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Dimensionamiento Redes LTE 4G

Capitulo 4. Arquitectura de LTE

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Mientras que en el Release 99 hay sólo dos dominios, el de circuitos y el de paquetes, en el Release 5 se agrega un dominio adicional el Dominio IMS (IP Multimedia Subsystem). El dominio IMS (P Multimedia Subsystem ) permite la conexión de UMTS con el mundo IP. IMS es un marco referencial para la entrega de servicios multimedia usando el protocolo IP, propuesto por el 3GPP para aplicaciones móviles como una evolución de GSM. Donde sea posible IMS usa protocolos provenientes de IETF, tal como SIP para voz sobre IP. Es de hacer notar que con la introducción de IMS, la red UMTS está integrada por tres dominios: circuitos, paquetes e IMS. Tanto el dominio de circuitos como el de paquetes, tiene su propio switch, sin embargo, no es el caso del dominio IMS. La interfaz de aire sigue siendo WCDMA, de hecho sólo en el Release 8 se trata por primera vez el tema de LTE y OFDMA. HSS:Home Subscriber Server, hace el papel del HLR

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La arquitectura general de UMTS evolucionó para adaptarse muy bien a GSM y a los requerimientos de la 2G, con una topología en estrella donde un RNC podía controlar cientos de Base Station o Nodo B sobre la interfaz IuB. Bajo este concepto UTRAN CDMA tuvo que irse adaptando y mejorando lo que terminó con una arquitectura complicada en la cual no existe comunicación directa entre las BS o Nodo B. A pesar de que el Nodo B es muy sencillo, el RNC es complejo y se encarga del manejo del tráfico y de los recursos de radio. E-UTRAN basado en OFDMA es muy sencillo, sólo tiene un elemento el eNodeB o eNodo B, el cual está directamente conectado al Core Network por medio de la interfaz S1, y entre ellos por la interfaz X2. De esta forma las mejoras que siempre son necesarias introducir se reparten entre en eNodo b y el Core Network. La conexión directa entre eNodos B contribuye a reducir los paquetes perdidos en los móviles cuando se hace handoff. La arquitectura de LTE y LTE-A es la misma, salvo por la incorporación en LTE-A del Relay. Las diferencias más marcadas están en las funcionalidades y en las capacidades, lo que por supuesto tiene más impacto en el software que en el hadware.

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Como puede observarse el EPC está formado por varios nodos, mientras que E-UTRAN consta del eNodeB. Todas las interfaces están estandarizadas por el 3GPP y son completamente abiertas.

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La arquitectura de E-UTRAN es muy sencilla, está compuesta por los eNodeB, los cuales se pueden conectar al EPC (más específicamente al MME) o directamente entre ellos con las interfaces S1 o X2 respectivamente, como ya se ha mencionado. Los eNodeB permiten que los protocolos, tanto del plano de los usuarios como del de control, puedan comunicarse desde el UE hacia el EPC y viceversa.

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Esta arquitectura sólo es válida para LTE-Advanced Rel. 10, ya que Rel 8 no soporta Relay.

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La función del eNB es trascendental, ya que el ENB concentra gran parte de la inteligencia de LTE para el manejo y control de todas las tecnologías de avanzada que incluye. En el eNB se encuentra el Scheduler, la entidad lógica que hace la asignación de recursos tanto en el DL como en el UL.

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El MME se comunica con el eNB a través de la interfaz S1-MME para el plano de control. Las funciones del MME se clasifican en dos grandes grupos: Funciones relacionadas con la gestión de los datos de los usuarios : Incluye el establecimiento, mantenimiento y liberación de las conexiones de datos. Funciones relativas a la gestión de la conexión: Incluye el establecimiento de la conexión y seguridad entre la red y el UE. Es el nodo central que procesa la señalización entre el UE y el Core Network. Los protocolos que corren entre el UE y el core se conocen como NAS (NonAccess Stratum).

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Todos los paquetes IP de los usuarios son transferidos al S-GW, el cual hace el papel de un ancla local para los datos de usuarios cuando el UE hace handover entre eNBs. En la PLMN el S-GW recolecta información necesaria para la facturación, por ejemplo el volumen de datos enviado o recibidos por un usuario, también actúa en los procesos de intercepción legal. También sirve de ancla para el interworking con otras tecnologías 3GPP. Todos los UE registrados en una celda medio de un solo S-GW.

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estarán siempre conectados por

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Tiene como responsabilidad la asignación de direcciones IP a los UE, así como la ejecución de la QoS a través de la clasificación de los paquetes en el DL en los diferentes flujos de bits de acuerdo con sus parámetros de QoS. También sirve como ancla para la movilidad para interworking con redes que no sean del 3GPP como WiMAX y CDMA2000. Si un usuario tiene acceso a más de una red de paquete, entonces puede estar conectado a más de un PDN-GW. De acuerdo a los estándares del 3GPP un UE no puede estar conectado simultáneamente a un PDN-GW y a un GGSN.

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Modelos de facturación: basado en volumen, basado en tiempo, basado en volumen y tiempo, basado en eventos y por último sin facturación (en este caso no se aplica el PCRF). El PCRF permite aplicar diferentes reglas de facturación para los usuarios que están en roaming y para los que no lo están. Ejemplos de CDRs

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El SPR contiene información sobre los usuarios, por ejemplo: 1. Servicios permitidos 2. QoS permitido a cada usuario: tipos de bearers y QCI 3. Información de facturación

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Como puede verse la capa de enlace está integrada por 3 subcapas PDCP: Packet Data Convergence Protocol RLC: Radio Link Control MAC: Medium Access Control Los datos a ser transmitidos entran a nivel de la capa 2 como un paquete IP según el formato de una de las diferentes versiones de EPS Bearer y antes de ser enviados a la infertace de radio, esos paquetes deben pasar por una serie de protocolos que los adecuan para enfrentar todos los inconvenientes que pudieran sufrir en el canal móvil. Pueden observarse las salidas producidas por el MAC Scheduler que es quien decide la codificación y modulación que debe usarse en la capa física, así como la asignación de recursos y las antenas a utilizar. Los detalles de estas tres subcapas se encuentran en las siguientes especificaciones técnicas del 3GPP Rel. 8: 3GPP TS 36.323, “E-UTRA Packet Data Convergence Protoco (PDCP) Specification”, 3GPP TS 36.322, “E-UTRA Radio Link Control (RLC) Protocol Specification”, 3GPP TS 36.321, “E-UTRA Medium Access Control (MAC) Protocol Specification”.

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Aquí observamos que entre el eNode B y el UE se implementan la capa física L1 y las subcapas MAC, RLC y PDCP. Por su parte el UE implemente también la capa de aplicación y la capa IP. El eNode B E-UTRAN y el Serving Gateway actúan como nodos de relevo y hacia el EPC (core network) sólo implementan la capa física L1, la de enlace L2, la UDP/IP y la GTP-U propias de cada una de las diferentes interfaces.

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El protocolo RRC, conocido como capa 3, tiene como función principal controlar el access stratum y es responsable del establecimiento de los radio bearer y configurar todas las capas inferiores que usan señalización RRC entre el eNode B y el UE. El RRC es un protocolo que permite el transporte de información común NAS, es decir información dirigida a todos los UE; también soporta el transporte de información dedicada a un UE específico. Radio Resource Control: Es una subcapa de la interfaz de radio a nivel de capa 3 que existe sólo en el plano de control y suministra información al NAS. Tiene como responsabilidad controlar la configuración de las interfaces de radio de capa 1 y capa 2. Adicionalmente, cuando un UE está en modo Idle, el RRC soporta los mecanismos para notificar las llamadas entrantes. NAS es un conjunto de protocolos que corren en el EPS y en el UE. Toda la señalización, entre el UE y el MME, que no esté relacionada con la interfaz de aire es manejada por NAS. Los procedimientos de NAS se agrupan en dos grandes categorías: 1. EPS mobility management (EMM): se refiere a los procedimientos relacionados con la movilidad. 2. ECM: describe la señalización de conectividad entre el UE y el EPC: ECM-IDLE y ECM'CONNECTED

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Cifrado Es un procedimiento de seguridad más usado en las redes inalámbricas. El Cifrado: objetivo del cifrado es garantizar la confidencialidad de la información, es decir si alguien puede ver lo que se envía en la interfaz de aire no podrá descifrar el mensaje que transmite. En LTE el cifrado es obligatorio para la señalización y opcional para los datos de usuarios. Integridad:: Es el proceso que le permite al ente receptor determinar si la información Integridad transmitida fue o no alterada por alguien no autorizado. Es obligatoria para la señalización; no aplica a los datos. La seguridad en EPS está basada en credenciales de seguridad y algoritmos almacenados en la USIM del UE. ROHC Es un estándar de la IEFT. En LTE es obligatorio sólo para los UE que ROHC: soportan VoIP, los cuales deben soportar al menos un método de compresión para RTP, UDP e IP. En el RFC 4995 la IETF describe otros protocolos de compresión. A continuación se presentan los protocolos de compresión de Headers soportados por LTE.

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El tamaño de los TBs o MAC PDUs depende de la modulación y del FEC, al ser la modulación dinámica también lo será el tamaño del MAC PDU. Ver ETSI TS 136 213 V8.6.0 (2009-04), Pag. 25.

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Las redes All IP se caracterizan por dos aspectos fundamentales. El primero es el uso del protocolo IP en la capa 3 o capa de red, y el segundo es que están basadas en la conmutación de paquetes. Así que el gran reto de estas redes es brindar todos los servicios, tanto de conmutación de circuitos como de paquetes, garantizando una QoS adecuada a cada servicio.

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