3G 4G - esnog
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3G y (no)4G: una introducción para ingenieros IP . 14 Marzo 2013 !1 Objetivo Entender que son estas tecnologías Su terminología Como funcionan Todo desde el punto de vista del ingeniero IP Para el mundo de datos . 14 Marzo 2013 !2 Dos mundos: un sólo dato IP •Estandarizado por la IETF •Abierto a todos •“Rough consensus and running code” 3G/4G •Estandarizado por la ETSI •3GPP: Third Generation Partnership Project •3GPP2: aka LTE •Comites cerrados •Votación de cada estándar . 14 Marzo 2013 !3 3G aka UMTS . 14 Marzo 2013 !4 UMTS (Universal Mobile Communications System) Creado por el 3GPP Third Generation Partnership Project •Sucesor del Global System for Mobile Communications (GSM) Organizado por Releases •Inicialmente la release era el número de año: Release 98, 99, 00 •Ahora secuencial: 8, 9, 10 (Release 12 en marzo 2013) •Una release no invalida la anterior. LTE usa Release 8 y 9 Velocidad •384 Kbps/2 Mbps hasta 7,2 Mbps (HSDPA) •Ancho de banda fijo: 5 MHz . 14 Marzo 2013 !5 Red 3G versión tapa dura SMS-GMSC SMS-IWMSC SM-SC E C Gd MSC/VLR A MT D Gs Iu Uu R TE HLR Gr Iu UTRAN SGSN Gc Gi Gn Gb TE MT R BSS Um SGSN Gn Ga CGF GGSN Gf Signalling Interface Signalling and Data Transfer Interface !6 TE Ga Gp Other PLMN . 14 Marzo 2013 PDN GGSN EIR Billing System Red 3G NodeB UE RNC V V MSC GMSC Gs Gr HLR PSTN Gc NodeB RNC Gn Gd SGSN GGSN NodeB UTRAN . 14 Marzo 2013 CN !7 Gi Internet Node B La caseta debajo de las antenas Codificación de canales •WCDMA Ajuste de velocidad Control de potencia NodeB UE RNC Maneja varias antenas V V MSC GMSC Gs Gr HLR PSTN Gc NodeB RNC Gd Gn SGSN GGSN NodeB UTRAN . 14 Marzo 2013 !8 Gi CN Internet RNC Gestión de recursos de radio Control de handover de una antena a otra Control de congestión Encriptación Control de entrada NodeB UE RNC V V MSC GMSC Gs Gr HLR PSTN Gc NodeB RNC Gd Gn SGSN GGSN NodeB UTRAN . 14 Marzo 2013 !9 Gi CN Internet HLR Home Location Register Base de datos de usuarios Almacena sus perfiles También su posición Traducción de MSISDN a IMSI en el HLR NodeB UE RNC V V MSC GMSC Gs Gr HLR PSTN Gc NodeB RNC Gd Gn SGSN GGSN NodeB UTRAN . 14 Marzo 2013 !10 Gi CN Internet Voz MSC •Conmutación de circuitos • voz GMSC NodeB •Interconexión con PSTN UE RNC V V MSC GMSC PSTN HLR NodeB Internet RNC SGSN GGSN NodeB UTRAN . 14 Marzo 2013 !11 CN Datos Conmutación de paquetes SGSN - Serving GPRS Support Node •Gestión de datos con UTRAN •Gestión de movilidad de usuarios •Autenticación NodeB •Información de facturación UE RNC V V MSC GMSC GGSN - Gateway GPRS Support Node PSTN HLR NodeB •Terminación de túneles de usuario Internet RNC SGSN GGSN •Asignación de red de salida NodeB UTRAN • Internet • VPN • Filtrado . 14 Marzo 2013 !12 CN APN Indica al GGSN como gestionar al usuario •Red de destino (Internet/VPN) •Forma de asignación de direcciones •QoS •Si aplica NAT Mezcla de VRF y DSCP Un GGSN puede gestionar múltiples APNs Similar a nombre de host de Internet •Significado local para el operador •SGSN encuentra el GGSN por DNS del APN . 14 Marzo 2013 !13 Contexto PDP Tunel entre UE y GGSN •Datos en GTP-U v1 •Control en GTP-C v1 Múltiples contextos PDP por UE •Conexión a Internet y MMS Creado bajo demanda Permite mobilidad geográfica sin cambio de IP •NO necesita Mobile IP . 14 Marzo 2013 !14 Red 3G NodeB UE RNC V V MSC GMSC Gs Gr HLR PSTN Gc NodeB RNC Gn Gd SGSN GGSN NodeB UTRAN . 14 Marzo 2013 CN !15 Gi Internet Contexto PDP SGSN NodeB NodeB NodeB SGSN NodeB SGSN GGSN . 14 Marzo 2013 !16 NodeB Identificación del usuario MSISDN •Código del país •Número del abonado IMSI •MCC: Mobile Country Code - 214 España •MNC: Mobile Network Code - 1 Vodafone, 3 Orange, 4 Yoigo, 5 Telefónica, Telefónica Móviles, 18 ONO, 19 Simyo •MSIN - identificador de la UE de 9 o 10 dígitos . 14 Marzo 2013 !17 Operadores Móviles Virtuales Un APN dentro del GGSN del operador real NodeB UE RNC V V MSC GMSC Gs Gr HLR PSTN Gc NodeB RNC Gd Gn SGSN Internet GGSN Internet NodeB UTRAN . 14 Marzo 2013 Gi CN !18 Operadores Móviles Virtuales Un GGSN propio para el OMV NodeB UE RNC V V MSC GMSC Gs Gr HLR PSTN Gc NodeB RNC Gd Gn SGSN Gi Internet GGSN Gn NodeB GGSN UTRAN . 14 Marzo 2013 CN !19 Internet Tráfico de usuario UE SGSN NB PGW Internet/VPN App. App. App. App. App. App. App. App. TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP IPv4v6 IPv4v6 IPv4v6 IPv4v6 IPv4v6 IPv4v6 IPv4v6 IPv4v6 PDCP PDCP GTP-U GTP-U GTP-U GTP-U RLC RLC UDP UDP UDP UDP L2 L2 IP IP IP IP L1 L1 MAC L1 . 14 Marzo 2013 MAC L1 AAL5 ATM L2 L2 ATM ATM L1 L1 !20 (no)4G (aka LTE aka EPS) . 14 Marzo 2013 !21 Evolución de 3G Surgió en 2004 •IPv6 surgió en 1996 Compatibilidad con 3G •Dispositivos 3G/4G •Llamadas/Conexión pueden migrar entre 3G y 4G • Handover Mayor velocidad •100 Mbps bajada 50 Mbps subida (Teórico 300/75) . 14 Marzo 2013 !22 The following figure displays a sample network deployment of a P-GW, including all of the interface connections with other 3GPP Evolved-UTRAN/Evolved Packet Core network devices. Figure 4. . 14 Marzo 2013 P-GW in the E-UTRAN/EPC Network Red 4G (versión tapa dura) !23 Red 4G S1-C eNodeB MME S1-C X2 S11 S1-U SGi S5-S8 Internet S1-U SGW PGW eNodeB E-UTRAN . 14 Marzo 2013 EPC !24 Puntos básicos TODO tecnología IP •Hasta la voz (más sobre esto luego) Nodo siempre conectado •Sesión inicial con IP siempre conectado LTE no es 4G •Es la parte de radio de 4G (E-UTRAN) . 14 Marzo 2013 !25 Estandarización 4G Release 8 LTE EPC/SAE Release 9 Location Services MBMS Multi Standard BS Release 10 LTE-A Carrier Agregation Relays Release 11 Enhanced Carrier Intra Band Carrier . 14 Marzo 2013 !26 eNodeB Antena inteligente Handover de usuarios entre eNodeB directamente Ancho de banda variable •1,4 3 5 10 15 20 MHz Mayor eficiencia del espectro S1-C Menor latencia: 10 ms eNodeB MME S1-C X2 Tecnologías S11 S1-U •Bajada 64QAM Internet S1-U SGW PGW eNodeB •Subida 16QAM E-UTRAN 200 usuarios activos por celda . 14 Marzo 2013 SGi S5-S8 !27 EPC MIMO Tecnología de antenas Multiple Input - Multiple Output •El móvil habla con varias antenas •Recibe datos de todas X Optimizado para UE parada y hasta 15 km/h Soporta hasta 120-350 km/h . 14 Marzo 2013 !28 MME Identificación de la UE (IMEI) Maneja mobilidad Maneja roaming Maneja QoS Controla handover 3G 4G S1-C Creación de bearers eNodeB MME S1-C X2 Autenticación S11 S1-U Autorización Internet S1-U SGW PGW eNodeB E-UTRAN . 14 Marzo 2013 SGi S5-S8 !29 EPC SGW Handover con eNodeB de nodos Terminación de tráfico 3G Gestión de modo IDLE de UE S1-C eNodeB MME S1-C X2 S11 S1-U SGi S5-S8 Internet S1-U SGW PGW eNodeB E-UTRAN . 14 Marzo 2013 !30 EPC PGW Puente hacia la PDN •Es decir, hacia Internet Teminación de túneles GTP desde la UE •Datos en GTP-U v1 como en S1-C UTMS eNodeB X2 •Control en GTP-C v2 S11 S1-U SGi S5-S8 GGSN para los handovers Internet S1-U SGW PGW eNodeB desde/a 3G E-UTRAN . 14 Marzo 2013 MME S1-C !31 EPC Otros elementos Servidor Radius •Autenticación por datos de APN PCRF •Define políticas de control de calidad •En base a MSISDN OCS •Online Charging Service •Lleva control de tráfico y asigna cuotas en modo prepago PCRF y OCS usan protocolo Diameter . 14 Marzo 2013 !32 The following figure displays a sample network deployment of a P-GW, including all of the interface connections with other 3GPP Evolved-UTRAN/Evolved Packet Core network devices. Figure 4. . 14 Marzo 2013 P-GW in the E-UTRAN/EPC Network Red 4G (versión tapa dura) !33 Tráfico de usuario UE SGW eNB PGW Internet/VPN App. App. App. App. App. App. App. TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP IPv4v6 IPv4v6 IPv4v6 IPv4v6 IPv4v6 IPv4v6 IPv4v6 PDCP PDCP GTP-U GTP-U GTP-U RLC RLC UDP UDP UDP L2 L2 IP IP IP L1 L1 MAC L1 . 14 Marzo 2013 MAC L1 L2 L2 L2 L1 L1 L1 !34 APN El concepto de APN sigue existiendo •Mismo funcionalidad •Imprescindible para interoperatibilidad entre 3G y 4G . 14 Marzo 2013 !35 Bearer NO es un término de radio Equivale al contexto PDP de 3G Un bearer siempre establecido •Default Bearer Otros bearer bajo demanda •Distintas calidades de servicio •p.e. voz •Dedicated bearers . 14 Marzo 2013 !36 Voz en LTE Dos posibilidades . 14 Marzo 2013 !37 VoLTE VoIP sobre LTE S1-C eNodeB MME S1-C X2 S11 S1-U SGi S5-S8 Internet S1-U SGW PGW eNodeB VoIP E-UTRAN . 14 Marzo 2013 EPC !38 PSTN 3G Fallback Cuando se hace/recibe una llamada cambia a 3G •Transmisión de datos no se interrumpe •Baja la velocidad •Se vuelve a 4G al terminar . 14 Marzo 2013 !39 Movilidad/Roaming . 14 Marzo 2013 !40 Conceptos de movilidad Dentro de la red del operador •Mobilidad gestionada internamente Roaming •HGGSN • Home GGSN •VGGSN • Visited GGSN . 14 Marzo 2013 !41 HGGSN La UE crea un contexto PDP hasta Gd Gn un GGSN en su red de origen NodeB GGSN SGSN RNC Gi Red del usuario IP de su red de origen Internet Tráfico no eficiente Gd Gn UE NodeB RNC Red visitada . 14 Marzo 2013 !42 SGSN GGSN Gi VGGSN El nodo visitado pregunta al HLR Gd Gn del nodo origen NodeB Con la autorización crea un túnel GGSN SGSN RNC Gi Red del usuario Internet en el GGSN visitado Navegación desde la red visitada Gd Gn UE NodeB RNC Red visitada . 14 Marzo 2013 !43 SGSN GGSN Gi Mobile IP . 14 Marzo 2013 !44 Mobile IP en acción Mantiene la IP y las sesiones Home Agent <192.168.0.1><10.0.0.2><172.16.0.2> Foreing Agent Permite movilidad sin cortes Tunel Mobile IP <10.0.0.2><172.16.0.2> Requiere: •Cliente Mobile IP en la UE o PC Red local 10.0.0.0/16 Red visitada 192.168.0.0/16 Cliente Mobile IP <10.0.0.2><172.16.0.2> <172.16.0.0.2><10.0.0.2> •Foreing Agent en redes visitadas Red destino •Home Agent en red de origen 172.16.0.0.2 . 14 Marzo 2013 !45 10.0.0.2 Proxy Mobile IP . 14 Marzo 2013 !46 Proxy Mobile IP en acción Mantiene la IP y las sesiones Home Agent <192.168.0.1><10.0.0.2><172.16.0.2> Foreing Agent Tunel Mobile IP Permite movilidad sin cortes Red local 10.0.0.0/16 Requiere: •Foreing Agent en redes visitadas Red visitada 192.168.0.0/16 10.0.0.2 <10.0.0.2><172.16.0.2> <172.16.0.0.2><10.0.0.2> •Home Agent en red de origen Proxy Mobile IP Red destino •Proxy Mobile IP en la antena/Punto Red 10.0.0.0/16 creada por el proxy de acceso/Switch/Router 172.16.0.0.2 . 14 Marzo 2013 <10.0.0.2><172.16.0.2> !47 ¿Preguntas? . 14 Marzo 2013 !48 Términos y acrónimos UE: User equipment UTRAN: UMTS Terrestrial Access Network E-UTRAN: Evolved UTRAN CN: Core Network SGSN: Serving GPRS Support Node GGSN: Gateway GPRS Support Node GTP: GPRS Tunneling Protocol •GTP-C con señales de control del tunel •GTP-U con datos de usuario TEID: Tunnel Endpoint Identifier. Identificador de terminación de tunel GTP. IP+puerto UDP . 14 Marzo 2013 !49
