Capitulo 2. Arquitectura y Protocolos LTE

Claudia Milena Hernández Bonilla

Víctor Manuel Quintero Flórez

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Arquitectura general de un sistema de comunicaciones móviles

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Arquitectura general de un sistema de comunicaciones móviles

• Arquitectura general de un sistema de comunicaciones móviles

http://www.itu.int/osg/spu/ni/3G/technology/

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Arquitectura general de un sistema de comunicaciones móviles

http://cordsplus.com/phoneinfo/portal/cellularsystem.html

• Arquitectura general de un sistema de comunicaciones móviles

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Arquitectura general de un sistema de comunicaciones móviles

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Arquitectura TDMA IS-136

BS

MS

GMSC A MSC/

VLR

HLR

PSTN ISDN

PLMN

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Arquitectura sistema GSM

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Arquitectura sistema GSM

• Arquitectura sistema GSM

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Arquitectura sistema GSM

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Arquitectura sistema CDMA IS-95

MS BTS BSC IOS

PSTN

IWF

HLR/ AUC

MSC/ VLR

Otras redes ATM / IP

Servidor

HDML

Red ATM / IP

del operador

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Arquitectura sistema GSM/GPRS

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Arquitectura sistema GSM/GPRS

• Arquitectura sistema GSM/GPRS

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

http://www.flickr.com/photos/35547713@N02/4239683146/

• Arquitectura WCDMA (UMTS)

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Arquitectura WCDMA (UMTS)

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Arquitectura WCDMA (UMTS)

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Arquitectura WCDMA (UMTS)

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• 3GPP-R8-SAE (System Architecture Evolution) – Objetivos

• Optimización servicios por conmutación de paquetes. • Optimización para altas velocidades de transmisión de datos. • Mejoramiento de los tiempos de respuesta. • Mejoramiento de los retardos en la entrega de paquetes. • Mejoramiento de la eficiencia espectral. • Simplificación general del sistema. • Optimización de la interoperabilidad con redes de acceso

3GPP y No 3GPP. • Reducción de costos de despliegue, operación y

mantenimiento. • Flexible en bandas de operación y anchos de banda.

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

• Evolución arquitectura 3GPP hacia una arquitectura plana (SAE)

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

http://www.g3ekarmy.com/lte-caracteristicas-y-estado-actual-en-mexico/coren/

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

http://developer.att.com/developer/forward.jsp?passedItemId=200120

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

http://developer.att.com/developer/forward.jsp?passedItemId=200120

• Arquitectura Básica (Acceso E-UTRAN)

Evolución de la Arquitectura de los Sistemas Celulares

Elementos Lógicos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

• Equipo de Usuario (UE, User Equipment)

– Plataforma para aplicaciones de comunicaciones.

– Interfaz de usuario.

– UE=TE+USIM.

– USIM. Identificar y autenticar al usuario y derivar claves de seguridad para la comunicación.

– Funciones de gestión de movilidad: reporte de localización, medidas y traspasos (HO).

• Nodo B Evolucionado (eNodeB, Evolved Node B) – Estación base con el control de todas las funciones radio.

– Puente de nivel 2 entre UE y el Núcleo de Paquetes Evolucionado (EPC, Evolved Packet Core).

– Cifrado/descifrado datos plano de usuario (UP, User Plane).

– Compresión/descompresión encabezados IP.

– Funciones en el plano de control (CP, Control Plane): • Gestión de Recursos Radio (RRM, Radio Resource Management).

• Gestión de Movilidad (MM, Mobility Management). Control y análisis de medidas de señal realizadas por el UE y por si mismo. Traspasos (HO).

• Señalización eNodoB y MME. Traspaso y solicitudes de UEs.

Elementos Lógicos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

• Nodo B E-UTRAN (eNodeB)

Elementos Lógicos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

• Entidad de Gestión de Movilidad (MME, Mobility Management Entity) – Elemento de control principal en el EPC. – Opera solo en el plano de control (CP). – Canal de control primario entre el UE y la red. – Notificación (paging) a los UEs. – Autenticación y seguridad.

• Servidor de suscriptores locales (HSS, Home Subscription Server). • Cifrado y seguridad.

– Gestión de Movilidad. • Localización de los UEs en el área de servicio. • Establecimiento y liberación de recursos. • Control de señalización para traspasos (HO).

– Administración del perfil de suscripción.

Elementos Lógicos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

• Entidad de Gestión de Movilidad (MME)

Elementos Lógicos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

• Pasarela en Servicio (S-GW, Serving Gateway) – Conmutación y gestión del túnel en el plano de

usuario (UP). – Establece, modifica o libera portadores (bearer) por

solicitudes del MME, P-GW, o PCRF. – El MME ordena cambiar el túnel de un eNodoB a otro

(traspaso). – Retransmite datos entre eNodoB y P-GW (modo

conectado). – Monitorea los datos en los túneles (tarificación). – Funcionalidad para interceptaciones legales.

Elementos Lógicos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

Elementos Lógicos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

Elementos Lógicos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

• Pasarela de Red de Paquete de Datos (P-GW, PDN-GW, Packet Data Network Gateway) – Enrutador de frontera entre el EPS y las redes de

paquetes de datos externas.

– Asigna la dirección IP al UE.

– Incluye funciones de filtrado.

– Configura los portadores basado en los requerimientos a través del PCRF o por el S-GW.

– Monitoreo de datos (interceptación legal) y procesos de tarificación.

Elementos Lógicos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

• Función de Políticas y Tarificación de Recursos (PCRF, Policy and Charging Resource Function)

– Servidor que controla las políticas y el cobro por el uso de la red.

• Reglas PCC (Policy and Charging Control).

– Manejo de los servicios en termino de la Calidad de Servicio (QoS, Quality of Service).

Elementos Lógicos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

Elementos Lógicos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

• Servidor de Suscripción Local (HSS, Home Subscription Server) – Servidor de bases de datos.

– Repositorio de datos de suscripción.

– Almacena copia maestra del perfil de usuario.

– Almacena la localización del usuario.

– Almacena claves de cifrado. • Centro de Autenticación (AuC, Authentication Center).

– Interactúa con el MME.

Elementos Lógicos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

• Dominio de Servicios (Services Domain)

– Puede incluir varios subsistemas, y cada subsistema varios nodos lógicos.

• Servicios de operador basados en IMS (IP Multimedia Subsystem). Provee servicios haciendo uso del protocolo SIP (Session Initiation Protocol).

• Servicios de operador basados en no-IMS.

• Otros servicios no provistos por el operador de red.

Elementos Lógicos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

Interfaces y Protocolos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

• Protocolos en el plano de control (CP)

• Protocolos en el plano de usuario (UP)

Interfaces y Protocolos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

• Protocolos: – RRC (Radio Resource Control). Control uso recursos radio.

Administra conexiones de datos y señalización. Incluye funciones traspaso (HO).

– PDCP (Packet Data Convergence Protocol). Compresión encabezado IP (UP), y cifrado y protección (CP).

– RLC (Radio Link Control). Segmenta y concatena PDCP-PDU. Corrección errores método ARQ.

– MAC (Medium Access Control). Planificación de datos acorde a prioridades, multiplexación de bloques de transporte. Corrección de errores con H-ARQ.

– PHY (Physical Layer). Interfaz radio LTE-Uu

Interfaces y Protocolos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

• Protocolos en los planos de control (CP) y usuario (UP) interfaz X2.

Interfaces y Protocolos en la Configuración de la Arquitectura del Sistema Básico

Arquitectura del Sistema con E-UTRAN y Redes de Acceso 3GPP.

Arquitectura del Sistema para Redes de Acceso 3GPP y no 3GPP.

Arquitectura del Sistema para Interoperabilidad 3GPP y CDMA2000 HRPD

Bibliografia

• H. Holma y A. Toskala. LTE for UMTS: OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access. John Wiley and Sons. 2009.

Lecturas Recomendadas

• LTE-SAE Architecture and Performance. Per Beming, Lars Frid, Göran Hall, Peter Malm, Thomas Noren, Magnus Olsson y Göran Rune. Ericsson Review No. 3, 2007.