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Tema 4. GPRS

Ingeniería de Telecomunicación Escuela Superior de Ingeniería de Telecomunicación Universidad Rey Juan Carlos Curso 2012/2013

Radiocomunicaciones Móviles: T4. GPRS

Tema 4. GPRS

Ingeniería de Telecomunicación Escuela Superior de Ingeniería de Telecomunicación Universidad Rey Juan Carlos Curso 2012/2013

Radiocomunicaciones Móviles: T4. GPRS

Índice I. 

Introducción

II.  Servicios. QoS III.  Arquitectura de red IV.  Interfaz radio V.  Procedimientos

Radiocomunicaciones Móviles: T4. GPRS

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GPRS: ¿Porqué?   Datos en GSM   Baja velocidad : 9,6 kbit/s   Coste alto: facturación basada en tiempo de conexión

  Datos en GPRS   Conexión y transporte de alta velocidad: superior a 100 Kbps.   Conexión "permanente".   Facturación basada en: cantidad de tráfico transmitido, calidades del servicio, etc GSM

GSM / GPRS

• 2G • Voz en CC

• Voz en CC • Datos en CP

EDGE

• Tasa mejorada para datos.

• Datos baja tasa

Radiocomunicaciones Móviles: T4. GPRS

GERAN / UTRAN

LTE

• GSM / EGPRS

• 4G

• UMTS Terretrial Access Network (3G)

• Servicios de alta tasa mediante CP

GPRS: ¿Que es?   Red de conmutación de paquetes superpuesta a la infraestructura GSM existente.   Ambos comparten los mismos canales radio (FDMA/TDMA de 8 slots por portadora).   Nuevos elementos en el núcleo de red (para soportar el tráfico de paquetes) y una parte común el NSS (HLR, VLR, etc).

  Se introduce en la Release de 1997 de GSM Phase 2+ (R97). Aquí hablaremos de las versiones R97 a R99 con algún detallle extraído de la R4 (2004).   La versión inicial se denominó generación 2.5.   Evolución mediante versiones hasta la última Release, aumentando velocidad y servicios. Radiocomunicaciones Móviles: T4. GPRS

Características   Aumenta las velocidades de transmisión al introducir nuevos esquemas de codificación:   EDGE: Enhanced Data Rates for GSM Evolution (introduce 8PSK en GSM).   EDGE+GPRS = EGPRS (Release 99).

  La C.P. implica que el canal radio se usa de forma compartida entre varias comunicaciones, no de forma exclusiva durante el tiempo de conexión. Reserva flexible de canales radio:   De 1 a 8 intervalos. Rb,max = 384 kbps máximo con EGPRS.   Los canales en UL y DL se reservan de forma independiente.   El reparto de BW entre los canales GSM y los GPRS es decisión del operador.

  Permite la conexión directa con otras redes de paquetes (IP o X.25) , y el uso de sus aplicaciones asociadas. Ej: Servicio Intranet GPRS.   Mejora del servicio de mensajería (MMS).   Capacidad para elegir entre varios parámetros de QoS.   La tarificación se realiza por volumen de tráfico, no por tiempo de conexión.   Los terminales están siempre conectados. Radiocomunicaciones Móviles: T4. GPRS

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Diferencias GPRS y GSM Características Conmutación de circuitos Conmutación de paquetes Uso de recursos

Dedicación de los recursos de red para uso exclusivo del usuario durante la llamada completa.

Uso de los recursos sólo en caso de que existan datos que transmitir o recibir.

Eficiencia

Baja, existen recursos reservados extremo-a-extremo aunque no se utilicen.

Alta, sólo se reserva capacidad de red

Establecimiento

Requerido.

No requerido.

Retardo

Bajo, sólo retardo de propagación por el medio físico .El de conmutación, casi despreciable.

Mayor, hay que considerar el tiempo de encaminamiento de los paquetes.

Priorización

No existe distinción entre datos y voz. No se establecen prioridades.

Se pueden establecer prioridades en los paquetes.

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cuando hay que transmitir o recibir datos.

Índice I. 

Introducción

II.  Servicios. QoS III.  Arquitectura de red IV.  Interfaz radio V.  Procedimientos VI.  Planificación

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Servicios y QoS   GPRS soporta servicios multimedia:   Punto a punto   Punto a multipunto

  El estándar tiene en cuenta que el despliegue de servicios multimedia requiere de la capacidad de definir y gestionar la QoS extremo a extremo de cada servicio.   Serán necesarios los siguientes mecanismos:   Negociado de QoS antes y durante cada sesión IP.   Soportar roaming y negociación de QoS entre operadores.   Desplegar una política de control de tráfico IP.   Soportar más de una aplicación IP simultánea en cada sesión.

  Se especifican dos cosas principalemente:   Perfiles de QoS   Mecanismos de QoS Radiocomunicaciones Móviles: T4. GPRS

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Perfiles de QoS   Un pefil QoS consta de: (1) parámetro de prioridad, (2) parámetro de fiabilidad; (3) retardo; (4) tasa de bit.   Throughput:   Velocidad máxima: se definen 9 clases. Tasa máxima de transferencia.   Velocidad media: se definen 19 clases. Tasa media de transferencia.

  Ej.: Prioridad

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Índice I. 

Introducción

II.  Servicios. QoS III.  Arquitectura de red IV.  Interfaz radio V.  Procedimientos

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GPRS: Arquitectura de Red

Gb

SGSN

Internet PDN GPRS Data Path Red IP Túnel IP Propia

Gn

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Gi GGSN

SGSN (Serving GPRS Support Node)   Retransmisión bidireccional de datos entre GGSN y BSS.   Gestión de la movilidad y autenticación:   Attach/Detach de móviles en su RA (Routing Area).   Avisan a los usuarios en modo datos que tienen llamadas de voz.   Adquiere los datos de usuario del HLR y se los pasa a otro SGSN si el usuario se mueve.

  Gestión de las sesiones de datos: establecimiento de contextos de datos, encamienamiento de paquetes a través de túnel IP al GGSN, solicitud de IPs.   Cifrado y compresión de datos de usuario.   Gestión de la conversión del protocolo IP a los protocolos SNDCP y LLC.   Recogida de datos para generación de CDRs (Call Detail Record o registros de tarificación). Radiocomunicaciones Móviles: T4. GPRS

GGSN (Gateway GPRS Support Node)   Permite la conexión del móvil a redes de datos externas.   Funciones:   Recepción y encaminamiento de los datos de usuario desde y hacia las redes de datos externas.   Gestión de las sesiones de datos en colaboración con el SGSN.   Gestión del traspaso Inter-SGSN.   Asignación de direcciones IP internas a los móviles GPRS. La asignación puede ser estática o dinámica dentro de un rango establecido.   Recogida de información para generación de CDRs.

  Es un nodo pasarela IP que realiza la interfaz con las redes de datos externas, incorporando funciones de Firewall, encapsulación y traducción de direcciones IP, etc. Radiocomunicaciones Móviles: T4. GPRS

Algunos elementos del núcleo de red GPRS   CG (Charging Gateway): recoge los ficheros enviados por el SGSN y el GGSN, los valida y los envía a la plataforma de tarificación.   DNS (Domain Name System)   Necesario para que se pueda llevar a cabo la traducción de nombres lógicos en las direcciones IP.

  Firewall   Es un firewall común, como el de cualquier otra red   Crea una barrera segura entre 2 redes para mantener a los intrusos fuera de la red GPRS.

  Servidor DHCP   Utilizado en la asignación dinámica de direcciones IP.   Dispone de un pool de direcciones. Radiocomunicaciones Móviles: T4. GPRS

Red de Transporte   Convergencia de Redes   Una red de transporte no debe ser específica de ningún servicio, sino lo suficientemente flexible para irse adaptando a las nuevas necesidades, sin que su diseño comprometa su evolución futura.   Aparece el concepto de Red Multiservicio.

  Objetivos de una red multiservicio:   Transportar cualquier servicio con independencia de su naturaleza.   Adelantarse a la evolución del mercado: producto evolucionable.   Ofrecer seguridad de red.   Ofrecer al servicio la QoS demandada.   Ser eficiente en costes.

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Red de Transporte   Red Multiservicio (multimedia)

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Acceso a servicios   Además, en la Rel-5 se añade un nuevo elemento clave en la provisión de servicios multimedia: el Internet Multimedia Subsystem (IMS):   Permite acceso simultáneo a múltiples tipos de servicio en tiempo real o no.   Proporciona sincronización entre los componentes de una sesión multimedia.   IMS especifica los requerimientos de QoS para cada servicio.   Además especifica la lista de requerimientos de seguridad, direccionamiento, roaming, etc.

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Acceso a servicios

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Índice I. 

Introducción

II.  Servicios. QoS III.  Arquitectura de red IV.  Interfaz radio V.  Procedimientos VI.  Planificación

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Arquitectura de protocolos en la interfaz radio

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Radio Resource Control (o RR)   Es responsable de gestión de recursos radio. Funciones:   Difusión de información de sistema.   Establece, mantiene, reconfigura y cierra conexiones entre las MS y la red GERAN, incluyendo re-selección de celda, control de admisión y establecimiento del enlace.   En el establecimiento de la conexión tiene en cuenta los requisitos de QoS tanto para tráfico de usuario como de control.   Control del handover:   Modifica asignación de canales y recursos.   Asegura QoS en el cambio de celda.

  La red GPRS se basa en asignación dinámica de capacidad y no requiere canales permanentes. A una MS el RRC le asigna los PDCHs necesarios. También realiza control de congestión.

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Radio Link Control   Puede proporcionar un servicio garantizado de datos a los niveles superiores. Tiene tres modos:   Modo transparente: RLC no hace nada.   Modo acknoledged: ARQ (Selective Repeat ARQ).   Modo unacknowledge: la transmisión de paquetes se controla mediante el número de paquetes en un TBF, y no se realizan retransmisiones. La estación receptora extrae la información de los paquetes recibidos y rellena los no recibidos con bits dummy.

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Canales lógicos   Se introduce un conjunto de canales lógicos para transporte de información en modo conmutación de paquetes y su control.

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Canales lógicos para tráfico de paquetes   El Packet Data Traffic Channel (PDTCH). Bidireccional. Se usa para transmitir apaquetes sobre canales dedicados o compartidos. El del UL y el del DL son independientes. Es un canal temporal que vale para unicast o multicast.   Tienen diferentes MCS.   Una estación puede usar varios PDTCH en paralelo, y cada PDTCH puede llevar varias clases de tráfico. La configuración de los canales de tráfico (lógicos y físicos) es mucho más flexible que en GSM

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Estructura de la multitrama

0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7

Multitrama GPRS: 52 Tramas TDMA 3 3 3 3

BO

B1

B2

T

B3

B4

B5

I

B6

B7

B8

T

B9

B10

B11

Ejemplos de mapeo de canales lógicos:

PBCC H

PDTC H

PPCH

T

PAGC H

PPCH

PPCH

T

PBCC H

PACC H

PPCH

T PNCH

PPCH

X PPCH

PDTC H

PDTC H

PDTC H

T

PDTC H

PDTC H

PDTC H

T

PDTC H

PDTC H

PDTC H

T PDTC

PDTC H

X PDTC

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H

H

I

Packet Data Channel   Canal físico = frecuencia + slot. De nuevo 8 slots por portadora. Dos tipos de canales físicos: compartido y dedicado.   PDCH: se refiere al canal físico dedicado a transmitir datos de usuarios. Usa una estructura de 52-multiframe, dividadas en 12 bloques de 4 tramas TDMA.   Un PDCH se define mediante una frecuencia y un time slot (de los ocho posibles) durante 52 (48 útiles) tramas.   Bloque radio: conjunto de 4 intervalos del mismo canal físico en tramas consecutivas. Contiene una PDU RLC/MAC. Cada PDU se codifica y modula con un determinado MCS.

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MAC   Junto con el RLC proporcionan un servicio de transporte de tráfico a las capas superiores. El MAC es orientado a conexión.   Las conexiones son temporales y se llaman Flujos de Bloques Temporales (TBF). Se terminan cuando no hay paquetes que transmitir y se han recibido los ACKs, con lo que son entidades muy dinámicas.   Cada TBF se introduce en un conjunto de PDCH (de forma bastante flexible).   En el procedimiento de establecimiento de conexión de un TBF se negocia el QoS requerido para esa conexión:   Tipo de acceso.   Parámetros.   Requerimientos de recursos radio. Radiocomunicaciones Móviles: T4. GPRS

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Esquemas de modulación y codificación Scheme Code rate

Header Modulation RLC blocks Raw Data Family BCS Tail HCS Code rate per Radio within one payload Block Radio (20ms) Block

MCS-9

1.0

0.36

2

MCS-8

0.92

0.36

2

MCS-7

0.76

0.36

MCS-6

0.49

1/3

8PSK

2x592

A 2x544

2x12

2x6

Data rate kb/s

59.2

A

54.4 44.8

2

2x448

B

1

592

A

8

48+544 12

6

29.6 27.2

MCS-5

0.37

1/3

1

448

B

MCS-4

1.0

0.53

1

352

C

17.6

MCS-3

0.85

0.53

1

296

A

14.8 13.6

MCS-2

0.66

0.53

1

224

B

11.2

MCS-1

0.53

0.53

1

176

C

8.8

NOTE:

GMSK

48+248 and 296

22.4

The italic captions indicate the 6 octets of padding when retransmitting an MCS-8 block with MCS-3 or MCS-6. For MCS-3, the 6 octets of padding are sent every second block (see 3GPP TS 04.60).

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Índice I. 

Introducción

II.  Servicios. QoS III.  Arquitectura de red IV.  Interfaz radio V.  Procedimientos I.  II. 

Gestión de la movilidad Gestión de la sesión de datos

VI.  Planificación

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Gestión de la Movilidad   Estados de movilidad: Vence el temporizador o forzado a modo Reposo

Attach GPRS

Inactivo

Reposo

Activo Detach GPRS

Transmisión de PDU

MS Detach implícito o cancelación de localización iniciada por la Red Vence el temporizador o forzado a modo Reposo o condición anormal en RLC

Attach GPRS

Inactivo

Reposo

Activo

Detach GPRS o cancelación de localización

SGSN

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Recepción de PDU

Procedimientos de movilidad   Attach / Detach: independiente o conjunto al de GSM.   Gestión de localización: Estos procedimientos proporcionan:   Mecanismos para la selección de célula y de PLMN (Public Land Mobile Network).   Mecanismos para que la red conozca el RA en que se encuentra el terminal móvil cuando se encuentra en los estados ACTIVO o REPOSO.   Mecanismos para que la red conozca la identidad de la célula en que se encuentra el terminal móvil cuando está en el estado ACTIVO.

  Gestión de usuario:   Añadir o modificar datos de la suscripción GPRS en el SGSN, o   Borrar datos de usuario en SGSN.

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Gestión de Sesión de Datos   Contexto PDP (PACKET DATA PROTOCOL):   El contexto PDP representa la sesión de datos IP dentro de la red GPRS asociada a cada servicio de cada usuario.   Comprende:   IP del GGSN y del MS   APN: Access Point Name:   Calidad de servicio asignada   Otros datos necesarios para la operación.

 Un contexto PDP tiene asociada una dirección PDP que hace posible el encaminamiento de la información.  El contexto PDP se mantiene en el MS, el SGSN y el GGSN.  Puede estar activo o inactivo. Radiocomunicaciones Móviles: T4. GPRS

Contextos PDP   Cada usuario (identificado con su IMSI) tiene asignada una o varias direcciones PDP (una por cada servicio).   Para realizar un intercambio de datos entre el MS y el GGSN se requiere que haya un contexto PDP activo. El contexto lleva asociada información que permite enrutar los datos.   Si el GGSN recibe un paquete para un IMSI sin PDP activos, comienza el procedimiento de activación de contexto PDP.   Cada contexto PDP tiene asociado un perfil de calidad de servicio.   El perfil se negocia en la activación de contexto. La Qos negociada es un compromiso entre el perfil solicitado, el definido en el HLR para cada usuario, y los recursos disponibles en la red. Radiocomunicaciones Móviles: T4. GPRS

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Contextos PDP

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Contextos PDP   Los requisitos QoS se mapean en perfiles QoS (no definido).   El perfil se incluye en el contexto Packet Data Protocol (PDP), y su negociación se gestionan por los procedimientos (activación, modificación y desactivación) del contexto PDP. Estos procs. se llevan a cabo por el Session Manager entre el MS y el SGSN y por el GTP (GPRS Tunneling Protocol) entre el SGSN y el GGSN.

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