede acceder a las redes públicas de datos usando direcciones de protocolos estándares (IP, X.25), que se activan cuando el MS se atachea a la red GPRS. La estación MS en GPRS puede usar de 1 a 8 canales en el interfaz aire dependiendo de las capacidades del móvil, y esos canales se reservan dinámicamente para el MS cuando envía o recibe paquetes. En la red GPRS, uplink y downling se reservan de forma separada (MSs con distintas capacidades UL y DL) Es posible comunicar point-to-point (PTP) o point-to-multipoint (PTM). 5
Características GPRS (III) Esquemas de codificación (detección y corrección de errores) Codificación CS-1 CS-2 CS-3 CS-4 Tasa máxima de datos (kbit/s) (Capa LLC) 8 12 14 20 Tasa máxima de datos (kbit/s) Canales físicos 9,05 13,4 15,6 21,4 Carrier/Interference C/I (db) -6-9 -12-17 Máximo throughput GPRS: 160-170 kbps por MS usando los 8 canales sin corrección de errores (8 x 20 kbps) Throughput real típico: 30-40 kbps (4 x 10 kbps, con el set CS1-2) 6
Características GPRS (IV) Facturación: La facturación no se realiza por tiempo de conexión sino por evento o por volumen de información intercambiada. Los tiempos de espera o los dedicados a leer una página no le cuestan nada al cliente Oportunidades para nuevos servicios: GPRS mejora: Servicios ya existentes como acceso a WAP, acceso a Internet e Intranets, descarga de aplicaciones Java, servicios basados en localización, posicionamiento GPS etc Posibilita la aplicación de nuevos servicios como la (Mensajería Multimedia MMS), el e-mail (blackberry), el videostreaming (modesto, mejor con EDGE). Permite el desarrollo de aplicaciones específicas como pagos con tarjetas de crédito (TPV), domótica, peajes, etc. 7
Clases de terminales móviles: Según el soporte de servicio GSM-GPRS Clase A: Soporta activación simultánea en GPRS y GSM (registro, tráfico de voz y de paquetes) Clase B: Puede registrarse y activarse simultáneamente en GSM y GPRS, pero no soporta tráfico simultáneo de paquetes/cs sino secuencial. Clase C: Solo se registra y soporta tráfico GPRS o GSM de forma alternativa. Pueden ser MS sólo para GPRS (Mobile Internet, juegos en red, domótica, dispositivos de pago) o que soporten GPRS y GSM conmutando manualmente cada servicio. 8
Clases de terminales móviles: Según la configuración de TS Algunas de ellas podrían ser: Clase 1: (1+1) 1 slot uplink, y 1 slot downlink Clase 2: (2+1) 1 slot UL, y 2 slots DL Clase 4: (3 + 1) 1 slot UL, y 3 slots DL Clase 8: (4+1) 1 slot UL, y 4 slots DL Clase 10: (4+2) 2 slots UL, y 4 slots DL Clase 18: (8+8) 8 slot UL, y 8 slot DL 9
Comunicación CS versus PS GSM (CS) Para las comunicaciones CS, la red prepara una conexión a través del interfaz aire reservando un radio canal para un MS cuando los datos van a ser transmitidos por la red. Si sólo se transmiten pequeñas cantidades de datos, el radio canal se ocupa por el MS durante toda la conexión => el usuario paga por el coste total de la conexión => Es adecuada cuando hay un flujo constante de tráfico. GPRS (PS) Comunicaciones PS: La Red entrega un paquete de datos cuando surge la necesidad. Cuando un MS genera un paquete de datos, la red lo dirige a su dirección correspondiente en el primer radio canal disponible. Tráfico a ráfagas => los radio canales deben usarse eficientemente. Direccionamiento =>La información de dirección está incluida en cada paquete. PS es adecuada para los casos de datos enviados a ráfagas (e-mail, browsing) 10
Canales lógicos Los canales físicos que se usan para GPRS se llaman Packet Data Channels (PDCHs). Aparecen nuevos canales lógicos, sólo para GPRS, que se mapean en los canales físicos de datos. Sólo si el tráfico esperado para GPRS es elevado se usan estos canales (y esto obliga al menos la existencia de un canal físico dedicado). Si el tráfico esperado para GPRS es asumible, se señaliza por los canales lógicos GSM y no es imprescindible dedicar canales físicos para la señalización exclusiva. Caso considerado en los ejemplos posteriores. Estrategia de reserva de PDCHs: Cómo se asignan canales físicos o PDCHs a diferentes móviles MS? Estrategia de reserva: Canales PDCH dedicados: Se reservan y liberan por comandos del operador => Siempre habrá recursos disponibles para GPRS => calidad del servicio. Canales PDCH bajo demanda (on-demand): Dependiendo de la demanda de tráfico GPRS, se reservan o liberan sobre la marcha => Permite ocupar recursos sólo en función de la demanda y priorizando la voz => si hay congestión, la capacidad para datos será mínima o inexistente. 11
Ejemplo1: Secuencia de llamadas de datos 1) Supongamos una celda de 1 radiocanal donde hay 1 canal físico para el BCCH* y 3 llamadas de voz cursándose. 2) Llega un 4º móvil para hacer una conexión de paquetes a 20kbps(1TS 10kbps) => lo consigue. 3) Llega un 5º móvil con otra conexión de paquetes a 20 kbps => lo consigue. 4) Llega un 6º móvil, esperando también tener una conexión de paquetes a 20 kbps => reduce la tasa de las conexiones de paquetes anteriores. BCCH A A A A BCCH A A PDCH4 PDCH4 BCCH PDCH5 PDCH5 PDCH4 PDCH4 BCCH PDCH5 PDCH5 PDCH6 PDCH5 PDCH6 PDCH5 PDCH4 Con 4 TS, se podría llegar a tener 40kbps para datos en el ejemplo. Al llegar la 3ª comunicación de paquetes, se reparte la tasa binaria entre los 3 MS (bajaría de 20kbps a 13.3kbps). Ejemplo ficticio: La realidad es más compleja (y menos equitativa) Cómo es posible compartir el mismo TS sin que se mezclen las comunicaciones? => establecimiento de identificadores de la conexión, y cada UE además sabe el/los TS por los que puede transmitir. 12
Ejemplo2: Preemption de la voz 1) Supongamos una celda de 1 radiocanal donde hay 1 canal físico para el BCCH* y 6 llamadas de voz simultáneas. 2) Llega el móvil número 7 para hacer un FTP para el que necesita 30kbps (3TS) => sólo puede reservar 1 TS. 3) Si el TS7 es un canal on-demand, y llega una nueva comunicación de voz, al tener prioridad sobre los datos, se hace un preemption del canal de datos. BCCH A BCCH PDCH7 BCCH Si en el paso 3 el TS7 hubiera sido un canal dedicado para datos, no hubiera podido ser robado para la voz y se habría mantenido la situación del dibujo 2. 13
Ejemplo3: Descenso en throughput (4TS -> 3TS) 1) Supongamos una celda de 1 radiocanal donde hay 1 canal físico para el BCCH*,3 llamadas de voz simultáneas y un FTP de un 4º móvil que ocupa la capacidad restante. BCCH BCCH PDCH4 PDCH4 PDCH4 PDCH4 PDCH4 2) Llega una 4ª llamada de voz => se produce un preemption de 1 TS. Qué implica en el throughput de la comunicación GPRS? (descenso de unos 10kbps) Ver siguiente transparencia. 14 PDCH4 PDCH4
Ejemplo3: Descenso en throughput (4TS -> 3TS) 15
1. Impacto de GPRS en GSM 16
Cambios en BSS BTS: Cambios de software upgrade (no SW). En BSC Introducción de nuevas versiones de software Introducción de una nueva tarjeta PCU (Packet Control Unit) encargada de: Implementar el dominio de paquetes. Reserva y gestión de los recursos radio de GPRS establecimiento de las conexiones radio GPRS. Transferencia de datos GPRS y selección del tipo de codificación 17
Cambios en NSS Aparecen nuevos nodos en la red core, que constituyen la red de conmutación de paquetes: SGSN y GGSN. Los nodos procedentes de GSM: MSC, HLR, VLR... Soportan un upgrade de software para dar servicio a la nueva red. Aparece una nueva entidad: Routing Area (RA) LA >= RA>= una celda El SGSN routing area (RA) es un subconjunto del LA de una MSC (áreas de la red donde un MS se mueve sin tener que reportar su posición a la red) a nivel de la red de paquetes. En conexiones de paquetes interesa localizar el terminal con mayor exactitud y menos carga de señalización (impacto en throughput). Puede haber varias MSCs que correspondan a un SGSN y una MSC puede estar conectada a varios SGSNs. 18
Cambios en NSS: VLR y HLR VLR El visitor location register (VLR) contiene información sobre los móviles que están localizados en la LA de la MSC o en la RA del SGSN, respectivamente (información temporal del usuario). El GPRS VLR puede ser software instalado en el SGSN Cuando un MS llega a una nueva LA o a una nueva RA, el VLR de esa MSC o SGSN pide y almacena datos del MS desde el HLR. Aparece una nueva interfaz (opcional) Gs entre MSC/VLR y SGSN, sólo se usa en terminales que pueden estar atacheados a la vez a GPRS y a GSM, y sirve para coordinar información de localización de MSs enganchados a ambas redes. En este caso, el paging de CS lo puede ejecutar el SGSN y es más eficiente. HLR El Home Location register (HLR) mantendrá la información de usuario de GSM y la nueva asociada a GPRS. IMSI, MSISDN, SGSN Number (dirección SS7), SGSN Address (dirección IP), tipo de conexión (IP,X.25), dirección IP del MS, QoS suscrita, APNs permitidos, etc. En GPRS, la información de usuario se intercambia entre el HLR y el SGSN (sin pasar por la MSC, como hace en GSM) 19
Cambios en NSS: Aparece el SGSN Serving GPRS Support Node SGSN Principal componente de la red GPRS: Responsable de la entrega de paquetes de y hacia las MS que están dentro de su área de servicio. Enrutamiento de paquetes. Gestión de movilidad (attach/detach y location management) Gestión de los enlaces lógicos. Autenticación y cifrado. Conexión a las HLR, MSC, BSC, GGSN y otros nodos. Tarificación (junto al GGSN, recoge esta información de cada MS). Nodo de conmutación de paquetes que se sitúa jerárquicamente al mismo nivel que las MSCs. Hace la conversión entre el protocolo IP que se usa en la red backbone y los protocolos de subred que se usan para hablar entre MS y SGSN. Cuando el MS quiere enviar/recibir datos de redes externas, entre en juego un nuevo nodo: el GGSN. SGSN Y GGSN pueden estar combinados en el mismo nodo físico (a veces se habla de GSN) 20
Cambios en NSS: Aparece el GGSN Gateway GPRS Support Node GGSN Nodo pasarela que realiza la interfaz entre el backbone GPRS y las redes externas de datos. Funciones: monitorización de red, firewall, encapsulación de paquetes, traducción de direcciones IP (NAT). Desde el punto de vista de una red externa IP, el GGSN actúa como un router para las direcciones IP de todos los usuarios servidos por la red GPRS. Esconde la infraestructura GPRS a las redes externas. Gestiona la sesión con redes externas. Funcionalidad para asociar los usuarios con el SGSN correcto. Salida de tarificación. Recolecta información relacionada con el uso de datos de redes externas. Como el SGSN y el GGSN contienen la funcionalidad de enrutado de la red backbone GPRS, con el protocolo IP, deben estar interconectados con routers IP. 21
Cambios en NSS: Otros elementos de red BG (Border Gateway) Nodo pasarela. Interfaz entre backbones GPRS de distintas operadoras CG (Charging Gateway) Recoge los CDRs (Call Detailed Records) generados por los SGSNs y GGSNs, los pre-procesa y envía al sistema de tarificación o BS (Billing System). DNS DNS (Domain Name System) Traducción de nombres lógicos de dominio en direcciones IP físicas que permitan direccionar los nodos GSN. FW (Firewalls) Barrera de seguridad entre dos redes. Impide a usuarios externos a la red GPRS el acceso a los nodos de red. 22
2. Arquitectura GPRS 23
Arquitectura GPRS Plano de control (equivalente a la estructura de protocolos de GSM) GMM (GPRS Mobility Management) y SM (Sesion Management) operan sólo en el plano de señalización o control L3 Gestión del roaming, autenticación, movilidad (GMM) y gestión de las sesiones de datos (SM) L2 - Plano de usuario destinado sólo al transporte de datos de usuario. L1 Más detalle en el anexo Plano de usuario GPRS (necesario para la gestión IP, no existente en GSM donde se reservaba un circuito único para toda la comunicación) 24
Plano de usuario. Protocolos Plano de usuario: Detalle del plano de usuario: Más detalle en el anexo L3 L3 Subred (adapta IP a L2 en interfaz radio) L2 L2 L1 L1 25
Movilidad en redes de paquetes: protocolo GTP Las redes GSM/GPRS y las redes UMTS comparten para la conmutación de paquetes equivalente Sistema de gestión de movilidad basado en el protocolo GTP (GPRS Tunnelling Protocol) La movilidad en estos sistemas se da a nivel de enlace (por debajo del nivel de red) => la dirección de cualquier protocolo de capa 3 se mantiene fija durante toda la sesión de datos. Independencia de la localización del terminal móvil y su trayectoria a través de toda la cobertura de la red móvil. MS BSC SGSN GGSN Internet IP: a.b.c.d TID 1 (identificador tunel) IP: 1.2.3.4 IP GTP data H TID1 data H 26
Relación GTP con TCP/IP El protocolo GTP (GPRS tunnelling protocol) se emplea entre nodos GSN y permite que paquetes sobre múltiples protocolos se canalicen por túneles del backbone GPRS. Sólo en SGSNs y GGSNs. Las estaciones MS se conectan a un SGSN sin ser conscientes de que existe GTP. Por debajo de GTP, los protocolos estándar TCP/UDP se emplean para transportar esos paquetes GTP de forma fiable (TCP, retransmisiones, ventanas...) o no fiable (UDP). IP sobre GTP IP se emplea a nivel de red para enrutar los paquetes a través del backbone (por ejemplo, conexión GPRS con el usuario en otra red) Se duplica la estructura IP (Arquitectura IP-sobre-GTP-sobreUDP/TCP-sobre-IP): Necesidad de crear los túneles y encaminar a través de la red. TCP/UDP bajo GTP IP bajo GTP En el plano de señalización, GTP especifica un túnel de control para crear, modificar y borrar túneles de datos. 27
3. Gestión de la sesión (SM) 28
Proceso de envío y recepción de datos GPRS attach (GMM) Móvil estado ready Móvil estado ready. Establecimiento de contexto PDP (SM) Transmisión de datos El terminal no puede enviar ni recibir información hasta que establezca una sesión (PDP context) PDP: Packet data protocol Subscripción de los datos del usuario: Los datos de subscripción se almacenan permanentemente en el HLR Cuando el MS realiza un Attach, los datos de subscripción se copian en el SGSN Cuando se cambia de RA y de SGSN, los datos se vuelven a copiar en el nuevo SGSN y se informa al GGSN 29
Activación de una sesión (I) -El proceso de activación de contexto permite al terminal obtener una dirección IP. - Establecer un contexto PDP hace a la MS conocida para el GGSN y posibilita la comunicación con redes externas. -Desde el punto de vista del usuario final, establecer un contexto PDP es lo mismo que hacer logging in en una red externa. Desde el terminal se selecciona a través de un menú, servicios de intranet o internet El SGSN localiza al GGSN correcto para enrutar el tráfico a la red externa que corresponda Consulta un DNS interno para traducir la conexión particular (APN) a una dirección correcta del GGSN que le puede dar salida. APN: Access Point Name => Conexiones a diferentes redes externas (compañia1.mnc011.mcc342.gprs, internet, mywap ) 30
Activación de una sesión (II) -La activación de un contexto PDP asegura la creación de un túnel SGSN-GGSN para el único uso de ese usuario/servicio. -El usuario podrá acceder a los servicios que proporcione ese APN en particular. El SGSN crea un enlace lógico al GGSN (túnel GTP) y le asigna un identificación de conexión (Tunnel ID) Túnel GTP, que tendrá un identificador de tunel (tunel ID) El GGSN obtiene una dirección IP para el terminal (propia o externa: DHCP+NAT) El GGSN envía esa dirección al MS, en un mensaje de Activate PDP Context Accept, que transmite el SGSN. Una vez establecido el túnel SGSNGGSN, los paquetes externos se encapsulan con las direcciones origen-destino del túnel (se ignoran las originales) 31
Transporte IP sobre la estructura GPRS TABLA SGSN1 Nota: Proceso muy simplificado MS1 (1.2.3.4) Id_radio_1 TID 1 SGSN1 IP1 GGSN1 IP1 MS2 Id_radio_2 TID 2 SGSN1 IP1 GGSN2 IP2 MS3 Id_radio_3 TID 3 SGSN1 IP1 GGSN1 IP1 TABLA GGSN1 MS BTS BSC SGSN1 MS1 (1.2.3.4) SGSN1 IP1 TID1 GGSN1 IP1 MS3 GGSN1 IP1 SGSN1 IP1 TID3 GGSN1 Internet IP: a.b.c.d IP: 1.2.3.4 (normalmente, obtenida por GPRS en la activación) SGSN1/GGSN1 IP TID 1 Paquete desde MS1 src=1.2.3.4 Id_radio_1 src=1.2.3.4 destino=a.b.c.d destino=a.b.c.d IP payload IP payload Tunel ID src=1.2.3.4 destino=a.b.c.d src=1.2.3.4 IP payload destino=a.b.c.d IP payload TID 1 (identificador tunel) GGSN1/SGSN1 IP TID 1 Id_radio_1 src=a.b.c.d src=a.b.c.d src=a.b.c.d destino=1.2.3.4 destino=1.2.3.4 IP payload IP payload destino=1.2.3.4 IP payload Paquete externo, hacia MS1 src=a.b.c.d destino=1.2.3.4 IP payload 32
Creación de túneles 1 el_id n u T GTP d2 nel_i u T P GT d3 nel_i u T P GT E-mail Web browsing FTP Los túneles permiten mantener la conectividad IP. Para otras funciones de GPRS como los location update, attach, detach... No hace falta abrir contextos PDP (no interviene el GGSN ni es necesario el direccionamiento IP para localizar el terminal, puesto que hay identificadores a nivel radio) 33
GGSN y APNs Servidores del operador (contenidos wap ) URLs wap en Interne t Wap GW APN1 MMSCs Wap GW GRX Streaming Server APN2 Streaming GW APN3 IMS GRX Otros contenidos Internet APN4 Email Server URLs de streaming en internet Intranet corporativas 34
QoS en los elementos de red Cuando la MS informa a la red del desea activar un contexto, el SGSN comprueba en el HLR que el MS puede activar ese tipo de contexto Comienza la negociación de calidad de servicio (QoS), porque la MS requiere un determinado QoS que habrá indicado en su solicitud inicial. Traza de ejemplo de creación Por ejemplo: de un contexto en el anexo Prioridad: Media Retardo: 0.5s Fiabilidad :GTP sin ACK, LLC con ACK + protegido, RLC con ACK Throughput medio : 5 kbps Throughput pico: 20 kbps Se acepta la QoS solicitada por la MS? El SGSN puede bajar estos requerimientos, en la activación del contexto o durante la comunicación (si hay otro tráfico prioritario) El GGSN puede también disminuirlos según sus propias limitaciones El que se negocie una QoS implica que se puede discriminar unos tráficos frente a otros (por usuarios, por servicios, por congestión ) 35
Modificación y desactivación de los contextos Modificación: El contexto PDP puede ser modificado por el SGSN: los parámetros de QoS negociados o la prioridad radio. El SGSN enviaría una petición al MS, que tiene dos opciones: Acepta la nueva QoS y envía la respuesta al SGSN ( modify PDP context accept), No la acepta y envía un deactivate PDP context request. Desactivación: El contexto PDP se puede desactivar por la MS o por la red. Cada conexión se desactiva por separado. Cuando se realiza un GPRS detach, la red borra todos los contextos PDP. 36
4. Gestión de la movilidad (GMM) 37
Gestión de la movilidad En los sistemas 2G, la gestión de movilidad se lleva a cabo por la red Core: La localización de un terminal será conocida dentro del área cubierta por la MSC/VLR (si es una conexión de circuitos) o del SGSN (si es conexión de paquetes). En GPRS se introduce una nueva entidad de localización, el area de enrutamiento (routing area, RA). Las actualizaciones de posición (de LA en circuitos, de RA en paquetes) atraviesa de forma transparente la parte radio de la red y se almacena en el dispositivo adecuado (MSC o SGSN). Para hacer un paging, será preciso conocer primero el MSC y SGSN adecuado (proceso similar a GSM) Cada MSC o SGSN conocerá, en función del estado en que esté el terminal, la localización del terminal o bien a nivel de celda o bien a nivel de grupo de celdas (LA o RA, respectivamente). Sólo se conocerá la posición del móvil a nivel de celda si el terminal está en una transferencia activa de paquetes 38
Funciones de la movilidad Terminales ON Las funciones de MM en GPRS (es decir, para sesiones de paquetes) son adicionales a GSM: Attach: Identificar el MS y sus permisos Detach: Abandonar el sistema. Terminales OFF Location Update: Conocer la posición del MS. Necesario para: Enrutar los paquetes terminados en el MS (MT) Los paquetes originados en el MS no tienen problema de enrutado (MS => SGSN =>GGSN) Minimizar la utilización canal radio, la localización del móvil en los pagings será a nivel de celda o de RA dependiendo del estado activo/inactivo del móvil. Paging Actualización de posición RA1 39
Estados de movilidad (I) Estado STANDBY: El usuario acaba de terminar una fase activa. Estado IDLE: El usuario no es alcanzable por la red (no está atacheado ). Cambia de estado con un procedimiento de GPRS attach (1) (4) (1) (2) (3) La localización de la MS es a nivel de RA. La red mantiene una conexión abierta para el usuario. Si el móvil envía datos, la MS pasa a estado READY. (2) Si la MS o la red inician un procedimiento GPRS detach o expira el contador de esta estado (=> detach), pasa a estado IDLE. (3) Estado READY: Cuando la MS está transmitiendo o justo acaba de terminar de transmitir. Se conoce la posición del móvil a nivel de celda. La red mantiene una conexión abierta para el usuario (recursos ocupados) Si expira el contador ready, pasa a standby. (4) Si la MS se desatachea, pasa a idle. (3) No es necesario que tenga recursos radio reservados en este estado. 40
Estados de movilidad (II) Idle: No se conoce la posición del terminal StandBy: Ready: Se conoce la posición a nivel de RA, puede ser necesario hacer un paging con rapidez para que el terminal pase a estado Ready. Precisión a nivel de celda, no se deben introducir retardos en las transferencias por no conocer con exactitud la posición del terminal 41
GPRS attach y GPRS detach Procedimiento de GPRS attach y GPRS detach : Funciones de gestión de movilidad para establecer y terminar una conexión con la red GPRS. El SGSN recibe las peticiones y las procesa. GPRS Attach: Más información en el anexo Proceso previo antes de que el usuario pueda acceder a servicios de datos GPRS El móvil pasa a estado ready. La red chequea que el usuario está autorizado. El MS es autenticado y se cifra la comunicación. El SGSN adquiere la información del usuario del HLR (se copia el perfil del HLR al SGSN). Al terminal se le asigna una identidad temporal en ese SGSN El terminal es conocido por la red, pero para establecer transferencias de paquetes será necesario que establezca una conexión de datos ( contexto PDP ), de forma que también sea conocido para redes externas. GPRS Detach: Se usa cuando el usuario quiere acabar una conexión con la red GPRS. Este procedimiento mueve el móvil a estado idle y la conexión de movilidad desaparece. La MS también puede ser desatacheada de la red cuando expira el contador del estado standby. 42
Localización GPRS: diferencia con el handover GSM (conexión activa) 2) Para llamadas PS (GPRS), el MS mide las vecinas pero el mismo decide qué celda usar => algoritmos de selección y reselección de celda en el móvil. BSC 1) Para llamadas CS, el MS envía medidas por de las celdas vecinas y la BSC decide cuando se hace un handover 3) Como es el MS el que decide el cambio, tiene que indicar su posición a la red: cell update/routing area update 43
Gestión de la localización Los procedimientos de gestión de la localización se usan para gestionar SGSN el cambio de celda o las actualizaciones de routing area (RA MS1 updates) Cell update (cambio de celda, móvil ready) => conexión activa de paquetes MS1 Celda1 Cell Update Celda2 EstadoMS: Ready Cambia la celda: Si La MS ejecuta el procedimiento cell update enviando una trama LLC uplink con su identidad al SGSN. El SGSN graba el cambio de celda de la MS y redireccionará hacia la nueva celda el tráfico destinado a esa MS. RA1, celda2 RA1, celda1 2) Routing area update (cambio de routing area) MS envía al SGSN routing area update request Si es dentro del mismo SGSN, éste ya tiene la información necesaria del móvil (intra-sgsn). No se informa al HLR o al SGSN Routing Area Update SGSN MS1 RA1 MS1 RA2 EstadoMS: Idle/Standby Cambia la RA: Si Cambia la celda: No se registra Si es una RA entre SGSN diferentes, el antiguo SGSN enviará los paquetes al nuevo SGSN para que no se produzcan pérdidas de información (inter-sgsn) RA2, celda2 3) Routing area update periódica. Cuando el terminal está ready su posición se conoce a nivel de celda. Eso minimiza los retardos en la transmisión de paquetes, aunque el móvil gasta más batería. RA1, celda1 Si la posición se actualiza a nivel de RA, aumentan los paging desde la red. 44
Inter SGSN Routing Area Update (I) 1. El móvil hace un routing area en el SGSNnew (envía old RAI) 2 y 3. El newsgsn pide la información del contexto al SGSNold (envía su propia dirección para que se le enruten los paquetes, la old RAI y el identificador temporal del terminal ). El SGSN old deja de enviar paquetes al terminal 6. el SGSN old manda los paquetes PDUs acumuladas 7, 8 y 9. SGSN new actualiza el contexto en el GGSN(nueva dirección SGSN, RAI, QoS..) y en el HLR En el caso del ejemplo, hay una conexión PDP establecida con el GGSN 15 y 16. Una vez que el GGSN, el HLR y el SGSN tienen los datos actualizados, se construye un nuevo enlace lógico entre el MS y el nuevo SGSN. Al MS le llegan los ACKs de las PDU que se han recibido correctamente. 45
Inter SGSN Routing Area Update (II) Ejemplo simplificado 10 GGSN (1.1.1.0 I) MS li ce,i MS I) an (c 7 9 7 1.1.1.2 id Móvil Túnel SGSN MS1_id Tunel_1 1.1.1.1 MS1_id Tunel_2 1.1.1.0 (MS1_id, SGSNold:1.1.1.1, SGSNnew:1.1.1.0/tunel2) 1.1.1.2 Tunel_2 2 1.1.1.0 (envía MS1_id, RAI1, 1.1.1.0) 3 (MS1_id, GGSN:1.1.1.2) 1.1.1.1 Tunel_1 7 old new 6 (Tras las funciones de seguridad, se reenvian los paquetes acumulados en el SGSNold) 3 Se acumulan los paquetes que deberían enviarse al terminal 1 (envía RAI1) El terminal puede cambiar de posición, incluso con un contexto abierto, y no cambiará su dirección IP porque se generará un nuevo túnel a nivel de capa 2 y la localización del terminal en la red de acceso será con identificadores temporales (no con direcciones IP diferentes) MS1 RAI2 RAI1 46
Procedimiento de paging Necesario solo cuando el MS está en standby y el SGSN necesita enviarle un paquete. MS es buscado solo en el RA donde se sabe que se encuentra para identificar la celda exacta (conocida por el SGSN). MS1? SGSN MS1 RA2, MS1 RA2, celda2 Cell up d ate (MS 1, celda MS1? Después de recibir el paquete, el MS le dá al SGSN la localización de su celda (cell update) para establecer la transmisión de paquetes activa. Pasa a estado ready MS1? RA2, celda2 MS1? RA1, celda1 La PCU (unidad de control de paquetes) de la BSC reservará los recursos radio necesarios para la transmisión de paquetes (canales de tráfico y señalización.) 47 2)
Ejemplo aplicación 1: Web browsing Se consulta en el DNS la dirección IP del dominio al que se quiere conectar el móvil Se establece una conexión TCP sobre la que HTTP pide primero el esqueleto de la página y después los objetos 48
Ejemplo aplicación 2: WAP browsing Wap es una especificación abierta que permite a los terminales una fácil interacción con información y servicios. El terminal se comunica con una WAP gateway que está conectada a internet La wap gateway proporciona la información usando HTTP normalmente. 49
Ejemplo aplicación 3: Envío MMS Envío imágenes con sonido Se usan como protocolos HTTP, WAP o SIP (dependiendo de la implementación). En el ejemplo, WAP Si el receptor no tiene un contexto abierto para MMS, deberá establecerlo. 50
5. Tecnología EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) 51
EDGE EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) es una mejora de GS/GPRS que incrementa las tasas de datos en un factor de 3 sobre GPRS. Mejora el interfaz radio sin alterar otros elementos como BSC, SGSN, GGSN o HLR. Una red GPRS que usa EDGE en el interfaz radio se denomina red Enhanced GPRS (EGPRS). La combinación de GSM y EDGE en las redes de acceso se denomina GERAN. Valores típicos: Sistema Kbps max teóricos Kbps max reales Comentarios GSM 9,6 9,6 Conmutación de circuitos GPRS 171,2 30-40 kbps Conmutación de paquetes EDGE 384 100-130 kbps Cambio de sistema de modulación (8-PSK) 52
EDGE: Modulaciones y esquemas de codificación Usa 8-PSK además de GMSK (GSM, GPRS) Emplea múltiples esquemas de codificación de forma que la red ajusta el número de bits que dedica a control de errores en función en entorno radio (5 CSs con PSK y 4 CS con GMSK). Se selecciona la modulación óptima y el esquema adecuado ( link adaptation ) Si los bloques se reciben con error, los datos retransmitidos se envían con un código distinto, y se combina la información nueva con la antigua para incrementar la probabilidad de éxito. Típica de GPRS ->10kbps 53
Comparativa EDGE-GPRS según condiciones del entorno Si las condiciones señal/interferencia son malas, hay poca diferencia entre GPRS y EDGE La mejora en throughput de EDGE se observa al mejorar las condiciones radio Alternativa para ofrecer servicios de datos frente a las zonas 3G cuando se quiere minimizar la inversión o se busca complementar los servicios en áreas con buena relación señal a ruido (rurales) 54