Gprs

Radiocomunicaciones Mviles: T4. GPRS

Tema 4. GPRS

Ingeniera de Telecomunicacin

Escuela Superior de Ingeniera de Telecomunicacin Universidad Rey Juan Carlos

Curso 2012/2013

Radiocomunicaciones Mviles: T4. GPRS 3

ndice

I. Introduccin

II. Servicios. QoS

III. Arquitectura de red

IV. Interfaz radio

V. Procedimientos


GPRS: Porqu?

Datos en GSM Baja velocidad : 9,6 kbit/s Coste alto: facturacin basada en tiempo de conexin

Datos en GPRS Conexin y transporte de alta velocidad: superior a 100 Kbps. Conexin "permanente". Facturacin basada en: cantidad de trfico transmitido, calidades del

servicio, etc

GSM

2G

Voz en CC

Datos baja tasa

GSM / GPRS

Voz en CC

Datos en CP

EDGE

Tasa mejorada para datos.

GERAN / UTRAN

GSM / EGPRS

UMTS Terretrial Access Network (3G)

LTE

4G

Servicios de alta tasa mediante CP


GPRS: Que es?

Red de conmutacin 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 ncleo de red (para soportar el trfico de

paquetes) y una parte comn el NSS (HLR, VLR, etc).

Se introduce en la Release de 1997 de GSM Phase 2+ (R97). Aqu hablaremos de las versiones R97 a R99 con algn detallle extrado de la R4 (2004).

La versin inicial se denomin generacin 2.5.

Evolucin mediante versiones hasta la ltima Release, aumentando velocidad y servicios.


Caractersticas

Aumenta las velocidades de transmisin al introducir nuevos esquemas de codificacin: 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 conexin. Reserva flexible de canales radio: De 1 a 8 intervalos. Rb,max = 384 kbps mximo 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 decisin del operador.

Permite la conexin 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 mensajera (MMS).

Capacidad para elegir entre varios parmetros de QoS.

La tarificacin se realiza por volumen de trfico, no por tiempo de conexin.

Los terminales estn siempre conectados.

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Diferencias GPRS y GSM

Caractersticas Conmutacin de circuitos Conmutacin de paquetes

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

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

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

Alta, slo se reserva capacidad de red cuando hay que transmitir o recibir datos.

Establecimiento Requerido. No requerido. Retardo Bajo, slo retardo de propagacin

por el medio fsico .El de conmutacin, casi despreciable.

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

Priorizacin No existe distincin entre datos y voz. No se establecen prioridades.

Se pueden establecer prioridades en los paquetes.


ndice

I. Introduccin

II. Servicios. QoS


IV. Interfaz radio

V. Procedimientos

VI. Planificacin


Servicios y QoS

GPRS soporta servicios multimedia: Punto a punto Punto a multipunto

El estndar 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.

Sern necesarios los siguientes mecanismos: Negociado de QoS antes y durante cada sesin IP. Soportar roaming y negociacin de QoS entre operadores. Desplegar una poltica de control de trfico IP. Soportar ms de una aplicacin IP simultnea en cada sesin.

Se especifican dos cosas principalemente: Perfiles de QoS Mecanismos de QoS

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Perfiles de QoS

Un pefil QoS consta de: (1) parmetro de prioridad, (2) parmetro de fiabilidad; (3) retardo; (4) tasa de bit.

Throughput:

Velocidad mxima: se definen 9 clases. Tasa mxima de transferencia. Velocidad media: se definen 19 clases. Tasa media de transferencia.

Ej.: Prioridad

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I. Introduccin

II. Servicios. QoS


IV. Interfaz radio

V. Procedimientos


GPRS: Arquitectura de Red

GPRS Data Path

SGSN GGSN

Internet PDN Gb

Gn

Gi

Red IP Propia Tnel IP


SGSN (Serving GPRS Support Node)

Retransmisin bidireccional de datos entre GGSN y BSS.

Gestin de la movilidad y autenticacin: Attach/Detach de mviles 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.

Gestin de las sesiones de datos: establecimiento de contextos de datos, encamienamiento de paquetes a travs de tnel IP al GGSN, solicitud de IPs.

Cifrado y compresin de datos de usuario.

Gestin de la conversin del protocolo IP a los protocolos SNDCP y LLC.

Recogida de datos para generacin de CDRs (Call Detail Record o registros de tarificacin).


GGSN (Gateway GPRS Support Node)

Permite la conexin del mvil a redes de datos externas.

Funciones: Recepcin y encaminamiento de los datos de usuario desde y hacia las

redes de datos externas. Gestin de las sesiones de datos en colaboracin con el SGSN. Gestin del traspaso Inter-SGSN. Asignacin de direcciones IP internas a los mviles GPRS. La

asignacin puede ser esttica o dinmica dentro de un rango establecido.

Recogida de informacin para generacin de CDRs.

Es un nodo pasarela IP que realiza la interfaz con las redes de datos externas, incorporando funciones de Firewall, encapsulacin y traduccin de direcciones IP, etc.


Algunos elementos del ncleo de red GPRS

CG (Charging Gateway): recoge los ficheros enviados por el SGSN y el GGSN, los valida y los enva a la plataforma de tarificacin.

DNS (Domain Name System) Necesario para que se pueda llevar a cabo la traduccin de nombres

lgicos en las direcciones IP.

Firewall Es un firewall comn, 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 asignacin dinmica de direcciones IP. Dispone de un pool de direcciones.


Red de Transporte

Convergencia de Redes Una red de transporte no debe ser especfica de ningn servicio, sino lo

suficientemente flexible para irse adaptando a las nuevas necesidades, sin que su diseo comprometa su evolucin futura.

Aparece el concepto de Red Multiservicio.

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


Red de Transporte

Red Multiservicio (multimedia)


Acceso a servicios

Adems, en la Rel-5 se aade un nuevo elemento clave en la provisin de servicios multimedia: el Internet Multimedia Subsystem (IMS): Permite acceso simultneo a mltiples tipos de servicio en tiempo real o

no. Proporciona sincronizacin entre los componentes de una sesin

multimedia. IMS especifica los requerimientos de QoS para cada servicio. Adems especifica la lista de requerimientos de seguridad,

direccionamiento, roaming, etc.

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Acceso a servicios

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I. Introduccin

II. Servicios. QoS


IV. Interfaz radio

V. Procedimientos

VI. Planificacin


Arquitectura de protocolos en la interfaz radio

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Radio Resource Control (o RR)

Es responsable de gestin de recursos radio. Funciones:

Difusin de informacin de sistema. Establece, mantiene, reconfigura y cierra conexiones entre las MS y la

red GERAN, incluyendo re-seleccin de celda, control de admisin y establecimiento del enlace.

En el establecimiento de la conexin tiene en cuenta los requisitos de QoS tanto para trfico de usuario como de control.

Control del handover: Modifica asignacin de canales y recursos. Asegura QoS en el cambio de celda.

La red GPRS se basa en asignacin dinmica de capacidad y no requiere canales permanentes. A una MS el RRC le asigna los PDCHs necesarios. Tambin realiza control de congestin.

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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 transmisin de paquetes se controla mediante el nmero de paquetes en un TBF, y no se realizan retransmisiones. La estacin receptora extrae la informacin de los paquetes recibidos y rellena los no recibidos con bits dummy.

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Canales lgicos Se introduce un conjunto de canales lgicos para transporte de

informacin en modo conmutacin de paquetes y su control.

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Canales lgicos para trfico 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 estacin puede usar varios PDTCH en paralelo, y cada PDTCH puede llevar varias clases de trfico.

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La configuracin de los canales de trfico (lgicos y fsicos) es mucho ms flexible que en GSM


Estructura de la multitrama

BO B1 B2

3 3 3 3

T B3 B4 B5 I B6 B7 B8 T B9 B10 B11 I

Multitrama GPRS: 52 Tramas TDMA

Ejemplos de mapeo de canales lgicos:

PBCCH

PDTCH

PPCH

PDTCH

PDTCH

PDTCH

T

T

PAGCH

PPCH PPCH T PBCCH

PACCH

PPCH

PDTCH

PDTCH

PDTCH

T PDTCH

PDTCH

PDTCH

T

T

PNCH PPCH

PDTCH

PDTCH

X

X

PPCH

PDTCH

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


Packet Data Channel

Canal fsico = frecuencia + slot. De nuevo 8 slots por portadora. Dos tipos de canales fsicos: compartido y dedicado.

PDCH: se refiere al canal fsico 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 tiles) tramas.

Bloque radio: conjunto de 4 intervalos del mismo canal fsico 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 trfico a las capas superiores. El MAC es orientado a conexin.

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 dinmicas.

Cada TBF se introduce en un conjunto de PDCH (de forma bastante flexible).

En el procedimiento de establecimiento de conexin de un TBF se negocia el QoS requerido para esa conexin: Tipo de acceso. Parmetros. Requerimientos de recursos radio.

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Esquemas de modulacin y codificacin

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Scheme Code rate Header Code rate

Modulation RLC blocks per Radio

Block (20ms)

Raw Data within one

Radio Block

Family BCS Tail payload

HCS Data rate kb/s

MCS-9 1.0 0.36 2 2x592 A 59.2

MCS-8 0.92 0.36 2 2x544 A 54.4

MCS-7 0.76 0.36 2 2x448 B

2x12 2x6

44.8

MCS-6 0.49 1/3 1 592 48+544

A 29.6 27.2

MCS-5 0.37 1/3

8PSK

1 448 B 22.4

MCS-4 1.0 0.53 1 352 C 17.6

MCS-3 0.85 0.53 1 296 48+248 and 296

A 14.8 13.6

MCS-2 0.66 0.53 1 224 B 11.2

MCS-1 0.53 0.53

GMSK

1 176 C

12

6

8

8.8 NOTE: 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).


ndice

I. Introduccin

II. Servicios. QoS


IV. Interfaz radio

V. Procedimientos I. Gestin de la movilidad II. Gestin de la sesin de datos

VI. Planificacin


Gestin de la Movilidad

Estados de movilidad:

Inactivo

Attach GPRS

Activo Reposo

Vence el temporizador o forzado a modo Reposo

Detach GPRS Transmisin de PDU MS

Inactivo

Attach GPRS

Activo Reposo

Vence el temporizador o forzado a modo Reposo o condicin anormal en RLC

Detach GPRS o cancelacin de localizacin

Recepcin de PDU SGSN

Detach implcito o cancelacin de localizacin iniciada por la Red


Procedimientos de movilidad

Attach / Detach: independiente o conjunto al de GSM.

Gestin de localizacin: Estos procedimientos proporcionan: Mecanismos para la seleccin de clula y de PLMN (Public Land Mobile

Network). Mecanismos para que la red conozca el RA en que se encuentra el

terminal mvil cuando se encuentra en los estados ACTIVO o REPOSO.

Mecanismos para que la red conozca la identidad de la clula en que se encuentra el terminal mvil cuando est en el estado ACTIVO.

Gestin de usuario: Aadir o modificar datos de la suscripcin GPRS en el SGSN, o Borrar datos de usuario en SGSN.

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Gestin de Sesin de Datos

Contexto PDP (PACKET DATA PROTOCOL):

El contexto PDP representa la sesin 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 operacin.

Un contexto PDP tiene asociada una direccin PDP que hace posible el encaminamiento de la informacin.

El contexto PDP se mantiene en el MS, el SGSN y el GGSN.

Puede estar activo o inactivo.


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 informacin que permite enrutar los datos.

Si el GGSN recibe un paquete para un IMSI sin PDP activos, comienza el procedimiento de activacin de contexto PDP.

Cada contexto PDP tiene asociado un perfil de calidad de servicio.

El perfil se negocia en la activacin 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.

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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 negociacin se gestionan por los procedimientos (activacin, modificacin y desactivacin) 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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