Arquitectura y Protocolos LTE

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


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


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



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

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

• Arquitectura TDMA IS-136

BS

MS

GMSC A MSC/

VLR

HLR

PSTN ISDN

PLMN


• Arquitectura sistema GSM


• 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


• Arquitectura sistema GSM/GPRS




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

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• Arquitectura WCDMA (UMTS)


• 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 arquitectura 3GPP hacia una arquitectura plana (SAE)



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















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


• Arquitectura Básica (Acceso E-UTRAN)


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.


• Nodo B E-UTRAN (eNodeB)


• 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.


• Entidad de Gestión de Movilidad (MME)


• 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.



• 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.

• 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).


• 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.


• 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.


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)


• 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


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


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.

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