El BSS basado en IP y el servidor de red de radio de Ericsson

El BSS basado en IP y el servidor de red de radio
de Ericsson
Niilo Musikka y Lennart Rinnbäck
El sistema de estación base basado en IP (IP BSS) está diseñado para apoyar
a redes de acceso de radio tanto GSM BSS como TDMA-EDGE (EGPRS-136).
Este da un camino que ha de prevalecer en el futuro a la red de acceso de
radio GSM EDGE (GERAN), ya que ha sido optimizado para gestionar una
mezcla de datos (GPRS y EDGE) y servicios de tiempo real, tales como tráfico
de voz.
Los autores describen la arquitectura del IP BSS, la funcionalidad principal
de los elementos de la red, y las características principales de esta nueva
solución de acceso de radio.
Arquitectura del sistema
El sistema de estación base basado en el protocolo Internet de Ericsson (IP BSS) está instalado en una arquitectura de pasarela de servidor –
o sea que los elementos de red que gestionan la
carga útil están separados de los servidores que
controlan el tráfico. Toda la conmutación es gestionada dentro de la red IP. El IP BSS consiste
de cinco partes principales (Figura 1):
• el servidor de red de radio (RNS);
• la estación base de radio (RBS);
• la pasarela BSS (GW);
• la red IP de tiempo real; y
• el sistema de operación y mantenimiento
(O&M), que incluye la gestión de subred.
La introducción de IP no da lugar a ningún cambio funcional percibido a servicios de voz y de
datos. El IP BSS apoya a servicios GSM standard
y protocolos de interfaz de aire, y conecta al nú-
cleo de la red por medio de interfaces standard
ETSI y ANSI.
Funcionalidad de las partes principales
RNS
En el IP BSS es el servidor de red de radio que
gestiona toda la lógica de red de radio y el control de llamadas. Por lógica de red de radio queremos decir la elección de celdas para estaciones
móviles (MS) que se encuentran en modo activo, y canales de interfaz de aire. El servidor de
red de radio tiene la responsabilidad de
• establecer y terminar conexiones entre una estación móvil y el centro de conmutación de
servicios móviles (MSC);
• coordinar la asignación de canales de tráfico;
y
• controlar el traspaso.
También distribuye la radiobúsqueda a todas las
celdas que pertenecen a un área de posición (LA)
o a un área de controlador de estación base (BSC).
No se encamina nada de datos de carga útil por
el servidor de red de radio. La red IP gestiona
toda la conmutación, o más correcto, el encaminamiento. Otra funcionalidad RNS incluye
el control de la pasarela, la optimización de datos
de comportamiento, y la configuración de estaciones base de radio.
Para servicios generales de radio por paquetes
(GPRS) es el servidor de red de radio que asigna recursos de canales de radio que se han de usar
por la estación base de radio. También tiene la
responsabilidad de la entidad de señalización al
CUADRO A, ACRONIMOS
3GPP
ANSI
API
AU
BSC
BSS
BSSAP
BTS
CIC
CM
CMH
CORBA
CPCI
CRM
DHCP
DiffServ
DSCP
DTX
EDGE
EEM
EM
ETSI
224
Third-generation Partnership Project
American National Standards Institute
Application program interface
Application unit
Base station controller
Base station system
BSS application part
Base transceiver station
Circuit identity code
Configuration management
Connectionless message handler
Common object request broker architecture
Compact peripheral component interconnect
Cell resource manager
Dynamic host configuration protocol
Differentiated services
Differentiated services code point
Discontinuous transmission
Enhanced data services for global evolution
Embedded element manager
Element manager
European Telecommunications Standards Institute
FM
GEM
GERAN
GO
GPRS
GSM
GW
HDLC
IP
IRP
J2SE
JNDI
JVM
LAN
MAC
MGW
MIB
MIM
MO
MPPP
MS
MSC
NLS
NM
O&M
Fault management
Generic Ericsson magazine
GSM EDGE radio access network
Global object
General packet radio service
Global system for mobile communication
Gateway
High-level data link communication
Internet protocol
Integration reference point
Java 2 standard edition
Java naming and directory interface
Java virtual machine
Local area network
Media access control
Media gateway
Management information base
Management information model
Managed object
Multilink PPP
Mobile station
Mobile services switching center
Name lookup service
Network management system
Operation and maintenance
OS
PDH
PHB
PM
PPP
QoS
RBS
RFC
RLC
RNS
SCB-RP
SCCP
SGSN
SNM
SS7
STM
TCP
TDMA
TRC
TRX
UDP
UMTS
UTRAN
WAN
Operating system
Plesiochronous digital hierarchy
Per-hop behavior
Performance management
Point-to-point protocol
Quality of service
Radio base station
Request for comments
Radio link control
Radio network server
Support and connection boards with
integrated regional processors
Signaling connection control part
Serving GPRS support node
Subnetwork manager
Signaling system no. 7
Synchronous transfer mode
Transmission control protocol
Time-division multiple access
Transcoder controller
Transceiver
User datagram protocol
Universal mobile telecommunications
system
UMTS terrestrial radio access network
Wide area network
Ericsson Review No. 4, 2000
nodo de apoyo (SGSN) de envuelta GPRS. El
servidor de red de radio gestiona de esta manera la autoconfiguración y trata el protocolo datagrama de usuario (UDP) y puntos finales IP
relacionados con el SGSN.
OSS
Gestión de subred
RBS
La estación base de radio, que incluye funciones
de transmisión y recepción para el interfaz de
aire, es controlada por el RNS cuando se establecen llamadas de voz a estaciones móviles. Las
tramas verdaderas de voz se envían directamente al transcodificador en la pasarela. Los parámetros básicos de software y hardware se establecen en el sistema de operación y mantenimiento. Los fallos que ocurren en placas de circuitos y otro hardware explícito se comunican
directamente a este sistema. Aparte de informes
sobre capacidad perdida, no se hacen informes
al servidor de red de radio.
El servidor de red de radio ordena la configuración de los recursos físicos que representan una
celda. Para gestionar el servicio de paquetes
GPRS/EDGE, incluye la estación base de radio
un control de enlace de radio (RLC) y un control de acceso de medios (MAC), que gestionan
tráfico de datos en paquetes a y del SGSN y estaciones móviles. La estación base de radio incluye también un encaminador IP integrado que
distribuye paquetes interiormente y que puede
ser usada para conectar varias estaciones base de
radio en una configuración en cascada.
ILM
MSC
RNS
A
Control de radio
Pasarela BSS
SGSN
RBS
RBS
RBS
Gb
RBS
RBS
Red IP
Figura 1
Arquitectura de sistema.
Pasarela BSS
La pasarela está compuesta de una pasarela de
medios y un sistema de señalización No. 7 (SS7).
La pasarela de medios
• tiene la responsabilidad de bancos de transcodificadores que gestionan habla y servicios
de datos de circuitos conmutados;
• participa en traspaso; y
• conecta transcodificadores a un circuito determinado en el interfaz. A petición por el servidor de red de radio, un gestor de recursos
en la pasarela de medios asigna recursos y establece o conmuta conexiones.
La pasarela SS7 gestiona señalización SS7 al centro de conmutación de servicios móviles y distribuye mensajes de parte de aplicación BSS
(BSSAP) a la entidad correcta (procesador) en el
servidor de red de radio. El protocolo de control
de transmisión /protocolo Internet (TCP/IP) es
usado para la señalización de mensajes BSSAP
entre la pasarela SS7 y el servidor de red de radio.
El sistema O&M es usado para cargar software
a y configurar los bloques de construcción de la
pasarela.
Figura 2
Sistema de operación y mantenimiento.
NMS
Cliente
Cliente
Red IP
Gestión SNM
para RAN
SNM para
gestión de
capa IP
SNM para
gestión de
transmisión
EM
GW
EM
RNS
EM
RBS
EM
RXI 820
EM
DXX/
MINI-LINK
Sistema O&M
La funcionalidad O&M está incorporada en los
gestores de subred dedicados (SNM) y los elementos de red (Figura 2). Cada elemento de red
incluye de esta manera su propio gestor de eleEricsson Review No. 4, 2000
Cliente
225
mentos. TCP/IP es usado para toda la comunicación de gestión. Se proporcionan varios medios de comunicación para la comunicación
entre elementos de red y el sistema O&M – por
ejemplo, los elementos de red contienen páginas Web que pueden ser leídas por cualquier hojeador con los derechos de acceso apropiados.
También se ha provisto de un interfaz de línea
de mando.
Los gestores de elementos interoperan con el
gestor de subred por un interfaz que ha sido basado en la arquitectura de agente facilitador de
petición de objetos comunes (CORBA). El gestor de subred puede integrar datos de comportamiento fragmentados sin tratar a una sola imagen coherente para presentación al operador.
Aparte de las estaciones base de radio, cuyos
parámetros de celda son configurados por el servidor de red de radio, se configuran todos los
elementos de red por el sistema O&M ó por ellos
mismos. Las suscripciones entre un elemento de
red y el gestor de subred pueden ser establecidas para hacer que el elemento de red de eventos que permiten el mantenimiento de estadísticas de tiempo real. Esta capacidad puede ser
usada para obtener una vista general del número de llamadas por celda, o para la localización
de averías local.
El IP BSS es simple para instalar y facilita la
instalación de numerosos nodos.
• Cuando el elemento de red es conectado a la
red de transmisión, empieza éste a detectar
parámetros de transmisión. Después se configura a sí mismo (capas 1 y 2) como corresponde.
• Después se puede establecer una conexión IP
entre el elemento de red y la red IP. El elemento de red se comunica con los servidores
de red IP para obtener direcciones IP y otros
datos que le permitan comunicarse por la red
IP.
Figura 3
Caso de tráfico: llamada a una estación
móvil.
RNS
IP
SS7GW
MGW
RBS
GW
Señalización
Carga útil
226
MSC
• Y por último, el elemento de red es configurado según el plan de red de radio especificado (o sea, que carga regulaciones de parámetro de celda, tales como frecuencia y niveles
de potencia).
El sistema O&M incluye una función de gestión
de capa IP que es usada para la gestión de la red
IP. Las implementaciones para red IP para sistemas sin hilos están compuestas de numerosos
nodos, o únicos o integrados en estaciones base
de radio. Para atender a la necesidad de una gestión rentable y a gran escala, ha desarrollado
Ericsson el gestor de capas IP1, que incluye apoyo
para la configuración automática de redes móviles basadas en IP a gran escala. También incluye un medio sofisticado de gestionar el comportamiento de la red IP, para apoyar sesiones
de tiempo real de punto a punto para aplicaciones y señalización sensible a retardos.
Red IP de tiempo real
La red IP gestiona todo el encaminamiento en
el sistema. Las características de calidad de servicio (QoS) (servicios diferenciados, DiffServ)
permiten que se pueda llevar tráfico de tiempo
real con un mínimo de retardo. Si no se pueden
proveer servicios diferenciados, entonces se debe
dimensionar el ancho de banda para dar un mínimo de retardo para tráfico de tiempo real. La
red IP usa encaminadores de tiempo real que han
sido perfeccionados lo más posible para los requisitos de tráfico de datos y voz sin hilos.1 El
encaminador de tiempo real RXI 820 de Ericsson fue diseñado específicamente para cumplir
con los requisitos en esta parte de la red.
Caso de tráfico simple: una llamada a
una estación móvil
Llega un mando de búsqueda por el interfaz A
a la pasarela SS7. La pila completa SS7 se termina en la pasarela (el RNS no necesita incluir
una pila SS7) y el mando de búsqueda se envía
por el TCP/IP al servidor de red de radio, que
distribuye el mando de búsqueda a las estaciones apropiadas base de radio (Figura 3).
Una estación base de radio detecta una petición de canal y envía una señal al servidor de red
de radio. El servidor de red de radio elige un
canal de radio dedicado y dirige la estación móvil
a éste. El servidor de red de radio envía también
una señal a la pasarela SS7, donde le da instrucciones de establecer una parte de control de conexión de señalización (SCCP) al centro de conmutación de servicios móviles.
La estación móvil empieza después a enviar
informes de medición por el canal dedicado. La
estación base de radio envía estos informes de
medición al servidor de red de radio y envía sus
propias mediciones para evaluación adicional.
El centro de conmutación de servicios móviles asigna un código de identidad de circuito
(CIC) en el interfaz A y envía señal de ésto al
servidor de red de radio (por medio de la pasaEricsson Review No. 4, 2000
rela SS7), que da instrucciones a la pasarela de
medios de asignar un transcodificador. La pasarela de medios conecta el transcodificador al
CIC. El servidor de red de radio informa también a la estación base de radio y al transcodificador sobre las direcciones IP de sus colegas.
Ahora se puede intercambiar la llamada.
Beneficios para el operador
Arquitectura del sistema
La arquitectura del sistema IP BSS ha sido diseñada para gestionar servicios multimedia de
tiempo real de tercera generación, GPRS y
EDGE, y voz por IP. Puede ser conectada a un
núcleo de la red de segunda generación por
medio de interfaces A y Gb, y a un núcleo de la
red de tercera generación por medio de interfaces Iu (UTRAN). El IP BSS constituye así un
paso grande hacia la Internet sin hilos y todas
las redes IP.
La arquitectura basada en servidor separa el
control de la carga útil, lo que significa que cada
plataforma ha sido adaptada a necesidades específicas. El servidor de red de radio es un nodo de
control y la pasarela gestiona la carga útil.
La sencillez de la tecnología IP tradicional sin
conexiones sirve para crear un transporte eficaz
de paquetes, ya que no se necesita señalización
para establecer conexiones.
Transmisión
El paradigma IP ofrece un importante grado de
flexibilidad, gracias a su estructura en capas. En
efecto se puede usar cualquier tecnología física
y de capa de enlace. Por esto se pueden introducir tecnologías de capa de enlace nuevas y perfeccionadas lo más posible sin afectar el software de aplicación del IP BSS.
Al usar IP es posible dimensionar el ancho de
banda según el tráfico verdadero, en vez de por
asignación de valor máximo. Esto produce ahorros importantes en términos de transmisión
para tráfico GPRS ó EDGE en ráfagas, así como
para tráfico de voz que es transmitido por medio
de transmisión discontinua (DTX).
Los encaminadores integrados en la estación
base de radio y los encaminadores independientes en los centros axiales pueden producir ahorros adicionales en la transmisión. Se puede usar
un encaminador como dispositivo de agregación
al
• agregar tráfico de varios transceptores en el
encaminador integrado en la estación base de
radio; y
• agregar tráfico de varias estaciones base de
radio en un centro axial.
Dependiendo en el alcance de la agregación, es
menos el requisito de ancho de banda subsiguiente que la suma de los enlaces individuales
de las estaciones base de radio. Los encaminadores pueden ser usados en vez de controladores
de estaciones base a distancia. La planificación
Ericsson Review No. 4, 2000
de servicios diferenciados (en los encaminadores) distingue el tráfico según prioridad, lo que
aumenta aún más el uso de los enlaces.
También se puede simplificar la gestión de
transmisión en la red de acceso de radio: en vez
de gestionar intervalos de tiempo de jerarquía
digital plesiócrona individual (PDH), se puede
extender el ancho de banda en la red BSS independientemente de los transceptores (TRX). Si
se usa una buena herramienta de comprobación,
se pueden poner en servicio nuevos transceptores en sitios de estaciones base de radio sin tener
que coordinar esta acción con extensiones de la
red de transmisión.
Otros servicios basados en IP pueden ser conectados fácilmente a la misma red de acceso –
por ejemplo, para usar capacidad de reserva y reducir costos. Sin embargo se debe tener cuidado de garantizar la calidad de servicio de la red
de acceso de radio.
O&M
La arquitectura de operación y mantenimiento
distribuida basada en Web asegura accesibilidad y uso cómodo para el usuario con menos dependencias entre nodos. El operador puede acceder a cualquier estación base de radio, servidor de red de radio, o pasarela desde cualquier
terminal. Ya que cada estación base de radio
tiene su propia dirección IP, es posible conectar
a ésta directamente, para determinar la causa del
problema.
Se ha introducido una red de área local (LAN)
para operación y mantenimiento en el sitio de
estación base de radio. La LAN es una conexión
Ethernet del encaminador integrado en el BSS
para conectar otro equipo de sitio que implementa su propio O&M basado en IP. Todos los
productos IP BSS apoyan un alto nivel de funcionalidad instantánea para reducir a un mínimo el costo de instalación y operación.
Durante las horas de poco tráfico, hay un
mayor ancho de banda disponible para operación y mantenimiento. En efecto se puede usar
todo el ancho de banda para señalización O&M
cuando hay poco tráfico. Durante la noche, por
ejemplo, se puede usar capacidad sobrante para
cargar software a estaciones base de radio.
Para la gestión de fallos y comportamiento
puede definir el operador filtros y funciones de
abono para especificar el tipo de datos que cada
elemento de red ha de enviar al gestor de subred.
Esto es especialmente útil para la comprobación
de ciertos elementos de red.
Los puntos de referencia de integración
(3GPP ó específico de Ericsson) son usados para
la comunicación desde el gestor de subred al sistema de gestión de red. Todos los datos de configuración son almacenados en los elementos de
la red, asegurando por eso que los datos se encuentran siempre actualizados y consecuentes.
No se mantienen copias de los datos en otras partes del sistema O&M. Sin embargo, si se nece227
sita – para mejorar el comportamiento, o por
algún otro motivo – se pueden almacenar datos
en el gestor de subred.
Transporte IP
El desafío
Las características de la red de acceso de radio
para sistemas de estación base GSM y TDMAEDGE son las siguientes:
• Una gran parte del tráfico es tráfico de voz de
tiempo real y sensible a retardo. La transferencia de este tráfico se hace en pequeños paquetes de 35 octetos, donde cada paquete incluye una trama de habla. Los paquetes que
contienen datos best-effort son normalmente
mucho más grandes (más de 500 octetos).
• Los anchos de banda disponibles en enlaces en
la red de acceso de radio – especialmente en
los últimos pocos kilómetros a estaciones base
de radio – son muy bajos (menos de 1.5 a 2
Mbit/s). Estos enlaces son también caros para
arrendar en muchos mercados.
• Una red típica de acceso de radio consiste de
varios cientos de estaciones base de radio, cada
una de las cuales debe tener un reloj estable
de sincronización de red para poder cumplir
con los rigurosos requisitos para la generación
de frecuencias de radio.
La solución
La solución de Ericsson para el IP BSS destaca
• diferenciación de calidad de servicio por prioridades de retardo y dejar caer (arquitectura
de servicios diferenciados);
• poco retardo, gracias al uso de tamaños de paquetes homogéneos (los paquetes largos se
Figura 4
Encabezamiento IP.
2
0
1
0
Marcas
co
po a cin
Tiem
CU
rencia
de refe
d total
Longitu
DSCP
IHL
Versión
Diferenciación de calidad de servicio
La red IP BSS gestiona varios flujos de corrientes de tráfico (condensación de datos de habla,
GPRS, señalización de tráfico, y señalización de
red). Debido a que la índole de cada corriente
de tráfico es única, se debe enviar cada corriente de forma independiente en los nodos de la red.
Por consiguiente, la red IP BSS usa servicios diferenciados, como se define en RFC 2475. En
una red DiffServ, los encaminadores envían los
paquetes de distintas corrientes de tráfico según
el comportamiento por salto asignado a los paquetes. Un punto de código de servicios diferenciados (DSCP) en el encabezamiento IP de
cada paquete (Figura 4) indica el comportamiento por salto.
Las aplicaciones que producen paquetes IP los
marcan con un DSCP según el nivel de servicio
que requiere la aplicación. La tasación, el dejar
caer y la programación están optimizados en los
encaminadores para dar un buen servicio de voz
y para llevar al máximo el uso de recursos disponibles de ancho de banda. Por ejemplo, una
gran parte del ancho de banda puede ser asignado a operación y mantenimiento cuando no se
encuentran en curso servicios de usuario final de
prioridad más alta.
Los operadores pueden configurar la correlación de clases de servicio de usuario final a colas.
Sin embargo no se pueden configurar las clases
de servicio para funciones internas IP BSS.
Poco retardo usando tamaños de paquetes
homogéneos
3
0
0
descomponen a fragmentos más pequeños por
medio del protocolo de punto a punto de enlaces múltiples, MPPP);
• eficacia de ancho de banda usando condensación de datos de encabezamiento TCP/UDP;
• el tráfico de inspección – desbordamiento es
desechado; y
• gestión de capa IP con un alto grado de automatización para la gestión de configuración
y la comprobación de comportamiento.1
ol
Protoc
to
agmen
lo de fr
interva
n
e
.
if
to
D
zamien
Ident.
encabe
e
d
l
o
e contr
Suma d
ente
n de fu
Direcció
n
stinació
n de de
Direcció
es
Opcion
Relleno
En enlaces de bada angosta se deben descomponer los paquetes largos a fragmentos más pequeños, para que no queden retardados los paquetes de habla. Los paquetes se descomponen
a fragmentos en la capa de enlace, usando el PPP
de enlaces múltiples (Figura 5).
Si se debe fragmentar más de una clase de Diff
Serv, se puede completar el PPP de enlaces múltiples con la extensión de clase múltiple MPPP,
para dar una separación óptima entre clases de
calidad de servicio fragmentadas.
Eficacia de ancho de banda usando la
condensación de datos de
encabezamiento TCP/UDP
El encabezamiento UDP/IP (28 octetos) debe
ser condensado para obtener una transmisión eficaz. La condensación de encabezamiento
228
Ericsson Review No. 4, 2000
Sólo PPP
Voz
2
Video
3
Datos
Retardo máx. de voz
1
Tráfico de entrada
Programador
de capa PPP
Tráfico de salida
PPP + MPPP
Voz
2
4
Video
3
Datos
Retardo máx. de voz
1
Tráfico de entrada
Programador
de capa PPP
UDP/IP reduce el encabezamiento a justo 5 a
10 octetos, inclusive el PPP y la cabecera de comunicación de enlace de datos de alto nivel
(HDLC). La técnica de condensación de encabezamiento se describe en RFC 2507.
Inspección – desechar el tráfico de
desbordamiento
En el borde de la red DiffServ IP se agrupa el
tráfico en clases de calidad de servicio. El tráfico se compara también a contratos de tráfico definidos, para determinar si ha de ser admitido a
la red. Sin embargo, en lo que se refiere al sistema de estación base, se confía en todas las aplicaciones que envían tráfico a la red de estaciones base o pasarelas. El papel de los mecanismos
de contrato de tráfico se puede reducir de esta
manera al de gestionar casos de error. A cada
unidad de generación de tráfico definida (tal
como una estación base de radio) se le asigna un
máximo de ancho de banda que nunca debe sobrepasar.
Implementación homogénea de
encaminadores de tiempo real en la
red IP
Ericsson está implementando la misma tecnología de encaminador de tiempo real por toda la
red IP para garantizar que los servicios sensibles
a retardo sean gestionados de una manera perfeccionada lo más posible. Además del RXI 820
independiente, está integrado el encaminador
de tiempo real de Ericsson en la estación base.
En las versiones posteriores se integrará también
en pasarelas. Esta implementación homogénea
de encaminadores de tiempo real en la red IP garantiza un comportamiento de tiempo real de
Ericsson Review No. 4, 2000
Tráfico de salida
Figura 5
Fragmentación.
punto a punto perfeccionado lo más posible. Del
mismo modo, hace posible
• una solución O&M homogeneizada para
todos los componentes IP; y
• una instalación rápida de nuevas funcionalidades – por medio de adiciones de software
simultáneas por toda la red – sin afectar la interoperabilidad.
Donde la interconexión está relaciona con los encaminadores de otros fabricantes, se debe hacer
una distinción entre interoperabilidad y comportamiento de tiempo real: la interoperabilidad es un asunto de normas, mientras que el
comportamiento de tiempo real depende de la
implementación. La solución de Ericsson, que
está basada completamente en normas de industria abiertas, garantiza un comportamiento
de tiempo real de punto a punto sin introducir
enlaces débiles en la cadena de encaminadores.
Migración
Al sistema actual de estaciones base de Ericsson
se le pueden hacer adiciones para llegar a ser un
IP BSS. Las adiciones consisten de
• introducir el servidor de red de radio;
• introducir una nueva tarjeta de interfaz para
IP en la RBS 2000; y
• hacer adiciones al controlador de estación base
y el controlador de transcodificador
(BSC/TRC) para funcionar como una pasarela y para permitir que se conecte a la red IP.
El BSC/TRC combinado (Figura 6) funciona
como una pasarela a estaciones base de radio habilitadas a IP y a servidores de red de radio, y
como un BSC/TRC ordinario para estaciones
base de radio que usan modo de transferencia
229
ción entre procesadores están ocultos de las aplicaciones.
RBS
A (PCM)
BSC/TRC
(AXE)
RBS
RBS
A (SS7)
MSC
Gb (FR)
SGSN
RBS
NMS/SNM
Gb (IP)
RBS
RBS
SGSN
RNS
RBS con adiciones a IP
RBS
Nuevo RBS para
comunicación IP
RBS con
comunicación STM
Figura 6
Evolución del subsistema de estación base.
síncrono (STM). En una versión posterior se implementará la funcionalidad de pasarela en la
plataforma de paquetes Cello que se usa en las
redes móviles de tercera generación de Ericsson.2
Los operadores de un sistema de estación base
de Ericsson pueden reusar de esta manera una
gran parte de su equipo instalado cuando hacen
adiciones al IP BSS. El sistema O&M es el mismo
tanto para el IP BSS como para los sistemas actuales de estación base.
El servidor de red de radio
La estructura del servidor de red de radio está
dividida en tres capas principales con capas subordinadas:
• software de aplicación;
• software de sistema; y
• plataforma de hardware.
Una capa más alta depende en general sólo en
los servicios que se dan por la capa que se encuentra inmediatamente por debajo. Las aplicaciones RNS dependen de los servicios provistos
por el interfaz de programa de aplicación de la
plataforma de software de sistema. El número y
tipo de procesadores y los medios de comunica230
Beneficios
El servidor de red de radio está basado en la plataforma de servidor TSP de Ericsson. Esta plataforma puede adaptarse rápidamente a nuevas
tecnologías, gracias a sistemas operacionales,
tarjetas procesadoras, y componentes según las
normas empleadas por toda la industria. El uso
de APIs comunes y lenguajes de desarrollo según
las normas empleadas por toda la industria aseguran una estructura abierta, portabilidad, y la
capacidad de incorporar componentes adquiridos. El software de sistema y el sistema operacional Solaris forman el entorno de ejecución. El
software de sistema oculta la arquitectura de
procesamiento subyacente de aplicaciones. Se
pueden hacer adiciones al software durante la
operación.
La plataforma de hardware consiste de una
aglomeración de procesadores de alto comportamiento. La infraestructura física de repisas
provistas de tarjetas procesadoras y conmutadores Ethernet duplicados da adaptabilidad y alta
disponibilidad. Todas las tarjetas pueden ser reemplazadas (reemplazadas durante la operación)
mientras que el sistema se encuentra en funcionamiento. El servidor de red de radio es un sistema robusto y tolerante a fallos que ha sido diseñado especialmente para aplicaciones de telecomunicaciones. La aplicación está dividida en
unidades pequeñas de software que se distribuyen por la plataforma de procesamiento. Este enfoque modular da flexibilidad a los operadores
al configurar para distintos escenarios de redes.
La distribución dinámica de carga forma la base
de un uso eficaz de los recursos de procesamiento. Si falla un procesador, se vuelven a poner
en funcionamiento rápidamente las unidades de
aplicaciones afectadas en otros procesadores, lo
que significa realmente una operación continua.
Plataforma de hardware
La plataforma de hardware está basada en el almacén (repisa) genérico de Ericsson con dos tarjetas de apoyo y conexión con procesadores regionales integrados (SCB – RP). Las tarjetas van
provistas de conmutadores Ethernet. Los procesadores están conectados por medio del plano
posterior a los conmutadores Ethernet para la
comunicación duplicada de 100 Mbit/s entre
procesadores (Figura 7). La jerarquía de conmutación tiene dos niveles. Las tarjetas SCB-RP con
conmutadores de nivel 1 están colocadas en cada
extremo de una repisa. Los conmutadores Ethernet de nivel 2 interconectan las repisas por
medio de enlaces 1000Base-T en una configuración en estrella.
Aparte de los conmutadores contiene cada repisa tarjetas de interfaz para la comunicación externa y distintas tarjetas de procesador. La configuración más pequeña está compuesta de una
Ericsson Review No. 4, 2000
sola repisa – esta configuración se puede extender para abarcar varias repisas. Las tarjetas de interfaz tienen enlaces 100Base-Tx al encaminador externo (RXI 820), que tiene interfaces de
red de área amplia (WAN) para conectar a otros
nodos IP BSS. El número de tarjetas de interfaz
depende del ancho de banda que se necesita para
la señalización externa.
Las tarjetas de procesador están compuestas
de tarjetas UltraSPARC cPCI unidas a tarjetas
adaptadoras que dan conversión mecánica al
plano posterior GEM. Dos procesadores sirven
como tarjetas de control de nodo (uno activo y
uno en modo de posición de espera). Un procesador por repisa sirve del mismo modo como el
servidor de reintroducción de las instrucciones
iniciales. Los otros procesadores no tienen discos, aparte de éstos.
La alimentación de potencia doble de –48 V
CC es distribuida por medio de las tarjetas SCB
RP al plano posterior. La tensión se transforma
en cada tarjeta según su nivel específico y los requisitos de potencia. Todas las tarjetas apoyan
capacidades reemplazables durante la operación.
Las repisas GEM son apiladas en un armario
standard Ericsson BYB 501.3
Software de sistema
La estructura de la plataforma de software ha
sido dividida en capas múltiples (Figura 8). La
capa inferior consiste del sistema operacional Solaris.
El servidor de red de radio, que ha sido desarrollado sobre todo en Java, explota la adaptabilidad de la plataforma de edición standard Java
2 (J2SE) – o sea que incluye apoyo para concurrencia, distribución, gestión de memoria, carga
de códigos, y comunicación IP.
Encima de la plataforma Java 2 se han dividido distintos servicios de plataforma de software a una capa de control de ejecución, una capa
de interacción, y una capa de servicios de sistema.
La capa de coordinación gestiona hebras, trabajos de colas, detecta bloqueos, y protege contra sobrecargas.
Capa de control de ejecución
La capa de control de ejecución, que usa algunos de los servicios provistos por el software personalizado Ronja/DPE 4, da funciones a la capa
de aplicaciones para alta disponibilidad, de una
manera que reduce al mínimo el impacto en la
aplicación. Las aplicaciones ejecutan en una máquina virtual e ignoran la arquitectura de procesamiento subyacente. La capa de control de
ejecución da los siguientes servicios:
• las aplicaciones pueden ser divididas en unidades de aplicación más pequeñas (AU), que
pueden instalarse fácilmente en distintas
combinaciones en procesadores múltiples;
• recepcionar – para alcanzar una distribución
dinámica de carga entre procesadores se pueEricsson Review No. 4, 2000
Tarjetas de conmutación
Ethernet nivel 2
Repisa 1
Enlaces 100Base –T
para interconexión
de repisas
Tarjetas procesadoras UltraSPARC
cPCI
Enlaces 100Base –Tx
a redes externas
Tarjeta interfaz
Adaptador
Conmutador Ethernet nivel 1
Repisa 2
Conmutador Ethernet nivel 1
Repisa 3
Conmutador Ethernet nivel 1
-48V
-48V
Figura 7
Estructura de plataforma de hardware del servidor de red de radio.
den mover las unidades de aplicación de un
procesador a otro durante la operación sin perturbar el tráfico;
• hacer adiciones – a las unidades de aplicación
se les pueden hacer adiciones durante la operación y sin perturbar el tráfico; y
• funcionalidad para volver a poner en funcionamiento una unidad de aplicación que ha fallado – las unidades que han fallado se vuelven a poner en funcionamiento con un mínimo de perturbaciones al tráfico. Si falla un
procesador se vuelven a poner en funcionamiento todas las unidades de aplicación afectadas en otros procesadores.
Capa de interacción
La capa de interacción da a la capa de aplicación
un interfaz de comunicación de alto nivel que
hace que la aplicación sea independiente del mecanismo de comunicación que se usa.
La capa de interacción gestiona conectores y
hebras, y contiene funciones para codificar y descodificar los mensajes.
La interacción está basada en apoderado para
la comunicación RNS interna (Figura 9). Distintas unidades de aplicación interactúan por
medio de interfaces globales implementados por
Figura 8
Capas de la plataforma de software.
Software de aplicación
Capa de coordinación
Capa de control
de ejecución
Capa de
interacción
Capa de
servicios
de sistema
J2SE
OS
Plataforma de hardware
231
Capa de aplicación
AU
JVM
AU
Apoderado
B'
Apoderado
GO
B
Capa de
interacción
C'
JVM
AU
GO
A
Capa de aplicación
C
Capa de interacción
B''
Coordinador
API, usa búsqueda Jini en el servicio de búsqueda de nombres (NLS). El servicio de búsqueda de nombres permite que las unidades de
aplicación puedan establecer contacto una con
otra sin tener en cuenta sus localizaciones.
Gracias a los NLS siguen ocultas las localizaciones físicas de distintos recursos en relación
con la capa de aplicación. En vez se usan nombres lógicos. Estos nombres no cambian cuando
las unidades de aplicación se mueven a nuevas
localizaciones.
C''
Coordinador
Figura 9
Comunicación interna del servidor de red de radio por medio de la capa de interacción.
Arquitectura de aplicación RNS
La estructura del software de aplicación está dividida en dos capas principales (Figura 10):
• la aplicación GSM contiene distintos tipos de
unidad de aplicación; y
• la aplicación de operación y mantenimiento
contiene un gestor de elemento integrado
(EEM).
Las aplicaciones adicionales pueden ser localizadas en la misma capa que la aplicación GSM. Se
pueden usar distintas configuraciones de aplicación.
Aplicación GSM
objetos globales (GO). La capa de interacción da
los mecanismos que necesita una unidad de aplicación para recurrir a métodos en un objeto global en otra unidad de aplicación, sin tener en
cuenta si las unidades de aplicación están localizadas en el mismo procesador (JVM). El objeto global es encontrado por medio de un servicio de búsqueda de números (NLS).
Dependiendo en el interfaz se usan varios protocolos distintos para la comunicación externa.
La capa de interacción establece una conexión
lógica entre un procesador RNS y un nodo externo para intercambiar mensajes asíncronos. La
conexión física está oculta de la aplicación.
Capa de servicios de sistema
MARCAS REGISTRADAS
Todas las marcas registradas SPARC son usadas bajo licencia y son marcas de fábrica o
marcas registradas de SPARC International, Inc.
en los Estados Unidos y otros países. Los productos que llevan las marcas registradas
SPARC están basados en una arquitectura
desarrollada por Sun Microsystems, Inc.
Solaris TM, Java TM y Jini TM son marcas de
fábrica o marcas registradas de propiedad de
Sun Microsystems Inc. en los Estados Unidos y
otros países.
232
La capa de servicios de sistema consiste de un
servicio de designación de nombres, servicio de
inclusión en fichero, servicio regulador de tiempo, y servicio de persistencia. El servicio de persistencia asegura que la configuración y los datos
de tráfico persisten y sobreviven a fallos. La unidad de aplicación conserva activamente su estado en la capa de servicios de sistema, que repite el estado a otro procesador. Durante la funcionalidad para volver a poner en funcionamiento una unidad de aplicación que ha fallado
se crea una nueva unidad de aplicación en el procesador de posición de espera y su estado es recuperado de la capa de servicios de sistema.
El servicio de designación de nombres, que
está basado en el interfaz standard Java de designación de nombres y guía telefónica (JNDI)
La aplicación GSM controla conexiones en modo
circuito en redes IP BSS. También gestiona señalización común (tal como radiobúsqueda) a un
centro de conmutación de servicios móvil ó
SGSN.
La unidad de aplicación de gestor de recursos
de celda (CRM) sirve a cada función que está relacionada con una celda única – hay la misma
cantidad de unidades de aplicación como hay
celdas que se sirven por el servidor de red de
radio. El gestor de mensajes sin conexiones
(CMH) gestiona funciones que son comunes a
varias celdas. Por ejemplo, el servidor de red de
radio puede servir a uno o más controladores lógicos de estación base – un CMH por BSC – lo
que implica que un servidor de red de radio de
alta capacidad puede interoperar con varios
MSCs ó SGSNs.
La división de la aplicación GSM a gestores
de recurso de celda es la base para distribuir carga
dinámicamente (tomar el control). A una unidad de aplicación de celda se le puede hacer adiciones o volver a poner en funcionamiento independientemente de otras unidades de aplicación de celda. La división de la aplicación GSM
en pequeñas unidades autónomas de aplicación
de celda es una base para una disponibilidad muy
alta. La mayor parte de los mensajes son encaminados directamente entre una unidad de aplicación de celda (gestor de recurso de celda) y la
capa de interacción sin pasar por un punto central, lo que mejora aún más la robustez. La raíz
GSM (Figura 10) contiene funciones para crear
o volver a poner en funcionamiento unidades de
aplicación, y controla el tomar el control y el
hacer adiciones. El gestor de recursos de celda
tiene la responsabilidad de
Ericsson Review No. 4, 2000
• establecer y desconectar conexiones entre estaciones móviles y el centro móvil de conmutación de servicios;
• asignar canales de tráfico; e
• interconectar pasarelas de medios.
Cada celda contiene un banco de recursos de
radio y un algoritmo que asigna canales lógicos.
Las mediciones de celdas servidoras y cercanas
son recibidas por el algoritmo de localización,
que determina el traspaso. Las unidades de aplicación CRM de fuente y de objetivo interconectan para traspasos entre celdas.
Aplicaciones
de operación
y mantenimiento
Raíz
OM
Gestor de elementos integrado
1 por RNS
Aplicación GSM
Raíz
GSM
Configuración
de red
de radio
Gestor de
mensajes sin
conexiones
Gestor
de recursos
de celda
1 por RNS
1 por BSC
1 por celda
Gestión de elementos
El gestor de elementos integrado, que tiene la
responsabilidad de la operación y el mantenimiento del nodo RNS (elemento de red), sirve
al cliente de gestor de subred que está basado en
CORBA. También puede servir a un cliente delgado por medio de un interfaz Web. El gestor
de elementos integrados es una unidad de aplicación que interconecta con otras unidades de
aplicación en la aplicación GSM.
El gestor de elementos integrado contiene
aplicaciones para la gestión de configuración
(CM), gestión de fallos (FM), gestión de comportamiento (PM) y autogestión. La parte de
gestión de configuración maneja la configuración de parámetros de red de radio. Está basada
en un modelo de información de gestión (MIM)
que describe
• clases con atributos; y
• relaciones entre clases.
La parte de gestión de configuración contiene
también una base de gestión de información de
gestión (MIB) con objetos gestionados (MO) que
son instancias de clases definidas por el modelo
de información de gestión.
La parte de gestión de comportamiento comprueba, registra, y supervisa el comportamiento según notificaciones recibidas de las unidades de aplicación. La función de comprobación
de comportamiento gestiona estadísticas recogidas de contadores e indicadores; la función de
registro de comportamiento gestiona eventos;
y la función de supervisión de comportamiento define umbrales para un indicador – cuando
se sobrepasa el umbral, éste produce una alarma.
La parte de gestión de fallos gestiona alarmas,
manteniendo una lista y un registro de alarmas.
La parte de autogestión contiene
• un inventario de hardware – que incluye el
estado del hardware RNS; y
• un inventario de software – que se usa para
gestionar software.
Conclusión
El sistema de estación base basado en IP (IP BSS),
que está basado en una arquitectura de pasarela
de servidor, está diseñado para apoyar tanto a
redes de acceso de radio GSM BSS como a
Ericsson Review No. 4, 2000
Fig. 10.
Arquitectura de aplicación en capas.
TDMA-EDGE (EGPRS-16). La solución destaca diferenciación de calidad de servicio, bajo retardo, eficacia de ancho de banda (usando condensación de datos de encabezamiento
TCP/UDP), inspección, y gestión de capa IP con
un alto grado de automatización para la gestión
de configuración y la comprobación de comportamiento. El IP BSS consiste de
• un RNS, que gestiona toda la lógica de red
de radio y el control de llamadas;
• un RBS, que incluye funciones de transmisión y recepción de radio para el interfaz de
aire. El RBS es controlado por el RNS cuando se establecen llamadas de voz a estaciones
móviles. Las tramas de voz reales se envían directamente al transcodificador en la pasarela;
• una pasarela BSS, que está compuesta de una
pasarela de medios y una pasarela de sistema
de señalización no. 7 (SS7) – la pasarela de
medios tiene la responsabilidad de bancos de
transcodificadores que gestionan habla y servicios de datos en modo circuito. Este participa en traspaso, y conecta transcodificadores
a un circuito particular en el interfaz A.
• una red IP de tiempo real – toda la conmutación se gestiona dentro de la red IP; y
• un sistema O&M – la funcionalidad O&M
está incorporada en gestores dedicados de subred y elementos de red. Cada elemento de
red incluye su propio gestor de elementos.
Al sistema actual de estación base de Ericsson se
le puede hacer adiciones para llegar a ser un IP
BSS.
REFERENCIAS
1 Börje, J., Lund, H-Å. y Wirkestrand, A.: Encaminadores de tiempo real para redes celulares. Ericsson Review Vol. 76 (1999):4, pp.
190-197.
2 Reinius, J.: Cello – Una plataforma de transporte y control ATM. Ericsson Review Vol. 76
(1999):2, pp. 48-55.
3 Stockman, B. y Wallers, A.: El tipo métrico de
construcción mecánica BYB 501. Ericsson
Review Vol. 74 (1997):2, pp.62-67
4 Karlson, M.: Ronja – Una plataforma de aplicación Java. Ericsson Review Vol. 77
(2000):4, pp. 244-247.
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