Procedimientos de gestión de sesiones

El procedimiento de registro a la red (Attach) es el primer procedimiento que ejecuta un usuario del sistema LTE en aras a poder recibir los servicios de la red. El procedimiento de registro normalmente se lleva a cabo cuando se enciende el equipo de usuario y éste detecta la presencia de una red LTE. A diferencia de sus predecesores GSM y UMTS donde los procedimientos de registro correspondientes (“IMSI Attach” y

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“GPRS Attach”) están asociados exclusivamente a la gestión de movilidad, en LTE dicho procedimiento también forma parte de la gestión de sesiones. El motivo radica en que el procedimiento de registro en LTE conlleva el establecimiento de una conexión PDN a través de la activación de un servicio portador EPS por defecto (EPS Bearer Service). Por tanto, en LTE, una vez el terminal ya se ha registrado en la red, ya dispone de un servicio de conectividad IP operativo (faceta popularmente conocida como “always- on”). En la Figura 4.6 se ilustra un procedimiento de registro, cuyos detalles se comentan a continuación [9].

Figura 4.6 Procedimiento de registro en LTE

1) Acceso aleatorio. El terminal LTE decide la celda a través de la cuál debe iniciar el procedimiento de registro. En dicha celda, lo primero que debe hacer el terminal es establecer una conexión de control RRC. Para ello, el terminal inicia el procedimiento de acceso aleatorio a través del canal RACH.

2) Inicio de la conexión RRC. El mensaje “Attach Request”. Este mensaje contiene los campos específicos del protocolo RRC y en su parte de datos transporta el mensaje de señalización NAS.

3) Una vez recibido el mensaje de “Attach Request” y conocida la identidad del usuario correspondiente en la entidad MME, puede llevarse a cabo el mecanismo de autenticación y seguridad.

4) Actualización de la localización. Este proceso permite que la HSS siempre almacene información de dónde se encuentran accesibles los usuarios registrados. Además, como resultado del procedimiento de actualización de la localización, la entidad MME recibe los datos de subscripción del usuario.

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5) Establecimiento de portadora EPS por defecto. Se incluye la identidad de esta portadora que quedará almacenada en el MME.

6) Se transporta el mensaje “Attach Accept” correspondiente a la señalización entre el equipo de usuario y la entidad MME. El mensaje incluye la identidad del servicio portador EPS establecido, sus parámetros de QoS, el identificador APN de la red externa y la dirección IP asignada. Finalmente, el equipo de usuario envía el mensaje que completa el proceso de registro (“Attach Complete”) que se transporta hasta la entidad MME mediante el servicio de transferencia de mensajes NAS que ofrece el protocolo RRC de la interfaz radio y el protocolo S1-AP de la interfaz S1-MME.

Servicio portador EPS

En cada conexión siempre existe un servicio portador EPS por defecto activo por el que se enviaría todo el tráfico IP de usuario. Este servicio portador por defecto se asigna en cada proceso de registro, como ya hemos visto en el apartado anterior. Opcionalmente, para poder proporcionar un servicio de calidad específico a un determinado flujo de paquetes IP (por ejemplo, una videollamada), pueden activarse servicios portadores EPS adicionales al portador por defecto, denominados como servicios portadores EPS dedicados. De esta forma, si en una conexión PDN existen servicios portadores EPS dedicados activos, el tráfico seleccionado se envía a través de ellos y el resto se cursa a través del portador EPS por defecto. Si se hace uso de servicios portadores EPS dedicados, éstos pueden activarse/modificarse/desactivarse al inicio o bien en el transcurso de una conexión PDN.

Activación de portadora dedicada

En la siguiente figura vemos un esquema de activación de portadora dedicada.

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1) La activación del servicio portador EPS dedicado se inicia desde la pasarela P-GW mediante el envío del mensaje “Create Bearer Request” a la pasarela S-GW. El mensaje de activación contiene parámetros de QoS, junto con el descriptor de tráfico. El mensaje también contiene la información necesaria para configurar el plano de usuario entre pasarelas. Finalmente, el mensaje de activación del servicio portador dedicado llega a la entidad MME que está a cargo del usuario en cuestión.

2) La entidad MME selecciona un identificador para el nuevo servicio portador y construye un mensaje NAS denominado “Session Management Request”. Dicho mensaje contiene la identidad del servicio portador y sus parámetros de QoS.

3) La confirmación se realiza mediante el envío del mensaje NAS “Session Management Response” que se transporta hasta la entidad MME mediante el protocolo RRC de la interfaz radio y el protocolo S1-AP de la interfaz S1- MME.

4) La entidad MME responde a la petición de activación del servicio portador dedicado a la pasarela S-GW y ésta a la pasarela P-GW (“Create Dedicated Bearer Response”). En dichas respuestas se incluyen los identificadores de túnel que permiten terminar de establecer el plano de usuario entre eNB y P-GW en sentido descendente.

Gestión de recursos radio

Para poder establecer cualquier tipo de transferencia de información entre el terminal móvil y eNodeB, es necesario establecer el denominado servicio portador radio. En la Figura 4.8 se describe gráficamente el procedimiento de establecimiento de la conexión y de los portadores radio [10].

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1) En este caso se considera que el procedimiento se inicia como respuesta a un mensaje de aviso (“Paging”) por parte de la red.

2) El terminal móvil inicia un procedimiento de acceso aleatorio.

3) El móvil envía un mensaje de “RRC Connection Request” que incluye, además del motivo de la petición, una identificación temporal del móvil o en su defecto un número aleatorio de 40 bits.

4) Si el eNB acepta la petición de conexión, envía como respuesta un mensaje del tipo “RRC Connection Setup” que incluye los parámetros de configuración inicial de la portadora radio SRB1.

5) El terminal móvil envía un mensaje de reconocimiento (“RRC Connection Setup Completed”) e incluye un mensaje al NAS, un identificador (PLMN) del operador móvil seleccionado y, si se conoce, el identificador del nodo MME al que está registrado. A partir de estos dos últimos parámetros el eNB decide cual es el nodo del núcleo de red al que debe conectarse utilizando la interfaz S1.

Una vez completada esta fase, el terminal cambia del estado desocupado (“idle”) al estado conectado. A continuación, se procede a la fase de activación de los mecanismos de seguridad y al establecimiento de los servicios portadores radio.

6) El eNB envía un mensaje de activación del modo de seguridad (“Security Mode Command”) en donde se solicita la activación tanto del modo cifrado como de los mecanismos de protección de la integridad de los mensajes. El terminal móvil verifi ca la protección de la integridad del mensaje recibido y configura las capas inferiores a RRC para poder aplicar a los mensajes subsiguientes los mecanismos de cifrado y protección de la integridad de la información. Envía el mensaje “Security Mode Completed”.

7) La red envía entonces un mensaje de petición de reconfiguración de la

conexión RRC (“RRC-Connection Reconfiguration”) incluyendo los

parámetros de configuración para establecer el segundo servicio portador radio de señalización (SRB2) y una o más servicios portadores radio de datos (DRB). Además de esta información de configuración, el mensaje también puede transportar señalización al NAS u otro tipo de información. El terminal móvil finalmente completa el procedimiento enviando un mensaje de reconfiguración completada (“RRC-Connection Reconfiguration Complete”).

Gestión de localización

En LTE se define el concepto de Área de Seguimiento (Tracking Area, TA) para gestionar la información de localización. Un TA agrupa a un conjunto de eNBs de forma que la información de localización disponible en la red troncal EPC de un determinado equipo de usuario solamente se conoce en base a la resolución proporcionada por

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tales agrupaciones. La identidad de un TA se denomina TAI (Tracking Area Identifier) y se difunde a través de los mensajes de información de sistema enviados en los canales de control de los eNBs que integran una TA. Un eNB sólo puede pertenecer a una TA de una red troncal EPC, es decir, no hay solapes entre diferentes TAs. El equipo de usuario, a partir del identificador TAI recibido, es el encargado de comunicar a la red en qué TA se encuentra accesible mediante los mecanismos de Network Attach y de Tracking Area Update. De esta forma, cuando la red necesita contactar con el terminal, el mensaje de aviso (paging) se difunde a través de todas las estaciones base que integran el TA en que se encuentra localizado el terminal.

Liberación de sesión radio

En caso de inactividad o petición de desconexión, se liberan los recursos sobre la UTRAN, pudiéndose restablecer rápidamente (menos de 50ms) en caso necesario. El móvil pasa de estar conectado al estado idle.

Figura 4.9 Liberación de sesión radio en LTE

1) Tras un periodo de inactividad o una desconexión de red, el eNodeB inicia la liberación de recursos radio. Manda la petición al MME a través del emnsaje “Release Request”.

2) El MME manda la petición al SGW y se comienzan a liberar los portadores

de acceso radio.

3) La MME le comunica al eNodeB que los recursos radio han sido liberados y se lo comunica al terminal móvil a través de “RRC Connection Release”.