1

GPRS

Ejemplo de Red de Conmutación de Paquetes

2

GPRS

INDICE1.- Introducción a la Red GPRS

2.- Descripción de los elementos de la Red GPRS

3.- Subsistema Radio

4.- Interfaces GPRS y protocolos asociados

5.- Procedimientos en GPRS

6.- Servicios sobre GPRS

7.- Evolución de GPRS: UMTS

3

GPRS

Introducción a la Red GPRSGPRS: General Packet Radio Service

La situación actual en el mercado de las comunicaciones móviles, donde la explotación de los servicios de voz ha llegado casi a su techo y la penetración en los mercados supera el 80%, ha provocado el nacimiento de redes donde la transmisión de datos sea el nuevo objetivo.

Con los servicios de datos ofrecidos en GSM, se detectaron ciertas carencias que impidieron su despegue sobre la red 2G:

Baja velocidad de Transmisión. 9.6 Kbps La conexión requería un alto tiempo de conexión. Facturación basada en tiempo de conexión, independientemente del tráfico generado.

4

GPRS

Con este panorama nació la Red GPRS, que se fundamenta en una red de conmutación de paquetes superpuesta a la actual red GSM, que permite las siguientes mejoras:

Conexión y transporte de alta velocidad (en el pdf de concepts vienen datos) Conexión permanente: “Always on” Facturación basada en cantidad de tráfico transmitido, calidades de servicio, etc.

Para los operadores, se consigue un mejor aprovechamiento del espectro radioeléctrico, pues el enlace radio, solo se utiliza cuando se están recibiendo o transmitiendo datos. Esto implica que varios usuarios pueden compartir el mismo radiocanal, con el consiguiente aumento de eficiencia, y con un bajo coste en implantación en Red a nivel Radio (PCUs en las BSCs).

5

GPRS

Con el Sistema GPRS, el usuario podrá acceder a redes públicas y privadas de datos, utilizando protocolos estándar (IP, X25), pudiendo navegar por Internet, descargar su correo, visitar su intranet, hacer ftp, etc, con las ventajas de la movilidad que le proporciona su teléfono movil.

Aspectos de servicio

Desde el punto de vista del servicio, GPRS, proporciona en su fase 1, un solo servicio portador de transmisión de paquetes punto a punto (PTP, Point to Point), con dos posibles opciones:

PTP No orientado a conexión (CNLS Connectionless Network Service): consiste en el envío de paquetes desde su origen a su destino, de forma independiente, a través de la red. Equivale al modo datagrama de transmisión por línea. En el ramo radio del servicio, se realiza la transferencia con acuse de recibo para proporcionar la entrega fiable. Con este servicio, GPRS soporta protocolos IP.

6

GPRS

PTP Orientado a Conexión (CONS Connection Oriented Network Service): Permite intercambiar múltiples paquetes entre un usuario y un destino. Se entiende entonces que hay entre ambos una relación que puede durar desde segundos hasta horas. Es necesario previamente al intercambio de datos establecer una conexión virtual. Con este tipo de servicios, GPRS, soporta por ejemplo, X25

7

GPRS

Descripción de los elementos de la Red GPRS

El mayor peso de los cambios necesarios para incorporar la estructura GPRS a la Red GSM, se soporta sobre el subsistema del Núcleo de Red. Si bien,la pare de acceso, BTS y BSC, los cambios son menores, en el core surgen nuevos nodos que realizarán y soportarán las nuevas funcionalidades ofrecidas por GPRS.En la figura adjunta, se muestran los nodos adicionales que no existían en la Red GSM:

SGSN: Serving GPRS Support Node GGSN: Gateway GPRS Support Node CG: Charging Gateway BG: Border Gateway DNS: Domain Name System

MSC

BTS

BSC

Internet

GGSN

SGSN HLR

SS7

DNS

CG

Intranets

BG

Red de Transporte Inter PLMN

GPRS IP Backbone

SMS-GMSC SMS-IWMSC

8

GPRS

Figura 1: Núcleo de red GPRS

9

GPRS

Todos estos elementos están interconectados mediante redes de transporte IP. Hay dos tipos de red de transporte en un sistema GPRS:

La red de transporte Intra-PLMN, que permite la comunicación a los SGSNs y GGSNs de un operador. Dependiendo de la ubicación de los GGSNs puede ser LAN (ambos nodos localizados en el mismo site –interconexión basada en switchs-) o remotamene, mediante una red de transporte (ATM por ejemplo) basada en IP.

Red de transporte Inter-PLMN permite la intercomunicación de los SGSNs de un operador co los GGSNs de otros operador (Roaming). Red IP que puede estar soportada sobre Internet, en forma de red privada empleando líneas alquiladas, o en la red de un operador de transporte denominado GRX (GPRS Roaming eXchange)

Opcionalmente, y dependiendo de cada operador, se disponen de servidores DHCP y RADIUS para gestión de los pools de IPs y autenticación de usuarios.

10

GPRS

SGSN Serving GPRS Support NodeNodo encargado (junto con el GGSN) de realizar la conmutación de paquetes en la red GPRS. Está conectado a la BSC por medio del interfaz Gb y constituye para el terminal móvil el punto de acceso al servicio de la red GPRS.

FUNCIONES Retransmisión de datos entre el movil (MS) y el GGSN (en los dos sentidos) Gestión del registro y la movilidad de los MS Paging (Aviso). Procedimiento para que el MS pase de estado Reposo a Activo, y

así poder llevar a cabo el intercambio de datos. Recogida de información para facturación (CDRs) y envío al CG. Conversión de IP (red transporte) a SNDCP y LLC empleados entre el SGSN y el

MS. En SNDCP y LLC maneja el cifrado y compresión de datos.

11

GPRS

Debido a la criticidad de estos nodos, la mayoría de suministradores ofertan redundancia 2N o N+1.

La capacidad de los mismos, depende del suministrador, pero sirva como ejemplo, estos datos:

Hasta 16 unidades de procesamiento paquetes (PAPUs) (redundancia N+1).

120.000 usuarios attached, con dos contextos PDP activos, en las primeras versiones del SGSN a. Actualmente, suporta hasta 50.000 usuarios por PAPU.

Hasta 48 Mbps de capacidad de conmutación, en primeras versiones.

12

GGSN Gateway GPRS Support NodeSu misión principal es la conexión del terminal móvil a redes de datos externas

para el acceso a sus servicios y aplicaciones basadas en IP: Internet, intranet

Desde el punto de vista de las redes externas, se comporta como un router conectado a una sTubred. Oculta la infraestructura de red GPRS al resto de redes.

FUNCIONES Transferencia de datos de usuario y señalización hacia el backbone GPRS Interconexión con Redes Externas Recogida de información para facturación (CDRs) Contiene información de encaminamiento de los usuarios conectados (attached)

13

GPRS

Recepción de datos de usuario desde redes externas (intranet, Internet) y envió al SGSN que controla el móvil, mediante el protocolo de túnel GTP (GPRS Tunneling Protocol)

Recepción de paquetes de datos desde el SGSN o BG, eliminación de cabeceras GTP y encaminamiento de los datos de usuario hacia la intranet o Internet.

Recepción de datos de señalización desde la red de transporte y configuración de la operación correspondiente.

Recogida de datos sobre la sesión: APN (Access Pont Name), volumen de datos, tiempo de vida del contexto, uso de IPs estaticas/dinámicas para la generación de CDRs.

Garantizar la privacidad y seguridad para la red de transporte y el terminal. Actúa como un gateway entre redes externas y la red de transporte GRPS

14

GPRS

Asignación de IPs a los terminales, estáticas o dinámicas. Proporcionar los servicios básicos de acceso para el ISP, y en caso de que

exista, al plano de servicios. En el traspaso inter-SGSN, dialoga con los SGSNs implicados con el fín

de mantener actualizada la información concerniente al contexto activo.

REDUNDANCIA Y CAPACIDAD

Al igual que el SGSN, depende de cada suministrador. Algunos ejemplos: Redundancia N+1. En caso de fallo, se utiliza un GGSN de reserva. Primeras versiones, con capacidad de transferencia de datos de 16 Mbps. Primeras versiones, con capacidad de 50.000 contextos PDP activos.

15

GPRS

BG (Border GATEWAY)El Border Gateway representa la puerta de conexión con otras PLMNs y posibilita el intercambio de datos de forma segura a través de la red de transporte Inter-PLMN, en lugar de hacerlo a través de Internet. Un BG es un router que maneja algún protocolo de routing a través de la interfaz Gp. Normalmente se utiliza BGP (Border Gateway Protocol).

Suele tener implementada la función de Firewall.

CG (Charging Gateway).Recoge los CDRs generados en los SGSNs y GGSNs, los consolida y pre-procesa antes de pasarlos al sistema de facturación (Billing System).

16

GPRS

DNSLleva a cabo la traducción de nombres lógicos de los nodos de red a direcciones físicas.

Interviene en la activación de contextos PDP, proporcionando al SGSN la dirección del GGSN por el que acceder al servicio.

En los cambios de Routing Area (RA), proporciona la dirección del SGSN al que pertenece la RA antigua.

FirewallComo en otras redes, realiza una barrera segura entre dos redes. Muy importante en este tipo de redes, ya que los usuarios tiene IPs pertenecientes al operador, y sin un bastionado y segmentación correcta, podrían tener acceso a los Nodos de la Red (GSNs).

17

GPRS

Subsistema Radio en GPRS En GPRS, se utilizan los mismos recursos de la interfaz radio que para la

transmisión en modo circuito de GSM, siendo posible la misma mezcla de canales GPRS con canales GSM en una misma célula e inclusoenuna misma portadora.

Los canales GPRS pueden asignarse dinámicamente en los intervalos libres de los canales en modo circuito, con lo que se consigue un uso eficiente del espectro.

El GPRS utiliza los mismos canales físicos que el GSM pero de una forma más eficiente, ya que un mismo canal GPRS puede compartirse por varios usuarios.

Un canal GPRS sólo se asigna cuando se transmiten o reciben paquetes. En GSM: los canales se asignan de forma permanente al usuario durante toda la

llamada Mínima inversión e impacto en las BSS de GSM: solamente actualización

Software y módulo HW PCU (Packet Control Unit).

18

GPRS

BSCPCU SGSN

A bis

Gb

SGSN

SGSN

BSC

BSC

PCU

PCU

Gb

BTSBSC site GSN site

19

GPRS

El standard permite la colocación de la PCU en estas tres posiciones. La mayoría de los fabricantes la colocan en la BSS.

PCU: Responsable del manejo MAC y RLC en el interfaz aire y de BSSGP y Network Service (NS) en el interfaz Gb

20

GPRS

GSM RF

SGSNBSS/PCUMSGb

GSM RF

RLC

MAC

Um

LLC

RLC

MACPhys.Link

Phys.Link

BSSGP

LLC

SNDCP

BSSGP

SNDCP

IP/X.25

Application

LLC Relay

Subsistema Radio en GPRS

21

GPRS

SNDCP Segmentación Compresión de datos Compresión de cabeceras TCP/IP Encriptación

LLC Mantenimiento del Contexto entre el movil y la Red Retransmisión de tramas no reconocidas Detección de tramas corruptas

RLC Radio Link Control Transferencia de las unidades de datos LLC-PDU entre la capa LLC y

la capa MAC

22

GPRS

Segmentación y reconstrucción de las unidades de datos LLC-PDUs en los bloques de datos RLC

Procedimientos de control de errores, permitiendo la retransmisión selectiva de las palabras código que no puedan ser corregidas.

Control del orden en que son transmitidos los bloques de datos RLC Transmisión de mensajes de control teniendo en cuenta las

condiciones del canal radio. MAC Medium Acces Control

Multiplexación de datos y señalización de control. Arbitra la compartición del canal radio entre los moviles Resolución de colisiones en el acceso para llamadas originadas en los

moviles. Asigna los canales de radio a los moviles

23

GPRS

FH

GSM RF

RLC

MAC

LLC

SNDCP

IP/X.25

ApplicationPaquete IP

Unidad SNDCP Unidad SNDCP

Unidad SNDCP FCS

BH Info field BCS BH Info field BCS

0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8

24

GPRS

Esquemas de codificación de canalEn GPRS, se han definido 4 esquemas de codificación de canal:

Son tasas para un canal. Usando 8, con CS-4, podría llegarse a la tasa de 171.2 kbps

Esquema Tasa (Kbps)

CS-1 9.05

CS-2 13.4

CS-3 15.6

CS-4 21.4

25

GPRS

Canales Lógicos en el interfaz AireEl canal físico dedicado al tráfico de GPRS es el PDCH, Packet Data

Channel. Varios canales lógicos con distintas funciones son mapeados en cada PDCH.

Solo descendente Solo descendente Solo descendente

PDCH

PCCCH PDTCHPBCCH PACCH

PPCH PAGCHPRACH PNCH

Canal físico

Canales lógicos

Solo descendente

Solo ascendente

26

GPRS

PCCH (Packet Common Control Channel) consiste en un conjunto de

canales lógicos utilizados para la señalización de control: PRACH (Packet Random Access Channel) utilizado por el movil para

iniciar la transferencia de datos o señalización en el enlace asacendente.

PPCH (Packet Pagin Channel) usado para la búsqueda del móvil antes de iniciar una transferencia de datos descendente.

PAGCH (Packet Access Grant Channel) es utilizado en la fase de establecimiento para asignar recursos a un móvil antes de la transferencia de datos.

PNCH (Packet Notificación Channel) es usado para enviar las notificaciones de multidifusión a un grupo antes de comenzar la transferenciade datos

27

GPRS

PBCCH (Packet Broadcast Control Channel) difunde la información del sistema específica.

PDTCH (Packet Data Traffic Channel) es el canal utilizado para la transferncia de datos.

PACCH (Packet Associated Control Channel) transporta información de señalización relativa a un móvil determinado e incluye, por ejemplo, reconocimientos, información de control de potencia, asignación de recursos, etc.

PTCCH/U (Packet Timing Advance Control Channel/ uplink) es usado para transmitir ráfagas aleatorias para el ajuste del “Timing Advance”

PTCCH/D (Packet Timing Advance Control Channel / downlink) transmite información del “Timing Advance” para actualizar varios móviles. Un PTCCH/D esta pareado con varios PTCCH/U

28

GPRS

Combinaciones de PDCHs permitidas PBCCH PCCCH (con PCCCH=PPCH+PRACH+PAGCH+PNCH) PBCCH PCCCH PDTCH PACCH PTCCH PCCCH PDTCH PACCH PTCCH PDTCH PACCH PTCCH

29

GPRS

Interfaces GPRS y protocolos asociadosLa introducción de nuevos nodos de núcleo de red para soportar las funcionalidades de GPRS, así como la necesidad de comunicación con los nodos integrantes del núcleo de GSM provocan la aparición de nuevas interfaces protocolos.

En la figura 2, se muestra la arquitectura lógica de la Red GPRS, indicando las distintas interfaces.

Las nuevas interfaces que aparece entre nodos GPRS son Gb, Gn y Gp. Con nodos GSM, aparecen Gr, Gs, Gd, Gc y Gf. Notar, que el operador no tiene por que implementar todas (p.e, Gs, Gd, Gc y Gf).

Con las redes externas aparecen Gi y Gp.

Una implementación típica (que incluya Roaming) tendría: Gb, Gn, Gi, Gp, y Gr.

30

GPRS

Arquitectura lógica Red GPRS

BSS

MSC/VLR

SMS-C

SGSN GGSN

HLR

SMS-GMSCSMS-IWMSC

SGSNGGSN EIR

PDN

Other PLMNSignalling & Data Interface

GsGs GrGr

GpGpGnGn

GnGn GiGi

GfGf

GbGbUmUm

GdGd

GcGcAA

EE CC

DD

31

GPRS

Plano de transmisión: estructura de protocolos por capas Transferencia de información de usuario+información de control de

transferencia (control de flujo, detección/corrección errores)

MS BSS SGSN GGSNUm GbGSM RF L1bis

Network Service

BSSGPRLC

MAC

Relay

L1

L2

GTP

IP

UDP/TCP

L1bis

LLC

Network Service

SNDCP

BSSGP

Relay

GSM RF

LLC

RLC

MAC

SNDCP

IP/X.25Applicac.

L1

UDP/TCP

L2

GTP

IP/X.25

IP

GiGn

32

GPRS

GPRS Tunnelling Protocol (GTP)Encapsula los datos de usuario y los de señalización entre los GSNs

Transmission Control Protocol (TCP)- Lleva las PDUs GTP cuando se necesita enlace de datos fiable

- Control de flujo y protección ante perdida y corrupción de PDUs GTP

User Datagram Protocol (UDP)- Lleva las PDUs GTP cuando no se precisa enlace de datos fiable

- Protección ante corrupción de PDUs GTP

33

GPRS

Internet Protocol (IP)- Protocolo del Backbone de GPRS

- Encaminamiento de datos de usuario y control de señalzación

Subnetwork Dependent Convergence Protocol (SNDCP)

- Funciones de mapeo y compresión entre el nivel de red y capas inferiores

- Segmentación, reensamblado y multiplexación

Logical Link Control (LLC)- Enlace lógico fiable (cifrado)

- Independiente de niveles inferiores de radio

34

GPRS

Relay- BSS: retransmisión de las PDUs LLC entre Um y Gb

- SGSN: retransmisión de las PDUs PDP entre Gb y Gn

Base Station System GPRS Protocol (BSSGP)- Lleva información realacionada con el encaminamiento y QoS entre BSS y

SGSN.

- No realiza corrección de errores

Network Service- Transporta PDUs BSSGp

- Basado en conexión Frame Relay entre BSS y SGSN

35

GPRS

RLC/MAC- Radio Link Control: enlace fiable. Depende de la solución radio implantada

- Medium Access Control. Control de acceso a los procedimientos de seañalización para el canal radio

GSM RF:

- Igual que el definido para GSM

36

GPRS

Interfaz Gb Interfaz entre la BSS y el SGSN Sobre él, se realizan el intercambio de datos de usuario y de

información de señalización. No existe diferencia a nivel de pila de protocolos entre estos dos planos. Las diferencias entre ambos se encuentra por encima de la pila que este subsistema maneja.

No hay recursos físicos dedicados a señalización. Diferencia con respecto al interfaz A (BSS-MSC):

información de múltiples usuarios puede ir multiplexada sobre el mismo recurso físico

37

GPRS

Network Service (NS): proporciona un servicio de red a capas superiores, apoyandose en el nivel inferior de la pila, Frame Relay.

El transporte está basado en Frame Relay El enlace se soporta por uno o varios NS-VL (Network

Service-Virtual Link), que son identificados por NS-VLI (NS-Virtual Link Identifier), pudiendo un mismo enlace físico transportar varios NS-VC

Correspondencias: Enlace Físico es el bearer channel de FR NS-VC es el PVC (Permanent Virtual Connectión) NS-VLI: asociación entre el DLCI (Data Link Connection Identifier)

y el identificador de Bearer Channel

38

GPRS

Funciones del NS Transmisión de unidades de datos suministradas por el nivel

superior de protocolo extremo a extremo: PCU-SGSN Reparto de carga entre los diferentes NS-VC disponibles Gestión de los NS-VC: gestión de indisponibilidades, función

de test, recuperacion, etc

39

GPRS

BSSGPBase Station System GPRS Protocol: Basandose en el transporte de sus PDUs

(Packet Data Unit), por medio del nivel NS, tiene como funciones principales:

Down Link: suministra información a la BSS del SGSN relacionada con el interfaz radio: capacidades de acceso radio para el movil (MS Radio Access Capability), el perfil de QoS, tiempo de vida de una PDU, etc.

Up-Link: proporciona información al SGSN del interfaz Radio, proveniente del nivel RLC/MAC: perfil de QoS utilizado, etc

Funciones de Gestión y Control a ambos extremos: BSS, SGSN Control de Flujo entre SGSN y BSS Manejo de los avisos a terminales moviles desde el SGSN al BSS Permite la transferencia de datos sin confirmación entre BSS y SGSN

40

GPRS

LLCProporciona un enlace lógico para el terminal móvil y el SGSN al que está

conectado. Proporciona procedimientos para: Transferir PDUs del nivel superior, que dependiendo del plano, datos de

usuario o señalización, pueden ser GMM/SM (señalización) o SNDCP (usuario).

Control de la secuencia de los mensajes Detectar errores de transmisión y formato Recuperación de errores Notificación de errores irrecuperables Control de flujo Cifrado

41

GPRS

Un enlace lógico se identifica por un DLCI (Data Link Connection Identifier), que está compuesto por: SAPI (Service Access Point Identifier) y TLLI (Temporary Logical Link Identity).

SAPI: utilizado para identificar los puntos en los que el LLC está suministrando servicios a los protocolos de nivel superior: GMM, SM y SNDCP. Se transporta en las cabeceras de la trama LLC

TLLI: identifica un terminal móvil y no figura en las tramas LLC, sino en la información correspondiente a los niveles BSSGP y RLC/MAC(Radio Link Control/ Medium Access Control).

Trama LLC: cabecera con dos campos, información (1 octeto) y control (máx 36 octetos); datos (140-1520 octetos) y campo final de comprobación (3 octetos).

42

GPRS

Por encima del nivel LLC: plano de señalización o datos de usuario

Plano de señalización: Protocolo GMM/SM GPRS Mobility Management and Session Management). Los procedimientos de este protocolo soportan la gestión de la movilidad (GPRS attach, GPRSdetach, security, routeing area update, location update) y la gestión de la sesión (PDP context activation, and PDP context deactivation).

Plano de datos de usuario: SNDCP. Por encima de este nivel pueden encontrarse diferente protocolos a nivel de red. En la practica: IP.

43

GPRS

SNDCPSu función es soportar transparentemente diferentes niveles de Red (IP, X25) de manera que la utilización de uno o de otro por parte del usuario no

implique cambios en los niveles inferiores de GPRS.Funciones: Segmentación de unidades de datos del protocolo superior en

unidades LLC y reesemblado de las mismas. Objeto: asegurar que las unidades de datos del nivel de red no sobrepasan las longitudes máximas permitidas a nivel LLC

Multiplexación de diferentes sesiones del mismo usuario Compresión y descompresión de datos de usuario.

Negociadas entre móvil-SGSN.

44

GPRS

Compresión y descompresión de información de control del protocolo de red (por ejemplo, cabecera TCP/IP).

Por encima de SNDCP, en el plano de datos de usuario, se encuentran los protocolos propios de la aplicación que esté utilizando el usuario, y son transportados transparentemente hacia Gi, por ejemplo, HTML.

45

GPRS

Interfaz Gn y Gp Interfaz Gn: Permite la comunicación del SGSN con otros

GSNs (GGSNs/SGSNs) del backgone Intra-PLMN Interfaz Gp: igual función que el Gn pero Inter-PLMN (otros

operadores) El canal físico puede tener distintas configuraciones:

Ethernet, ATM, etc

46

GPRS

Plano de Señalización

El plano de señalización, está relacionado con funciones de gestión de la movilidad: attach GPRS, updates, contextos, etc

Protocolo GTP: Gestión de Tuneles. Para el transporte de los mensajes de señalización GTP entre GSNs se

utiliza UDP sobre IP

Gn, Gp GSN

L1

IP

UDP

GTP

L2

GSN

L1

IP

UDP

GTP

L2

47

GPRS

Plano de usuario

Se utilizan túneles para el transporte de datos: mensajes GTP marcados como datos.

T-PDUs: paquetes de datos de usuario

Gn, GpGSN

L1

IP

TCP/UDP

GTP

L2

usuario

L1

IP

TCP/UDP

GTP

L2

usuario

GSN

48

GPRS

Cabecera GTP

Bits

8 7 6 5 4 3 2 1

Version PT Spare 111 SNN

Message Type

Length

Sequence Number

Flow Label

SNDCP N-PDU LLC Number

Spare ‘1 1 1 1 1 1 1 1’

TID

Octetos

1

2

3-4

5-6

7-8

9

10-11-12

13-20

49

GPRS

Versión: 0 si el bit PT (Protocol Type) es 1 (indicando mensaje GTP) para indicar la primera versión de GTP

PT (Protocol Type): indica si el mensaje es GTP (‘1’) o GPT (‘0’), para la transferencia de CDRs al CG

Reservado: 111 reservado para uso futuro SNN: indica si el número de N-PDU SNDCP está incluido o no Tipo de mensaje: tipo de mensaje GTP Longitud: la del mensaje GTP (G-PDU), en octectos, excluida la

cabecera GTP Numero de secuencia: identidad de la transacción para mensajes de

señalización y un número de secuencia incremental para T-PDUs Etiqueta de flujo: identifica el flujo GTP

50

GPRS

Número de N-PDU SNDCP: para coordinar la transmisión de datos entre el terminal y el SGSN durante el procedimiento de actualización de Routeing Area Inter-SGSN

TID: Identificador de túnel que señala los contextos PDP y MM

En el campo tipo de mensaje se distingue entre el plano de señalización y el de usuario.

51

GPRS

Interfaz Gr Interfaz entre el SGSN y el HLR Función: dar acceso a la información de usuario que se encuentra

almacenada en el HLR. Interfaz MAP estándar. Emplea enlaces físicos SS7

GrSGSN

L1

MTP3

SCCP

TCAP

MTP2

MAP

L1

MTP3

SCCP

TCAP

MTP2

MAP

HLR

52

GPRS

and Management FTAM o X.25

datos fiables como File Transfer

velocidad utilizando protocolos de

de la red IP GPRSde comunicaciones de alta

Información de facturación recopilada a travésInformación recopilada a travésTrafico de tarificación

Transporte mediante IPTransporte mediante X.25Tráfico de gestión

Transporte mediante IP a través de BG y FirewallGSMCInterfaz Gp

Transporte de información mediante IPNo existe en GSMInterfaces Gn, Gi

Asignación de TS en función de la demandaAsignación fija de TS

Frame RelayTDMInterfaces Gb, A

de datos GPRS

Prioridad frente a comunicaciones

Asignación de TS en función de la demandaAsignación fija de TS

TDMTDMInterfaz Abis

y transmisión

Separacion de protocolos en 2 planos: señalizaciónde señalización

de datos de usuario.para información de usuario y

Nuevos protocolos para transporte fiableProtocolos en un único planoProtocolos

asignados y el tipo de codificación

De 9.50 Kbits/s a 150 Kbit/s en funcion de los TS9,6 Kbits/sAncho de banda de datos

Fax y SMS

Apliaciones IP como e-mail, navegación webTelefonía de alta calidadServicios

Conmutación de PaquetesConmtación de CircuitosTécnicas de conmutacion

GPRSGSMDiferencias

and Management FTAM o X.25

datos fiables como File Transfer

velocidad utilizando protocolos de

de la red IP GPRSde comunicaciones de alta

Información de facturación recopilada a travésInformación recopilada a travésTrafico de tarificación

Transporte mediante IPTransporte mediante X.25Tráfico de gestión

Transporte mediante IP a través de BG y FirewallGSMCInterfaz Gp

Transporte de información mediante IPNo existe en GSMInterfaces Gn, Gi

Asignación de TS en función de la demandaAsignación fija de TS

Frame RelayTDMInterfaces Gb, A

de datos GPRS

Prioridad frente a comunicaciones

Asignación de TS en función de la demandaAsignación fija de TS

TDMTDMInterfaz Abis

y transmisión

Separacion de protocolos en 2 planos: señalizaciónde señalización

de datos de usuario.para información de usuario y

Nuevos protocolos para transporte fiableProtocolos en un único planoProtocolos

asignados y el tipo de codificación

De 9.50 Kbits/s a 150 Kbit/s en funcion de los TS9,6 Kbits/sAncho de banda de datos

Fax y SMS

Apliaciones IP como e-mail, navegación webTelefonía de alta calidadServicios

Conmutación de PaquetesConmtación de CircuitosTécnicas de conmutacion

GPRSGSMDiferencias

53

GPRS

Procedimientos principales en GPRS Gestión de la movilidad

Diagrama de estados de movilidad

PDU transmission

Implicit Detachor

Cancel Location

GPRS Attach

READY timer expiryorForce to STANDBY

GPRS Detach GPRS Attach

PDU reception

GPRS Detachor

Cancel Location

MM State Model of MS MM State Model of SGSN

IDLE

READY

STANDBY

IDLE

READY

STANDBY

READY timer expiryorForce to STANDBYorAbnormal RLC condition

54

GPRS

Idle: Movil desenganchado de la Red Standby: Se hace el attach y se crea el contexto MM Ready: El móvil esta transmitiendo o recibiendo datos de

señalización. La localización del movil es a nivel de celda.

55

GPRS

Procedimientos de Gestión de la MovilidadEs necesario un procedimiento para que un móvil pueda registrarse en la red

GPRS; para la actualización de la posición según se va desplazando, será necesario otro procedimiento diferente, y así con cada una de las diferentes situación.

En este aparatado veremos algunos de los principales procedimientos. Attach: Procedimiento necesario para que el movil quede registrado

como enganchado a la red. Es iniciado desde el movil. Detach: necesario para la desconexión del movil de la red GPRS. Purge: permiete al SGSN informar al HLR de que ha borrado

contextos MM y PDP de un terminal que se ha desconectado de la red (detach)

Seguridad: proteger frente a usos no autorizados (autentificación y validación), proporciona confidencialidad a la identidad y datos de usuario.

56

GPRS

Gestión de la localización: Actualización de celda, actulización del Routeing Area, etc

Gestión de abonado: Añadir o modificar datos de la suscripción GPRS en el SGSN o Borrar datos de abonado en SGSN

57

GPRS

Contexto PDPAntes de que un movil GPRS pueda llevar a cabo un intercambio de datos es

necesario que se establezca un contexto PDP (Protocolo de Datos de Paquetes) con el GGSN correspondiente, de forma que luego los datos puedan ser encaminados.

Un contexto PDP permite transferir las PDUs de una dirección PDP entre el movil y el GGSN.

Tienen información de encaminamiento y de QoS: Dirección PDP (IPv4, IPv6, X.121 (X.25)) Acces Point Name (APN): Referencia al GGSN a utilizar QoS solicitada Opciones de configuración

58

GPRS

Estados de un contexto Activo Inactivo

Deactivate PDP Contextor

MM state change to IDLE

Activate PDPContext

INACTIVE

ACTIVE

59

GPRS

Activación de un contexto PDP desde el movila) Activate PDP Context Request

b) Security Functions

c) Create PDP context request

d) Create PDP context response

e) Activate PDP Context Accept

dc

e

ba

60

GPRS

Servicios sobre GPRSEl conjunto de servicios soportados por GPRS se corresponde con el universo de

los servicios de datos en modo paquete. Por su importancia en la sociedad actual destacan los servicios construidos sobre la base del protocolo IP, es decir, los asociados con la red universal de datos: Internet.

También, está cobrando mayor importancia, el acceso intranets corporativas mediante GPRS.

Principalmente, los servicios ofrecidos, destacar por: Movilidad Tiempo bajo de establecimiento Always-on Facturación en base a trafico, no a tiempo de llamada Nº de Time Slots asignados según servicio

61

GPRS

Destacan los servicios de SMS MMS WAP Internet Acceso a correo Acceso intranets corporativas Etc.

62

GPRS

af

b

e

dDesde SMSCcA SMSC

Envío (recepción) SMS

63

GPRS

Servidor de correo

a

b

c

E-MAIL

64

GPRS

ISP

e

a

b

c) Consulta DNS

d) Carga pagina google

INTERNET

65

GPRS

Evolución de GPRS: UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Enfoque general de UMTS:

Núcleo de Red: Enfoque evolucionario. Posibilidad de aprovechar parte de la infraestructura de GPRS, para migrar de forma paulatina hacia una redes basadas en IP.

Interfaz Radio: Enfoque Revolucionario. Nueva tecnología CDMA, no compatible, ni permite la reutilización de la red GSM.

Servicios: Enfoque Abierto. Evitando la especificación excesiva de los servicios y facilidades para que los operadores puedan diferenciarse entre si.

66

GPRS

UMTS. Arquitectura Multiservicio

AccesoAcceso Acceso

Servidores

Backbone Network

67

GPRS

Núcleo de Red. Planos Servicios: Servidores de Servicios y Aplicaciones (IP) Control: Gestiona la conmutación (Señalización y Control) Conmutación: Gestiona la conmutación entre las redes de acceso

Servicios y Aplicaciones

Control

MSC SGSN HLR GGSNGMSC

Conmutación

MGW InternetIntranets

EDGEWCDMA

Plano deServicios

GSM

PlanodeTransporte

MGW

PSTNISDN

68

GPRS

Arquitectura del Core.

GSNsExternos

U-MSCU-MSC

Servidores de Aplicaciones

OMCsOMCs

OperatorIntranet

GPRS/UMTSIntranet

PSTNPSTN

RAN

RNC

Nodo B Nodo B

RNC

ATMRAN

RNCRNC

Nodo BNodo B Nodo BNodo B

RNCRNC

ATMATM

U-HLRU-HLR

U-GMSCU-GMSC

PDNPDN

U-SGSNU-SGSN U-GGSNU-GGSN

PrepagoLocalización

WAPMExE

PrepagoLocalización

WAPMExE

69

GPRS

Media Gateway: Codificación/Decodificación, conversión de protocolos, cancelación

de eco, Anuncios, tono de envío/recepción, llamadas,.. Manejador de conexiones en conmutación de circuitos. Manejador de conexiones en conmutación de paquetes Acceso al backbone ATM Contiene un router ip en tiempo real Controlado por MSC y GSN servers a través de Gateway Control

Protocol.

70

GPRS

MSC Server Gestiona y controla los servicios de comunicación en CS. Controla el MGW, la movilidad y la autentificación Conecta con Servicios de Red Inteligente Sirve además como interfaz de SMS Integrado junto con VLR.

SGSN Server Maneja las funciones de control relativas a los servicios de

comunicación PS. Gestiona los recursos asociados al MGW Administra la sesión, movilidad, autentificación y tarificación.

71

GPRS

Acceso Radio UMTS Técnicas de espectro ensanchado. WCDMA: CDMA de Banda Ancha

Chip rate: 3,84 Mchip/s Control rápido de potencia, 1500 Hz Traspaso con continuida Modos FDD y TDD Asíncrono en FDD y síncrono en TDD Modulación BPSK dual en ascendente y QPSK en descendente

72

GPRS

Acceso Radio. Arquitectura

RNS = Radio Network Subsystem

RNC

RNS

RNC

Núcleo de red o Core Network

Node B Node B Node B Node B

Iu Iu

Iur

Iub IubIub Iub

UTRAN

U U

UE = User EquipmentO

Terminal móvil

73

GPRS

Banda de frecuencia: 2GHz Modo FDD, 12 portadoras por sentido

Enlace ascendente 1920-1980 MHz Enlace descendente 2110-2170 MHz

Modo TDD, 12 portadoras bidireccionales 4 portadoras 1900-1920 MHz 3 portadoras 2010-2025 MHz

España, 4 licencias: TME, Vodafone, Amena y Xfera