COMUNICACIONES MOVILES PhD. Ingeniería Telemática Comunicaciones Móviles
Composición de un sistema de comunicaciones móviles Estaciones Fijas (FS) Estaciones móviles (MS) Equipos de Control Comunicaciones Móviles
Comunicaciones Móviles Estaciones fijas MSC HLR,VLR,MSC,RPC, BSC BTS Air Interface MS Interface A Interface Abis Red de tránsito Red de acceso Se clasifican en: -Estación base -Estación de control -Estación repetidora
Comunicaciones Móviles Arquitectura de una red GSM AUC SMSC VLR HLR BTS RED FIJA MSC EIR NSS(Network Switching Subsystem) BSC BTS BSS(Base Station Subsystem)
Comunicaciones Móviles TRANSCEPTOR ESTACIÓN DE BASE: BTS AUC SMSC VLR HLR BTS RED FIJA G/MSC EIR BSC BTS Realiza los procesos de transmisión-recepción y procesado de la señal recibida. Cada BTS puede tener asignados entre 1 y 16 radio-canales (transceptores). Funciones: Formación del multiplex GSM Realiza medidas de la señal radio proveniente del móvil Establece el enlace radio con el usuario móvil (modulación, demodulación, igualación, codificación, etc...) Gestión del Time Advance (Sincronización) Control de potencia Operación y mantenimiento
Múltiplex GSM para tráfico de voz Comunicaciones móviles
Comunicaciones móviles Multiplex GSM para tráfico de voz Canal señalización Bit voz/sx
Comunicaciones Móviles CONTROLADOR ESTACIONES BASE: BSC AUC SMSC VLR HLR BTS RED FIJA G/MSC EIR BSC BTS La BSC constituye un primer nivel de concentración de tráfico hacia la red con objeto de minimizar costes de transmisión. Funciones: Gestiona y controla las BTS Responsabilidad en la asignación y liberación de los radiocanales (recursos radio) con el móvil y de canales terrestres con la red Fija el contenido de los canales de Radiodifusión y asigna los mensajes de paging a los subcanales físicos o paging group Gestión de los procesos de transferencia (Handover) entre BTS s bajo su control Ejecuta los algoritmos del control de potencia y cifrado
Componentes Nodo B y UE en LTE Comunicaciones Móviles
BSC (GSM) ó Nodo B (LTE) La capa MAC ofrece servicios a la RLC en la forma de canales lógicos. Un canal lógico está definido por el tipo de información que lleva, y generalmente se clasifican en: Canales de Control: Llevan información de configuración y control de la transmission. Canales de tráfico: Transportan datos de usuario. Comunicaciones Móviles
Canales lógicos en LTE Broadcast Control Channel (BCCH): usado para transmision de información de control del Sistema desde la red hacia todos los usuarios móviles en una celda. Irradia las características de comunicación del Sistema. Paging Control Channel (PCCH): Usados para búsqueda (paging) de los terminales móviles cuya ubicación es desconocida. Un msg de paging puede ser transmitido por multiples celdas. Dedicated Control Channel (DCCH): usado para transmisión de información de control hacia/desde terminales móviles. Es usado para configuración individual de los terminales móviles. Multicast Control Channel (MCCH): usado para transmission de información de control requerida para la recepción del MTCH. Dedicated Traffic Channel (DTCH): Usado para la transmission de información de datos de/hacia el usuario móvil. Multicast Traffic Channel (MTCH): Usado para tranmisión en el enlace descendente de servicios MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Services). Comunicaciones Móviles
Canales de Transporte en LTE Broadcast Channel (BCH). Es usado para transporter la transmission de información del canal lógico BCCH. Paging Channel (PCH): Es usado para transmission de la información de paging del canal lógico PCCH. Soporta recepción discontínua para permitir ahorrar batería al móvil (estados de dormir y despertar). Downlink Shared Channel (DL-SCH): Es usado para la transmission de información de los datos hacia los móviles en LTE. Soporta adaptación dinámica de la tasa y planificación dependiente del canal en tiempo y frecuencia, ARQ híbrido y multiplexación espacial. Multicast Channel (MCH). Es usado para soportar MBMS. Uplink Shared Channel (UL-SCH): es la contraparte del para el DL-SCH en el Up-link. Comunicaciones Móviles
Mapeo de canales Lógicos y de Transporte en LTE Comunicaciones Móviles
CENTRO CONMUTACIÓN MÓVILES: MSC Comunicaciones Móviles RED FIJA SMSC VLR G/MSC EIR El MSC es una central de conmutación ISDN responsable del control de llamada: establecimiento, mantenimiento y liberación de una comunicación. El GMSC es un tipo especial de MSC que es la interfaz de la red fija con la móvil. Puede haber varias GMSC Funciones: Enrutado de las llamadas hacia/desde el exterior (red PSTN, ISDN..) desde/hacia un móvil y Facturación (para el caso de la GMSC) Controla varias BSC y puede conectarse con diversas redes de telecomunicación Responsable de la gestión de movilidad:(localización y autentificación) en conjunto con HLR y VLR Handover entre distintas BSC AUC HLR BSC BTS BTS
REGISTRO LOCALIZACIÓN ABONADO: HLR Comunicaciones Móviles AUC SMSC VLR HLR BTS RED FIJA G/MSC EIR BSC BTS Es una base de datos que almacena la identidad y los datos de los abonados usuario, independientemente de la localización real de los mismos en un determinado momento. Toda red GSM al menos tiene un HLR Proporciona los datos necesarios al GMSC para localizar al móvil cuando se desea establecer una llamada dirigida hacia éste. Cada usuario está registrado en un único HLR
REGISTRO LOCALIZACIÓN ABONADO: HLR (2) HLR IMSI MSISDN Datos de usuario Datos de Localización LMSI VLRID Tripletas de Autentificación MSISDN Número teléfono del usuario para llamarle desde la red pública IMSI (International Mobile Subscriber Identity): Formado por MCC:Mobile Country Code MNC:Mobile Network Code Comunicaciones Móviles MSIN:Mobile Suscriber Ident. Number 3 digitos 2 dígitos 10 dígitos (máx). Los dos primeros para HLR Información sobre el tipo de Servicios contratados Datos de localización de la VLR: LMSI (Puntero, No. registro o expediente asociado a un abonado) VLRID: Identificador. de las distintas VLR Tripletas de Autentificación: SRES, Kc y RAND
REGISTRO LOCALIZACIÓN VISITANTES: VLR Comunicaciones Móviles AUC SMSC VLR HLR BTS RED FIJA G/MSC EIR BSC BTS -Base de datos local controlada por el MSC que contiene toda la información relevante de los terminales móviles que en un momento determinado están en el área de localización controlada por dicho VLR. En general MSC/VLR están físicamente juntas. -Realiza la autentificación del móvil en el MSC asociado. Memoriza los mismos datos que el HLR y así evita señalizaciones entre ambos. -Usualmente está incorporado al MSC o GMSC del que forma parte y se conecta con otros VLR y HLR a través del sistema de señalización de red.(ss7).
Comunicaciones Móviles CENTRO DE AUTENTIFICACIÓN: AUC AUC SMSC VLR HLR BTS RED FIJA G/MSC EIR BSC BTS Gestiona los datos de seguridad y autentificación de los abonados Proporciona al HLR los valores (RAND,SRES y Kc) que permiten la autentificación del móvil en cada MSC/VLR.
Comunicaciones Móviles REGISTRO IDENTIFICACIÓN EQUIPOS: EIR AUC SMSC VLR HLR BTS RED FIJA G/MSC EIR BSC BTS Es una base de datos mundial. Contiene dos tipos de listas: Una con los números de serie de equipos móviles que debido a algún defecto ó por que han sido robados no deben acceder a la red. Otra con los valores del IMEI (International Mobile Equipment Identity) permitidos.
Comunicaciones Móviles CENTRO SERVICIO MENSAJERÍA: SMSC AUC SMSC VLR HLR BTS RED FIJA G/MSC EIR BSC BTS El SMSC es independiente de la red GSM. Puede estar conectado a varias redes GSM simultáneamente. Permite enviar y recibir mensajes cortos desde o hacia otros móviles, y puede establecer interconexión con otros sistemas de correo electrónico. La transmisión de un mensaje corto se puede producir incluso simultaneamente con una transmisión de voz. Es una comunicación en una sola dirección
UMTS Arquitectura del Sistema UMTS Núcleo de Red o Core Network lu lu RNS RNC lur RNC RNS lub lub lub lub Nodo B Nodo B Nodo B Nodo B UTRAN UE
UMTS Núcleo de Red Funciones de transporte: -Transporte de información de tráfico -Señalización -Conmutación Funciones de inteligencia: -Encaminamiento -Gestión de la movilidad -Interconexión con otras redes de Telecomunicación
UMTS Diseño del núcleo de red Se implementa en 2 etapas: Etapa Inicial: Basada en tecnologías de núcleo de red actuales (GSM y GPRS) Evolución hacia TCP/IP: Basado en IMS (IP Multimedia Subsystem) Fase inicial Evolución a TCP/IP
Componentes Core Network (Fase inicial) UMTS Red Cx Circuitos Tráfico de voz y datos modo circuito Red Cx paquetes Tráfico voz y datos en modo paquete
Componentes Core Network (fase inicial) UMTS GSM BTS BSC MSC/VLR HLR GMSC Dominio de circuitos (CS) PSTN/ISDN OTRA PLMN INTERNET Nodo B RNC SGSN GGSN UTRAN Dominio de paquetes (PS) INTRANET
UMTS Elementos comunes a ambos dominios HLR (Home Location Register) VLR (Visitor Location Register) AuC (Autentication Centre) EIR (Equipment Identity Register) SMS- GMSC (Short Messages Services Gateway MSC) SMS Interworking MSC
Elementos comunes a ambos dominios UMTS HLR (Home Location Register): Base de datos Contiene información de cada cliente: IMSI, MSISDN, servicios contratados, restricción de servicios, servicios suplementarios, Area de localización VLR (Visitor Location Register): Almacena datos temporales sobre los terminales móviles ubicados momentáneamente en un área de localización controlada por una MSC. Requiere registro del móvil al cambiar de Area de localización (VLR y HLR).
UMTS Elementos comunes a ambos dominios AuC (Authentication Centre): Almacena datos de cada cliente. Permite autenticación del IMSI y el cifrado de la comunicación. Envía datos de autenticación y cifrado a través del HLR al VLR y la MSC. Se comunica con su HLR asociado a través de la interfaz H. EIR (Equipment Identity Register): Almacena las identidades de los equipos terminales (IMEI). Listas Blanca (sin restricciones, gris (con alguna restricción, negra (sin servicio)
UMTS Elementos comunes a ambos dominios SMS-GMSC (Short Messages Services Gateway MSC): Comunica el centro de servicios de mensajes cortos con la PLMN. Envío de SMS hacia los móviles desde el centro de servicios. SMS Interworking MSC: Comunica las MSC con el centro de servicios de mensajes cortos. Envío de SMS desde los móviles al centro de servicios.
Elementos del dominio de Conmutación de circuitos (CS) UMTS U-MSC (Mobile services Switching Centre) U-GMSC (Gateway MSC) IWF (Interworking Function)
UMTS Elementos del dominio CS U-MSC (Mobile services Switching Centre): Constituye la interfaz entre el sistema móvil y las redes fijas. Funciones de señalización y conmutación de móviles en su area de localización. Procedimientos de Registro de localización y traspaso.
UMTS Elementos del dominio CS U-GMSC (Gateway MSC): Punto de comunicación entre PLMN y la PSTN. Interroga al HLR cuando hay una llamada entrante desde la PSTN. Una vez determinada el área de Localización, se dirige la llamada a la MSC que controla dicha área. IWF (Interworking Function): Es un componente asociado a la U-MSC. Intercomunica la red UMTS con otras redes fijas (ISDN, PSTN, PDN). Si las redes son compatibles, no tendría funciones.
Elementos del Dominio de Paquetes NUCLEO IMS PDP PDP PEP PEP PEP PEP RED DE ACCESO UMTS
Elementos del dominio PS: Red de Acceso UMTS UMTS U-SGSN (UMTS Serving GPRS Support Node): Nodo servidor de las comunicaciones en modo paquete. Datos necesarios para manejo de llamadas iniciadas/terminadas en el móvil: IMSI, identidades temporales, Dirección IP (Contexto PDP- se almacena en el HLR) Información de Localización: Routing Area, Celda, Id. VLR asociado, direcciones de los nodos U-GGSN que participan en sesiones activas de transferencia de datos mediante PDP (Contextos PDP).
Elementos del dominio PS: Red de Acceso UMTS UMTS U-GGSN (UMTS Gateway GPRS Support Node): Nodo frontera de las comunicaciones en modo paquete. Información necesaria para controlar llamadas iniciadas/terminadas en el móvil: IMSI, Direcciones PDP, Localización (nodo SGSN donde el móvil está registrado).
Elementos del dominio PS: Red de Acceso UMTS UMTS BG (Border Gateway): Pasarela entre una PLMN que soporta GPRS y una red de conexión entre PLMNs (utilizada para interconectar con otras PLMNs que también soportan GPRS). Aporta el nivel de seguridad apropiado para proteger a la PLMN y a sus terminales.
UMTS Evolución del núcleo de Red Fase Inicial Ventaja: Facilidad de migración de 2G a 3G. Desventaja: Es un freno para el soporte de servicios más avanzados. Es necesario ir hacia TCP/IP.
UMTS Evolución del núcleo de Red El núcleo de red en 4G se basa en el modo paquete basado en el protocolo TCP/IP. TCP/IP se usa tanto en núcleo de red como en red de acceso radio (Opción Todo IP ). Desaparición del modo circuito y todo el tráfico (voz y datos) se transportaría en modo paquete (Red Multiservicio). Tecnologías: Núcleos de Red IP para UMTS, IP/ATM, Dominio IP Multimedia (IMS), Mobile IP.
Evolución del núcleo de Red Comunicaciones Móviles
Núcleo de red para LTE Comunicaciones Móviles
IMS: IP MULTIMEDIA SUBSYSTEM Es una infraestructura de red El objetivo es soportar servicios multimedia en redes NGN Nació como iniciativa de los operadores móviles (3GPP, 2005) Se está posicionando como la solución estándar
Arquitectura de una red IMS Las partes o entidades se clasifican en 6 categorías: Familia de enrutamiento y gestión de la sesión (CSCFs) Bases de datos (HSS, SLF) Elementos de Interconexión (BGCF, MGCF, etc) Servicios (Servidor de aplicación, MRCF, MRFP) Entidades de soporte (THIG, Security Gateway, PDF) Tarificación
Arquitectura de una red IMS Application Server (AS): Provee las plataformas de servicio en ambientes IMS. No determina cómo se programan las aplicaciones multimedia de valor agregado. Soporta la señalización y administración de las interfaces (IMS Service Control- ISC, Sh) y los protocolos SIP y DIAMETER. Habilita los desarrolladores para usar aplicaciones basadas en SIP: antiguos servidores de red inteligente, Servidores/Gateways con interfaces estándar OSA/Parlay para aplicaciones Web, VoIP, etc.
Arquitectura de una red IMS Home Suscriber Server (HSS): Es el equivalente del HLR (Home Location Register) en sistemas 2G. Contiene además dos interfaces de comunicación basadas en el protocolo DIAMETER (Sh). Es la base de datos maestra de un IMS y almacena los perfiles de usuario IMS. Incluye información de filtrado individual (Servicios a que tiene derecho), estado del usuario (activo, inactivo por falta de pago, etc) y perfiles de los servidores de aplicación (qué servidores utiliza).
Arquitectura de una red IMS Media Resource Function (MRF): Puede ser dividida en dos partes: Media Resource Function Controller (MRFC) Media Resource Function Processor (MRFP) Provee los recursos para el procesamiento de los flujos multimedia: Mezclado de medios, anuncios de medios, análisis de medios, cambio de codificación de medios, habla. Otros componentes son: Border Gateway Control Function (BGCF), Media Gateway Control Function (MGCF), Media Gateway (MG). Estos realizan la interconexión entre RTP/IP y los proveedores usados en las redes anteriores.
Arquitectura de una red IMS IMS End User System: Provee el sporte de protocolos IMS necesario: SIP Codificadores para las aplicaciones multimedia Soporte de la conectividad: GPRS, WLAN, etc
Arquitectura de una red IMS Proxy Call State Control Function (P-CSCF): Es el primer punto de contacto con el núcleo de red IP multimedia. Todo el tráfico se señalización SIP desde o hacia el equipo de usuario (UE), pasa por el P-CSCF Se comporta como un proxy, aceptando y re-enviando solicitudes y respuestas Realiza funciones como: autorización de los recursos solicitados para el nivel de QoS apropiado (Policy Control), llamadas de emergencia, monitoreo, Identificación del I-CSCF, compresión/decompresión de cabeceras.
Arquitectura de una red IMS Interrogating Call State Control Function (I-CSCF): Es el primer contacto dentro de un operador de red. Contacta al HSS para obtener la dirección del S-CSCF y realizar el registro del usuario Envía las solicitudes y respuestas SIP al S-CSCF. Oculta la topología de la red al usuario
Arquitectura de una red IMS? Serving Call State Control Function (S- CSCF): Ejecuta los servicios de control de sesión para el extremo de la comunicación Mantiene el estado de la sesión (que es requerido por el operador de red para el soporte de los servicios) Dentro de un mismo operador de red, diferentes S-CSCFs pueden tener diferentes funcionalidades. Soporta el registro y la interacción de los usuarios con las plataformas de servicio para el soporte de los mismos. Decide si un Servidor de Aplicación (AS) se requiere para recibir información relacionada con una solicitud de sesión SIP para asegurar el manejo apropiado del servicio La decisión del S-CSCF está basada en la información del Filtro recibida del HSS. Este filtro es almacenado y soportado en una forma Servidor-por-aplicación para cada usuario.