3G y (no)4G: una introducción para ingenieros IP · 2013-05-21 · !20 L1 MAC RLC PDCP IPv4v6...

Utiliza ”disminuir / aumentar

nivel de lista” para conseguir

los diferntes niveles

Insertar Lugar y Fecha:

y Pie de Página“

. 14 Marzo 2013

3G y (no)4G: una introducción para ingenieros IP

!1




. 14 Marzo 2013

Título, max 3 líneas


Pie de Página" 2.Escribe texto en

“Lugar. Fecha (00.00.00)”

Objetivo

Entender que son estas tecnologías

Su terminología

Como funcionan

Todo desde el punto de vista del ingeniero IP

Para el mundo de datos

!2




. 14 Marzo 2013





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!3





y Pie de Página“

. 14 Marzo 2013

3G aka UMTS

!4




. 14 Marzo 2013





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

!5




. 14 Marzo 2013





Red 3G versión tapa dura

!6

Gf

Uu

Um

D

Gi

Gn

IuGc

CE

Gp

Gs

Signalling and Data Transfer InterfaceSignalling Interface

MSC/VLR

TE MT UTRAN TEPDN

GrIu

HLR

Other PLMN

SGSN

GGSN

Gd

SM-SCSMS-GMSC

SMS-IWMSC

GGSN

EIRSGSN

GnCGF

GaGa

BillingSystem

GbTE MT BSS

R

AR




. 14 Marzo 2013





Red 3G

!7

V V

Internet

PSTNUE

NodeB

NodeB

RNC

RNC MSC

NodeB

GMSC

SGSN GGSN

HLR

UTRAN CN

Gn Gi

GcGrGs

Gd




. 14 Marzo 2013





Node B

La caseta debajo de las antenas

Codificación de canales

•WCDMA

Ajuste de velocidad

Control de potencia

Maneja varias antenas

!8

V V

Internet

PSTNUE

NodeB

NodeB

RNC

RNC MSC

NodeB

GMSC

SGSN GGSN

HLR

UTRAN CN

Gn Gi

GcGrGs

Gd




. 14 Marzo 2013





RNC

Gestión de recursos de radio

Control de handover de una antena a otra

Control de congestión

Encriptación

Control de entrada

!9

V V

Internet

PSTNUE

NodeB

NodeB

RNC

RNC MSC

NodeB

GMSC

SGSN GGSN

HLR

UTRAN CN

Gn Gi

GcGrGs

Gd




. 14 Marzo 2013





HLR

Home Location Register

Base de datos de usuarios

Almacena sus perfiles

También su posición

Traducción de MSISDN a IMSI en el HLR

!10

V V

Internet

PSTNUE

NodeB

NodeB

RNC

RNC MSC

NodeB

GMSC

SGSN GGSN

HLR

UTRAN CN

Gn Gi

GcGrGs

Gd




. 14 Marzo 2013





Voz

MSC

•Conmutación de circuitos

•voz

GMSC

•Interconexión con PSTN

!11

V V

Internet

PSTNUE

NodeB

NodeB

RNC

RNC MSC

NodeB

GMSC

SGSN GGSN

HLR

UTRAN CN




. 14 Marzo 2013





Datos

Conmutación de paquetes

SGSN - Serving GPRS Support Node

•Gestión de datos con UTRAN

•Gestión de movilidad de usuarios

•Autenticación

•Información de facturación

GGSN - Gateway GPRS Support Node

•Terminación de túneles de usuario

•Asignación de red de salida

• Internet

•VPN

•Filtrado!12

V V

Internet

PSTNUE

NodeB

NodeB

RNC

RNC MSC

NodeB

GMSC

SGSN GGSN

HLR

UTRAN CN




. 14 Marzo 2013





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!13




. 14 Marzo 2013





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




. 14 Marzo 2013





Red 3G

!15

V V

Internet

PSTNUE

NodeB

NodeB

RNC

RNC MSC

NodeB

GMSC

SGSN GGSN

HLR

UTRAN CN

Gn Gi

GcGrGs

Gd




. 14 Marzo 2013





Contexto PDP

!16

GGSN

SGSN

SGSNSGSN

NodeB NodeB

NodeB NodeB NodeB




. 14 Marzo 2013





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

!17




. 14 Marzo 2013





V V

Internet

PSTNUE

NodeB

NodeB

RNC

RNC MSC

NodeB

GMSC

SGSN GGSN

HLR

UTRAN CN

Gn Gi

GcGrGs

Gd

Internet

Operadores Móviles Virtuales

Un APN dentro del GGSN del operador real

!18




. 14 Marzo 2013





V V

Internet

PSTNUE

NodeB

NodeB

RNC

RNC MSC

NodeB

GMSC

SGSN GGSN

HLR

UTRAN CN

Gn Gi

GcGrGs

Gd

InternetGGSN

Gn

Operadores Móviles Virtuales

Un GGSN propio para el OMV

!19




. 14 Marzo 2013





Tráfico de usuario

!20

L1

MAC

RLC

PDCP

IPv4v6

TCP/UDP

App.

UE

L1

MAC

RLC

PDCP

IPv4v6

TCP/UDP

App.

ATM

IP

UDP

GTP-U

IPv4v6

TCP/UDP

App.

NB

AAL5ATM

IP

UDP

GTP-U

IPv4v6

TCP/UDP

App.

ATM

L1

IP

UDP

GTP-U

IPv4v6

TCP/UDP

App.

L2

SGSN PGW

L1

IPv4v6

TCP/UDP

App.

L2

Internet/VPN

L1

IPv4v6

TCP/UDP

App.

L2

L1

IP

UDP

GTP-U

IPv4v6

TCP/UDP

App.

L2





y Pie de Página“

. 14 Marzo 2013

(no)4G (aka LTE aka EPS)

!21




. 14 Marzo 2013





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)

!22




. 14 Marzo 2013





Red 4G (versión tapa dura)

!23

PDN Gateway Overview ▀ Network Deployment(s)

▄ Cisco ASR 5x00 Packet Data Network Gateway Administration Guide

26 OL-27242-02

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. P-GW in the E-UTRAN/EPC Network




. 14 Marzo 2013





Red 4G

!24

MME

SGW PGW

X2

S1-C

S1-U

S1-C

S1-U

S11

S5-S8Internet

E-UTRAN EPC

eNodeB

eNodeB

SGi




. 14 Marzo 2013





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)

!25




. 14 Marzo 2013





Estandarización 4G

!26

Release 8

Release 9

Release 10

Release 11

LTE EPC/SAE

Location Services MBMS Multi

Standard BS

LTE-A Carrier Agregation Relays

Enhanced Carrier

Intra Band Carrier




. 14 Marzo 2013





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

Menor latencia: 10 ms

Tecnologías

•Bajada 64QAM

•Subida 16QAM

200 usuarios activos por celda!27

MME

SGW PGW

X2

S1-C

S1-U

S1-C

S1-U

S11

S5-S8Internet

E-UTRAN EPC

eNodeB

eNodeB

SGi




. 14 Marzo 2013





MIMO

!28

XTecnología de antenas

Multiple Input - Multiple Output

•El móvil habla con varias antenas

•Recibe datos de todas

Optimizado para UE parada y hasta 15 km/h

Soporta hasta 120-350 km/h




. 14 Marzo 2013





MME

Identificación de la UE (IMEI)

Maneja mobilidad

Maneja roaming

Maneja QoS

Controla handover 3G 4G

Creación de bearers

Autenticación

Autorización

!29

MME

SGW PGW

X2

S1-C

S1-U

S1-C

S1-U

S11

S5-S8Internet

E-UTRAN EPC

eNodeB

eNodeB

SGi




. 14 Marzo 2013





SGW

Handover con eNodeB de nodos

Terminación de tráfico 3G

Gestión de modo IDLE de UE

!30

MME

SGW PGW

X2

S1-C

S1-U

S1-C

S1-U

S11

S5-S8Internet

E-UTRAN EPC

eNodeB

eNodeB

SGi




. 14 Marzo 2013





PGW

Puente hacia la PDN

•Es decir, hacia Internet

Teminación de túneles GTP desde la UE

•Datos en GTP-U v1 como en

UTMS

•Control en GTP-C v2

GGSN para los handovers desde/a 3G

!31

MME

SGW PGW

X2

S1-C

S1-U

S1-C

S1-U

S11

S5-S8Internet

E-UTRAN EPC

eNodeB

eNodeB

SGi




. 14 Marzo 2013





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

!32




. 14 Marzo 2013





Red 4G (versión tapa dura)

!33

PDN Gateway Overview ▀ Network Deployment(s)

▄ Cisco ASR 5x00 Packet Data Network Gateway Administration Guide

26 OL-27242-02

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. P-GW in the E-UTRAN/EPC Network




. 14 Marzo 2013





Tráfico de usuario

!34

L1

MAC

RLC

PDCP

IPv4v6

TCP/UDP

App.

UE

L1

MAC

RLC

PDCP

IPv4v6

TCP/UDP

App.

L1

IP

UDP

GTP-U

IPv4v6

TCP/UDP

App.

eNB

L2L1

IP

UDP

GTP-U

IPv4v6

TCP/UDP

App.

L2

L1

IP

UDP

GTP-U

IPv4v6

TCP/UDP

App.

L2

SGW PGW

L1

IPv4v6

TCP/UDP

App.

L2

Internet/VPN

L1

IPv4v6

TCP/UDP

App.

L2




. 14 Marzo 2013





APN

El concepto de APN sigue existiendo

•Mismo funcionalidad

•Imprescindible para interoperatibilidad entre 3G y 4G

!35




. 14 Marzo 2013





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

!36





y Pie de Página“

. 14 Marzo 2013

Voz en LTEDos posibilidades

!37




. 14 Marzo 2013





VoLTE

VoIP sobre LTE

!38

MME

SGW PGW

X2

S1-C

S1-U

S1-C

S1-U

S11

S5-S8Internet

E-UTRAN EPC

eNodeB

eNodeB

SGi

PSTN

VoIP




. 14 Marzo 2013





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

!39





y Pie de Página“

. 14 Marzo 2013

Movilidad/Roaming

!40




. 14 Marzo 2013





Conceptos de movilidad

Dentro de la red del operador

•Mobilidad gestionada internamente

Roaming

•HGGSN

•Home GGSN

•VGGSN

•Visited GGSN

!41




. 14 Marzo 2013





HGGSN

La UE crea un contexto PDP hasta un GGSN en su red de origen

IP de su red de origen

Tráfico no eficiente

!42

Internet

NodeB RNC SGSNGGSN

Red del usuario

Gn Gi

Gd

UENodeB RNC SGSN

GGSN

Red visitada

Gn Gi

Gd




. 14 Marzo 2013





VGGSN

El nodo visitado pregunta al HLR del nodo origen

Con la autorización crea un túnel en el GGSN visitado

Navegación desde la red visitada

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Internet

NodeB RNC SGSNGGSN

Red del usuario

Gn Gi

Gd

UENodeB RNC SGSN

GGSN

Red visitada

Gn Gi

Gd





y Pie de Página“

. 14 Marzo 2013

Mobile IP

!44




. 14 Marzo 2013





Mobile IP en acción

Mantiene la IP y las sesiones

Permite movilidad sin cortes

Requiere:

•Cliente Mobile IP en la UE o PC

•Foreing Agent en redes visitadas

•Home Agent en red de origen

!45

Red local10.0.0.0/16

Red visitada192.168.0.0/16

Red destino

Cliente Mobile IP

Foreing Agent

Home Agent

Tunel Mobile IP

10.0.0.2

172.16.0.0.2

<172.16.0.0.2><10.0.0.2>

<10.0.0.2><172.16.0.2>

<192.168.0.1><10.0.0.2><172.16.0.2>

<10.0.0.2><172.16.0.2>





y Pie de Página“

. 14 Marzo 2013

Proxy Mobile IP

!46




. 14 Marzo 2013





Proxy Mobile IP en acción

Mantiene la IP y las sesiones

Permite movilidad sin cortes

Requiere:

•Foreing Agent en redes visitadas

•Home Agent en red de origen

•Proxy Mobile IP en la antena/Punto

de acceso/Switch/Router

!47

Red local10.0.0.0/16

Red visitada192.168.0.0/16

Red destino

Proxy Mobile IP

Foreing Agent

Home Agent

Tunel Mobile IP

10.0.0.2

172.16.0.0.2

<172.16.0.0.2><10.0.0.2>

<10.0.0.2><172.16.0.2>

<192.168.0.1><10.0.0.2><172.16.0.2>

<10.0.0.2><172.16.0.2>

Red 10.0.0.0/16creada por el proxy





y Pie de Página“

. 14 Marzo 2013

¿Preguntas?

!48




. 14 Marzo 2013





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

!49

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