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Unidad Didáctica 5 – Arquitectura y Protocolos de redes LTE
Curso LTE
4. Interfuncionamiento y Servicios
Manuel Alvarez-Campana
mac@dit.upm.es
Indice




Roaming
Interfuncionamiento
Telefonía en LTE
Servicios LTE-Avanzado
Curso LTE ‐ ISDEFE
2
Roaming en LTE


Permite acceder a los servicios de un operador a través de la
red de acceso de otro operador
Especialmente útil cuando el usuario está en el extranjero
– Aunque también se puede usar a nivel nacional, cuando un operador
no dispone de cobertura en determinadas zonas

Solución habitual en 2G/3G: reencaminamiento de sesiones
de datos desde la red visitada a la red origen
– De este modo, se simplifican el tratamiento de tarificación y las
políticas de calidad de servicio, que se aplican en la red origen

LTE ofrece nuevas alternativas, permitiendo mayor eficiencia
en determinados escenarios:
– Desvío local del tráfico (local breakout) en la red visitada
Curso LTE ‐ ISDEFE
3
Roaming con encaminamiento
hacia la red origen
Datos + Señalización
Señalización
EPC
HSS
PCRF
Rx
Gx
Red origen
(HPLMN)
SGi
S6a
PGW
Servicios del
operador
(IMS, PSS, …)
S8
Red visitada
(VPLMN)
EPC
HSS
MME
EUTRAN
S6a
PCRF
S11
Gx
S1-C
SGi
S5
UE
eNodeB
Rx
S1-U
SGW
PGW
Servicios del
operador
(IMS, PSS, …)
Solución clásica, usada en redes 2G/3G
Curso LTE ‐ ISDEFE
4
Roaming con desvío local (local breakout)
(servicios de red visitada)
Datos + Señalización
Señalización
HSS
H-PCRF
S9
S6a
Red origen
(HPLMN)
Red visitada
(VPLMN)
EPC
HSS
S6a
S1-C
EUTRAN
V-PCRF
MME
S11
eNodeB
S1-U
Rx
Gx
SGi
S5
UE
Control de QoS y tarificación desde la red origen
EPC
SGW
PGW
Servicios del
operador visitado
Operador visitado puede dar y cobrar directamente servicios al usuario
Reduce retardo, minimiza tráfico entre operadores y posibilita nuevos modelos de negocio
Curso LTE ‐ ISDEFE
5
Comparación de soluciones de roaming
Acceso a Internet
Telefonía
Curso LTE ‐ ISDEFE
6
Roaming en Europa (Jul 2014)
ARP (Alternate Roaming Provider): proveedor alternativo de servicios de voz, mensaje (y datos), distinto del operador origen
LBO (Local Breakout): selección manual de proveedor local de servicios de datos Curso LTE ‐ ISDEFE
7
Indice
Roaming

Interfuncionamiento
– Con redes 2G/3G
– Con otras redes


Telefonía en LTE
Servicios LTE-Avanzado
Curso LTE ‐ ISDEFE
8
Interfuncionamiento con sistemas 2G/3G



Despliegue inicial de redes LTE se efectuará de manera
gradual (grandes ciudades, zonas de negocios)
Acceso a través de estaciones base GSM o UMTS en zonas
sin cobertura LTE, incluyendo los eventuales traspasos
Varias soluciones:
– Vía interfaz Gn para SGSNs previos a Rel8
– Interfaces S3/S4/S12 para SGSNs Rel8
– Soporte de túnel directo

Soporte de traspasos, roaming y sus combinaciones
Curso LTE ‐ ISDEFE
9
Interfuncionamiento con redes 3GPP
(SGSN Rel 8)
Redes de acceso 3GPP
previas (GSM, UMTS)
UE UTRAN
NodeB/RNC
MS
GTP‐C
GTP‐U
Acceso vía SGSN
S4 (+S3)
S4
Túnel
directo
S4 (+S3)
S12
Opción
“túnel directo”
Iu
Rel 8
SGSN
GERAN
Gb
S3
BTS/BSC
S4
S12
Gr
EPC
HSS
S6a
PCRF
UE
MME
EUTRAN
S1-C
Gx
S11
eNodeB
S5
SGW
PGW
Curso LTE ‐ ISDEFE
Servicios del operador
IMS
…
…
SGi
SGi
S1-U
Rx
Redes de datos externas
Internet
Intranet
10
Traspaso de LTE a UMTS
PDN
(ej, Internet)
SGi
EPS
SGW
S1-U
S5
S11 MME
PGW
S4
S3
SGSN
UMTS
S1-C
Iu-PS
RNC +
NodeB
eNodeB
antiguo
UE
Curso LTE ‐ ISDEFE
11
Roaming 3GPP / EPS
Curso LTE ‐ ISDEFE
12
Indice
Roaming

Interfuncionamiento
 Con redes 2G/3G
– Con otras redes


Telefonía en LTE
Servicios LTE-Avanzado
Curso LTE ‐ ISDEFE
13
Interfuncionamiento con sistemas no-3GPP

Acceso mediante tecnologías no-3GPP (WiFi, WIMAX) en zonas
donde no se prevea o sea difícil dar cobertura LTE
Redes no 3GPP (WiFi, WiMAX, CDMA2000)
Untrusted
Trusted
HSS
ePDG
S6a
UE
MME
EUTRAN
EPC
S2b
S2a
S11
Redes de datos externas
S1-C
eNodeB
S1-U
SGW
S5
PGW
SGi
Internet
Intranet
 Solución usada también para interfuncionamiento con EvDO (CDMA2000)
– Ya que en dichas redes no se usa el protocolo GTP
Curso LTE ‐ ISDEFE
14
Interfuncionamiento con sistemas no-3GPP
 Basado en técnicas Mobile IP, con varias alternativas
– Soporte en clientes:
• MIPv4 (Mobile IP) [RFC 3344, RFC 4721]
• DSMIPv6 (Dual Stack Mobile IPv6) [RFC 5555]
– Soporte en red:
• PMIPv6 (Proxy Mobile IPv6) [RFC 5213]
• minimiza participación de UE ‐> ahorro de batería
 Escenarios de interfuncionamiento contemplados
–
–
–
–
Registro inicial en sistema no-3GPP
Traspaso entre sistema 3GPP y no-3GPP
Cambio de acceso entre dos sistemas no-3GPP
Escenarios con y sin soaming
 Ninguna de las soluciones propuestas es obligatoria
– Mucha flexibilidad, pero también mucha complejidad
Curso LTE ‐ ISDEFE
15
Grado de confianza en redes no-3GPP

Dos casos según grado de confianza en la red no-3GPP
– Trusted: red perteneciente al operador EPS
• Autenticación y seguridad integrada
– Untrusted: red perteneciente a un tercero
• Requiere mediación de ePDG (evolved Packet Data Gateway)
• Eespecie de concetrador VPN
– túnel IPSec entre UE y ePDG

La relación de confianza se hace saber al UE durante
proceso de autenticación EPS o por configuración en el
terminal
Curso LTE ‐ ISDEFE
16
Interfuncionamiento con
sistemas no-3GPP
Curso LTE ‐ ISDEFE
17
Acceso desde red confiable
STa
MAG
AAA
Trusted
network
UE
LMA
S2a
HSS
AAA
PGW
Procedimientos específicos
Autenticación EAP‐AKA’
Autenticación y Autorización
L3 Attach
Proxy Binding Update
Update PGW Address
L3 Attach Completion
Proxy Binding Ack
(IP address)
Túnel PMIPv6
Curso LTE ‐ ISDEFE
18
Acceso desde red no confiable
Curso LTE ‐ ISDEFE
19
Interfuncionamiento No-3GPP y roaming
Seis escenarios definidos
en las especificaciones
Curso LTE ‐ ISDEFE
20
Descubrimiento y selección de red (ANDSF)

Funcionalidad que permite al UE identificar las redes de
acceso disponibles y seleccionar la más adecuada
– Enfoque basado en políticas: prioridad, zona geográfica, operador,
horario, …
– Suministro de fichero XML desde
S14servidor ANSDF al UE
XML
º
EPC
ANDSF
?
ANDSF Access Network Discovery and Selection Function
Curso LTE ‐ ISDEFE
21
Indice
Roaming
Interfuncionamiento

Telefonía en LTE
– Paso a circuitos (CSFB)
– Voz sobre IP (VoLTE/IMS)

Servicios LTE-Avanzado
Curso LTE ‐ ISDEFE
22
Telefonía en LTE

La telefonía seguirá siendo un servicio esencial en LTE, pero
siendo una red «todo IP», la solución debería ser Telefonía IP
– Solución de Telefonía IP del 3GPP: Subistema IP Multimedia (IMS)

Pero muchos operadores no contarán con el IMS inicialmente
– Primeros terminales LTE serán de datos (ej. módems USB)
– Posteriormente, terminales con soporte de telefonía

Alternativas para el soporte de telefonía:
– Solución interina: voz sobre circuitos vía GSM/UMTS
• CSFB (Circuit Swiched Fallback)
– Solución final: telefonía IP mediante IMS
• VoLTE (Voice over LTE)
Curso LTE ‐ ISDEFE
23
Indice
Roaming
Interfuncionamiento

Telefonía en LTE
– Paso a circuitos (CSFB)
– Voz sobre IP (VoLTE/IMS)

Servicios LTE-Avanzado
Curso LTE ‐ ISDEFE
24
Voz mediante paso a circuitos
(CS Fallback)

Conmutación temporal a UMTS o GSM para cursar la llamada

Inconvenientes:
– Retardo de establecimiento de llamada
– Interrupción de sesiones de datos
Curso LTE ‐ ISDEFE
25
Ejemplo CSFB: llamada terminada en móvil
Curso LTE ‐ ISDEFE
26
Indice
Roaming
Interfuncionamiento

Telefonía en LTE
 Paso a circuitos (CSFB)
– Voz sobre IP (VoLTE/IMS)

Servicios LTE-Avanzado
Curso LTE ‐ ISDEFE
27
VoLTE: solución IMS



MMTel (Multimedia Telephony)
Perfil normalizado de servicios VoLTE*
Traspasos a 2G/3G al perder cobertura
– SR-VCC (Single Radio Voice Call Continuity)
EPS
S6a
HSS
MME
Gx
S11
S5
S1-U
UE
eNodeB
SGW
IMS
SIP
Cx
PCRF
S1-C
Servidores
de aplicación
Rx
CSCF
SIP
SGi
SIP
Mg
MGCF
H.248
Mb
Mc
MGW
SIGTRAN
SGW
ISUP
TDM
RTC
PGW
RTP
Internet
* Basado en iniciativa previa One Voice
Curso LTE ‐ ISDEFE
28
Servicios MMTel / VoLTE
Servicios Suplementarios en MMTel (TS 22.173)
Originating Identification Presentation (OIP)
Completion of Communications on No Reply (CCNR)
Originating Identification Restriction (OIR)
Customized Alerting Tone (CAT)
Terminating Identification Presentation (TIP)
Customized Ringing Signal (CRS)
Terminating Identification Restriction (TIR)
Personal Network Management (PNM)
Communication Diversion (CDIV)
Malicious Communication IDentification (MCID)
Communication Hold (HOLD)
Anonymous Communication Rejection (ACR)
Communication Barring (CB)
Advice Of Charge (AOC)
Message Waiting Indication (MWI)
Reverse charging
Conference (CONF)
Closed User Group (CUG)
Explicit Communication Transfer (ECT)
Three‐Party (3PTY)
Communication Waiting (CW)
Flexible Alerting (FA)
Completion of Communications to Busy Subscriber (CCBS)
Sevicios incluidos en VoLTE (GSMA)
Curso LTE ‐ ISDEFE
29
Subsistema IP Multimedia (IMS)


Inicialmente definido en Rel 5 de UMTS, para soporte de
servicios multimedia IP (telefonía IP, videotelefonía IP, etc)
Extensiones posteriores para:
– Soporte de nuevos servicios: mensajería instantánea, presencia,
juegos, push-to-talk, etc
– Aplicación a otras redes
• Móviles (CDMA2000, WIMAX, LTE)
• Fijas (ADSL, Cable, …)

Basado en estándares del IETF:
– Señalización SIP (Session Initiation Protocol)
– Encapsulado de voz/vídeo sobre RTP (Real Time Protocol)
Curso LTE ‐ ISDEFE
30
Escenarios de comunicación IMS
SIP INVITE
UMTS/LTE
Servidor de
aplicaciones
de terceros
Servidor de
aplicaciones
INVITE
INVITE
IMS
Internet
Servidor SIP
(CSCF)
INVITE
INVITE
INVITE
Pasarela
VoIP
RTC
Curso LTE ‐ ISDEFE
31
SIP (Session Initiation Protocol)

Protocolo de señalización para establecer/liberar sesiones multimedia sobre redes IP (RFC
3261)
–
–
–
–
Modelo cliente/servidor: peticiones (métodos) y respuestas
Formato similar a mensajes de correo electrónico
Repertorio reducido de mensajes (sólo seis métodos en RFC 3261)
Muy flexible, existiendo numerosas extensiones al estándar base
Llamante
Llamado
Red IP
INVITE
180 Ringing
200 OK
ACK
Flujos de voz/vídeo (sobre RTP)
BYE
200 OK
INVITE sip:blas@empresa.com SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 138.4.3.130:3456
CallID: a2e3a@138.4.3.130
From: sip:epi@dit.upm.es
To: sip:blas@empresa.com
Cseq: 1 INVITE
Content-type: application/SDP
Content-Length: 98
v=0
c=IN IP4 138.4.3.130
m=audio 49170 RTP/AVP 0
a=rtpmap:0 PCMU/8000
Curso LTE ‐ ISDEFE
32
Real Time Protocol (RTP)



Encapsulado de audio y video sobre IP (IETF RFC 3550 )
Estándar de facto para transporte de flujos multimedia sobre IP
Habitualmente sobre UDP (User Datagram Protocol)
– TCP (Transmission Control Protocol) no suele usarse ya que, en caso
de pérdidas, los paquetes retransmitidos llegarían fuera de plazo
Curso LTE ‐ ISDEFE
33
Servidores SIP


Facilitan la localización de usuarios y el encaminamiento de
sesiones, posibilitando escenarios de comunicación
complejos
Varios tipos definidos en el estándar:
– Registro: registran la localización
(dirección IP) actual de un usuario
– Redirección: proporcionan la dirección
actual del usuario
– Proxy: reenvían la señalización hacia
la dirección actual del usuario


Red IP
Pueden residir en una misma máquina o en varias
Asociados vía DNS a dominios IP (ej. empresa.com)
Curso LTE ‐ ISDEFE
34
Servidor de registro
 Permite registrar la ubicación (dirección IP) actual del usuario en una base
de datos de localización, con objeto de poder ser consultada
posteriormente por otros servidores para encaminar adecuadamente las
sesiones
empresa.com
Base de datos de
localización
Servidor
de registro
200 OK
lab.empresa.com
REGISTER
blas@empresa.com
Curso LTE ‐ ISDEFE
35
Servidor proxy
 Facilita el encaminamiento de sesiones al destino apropiado
– Reenvía los mensajes de señalización hacia la dirección IP actual del usuario
(registrada previamente en la base de datos de localización)
consulta DNS
isp.com
epi@isp.com
empresa.com
INVITE blas@empresa.com
From: epi@isp.com
To: blas@empresa.com
Servidor
Proxy
200 OK
Base de datos
de localización
blas@empresa.com
lab.empresa.com
ACK blas@empresa.com
200 OK
INVITE blas@lab
From: epi@isp.com
To: blas@empresa.com
lab.empresa.com
ACK blas@lab
Flujos RTP (audio/video)
blas@empresa.com
Los elementos clave del IMS, CSCF (Call Session Control Function),
son esencialmente servidores SIP de tipo proxy y registro.
Curso LTE ‐ ISDEFE
36
Arquitectura del Subsistema IP
Multimedia
CSCF
MGCF
MGW
MRFC
MRFP
SGW
HSS
Call Session Control Function
Media Gateway Control Function
Media Gateway
Multimedia Resource Function Controller
Multimedia Resource Function Processor
Signalling Gateway
Home Subscriber Server
Curso LTE ‐ ISDEFE
37
Elementos del Subsistema IP Multimedia

Call State Control Function (CSCF)
– servidor SIP (registro + proxy)
– control de llamada, traducción de direcciones, negociación de códec,
invocación de servicios de red inteligente

Media Gateway Control Function (MGCF)
– conversión de señalización (ej. SIP a ISUP)
– control de pasarelas en llamadas IP multimedia

Multimedia Resource Function (MRF)
– agente de usuario SIP
– locuciones y tonos
– funciones de mezclador
Curso LTE ‐ ISDEFE
38
Registro en Subsistema IP Multimedia
SGW
PGW
CSCF
HSS
Establecimiento de portadora EPS
con el IMS (ej. portadora por defecto)
REGISTER
Actualización
BD Localización
200 OK
Curso LTE ‐ ISDEFE
39
Sesión entre usuarios IMS
Curso LTE ‐ ISDEFE
40
Sesión con usuario en Internet
Curso LTE ‐ ISDEFE
41
Sesión con usuario RTC
Curso LTE ‐ ISDEFE
42
Single Radio Voice Call Continuity
(SR-VCC)

Traspaso IMS a 2G/3G al perder cobertura EPS
• Rel‐9: sólo voz
• Rel‐10: videotelefonía
– Anclaje de llamada en el IMS
– Interfaz Sv entre MME y MSC
Curso LTE ‐ ISDEFE
43
Capacidad de LTE para voz
Hasta 15 veces más usuarios
por MHz que en GSM
Curso LTE ‐ ISDEFE
44
IMS y otras tecnologías de acceso

Creciente interés de operadores por uso de IMS en distintas tecnologías de
acceso, móviles (UMTS, CDMA2000) y fijas (ADSL, Cable, WIMAX, …)

Como resultado, el IMS se está convirtiendo en el paradigma de la convergencia
fijo-móvil.
ADSL
IMS
Cable
LTE, UMTS,
CDMA2000
Troncal IP
RTC
Pasarela
WiFi,
WIMAX
Curso LTE ‐ ISDEFE
45
Indice
 Roaming
 Interfuncionamiento
 Telefonía en LTE
 Servicios LTE-Avanzado
–
–
–
–
–
Redes Heterogéneas
Data offloading
Comunicaciones tipo máquina (MTC)
Servicios de proximidad (ProSe)
Servicios multicast/broadcast (eMBMS)
Curso LTE ‐ ISDEFE
46
Especificaciones LTE / LTE-Avanzado

Long Term Evolution (LTE)
– Rel. 8, diciembre 2008
– Rel. 9, diciembre 2009

LTE-Advanced:
–
–
–
–
Rel. 10, junio 2011
Rel. 11, junio 2013
Rel. 12, diciembre 2014
Rel. 13, marzo 2016
Cumple los requisitos de ITU para sistemas 4G (IMT‐Advanced)
Fuente: www.3gpp.org/specifications/releases
Curso LTE ‐ ISDEFE
47
Indice
 Roaming
 Interfuncionamiento
 Telefonía en LTE
 Servicios LTE-Avanzado
–
–
–
–
–
HetNets, Femtocélulas, Relés
Data offloading
Comunicaciones tipo máquina (MTC)
Servicios de proximidad (ProSe)
Servicios multicast/broadcast (eMBMS)
Curso LTE ‐ ISDEFE
48
Redes Heterogéneas (HetNets)

Concepto que trata de reflejar la diversidad de nodos de
acceso que pueden utilizarse para acceder a una red movil
– Distintas tecnologías móviles: GSM, UMTS, LTE
– Redes de acceso alternativas ej. WiFi
– Estaciones base de distintos tipos: Macrocélulas, Small Cells
(picocélulas, femtocélulas), Relés (Relay Nodes)


Filosofía: utilizar lo que resulte más ventajoso en cada caso
por cuestión de cobertura, capacidad o coste
Dificultades:
– integración de los distintos nodos de acceso en la arquitectura de red
• nuevos elementos e interfaces
– posibilidad de interferencias entre células pequeñas y grandes
– gestión de movilidad más complicada
Curso LTE ‐ ISDEFE
49
Escenarios HetNets
Curso LTE ‐ ISDEFE
50
Small Cells
 Células de alcance más reducido que las convencionales (macrocélulas)
– Estaciones base de potencia reducida más próximas al terminal
– Mejor cobertura, mayor capacidad, menor coste
 Distinción entre:
– Picocélulas: Células “normales” con baja potencia
y cobertura limitada (ej. Hotspots con tráfico elevado)
• Desplegadas por el operador e integradas en la red de
acceso radio
– Femtocélulas: Mini estación base de muy baja
potencia que da cobertura dentro de casa o
en interiores (ej. oficina)
• Desplegados por los propios usuarios
• Conectadas indirectamente a la red móvil a través
del acceso fijo a Internet (ej. ADSL, fibra, cable) del
usuario
Curso LTE ‐ ISDEFE
51
Equipos de femtocélula


Equipos de tamaño y aspecto similar a los routers de banda
ancha para acceso a Internet
Ofrecen interfaz radio idéntico a una estación base
convencional
– Usa frecuencias con licencia del operador

Puede ofrecer otros interfaces: WiFi, Ethernet, …
3G/4G
Wi‐Fi
…
Router IP
Modem ADSL
Curso LTE ‐ ISDEFE
52
Conexión de femtocélulas a la red móvil
Femtocélula
Internet
Red móvil
Curso LTE ‐ ISDEFE
53
Ventajas de las femtocélulas

Mejora de cobertura en interiores
– Mayores velocidades con menos potencia (mayor duración de batería)


Ahorro de costes para el operador, evitando necesidad de instalar
más estaciones base externas
Tráfico de femtocélulas no carga las otras células, ni la red de
acceso del operador
– llega a la red del operador vía Internet
– incluso permite dar cobertura en interiores en zonas sin red móvil
desplegada
Curso LTE ‐ ISDEFE
54
Problemas asociados al uso de
femtocélulas

Necesidad de equipo nuevo en casa del usuario
– Posibilidad de alquiler o subvención por operados
– Debe ser “plug and play” e incluir facilidades de configuración remota

Asignación de frecuencias a las femtocélulas
– Complejidad conforme crece número de femtocélulas
– Necesidad de coordinación para evitar interferencias
• funcionalidad Inter‐Cell Interference Coordination (ICIC)
– Necesidad de funciones de geolocalización para determinar si la femtocélula puede
funcionar o no en esa ubicación
• También para el soporte de llamadas de emergencia

Dicultades asociadas a la conexión de la femtocélula vía Internet
– Requisitos de retardo, sincronización de femtocélulas, seguridad

Políticas de control de acceso:
– abierto, restringido a grupo cerrado de usuarios o híbrido (con prioridades)
Curso LTE ‐ ISDEFE
55
Femtocélulas UMTS (Home Node-B)

HNB Gateway, encargado del interfaz Iuh con los HNBs
– Se ve como un RNC en el interfaz Iu
– Seguridad de la comunicación con los HNBs en pasarela de seguridad (SeGW),
integrada o separada
TS 25.467: UTRAN architecture
for 3G Home Node B (HNB)
Red de acceso UMTS (UTRAN)
Node-B
RNC
Uu
Iu-CS/Iu-PS
Núcleo de
red UMTS
Terminal
UMTS
Iuh
Uu
Home
Node-B
Red IP
pública
SEGW
Iu-CS/Iu-PS
Home Node-B Gateway
Home Node-B Subsystem
Curso LTE ‐ ISDEFE
56
Femtocélulas LTE (Home Enhanced
Node-B)

HeNB Gateway
– Concentrador en el plano de control para un grupo de HeNBs
– Si existe, se ve como un MME desde el HeNB
– Desde el núcleo EPC se ve como un eNB
Red de acceso LTE (EUTRAN)
Añadida en Rel‐9
eNodeB
LTE-Uu
Mobile
Backhaul
S1-U/S1-C
Núcleo de
red LTE
(EPC)
Terminal
LTE
Red IP
pública
LTE-Uu
Home
eNode-B
S1-U/S1-C
Home eNode-B Gateway
(opcional)
Home eNode-B Subsystem
Curso LTE ‐ ISDEFE
57
Relay nodes (RNs)
 Nodos de baja potencia sin enlace de backhaul propio que se conectan
vía radio a un eNB donante (DeNB, Donor eNodeB)
– RN se ve por los terminales como un eNB más
– A su vez, el RN se conecta al DeNB como si fuera un terminal
 Orientados a mejorar la cobertura en los bordes de la célula
Rel. 10
Relay Node
[Damnjanovic 2011]
Curso LTE ‐ ISDEFE
58
Mobile relay nodes (Rel 12, TR 36.836)

RN propuestos también para acceso dentro de vehículos
Fixed
Relay Node
Escenario: servicio a usuarios en tren de alta velocidad
Mobile
Relay Node
Curso LTE ‐ ISDEFE
59
Indice
 Roaming
 Interfuncionamiento
 Telefonía en LTE
 Servicios LTE-Avanzado
 Redes Heterogéneas
–
–
–
–
Data offloading
Comunicaciones tipo máquina (MTC)
Servicios de proximidad (ProSe)
Servicios multicast/broadcast (eMBMS)
Curso LTE ‐ ISDEFE
60
Data offloading
 Término genérico que persigue la idea de minimizar el uso de recursos de
las redes móviles
– tanto en el interfaz radio como en el resto de la red
 Interés creciente conforme aumenta el tráfico de datos en las redes


móviles 3G y 4G
También puede ser ventajoso para los usuarios: ej. mejores prestaciones,
menor coste, …
Soluciones diversas, basadas en desvíos de flujos de tráfico, atajos y uso
de otras redes de acceso donde estén disponibles
– LIPA, SIPFO, IFOM
 Las funcionalidades “data offload” pueden activarse de manera “manual”
o estar controladas por la red
Curso LTE ‐ ISDEFE
61
Ejemplos de Data offload





Minimizar el paso por nodos intermedios dentro de la red
móvil
Selección de pasarela de salida a Internet cercana a los
terminales
Comunicación local en una femtocélula sin pasar por la red
móvil
Acceso directo a Internet desde la femtocélula
Acceso a la red móvil a través de Wi-Fi y la conexión a
Internet disponible en casa del usuario
Curso LTE ‐ ISDEFE
62
Data Offloading en UMTS

Opción de túnel directo entre RNC y GGSN (Rel 7)
Rel. 5, 6
Rel. 7
(Ver Módulo 2)
señalización
datos
Curso LTE ‐ ISDEFE
63
Local IP Access (LIPA)

Permite el intercambio de tráfico IP entre terminal móvil y un
dispositivo local (doméstico) a través del HNB/HeNB
Rel 9

El tráfico de usuario sólo pasa por el HeNB, pero se mantiene
señalización con MME
– HSSalmacena información de condiciones de acceso a LIPA
(direcciones IP permitidas o prohibidas)
– No se soporta la movilidad de las comunicaciones LIPA
Curso LTE ‐ ISDEFE
64
Selected IP Traffic Offload (SIPTO)

Desvío selectivo de flujos IP hacia una red IP (ej. Internet),
sin pasar por el núcleo de red
– Localmente (“SIPTO@LN”), desde pasarela local (L-GW) en HeNB
• Similar a como se hace en LIPA
– En la red: desde una pasarela cercana a un eNB
• Desvíos puntuales (ej. Eventos con muchos usuarios)
TS 22.220
TR 23.829
TS 36.300
Curso LTE ‐ ISDEFE
65
Arquitectura SIPTO LOCAL
Curso LTE ‐ ISDEFE
66
Arquitectura de SIPTO en la red móvil
Internet
Flujo de datos
SIPTO
SGi
LPGW
S5
eNB
S5
S1-U
SGW
E-UTRAN
SGi
PGW
S11
S1-C
EPC
MME
Curso LTE ‐ ISDEFE
67
IP Flow mobility (IFOM)

Permite comunicaciones simultáneas vía LTE y WiFi,
seleccionando los flujos IP que se envían por cada acceso
– Ej. voz, videoconferencia sobre LTE; streaming, web sobre Wi-Fi

Basado en arquitectura de interfuncionamiento con sistemas
no-3GPP
– Soporte de movilidad con Dual Stack Mobile IP v6 (DSMIPv6)
y varias direcciones CoA (Care-of Address)

Funcionalidad IFOM especificada en 3GPP TS 23.261
– Rel 10: Funcionalidad IFOM implementada en el terminal
• No en el HeNB o en la red como LIPA/SIPTO
– Rel 12: Funcionalidad IFOM implementada en la red (en
estudio)
Curso LTE ‐ ISDEFE
68
Ejemplo de uso de IFOM
video
descarga
Curso LTE ‐ ISDEFE
69
Referencias sobre HetNets y Data
Offloading









M. Baker: “From Macro to Small Cells: Enhancements for Small Cells in 3GPP”, Small Cells
Summit, Londres 2013.
A. Damnjanovic, et al.: “A Survey on 3GPP Heterogeneous Networks”, IEEE Wireless
Communications, junio 2011.
A. Ghosh, et al.: “LTE-Advanced”, IEEE Wireless Comm., junio 2010.
Huawei: “The second phase of LTE-Advanced”, 2013.
www.huawei.com/ilink/en/download/HW_259010
A. de la Oliva, et al.: “IP Flow Mobility”, IEEE Comms. Mag., Octubre 2011.
K. Samdanis, T. Taleb, S. Schmid: “Traffic Offload Enhancements for eUTRAN”, IEEE
Communications Surveys & Tutorials, vol. 14, num. 3, 2012.
C.B. Sankaran: “Data Offloading Techniques in 3GPP Rel-10 Networks: A tutorial”, IEEE
Communications Magazine, junio 2012.
Y. Sui et al., “Moving Cells: A Promising Solution to Boost Performance for Vehicular Users”,
IEEE Communications Magazine, 2013.
D. Xenakis, et al.: “Mobility Management for Femtocells in LTE-Advanced”, IEEE
Communications Surveys & Tutorials, vol. 16, num. 1, 2014.
Curso LTE ‐ ISDEFE
70
Indice
 Roaming
 Interfuncionamiento
 Telefonía en LTE
 Servicios LTE-Avanzado


–
–
–
HetNets, Femtocélulas, Relés
Data offloading
Comunicaciones tipo máquina (MTC)
Servicios de proximidad (ProSe)
Servicios multicast/broadcast (eMBMS)
Curso LTE ‐ ISDEFE
71
Comunicaciones Tipo Máquina (MTC)
o Máquina a Máquina (M2M)
 Aplicaciones basadas en el intercambio directo de información entre
máquinas sin intervención humana
–
–
El 3GPP prefiere el término MTC (Machine-Type Communications)
En otros foros denominadas M2M (Machine to Machine)
 Dificultades para su soporte en redes de comunicaciones móviles por estar
éstas orientadas a comunicaciones entre personas
–
O, a lo sumo, entre personas y máquinas
 Particularidades al considerar el soporte de servicios MTC/M2M:
–
Número de dispositivos potencialmente muy elevado:
•
–
–
–
–
Posible congestión de red, identificadores de dispositivos insuficientes
Acceso periódico o esporádico a la red
Pequeños volúmenes de datos
Posibles limitaciones de energía (ej. un sensor)
…
Curso LTE ‐ ISDEFE
72
Otras características típicas de las
comunicaciones MTC/M2M









Movilidad nula, infrecuente o limitada a una zona
Comunicaciones en instantes predefinidos
Posibilidad tolerancia al retardo de los datos tx/rx
Pequeños volúmenes de datos
Facilidades de supervisión (ej. caída de dispositivo)
Mensajes prioritarios (alarmas)
Consumo energético reducido
Seguridad (p.e. en roaming o untrusted WiFi)
Direccionamiento avanzado: grupos, zonal
Curso LTE ‐ ISDEFE
73
Aplicaciones M2M









Transporte y automoción
E-Health
Domótica
Edificios inteligentes
Automatización industrial
Smart Grids
Smart Cities
Seguridad
…
Curso LTE ‐ ISDEFE
74
Smart Grids
Fuente: ETSI
Curso LTE ‐ ISDEFE
75
Sistemas Inteligentes de transporte (ITS)
Fuente: ETSI
Curso LTE ‐ ISDEFE
76
Smart Cities
Curso LTE ‐ ISDEFE
77
Estándares M2M






ETSI TC M2M
ITU-T Focus Group M2M
IEEE 802.16 M2M Task Group
OMA (Open Mobile Alliance)
IETF
3GPP MTC (Machine Type Communications)
Curso LTE ‐ ISDEFE
78
Estándares M2M de ETSI
Curso LTE ‐ ISDEFE
79
Arquitectura M2M de ETSI
Curso LTE ‐ ISDEFE
80
Estandarización de MTC por el 3GPP


El 3GPP ha venido trabajando en el desarrollo de
especificaciones para M2M desde Rel 10
Hasta la fecha, fundamentalmente sólo existen informes
técnicos
TR 22.868
sA1- M2M study Report
TS 22.368
sA1- MTC service Requirements
TR 22.888
sA2 – system Improvements for MTC
sA3 – M2M security Aspect for Remote Provisioning
and subscription Change
TR 33.812
TR 33.868
sA3 – security Aspect of MTC
TR 37.868
3GPP study on RAN Improvements for MTC
TR 43.868
3GPP study on GERAN Improvements for MTC
Curso LTE ‐ ISDEFE
81
Arquitectura MTC 3GPP
Curso LTE ‐ ISDEFE
82
Direccionamiento de dispositivos MTC
Elevado número potencial de dispositivos M2M plantea
problemas al uso de identificadores convencionales
– Números de teléfonos, IMSIs, Direcciones IPv4
Propuestas:
– Extender números de teléfono
( > 15 dígitos)
– Uso direcciones IPv6
– Distinción entre identificadores
internos y externos
– Direcciones de grupo
Curso LTE ‐ ISDEFE
83
Control de congestión en MTC
Acceso masivo de dispositivos MTC
puede congestionar redes LTE
Ejemplos:
– Sobrecarga de canal de acceso
aleatorio RACH
• Soluciones: RACH específico
para M2M, coordinación de grupos, …
– Sobrecarga de señalización en EPC
• Soluciones: agregación de señalización,
gestión de prioridades, señalización
reducida para dispositivos MTC, …
Curso LTE ‐ ISDEFE
84
Armonización de estándares M2M
 Proliferación de soluciones M2M
– Organismos de normalización: ETSI, 3GPP, OMA, IEEE, IETF, …
– Múltiples soluciones propietarias
 Creación en 2012 del foro “oneM2M” con el fin de definir una estándar
global
Curso LTE ‐ ISDEFE
85
Especificaciones oneM2M
Desde tres puntos de vista:
– Negocio: operador de red y proveedores de servicios M2M
– Funcional: funciones M2M como middleware
– Físico: arquitectura de red
Curso LTE ‐ ISDEFE
86
Indice
 Roaming
 Interfuncionamiento
 Telefonía en LTE
 Servicios LTE-Avanzado



–
–
HetNets, Femtocélulas, Relés
Data offloading
Comunicaciones tipo máquina (MTC)
Servicios de proximidad (ProSe)
Servicios multicast/broadcast (eMBMS)
Curso LTE ‐ ISDEFE
87
Servicios de proximidad (ProSe)




Servicios basados en la comunicación directa entre
terminales LTE próximos entre sí (~500m)
– Enfoque similar a otros servicios D2D (Device to Device) como BLE o
WiFi-Direct, pero sobre espectro licenciado
Motivaciones:
– Uso comercial: publicidad, redes sociales, juegos, turismo, …
– Redes de seguridad ciudadana (public safety)
Principales requisitos: privacidad, consumo eficiente de
batería, escalabilidad
– Otros adicionales para Public Safety
Definidos en Rel 12 como Proximity Services (ProSe)
– Feasibility Study for Proximity Services (ProSe), 3GPP TR 22.803
Curso LTE ‐ ISDEFE
88
Ejemplos de servicios D2D Comerciales
(I)

Publicidad, social networking
Curso LTE ‐ ISDEFE
89
Ejemplos de servicios D2D comerciales
(II)
Curso LTE ‐ ISDEFE
90
Servicios D2D para Seguridad pública




Requisitos más estrictos que para usos comerciales
– Funcionamiento incluso en ausencia de infraestructura de red
Implicaciones en especificaciones del 3GPP
– Device-to-device calling
– Talk group / Push-to-Talk calling
LTE seleccionada en USA como
tecnología para redes de seguridad pública
En Europa, en estudio
Curso LTE ‐ ISDEFE
91
LTE Direct (Qualcomm)
Curso LTE ‐ ISDEFE
92
Otras soluciones

Sobre espectro no licenciado
100 m
– Varías soluciones:
50 m
• WiFi Direct
• BLE (Bluetooth Low Energy)
– iBeacon, FyxTM, Bitplaces
10 cm
• NFC (Near Field Communications)
– Alcances reducidos

Servicios basados en localización
– Google Maps, Foursquare
– No son comunicaciones D2D
Curso LTE ‐ ISDEFE
93
Estandarización de ProSE
Curso LTE ‐ ISDEFE
94
Funciones necesarias en ProSe

Descubrimiento de terminales y servicios
– sin intervención del usuario (pasivo)
– Modos
• Síncrono: ahorro de batería (comercial)
• Asíncrono: sondeo continuo (public safety)
Ejemplo: propuesta LTE Direct de Qualcomm

Establecimiento de comunicación entre
dispositivos
– Asistido por red (vía eNodeBs)
• para usos comerciales
– Directamente, sin mediación de red
• para aplicaciones public safety
Curso LTE ‐ ISDEFE
95
Escenarios de comunicación ProSe
Curso LTE ‐ ISDEFE
96
Indice
 Roaming
 Interfuncionamiento
 Telefonía en LTE
 Servicios LTE-Avanzado




–
HetNets, Femtocélulas, Relés
Data offloading
Comunicaciones tipo máquina (MTC)
Servicios de proximidad (ProSe)
Servicios multicast/broadcast (eMBMS)
Curso LTE ‐ ISDEFE
97
Servicios multimedia multicast y
broadcast (eMBMS)
 Importancia creciente de acceso a contenidos
de audio y video en redes de comunicaciones
móviles:
– Streaming, video bajo demanda, TV, …
 Servicios actualmente soportados
mayoritariamente sobre flujos unicast 
Ineficiente
 Necesidad de soporte nativo de flujos
multicast/broadcast en redes móviles
– Servicio eMBMS (evolved MBMS) definido a
partir de Rel-9 en LTE
– Evolución de MBMS (Multimedia Broadcast/
Multicast Service), sin éxito, de UMTS
Curso LTE ‐ ISDEFE
98
Aplicaciones eMBMS
Curso LTE ‐ ISDEFE
99
Unicast vs Multicast
SGW
SGW
PGW
PGW
SGW
SGW
Unicast


Multicast
Soporte de funciones multicast permite minimizar la
transmisión de varios flujos idénticos sobre la red
Imprescindible para servicios de difusión masivos (ej. TV)
Curso LTE ‐ ISDEFE
100
Estandarización de eMBMS


Estándar base definido en Rel-9, como evolución de MBMS
(UMTS)
Nuevas funcionalidades en Rel-10 y Rel-11
–
–
–
–
–

Multicast o Unicast según número de usuarios
Prioridades entre sesiones eMBMS
Soporte de streaming adaptativo sobre HTTP (DASH)
Continuidad de servicio
Filtrado de contenidos en UE según ubicación
Nuevas funcionales en desarrollo en Rel-12
– Uso de MIMO, gestión de medidas, soporte de MTC, uso para difusión
de información en alertas de emergencia, …
Curso LTE ‐ ISDEFE
101
Estructura de canales eMBMS
Curso LTE ‐ ISDEFE
102
Áreas MBSFN
(Multicast-Broadcast Single-Frequency Network)
 Conjunto de células que transmiten
síncronamente en un mismo canal
un mismo contenido eMBMS
 Móvil recibe señal a la vez desde
varios eNBs
– Mejora de la relación S/N
Curso LTE ‐ ISDEFE
103
Arquitectura eMBMS

BM-SC (Broadcast Multicast Service Center)
–

eMBMS Gateway
–

Gestión de suscripciones, sesiones, anuncios, sincronización de contenidos y seguridad
Distribución de contenidos a eNBs mediante IP-Multicast
MCE (Multi-cell/multicast Coordination Entity)
–
Control de admisión, asignación de recursos radio para eMBMS
Curso LTE ‐ ISDEFE
104
Arquitectura de protocolos eMBMS
Curso LTE ‐ ISDEFE
105
DASH (Dynamic Adaptive Streaming
over HTTP)

Solución normalizada conjuntamente por MPEG y 3GPP para
transporte de flujos de streaming sobre HTTP
–
–
–
–
Adecuado para redes fijas y móviles
Selección dinámica de tasa de bit por cliente según calidad percibida
Uso creciente en servicios de video en Internet
Permite conmutar entre unicast/multicast según nº de usuarios
Curso LTE ‐ ISDEFE
106
Ejemplo de despligue
Curso LTE ‐ ISDEFE
107
Lista de abreviaturas
BLE
BM-SC
DASH
DeNB
eMBMS
HeNB
HetNet
HNB
IFOM
L-GW
LIPA
Bluetooh Low Energy
Broadcast Multicast Service Center
Dynamic Adaptive Streaming over HTTP
Donor enhanced Node B
Enhanced MBMS
Home enhanced Node B
Heterogeneous Network
Home Node B
IP Flow Mobility
Local Gateway
Local IP Access
MBSFN
MCE
MTC
M2M
NFC
ProSe
P2P
RN
SeGW
SIPTO
Multicast-Broadcast Single-Frequency
Network
Multi-cell/multicast Coordination Entity
Machine Type Communications
Machine to Machine
Near Field Communications
Proximity Services
Peer to Peer
Relay Node
Security Gateway
Selected IP Traffic Offload
Curso LTE ‐ ISDEFE
108
Referencias sobre MTC, ProSe y eMBMS
ProSe:
 M. Yang et al. “Development of device-to-device communication in LTE-Advanced system”,
2014 IEEE International Conference on Consumer Electronics (ICCE 2014), Ene 2014
 X. Lin et Al. “An Overview on 3GPP Device-to-Device Proximity Services”, Oct 2013
eMBMS:
 G. Zhang et al. “Review of eMBMS technology in LTE”. Telecom Engineering Technics and
Standardization. Vol 1, 2011.
• D. Lecompte, F. Gabin. "Evolved multimedia broadcast/multicast service (eMBMS) in LTEadvanced: overview and Rel-11 enhancements," Communications Magazine, IEEE , vol.50,
no.11, pp.68,74, November 2012
MTC:
 T. Potsch et al. "Influence of future M2M communication on the LTE system," 6th Joint IFIP
Wireless and Mobile Networking Conference (WMNC), April 2013
Curso LTE ‐ ISDEFE
109