ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA
MECÁNICA Y ELÉCTRICA
ESTABLECER UNA SOLUCIÓN PARA LIBERAR LA CONGESTIÓN
EN LAS REDES MÓVILES POR MEDIO DE WI-FI
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
P R E S E N T A
PAULO CÉSAR RAMSIS ALVARADO
ASESORES:
ING. FERNANDO CRUZ MARTINEZ
Indicé
Agradecimiento... VI Dedicación ... VI Objetivo General ... VII Objetivo Particular ... VII Justificación ... VII
Capítulo 1: Antecedentes ... 1
1.1 Comunicaciones Móviles ... 1
1.2 Evolución de las Redes Inalámbricas. ... 2
1.2.1 GSM (Sistema Global para las Comunicaciones Móviles)... 4
1.2.2 UMTS (Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles). ... 5
1.2.3 CdmaOne y CDMA2000 ... 7
1.2.4 LTE (Long Term Evolution). ... 7
1.2.5 WLAN (Wireless Local Area Network). ... 8
1.2.6 WiMAX (Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas). ... 9
1.3 Penetración del mercado. ...10
1.5 Reducción del tráfico de red 3G/4G de Redes Móviles ...22
1.6 El Papel de la Red de Área Local Inalámbrica (WLAN). ...23
1.7 Marco Conceptual ...24
1.8 Wi-Fi offload se muestra como una técnica para la liberar las redes móviles...26
Capítulo 2: Movilidad y Selección de Acceso a Redes Multi-modo ...27
2.1 Introducción ...27
2.2 Las motivaciones y fuerzas impulsoras para el inter funcionamiento de acceso 3GPP y tecnologías de acceso no-3GPP. ...30
2.2.1 La descarga de la red 3GPP para reducir la carga en la red de acceso 3GPP. ...30
2.2.2 Complementar la cobertura de tecnología de acceso 3GPP. ...31
2.2.3 Núcleo de Paquetes Evolucionado como una red básica para la FMC ...31
2.3 Acceso y Selección de Red. ...32
2.3.1 Descubrimiento de ANDSF...40
2.4 Beneficio de ANDSF ...41
2.4.1 Descubrimiento de Red de Acceso Asistido por una Red...45
2.4.3 La movilidad basada en red ...47
2.5 Modo de Selección en la Movilidad IP ...48
2.5.1 Resumen de los protocolos de sistema de movilidad...51
2.5.2 Lista de los puntos de referencia...52
2.6 Estrategia para el Control de Carga (PCC) y la Calidad de Servicio (QoS)...56
2.6.1 Estrategia y Control de Carga (PCC). ...56
2.6.2 Calidad de servicio ...59
Capítulo 3: Arquitectura de Wi-Fi offload sobre Redes Móviles ...61
3.1 Arquitectura de Wi-Fi offload...61
3.2 Métodos de autenticación. ...64
3.2.1 Autenticación a través de Portal Cautivo. ...64
3.2.2 Autenticación basada en EAP...66
3.2.3 Estrategia y Control de Carga...69
3.2.4 Standalone PCEF ...69
3.3 LTE ...74
Capítulo 4: Conectividad de Red, Acceso Múltiple y Flujo de Movilidad...87
4.1 Introducción ...87
4.2 Requisitos Arquitectónicos del EPS y Movilidad de Flujos IP ...89
4.2.1 Requisitos de la Red EPS...89
4.2.2 IFOM (Movilidad IP) ...94
4.3 Movilidad IP Casos de Éxito y escenarios posibles ...96
4.3.1 Caso práctico 1 ...96
4.3.2 Caso práctico 2 ...98
4.4 Manejo de múltiples conexiones PDN... 105
4.5 Aspectos de gestión de sesiones y de calidad de servicio ... 105
4.5.1 Portadores predeterminados y portadores ... 106
4.6 Mejoras de la Movilidad IP... 106
4.7 Mejoras DSMIPv6... 107
4.7.1 Estrategia y Mejoras del Control de Carga (PCC) ... 110
4.7.2 Filtros de Enrutamiento y mejoras en la interface S2c (DSMIPv6 ... 111
4.7.3 Filtros de Enrutamiento mejorado en las interfaces S2a/S2b (PMIPv6) ... 114
4.7.5 Mejoras ANDSF... 115
4.8 Descarga a través de Wi-Fi ... 116
4.8.1 La división de flujo IP a través de celular y Wi-Fi ... 123
4.8.2 Descarga de la Red Móvil Vía Descarga Selectiva de Tráfico. ... 124
Conclusiones ... 125
Glosario ... 128
Agradecimiento
A mis padres, porque creyeron en mí y porque me sacaron adelante, dándome ejemplos dignos de superación, entrega y pasión, porque en gran parte gracias a ustedes, hoy puedo ver alcanzada mi meta, ya que siempre estuvieron impulsándome en los momentos más difíciles de mi carrera, y por el orgullo que sienten por mí, fue lo que me hizo ir hasta el final. Va por ustedes, por lo que valen, porque admiro su fortaleza y por lo que han hecho de mí.
Dedicación
A tu paciencia y comprensión, preferiste sacrificar tu tiempo para que yo pudiera cumplir con el mío. Por tu bondad y sacrificio, me inspiraste a ser mejor para ti, ahora puedo decir que este trabajo lleva mucho de ti, gracias por estar siempre a mi lado, Nélida.
Objetivo General
Investigar la tecnología Wi-Fi offload como una propuesta alternativa para auxiliar a las redes móviles en la descarga tráfico de datos, teniendo como solución mayor rendimiento y capacidad de conexión a las redes móviles 3G y 4G.
Objetivo Particular
Explicar cómo la tecnología Wi-Fi offload puede proporcionar una mayor tasa de transmisión de datos para poder liberar la congestión en la redes móviles.
Justificación
Introducción
En la actualidad como se muestra el capítulo 1, las redes celulares están sobre cargadas de tráfico de datos móviles, debido al rápido crecimiento de las suscripciones a banda ancha móvil. Por un lado la combinación de teléfonos inteligentes “ a tpho e y las Tabletas, por el otro las Redes de telefonía móvil 3G y 4G están creciendo rápidamente en números muy grandes, como resultado, esto ha creado una demanda excepcional de conectividad ubicua y calidad de con tenido digital y aplicaciones. Para satisfacer los requisitos de aplicaciones, en el futuro se contará con terminales más inteligentes que a su vez demandaran mayor volumen de datos, se espera que las redes inalámbricas sean una alternativa y se pueda combinar con múltiples tecnologías de acceso y, como consecuencia los operadores móviles de están incluyendo WLAN como Wi-Fi como una tecnología de red de acceso.
La aplicación de esta técnica se ajusta a las normas existentes y es parte del alcance de este trabajo. Con los modelos utilizados descritos en el capítulo 3, se demostró que la descarga de los usuarios de 3G y 4G a Wi-Fi reduce la demanda en la red conmutada sin afectar el rendimiento de los usuarios.
Ante el conocido tsunami de tráfico de datos que afecta las infraestructuras móviles en todo el mundo, sin excluir a México, los operadores buscan activamente cualquier y toda herramienta disponible para aliviar la tensión sobre las redes móviles. Los operadores están bajo presión para ofrecer mayor velocidad de datos y mantenerse a la par con la insaciable e intensiva demanda de sus clientes de aplicaciones de banda ancha. Pero las consecuencias son desfavorables: el costo del transporte de datos aumenta más rápido que los ingresos, y las malas experiencias de los usuarios como consecuencia de la congestión de las redes hacen que aumente la pérdida de clientes, uno de los costos más grandes en los que incurren los operadores. Como consecuencia, los operadores planean utilizar todas las opciones que tengan disponibles, como: aceleración de las redes 3G/4G, redes de retorno de más capacidad, manejo de tráfico, planes de precios organizados por niveles, y tecnología Wi-Fi avanzada.
Sin embargo, se requiere un enfoque más resistente de Wi -Fi que emplee técnicas avanzadas de rechazo de interferencia y control de señales adaptables para proporcionar el alcance y el rendimiento predecible que esperan los operadores móviles.
son elementos esenciales de una solución Wi-Fi de nueva generación para los operadores móviles. Los proveedores de tecnologías Wi-Fi ha desarrollado una arquitectura de referencia para los proveedores que aborda muchas de sus preocupaciones acerca de la integración de Wi -Fi en la infraestructura de operadores móviles. Esta arquitectura de referencia de nueva generación aborda áreas como: aumentar la confiabilidad del espectro sin licencia a través del uso de tecnología de radio avanzada y técnicas de rechazo de interferencia, el manejo exhaustivo de extremo a extremo, enlaces a la red de retorno de 802.11n de largo alcance de velocidad más alta y costo más bajo, y mucho más.
Capítulo 1: Antecedentes
1.1
Comunicaciones Móviles
Las tecnologías de comunicación móvil han evolucionado rápidamente debido a la creciente demanda de mayores velocidades de datos y servicios de comunicación móvil , de mayor calidad y que mucho se ha escrito sobre la necesidad de los operadores de red móvil para hacer frente a la creciente demanda de servicios de datos, especialmente para los usuarios de teléfonos inteligentes. La nueva generación de teléfonos inteligentes como el iPhone, BlackBerry y Galaxy entre otros, junto con las Tabletas y las computadoras portátiles están trayendo la experiencia de Internet a los dispositivos móviles. La cantidad de tráfico de datos móviles cursando redes celulares está creciendo de manera exponencial, esto representa una gran oportunidad y un gran desafío para la industria de las comunicaciones móviles.
1.2 Evolución de las Redes Inalámbricas.
Tecnología Familia Tecnología de Radio Bajada Mbits/s Subida Mbits/s
GSM ETSI TDMA/FDMA 1.6 0.5
UMTS-TDD UMTS/3GSM CDMA/TDD 16
UMTS W-CDMA
HSDPA+HSUPA
UMTS/3GSM CDMA/TDD
CDMA/TDD MIMO 0.384 14.4 0.384 5.76
HSPA+ 3GPP CDMA/TDD
MIMO
21 5.8
42 11.5
84 22
672 168
EDGE
Evolution
GSM TDMA/FDD 1.6 0.5
LTE 3GPP OFDMA/MIMO/
SC-FDMA
100 Cat3
150 Cat4
300 Cat5
(AB de 20 MHz en
FDD)
50 Cat3/Cat4
75 Cat5
(AB de 20 MHz
en FDD)
WLAN 802.11
(11.n)
OFDM/MIMO 300 (Utilizando una configuración
de 4x4 en 20 MHz AB) o 600
(Utilizando una configuración de
4x4 en 40 MHz AB)
WiMAX 802.16 MIMO-SOFDMA 128 (AB de 20 MHz
en FDD)
56 (AB de 20
MHz en FDD)
EV-DO Rel.0
EV-DO Rev.A
EV-DO Rev.B
CDMA2000 CDMA/FDD 2.45
3.1
4.9XN
0.15
1.8
1.8xN
1.2.1 GSM (Sistema Global para las Comunicaciones Móviles).
El estándar GSM originalmente describió una red digital de circuitos conmutados, completamente optimizada para la telefonía de voz dúplex. La tecnología de acceso móvil más popular, GSM para Comunicaciones Móviles, que inicio su desarrollo en el año de 1982, se terminó de definir en su primera versión en 1990 por el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) para describir las tecnologías de segunda generación o redes móviles digitales 2G. Esta norma inicialmente diseñada para ser utilizada en toda Europa, es hoy utilizada en todo el mundo. La asociación GSM (GSMA) estima que las tecnologías definidas en la norma GSM sirven 80 % del mercado mundial de móviles, que abarca más de 1,5 mil millones de personas en más de 212 países y territorios, haciendo GSM el más ubicuo de los muchos estándares para redes celulares. La sustitución de los sistemas analógicos de primera generación (1G) como NMT (Telefonía Móvil Nórdica) y TACS (Sistema Telefónico Móvil Avanzado), GSM a menudo se refiere como una segunda generación (2G) de tecnologías de acceso inalámbrico. GSM utiliza licencias de espectro de los 900 y 1800 MHz que son las bandas de frecuencias más comunes, aunque 850 y 1900 MHz se utiliza, por ejemplo en Canadá y Estados Unidos. Además, existen instalaciones en las bandas de 400 y 450 MHz en algunos países. GSM es utilizada tanto para uso interior como exterior. La tecnología GSM utiliza TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo) en la interfaz de radio para compartir una única frecuencia entre varios usuarios. El sistema asigna ranuras de tiempo secuenciales para cada usuario y poder compartir una frecuencia común. Los usuarios se identifican a través de su tarjeta SIM (Módulo de Identificación de Abonado), que es una tarjeta inteligente desmontable que contiene la información de suscri pción del usuario y su directorio telefónico. Esta característica permite a los usuarios cambiar fácilmente los teléfonos. Los acuerdos de itinerancia entre los operadores GSM dan la oportunidad para que los usuarios finales también utilicen sus teléfonos móviles en otros países.
Datos Mejoradas para la evolución de GSM). En 2003, fue introducido EDGE o EGPRS, que es una tecnología de telefonía móvil digital que permite la mejora de las tasas de transmisión de datos como una extensión compatible con versiones anteriores de la tecnología GSM. No hizo falta ninguna actualización de hardware o software en la red, pero si se requerían equipos receptores compatibles con la tecnología EDGE para ser instalados en los dispositivos móviles. Así mismo, las BSS necesitaban ser actualizadas para soportar EDGE.
EDGE hace uso de modulación por desplazamiento de 8 fases (8PSK) como esquema de codificación que permite velocidades de datos de 59.2 kb/s por ranura de tiempo. Al igual que GPRS, EDGE se adapta al esquema de codificación y a la calidad del canal de radio. La redundancia incremental se introdujo de modo que se redujo la necesidad de una retransmisión de paquetes alterados. S-ALOHA se utiliza para las investigaciones reserva al igual que en GPRS. Las velocidades de datos efectivas alcanzaron de 236.8 kb/s y 59.2 kb/s para el enlace bajada y el enlace subida respectivamente, si se utilizaron cuatro canales para tráfico de enlace de bajada y un canal de tiempo se utilizó para el tráfico de enlace de subida, La latencia de extremo a extremo se redujeron en 150 ms.
El estándar GSM es sucedido por el estándar de tercera generación (3G UMTS) desarrollado por el Proyecto Asociación de Tercera Generación (3GPP). Las redes GSM seguirán evolucionando a estándares más avanzados a medida que comienzan a incorporar la cuarta generación (4G) LTE.
1.2.2 UMTS (Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles).
red completa, que cubre la UTRAN red de acceso de radio (Red de Acceso Radio Terrestre UMTS), la red central (MAP) y la autenticación de los usuarios a través de tarjetas SIM.
El número de tipos de canales existentes se divide en canales físicos, canales de transporte (Subcategorías de canales de transporte comunes y canales de transporte dedicados) y canales lógicos. Pequeñas cantidades de datos pueden enviarse usando un canal de contención a base de enlace ascendente (Canal de Acceso Aleatorio, RACH) o un canal de enlace descendente común (Canal de Acceso Ascendente, FACH), utilizando un código de ensanchamiento común. Grandes cantidades de tráfico se envían utilizando un canal dedicado (DCH) en ambas direcciones de enlace ascendente y de enlace descendente. Velocidades de datos más altas pueden alcanzarse mediante el último régimen a costa de la configuración de la conexión más lenta. El hecho de que muchos teléfonos a menudo soportan GSM y UMTS con la operación de modo dual sin problemas y que las redes centrales combinadas de apoyo tanto en GSM y UMTS y que dirige los accesos de radio que son comunes entre ambas redes que hacen hoy día ver las redes GSM y UMTS como un solo sistema unificado, a veces conocido como 3GSM.
Y después de esto, HSDPA/HSUPA (Acceso descendente de paquetes a alta velocidad/Acceso ascendente de paquetes a alta velocidad) se añadió por lo que las tasas de datos podrían llegar a alcanzar los 14.4 Mbps en el enlace descendente y 5.76 Mbps en sentido ascendente de extremo a extremo retrasos alrededor de 25 ms. El procedimiento de programación se cambió para que sólo el Nodo B realiza esta tarea que lleva a la gestión de recursos más rápido.
1.2.3 CdmaOne y CDMA2000
CdmaOne fue el primer estándar celular de CDMA basado en IS-95 (Estándar Interno 95) diseñado con una estructura de red similar a la de GSM. 2G es el estándar de tecnología inalámbrica móvil que utiliza CDMA, un esquema de acceso múltiple para la radio di gital para enviar voz, datos y datos de señalización (como un número de teléfono marcado) entre teléfonos móviles y la radio bases. En CdmaOne y CDMA2000 formaron un desarrollo paralelo a GSM y UMTS utilizando Acceso múltiple por división de códigos como método de acceso al canal y un par dúplex de 1.25 MHz canales de radio. CDMA2000 también conocida como IMT multi-portadora (IMT-MC) es un sucesor del CdmaOne está actualmente estandarizado por 3GPP v2 (Proyecto Asociación de Tercera Generación Versión 2) y se actualizó desde la primera versión 1X a la EV-DO versiones Rev. 0, Rev. A y Rev. B. Rev. 0 y Rev. A que ofrece velocidades de datos de 3.1 Mbps y 1.8 Mbps en el enlace descendente y direcciones de enlace ascendente, respectivamente. Rev. B ofrece velocidades de datos de 14.7 Mbps y 5.4 Mbps en sentido descendente y ascendente, respectivamente, después de la actualización de hardware. Retardos de extremo a extremo se encuentran a menos de 35 milisegundos. CDMA2000 es una familia de las normas de la tercera generación de tecnología móvil que utiliza canal de acceso CDMA para enviar voz, datos, y los datos de señalización entre los teléfonos móviles y la radio base.
1.2.4 LTE (Long Term Evolution).
digitales donde se utiliza un número de subportadoras ortogonales muy próximas entre sí para transportar datos.
Los datos se dividen en varios flujos de datos paralelos o canales, uno para cada subportadora. Una asignación de recursos flexible se logra a través de la asignación dinámica de subportadoras a un nodo específico.
Cada subportadora se modula con un esquema de modulación convencional a una baja tasa de símbolos. Además, la tecnología MIMO (múltiple entrada, múltiple salida) de antenas se utiliza en LTE. Intervalo de tiempo de transmisión mínima es de 1 ms y 64 QAM se añadió como un esquema de modulación. LTE ha pasado por una serie de etapas evolutivas desde su lanzamiento inicial Release 8. La flexibilidad del espectro era un objetivo de diseño importante para LTE y fue construida a escala utilizando anchos de banda que van desde 1.4 MHz a 20 MHz en ambas configuraciones pareadas y no pareadas. Se espera que una amplia gama de bandas de frecuencias que se utilizarán para LTE incluyendo la banda de 700 MHz que permite el uso de interior y una amplia cobertura. Para ampliar aún más el rendimiento y las capacidades de la te cnología de acceso de radio LTE, 3GPP inició el trabajo sobre LTE Release 10 en abril de 2008. Uno de los objetivos era garantizar que LTE cumpla totalmente con los requisitos de la norma IMT-Advanced 4G según lo definido por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) lo que significa que LTE puede ser denominado como una verdadera tecnología 4G. Por esta razón, LTE Release 10 también se conoce como LTE-Advanced, aunque es importante destacar que LTE-Advanced no es una nueva tecnología de acceso por radio, sino que simplemente se le dio el nombre de LTE Release 10. LTE Release 10 amplía las capacidades de LTE en varios aspectos. A través de estas funcionalidades innovadoras, las redes LTE pueden permitir a los operadores gestionar más tráfico y proporcionar mayores velocidades de datos y por lo tanto son facilitadores clave para la futura entrega de banda ancha móvil.
1.2.5 WLAN (Wireless Local Area Network).
por el comité de normas de la IEEE para redes LAN/MAN (IEEE 802). Esto lo hizo un estándar muy popular tanto para las empresas y los usuarios comunes. Además, esto género que los proveedores de servicios de Internet inalámbrico (WISP) y los operadores de telefonía celular tradicionales desplegaran redes inalámbricas basadas en 802.11 donde la densidad de usuarios es alta y las demandas de altas velocidades de datos son comunes. La versión inicial de la norma utilizaba espectro de secuencia directa (DSSS) y espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS) como tecnologías de capas físicas alternativas que operan a 1 Mbits/s o 2 Mbits/s. El 802.11a, g, y n usan modificaciones de frecuencia ortogonal que utiliza la multiplexación por división de frecuencia (OFDM), mientras que la enmienda 802.11b usa DSSS. Además, la enmienda 802.11n permite el uso de 4 múltiples entradas y 4 múltiples salidas (MIMO).
Las nuevas características se han añadido a la norma IEEE 802.11 por enmiendas a la norma base, o como en 2007, por una nueva versión de la norma completa. Velocidades de datos pico son 11 Mb/s para 802.11b, 54 Mb/s para 802.11a/g, y 150 Mb/s para 802.11n. Por lo general la mitad de esos tipos de datos están disponibles para las aplicaciones, sin diferencias en las direcciones ascendente y descendente. La latencia está típicamente en el rango de unos pocos milisegundos. Los sistemas basados en IEEE 802.11 se utilizan tanto para instalaciones interiores como para exteriores. El apoyo a las redes de infraestructura (llamado Conjunto de Servicios Básicos, BSS) y redes ad hoc (llamadas Conjunto de Servicios Básicos, IBSS) están incluidos en la norma. Un tipo BSS típica de red se construye de una o más estaciones (STA) y un punto de acceso (AP). El AP es responsable de reducir el tráfico inalámbrico a la red de área local de cable y de actuar como una estación base para las STA. El estándar 802.11 también permite a las estaciones recorrer entre un conjunto de puntos de acceso conectados a la misma red o sistema de cable de distribución (DS). Las computadoras portátiles están generalmente equipadas con tarjetas WLAN y la mayoría de los teléfonos inteligentes y tabletas hoy en día tienen dos interfaces de celulares y WLAN instalados para ellos.
1.2.6 WiMAX (Interoperabilidad Mundial para Acceso por
Microondas).
Mientras WLAN es una tecnología de corto alcance, WiMAX es una tecnología de largo alcance que permite la comunicación a muchos kilómetros y que proporciona una capa MAC orientado a la conexión y el apoyo a la calidad de servicio que opera, ya sea en una división de tiempo dúplex (TDD) o por división de frecuencia dúplex modo (FDD). La versión de la norma 802.16-2004 también conocido como 802.16d fue dirigida hacia un uso fijo que ofrece veloci dades de datos de hasta 75 Mbps, mientras que el suplemento 802.16e añadía soporte de movilidad para las velocidades de datos de oferta estándar de hasta 30 Mbps. La edición más reciente de la norma es la versión 802.16-2009. Se espera que el suplemento 802.16m para cumplir el requisito 4G con velocidades de datos de enlace descendente de 1 Gbps para el uso estacionario y 100 Mbps de velocidad de datos de enlace descendente para el uso móvil. La estación móvil (MS)/estación de abonado (SS), la red de servicios de acceso (ASN), y la red de servicio de conectividad (CSN) son los tres componentes principales de la arquitectura de red WiMAX definido por foro de WIMAX. Una ADN suele ser construido por un conjunto de estaciones base (BSS) y una o más puertas de enlace ASN (ASN-GWS) que interconectan la ASN con el CSN. La ASN es típicamente la entrega de servicios de la capa MAC a la SS, mientras que el CSN lo general suministra servicios de capa 3. El modelo de negocio de WiMAX permite a un proveedor de ASN (Proveedor de Acceso a la Red, NAP) para firmar contratos con uno o más proveedores de CSN (Proveedores de Servicios de Red, NSP). Además, los NSP puede haber acuerdos de itinerancia con otros NSP.
1.3 Penetración del mercado.
convertido en el driver principal de la migración no sólo para los operadores de red que utili zan tecnologías basadas en 3GPP, sino también para muchos operadores que utilizan la tecnología de acceso de radio basada en 3GPP v2 CDMA2000/1x-EV-DO. De hecho, los operadores basados en 3GPP v2 como MetroPCS, Verizon y KDDI se encuentran entre los primeros en desplegar comercialmente la red LTE a gran escala. Un número de operadores WiMAX también se están moviendo hacia la red LTE. Estos incluyen el operador ruso Yota, que ha anunciado que va a desplegar una red LTE, y la operadora norteamericana Clearwire, que está investigando la introducción de una red de este tipo. Otra indicación de que LTE es una solución preferible a largo plazo para la banda ancha móvil es la decisión de la alianza NGMN (Redes Móviles de Nueva Generación) para seleccionar LTE como su elección de la tecnología de acceso por radio para la banda ancha móvil de próxima generación.
1.4 Las Futuras Demandas de Banda Ancha Móvil
–
Tráfico de Datos
Móviles.
mediciones de Ericsson muestran que el tráfico en las redes 3G superó a la de las redes 2G. Este hallazgo también muestra que los sitios de redes sociales en dispositivos móviles y PCs basados en banda ancha móvil representan en la actualidad un gran porcentaje de tráfico de datos móviles. Por ejemplo, más de 475 operadores móviles en todo el mundo están implementando y promoviendo los productos móviles de redes sociales, con más de 350 millones de usuarios activos que acceden a través de sus dispositivos móviles. Apoyando este punto de vista es un reciente estudio de percepción del consumidor, Ericsson muestra que tanto como el 80% de los usuarios de banda ancha móvil solicitan acceso a la red en cualquier momento y en cualquier lugar.
Como se muestra en la Figura 1-1 las predicciones hechas por Ericsson [2], se espera que el tráfico se duplique cada año hasta llegar al 2016, hasta ahora el tráfico de datos está superando a el tráfico de voz en las redes móviles. Extrapolando esta tendencia todo indica que la cantidad de tráfico de datos móviles se puede esperar pueda aumentar varios cientos de veces en el largo de estos años. Este informe también muestra que el total de teléfonos inteligentes se triplico en el año 2011, y la penetración mundial se encuentra ahora en el 82%, y el número total de abonados al servicio móvil está alrededor de 5,8 mil millones.
Figura 1-2: Tráfico total mundial en redes móviles, 2007-2011
Figura 1-3: Aplicaciones en línea más utilizadas por volumen de tráfico y por tipo de dispositivo
Figura 1-4: Suscripciones Móviles por Tecnología, 2008-2016
Figura 1-5: Pronóstico de uso total en el mundo - de voz y servicios de datos
Además de los datos anteriores, y con el fin de comprender el impacto de la sobrecarga de tráfico de datos y de futuras demandas de tráfico móvil, para este trabajo se está utilizando los datos de proyección liberados de la investigación pública de Cisco, El índice de tráfico global de datos móviles para el año 2018. Se prevé que un usuario promedio consumirá alrededor de 8 GB al mes y la contribución de los diversos dispositivos globales a este tráfico se resume en la Tabla 1-2. Como se muestra en la Tabla 1-2, la tasa de crecimiento de nuevo dispositivo de tráfico de datos móviles es de 2 a 5 veces mayor que la tasa de crecimiento de los usuarios.
Tipo de Dispositivo Crecimiento de usuarios,
2013-2018 CAGR
Crecimiento de tráfico móvil 2013-2018 CAGR
Smartphone 18% 63%
Tabletas 41% 87%
Laptop 13% 30%
M2M 43% 113%
Tabla 1-2: Comparación de crecimiento de tráfico por dispositivo y crecimiento global de datos
Figura 1-6 Diversificación de Dispositivos, el tráfico de Smartphones y Laptops lideran este
crecimiento.
Figura 1-7: Consumo de Tráfico de datos móviles para el 2017
reciente de los datos de uso realizadas por Cisco, los teléfonos Android están ganando terreno a los teléfonos iPhone en el volumen de uso.
Como se muestra en las gráficas los operadores móviles y proveedores de contenido en todas las regiones han seguido informando un fuerte crecimiento del tráfico de datos móviles.
Región Operadores móviles y proveedores de contenidos
Corea Según lo informado por el regulador Corea KCC,
tráfico de datos en móviles 2G, 3G y las redes 4G ha aumentado en un 70% entre el 3Q 2012 and 3Q
2013.
China EL tráfico de datos móvil de los 3 operadores Chinos
de telefonía móvil creció un 90% en 2012 y un 72%
desde mediados de 2012 para mediados de 2013.
Japón El tráfico de datos móviles creció un 92% en 2012 y
66% más que en el 3Q 2012 3Q 2013, según el
Ministerio de Asuntos Internos y comunicaciones .
India El operador Bharti Airtel móvil registró crecimiento
de tráfico de datos 112% entre 2012 y 3Q 3Q 2013. El operador Reliance Communications informó
tráfico de datos móvil crecimiento de 116% entre el 3T y 3T 2012 2013.
Australia Según lo informado por regulador australiano
ACMA, tráfico de datos móviles creció un 47% desde mediados de 2012 para mediados de 2013.
Italia Según lo informado por el regulador italiano
AGCOM, el tráfico móvil en Italia en el 3Q13 fue de 34% año con año.
Francia Según lo informado por el regulador francés ARCEP,
el tráfico móvil en Francia fue un 60% más que en 2Q 2013 2Q 2012.
Alemania Como se informó al regulador alemán BNA, el
tráfico móvil en Alemania creció un 40% en 2012.
Suecia Según lo informado por regulador sueco PTS, el
desde mediados 2012 a mediados de 2013.
Rusia El operador Vimpelcom informó que el crecimiento
del tráfico móvil de datos fue del 106% desde el 3Q 2012 a 3Q 2013.
Otros Vodafone reporto un crecimiento de tráfico móvil
año del 60% frente al 1T FY12 a 1Q FY13. Vodafone reporto un incremento de tráfico en europeo de un 35% durante el año fiscal 2012-2013,
del 18% del ejercicio anterior.
Tabla 1-3: Crecimiento del tráfico de datos en redes celulares 2013
Debido a que el contenido de vídeo móvil tiene velocidades de bits mucho más altos que otros tipos de contenido móvil, vídeo móvil generará gran parte del crecimiento del tráfico móvil hasta el 2015, ya que predice la investigación pública de Cisco publicado bajo VNI [6]. De los 6,3 exabytes por mes que cruzan la red móvil para el año 2015, 4,2 exabytes se deberán a vídeo como se muestra en la Figura 1-8. Tráfico de VoIP también está previsto que sea del 0,4% de todo el tráfico de datos móviles en 2015.
1.5 Reducción del tráfico de red 3G/4G de Redes Móviles
Como sabemos el rápido crecimiento de la demanda de banda ancha móvil es el estiramiento de la capacidad de la red y con el fin de darse cuenta de la necesidad de descargar el tráfico, la mejor tecnología para empezar es LTE, ya que es la tecnología de red de acceso inalámbrico macro unificador más avanzada y ampliamente utilizado. Cisco estima que el tráfico en el 2011 crecerá 131 por ciento, lo que refleja una ligera disminución en las tasas de crecimiento. La combinación de dispositivos en evolución y la migración de tráfico desde la red fija a la red móvil tienen el potencial de reducir la tasa de crecimiento más alta, mientras que la estabilidad precios y descarga de tráfico puede reducir este efecto. La proyección que dio a conocer Cisco en su reporte VNI [6], muestra que sin la descarga de tráfico, la cantidad combinada de Smartphones y Tabletas sería 2.7 exabytes por mes en 2015, un aumento de 54 veces desde 2010. Con la descarga, Smartphones y Tabletas el tráfico ascenderá a 1.9 exabytes por mes en 2015, hasta 52 veces a partir de 2010. Más de 800 millones de terabytes de tráfico de datos móviles se descargarán en 2015. Como se muestra en la Figura 1-9 a la descarga total para Smartphones y Tabletas será el 39 por ciento en 2015, frente a 31 por ciento en 2010.
Los principales impulsores de este aumento abrumador en el tráfico de datos móviles son: El crecimiento increíble de nuevos servicios móviles y la mejora de las capaci dades del
dispositivo conectado.
El despliegue de las redes de datos celulares de banda ancha, por ejemplo LTE. Los precios en los paquetes de datos deberán de ser competitivos (similares a los de la
red fija).
Cada vez habrá una mayor gama de aplicaciones de datos móviles que requieran más y más tráfico de la red celular.
La publicidad de servicios de Internet, principalmente en línea y navegar por la red a mayor ancho de banda demandaran mayor cantidad de recursos, por ejemplo, la televisión móvil o vídeo bajo demanda, descarga de archivos grandes, VoIP, aplicaciones como YouTube, jugar juegos en línea etc.
El abrumador crecimiento de tráfico de datos móviles tiene un efecto doble, tanto del lado del proveedor de servicio, como en la experiencia del usuario final. Esto significa que el tráfico de datos puede crear alta presión sobre los recursos de red, y que los dispositivos móviles congestionaran las redes en el acceso de radio. Como resultado de esto, la congestión de la red puede impedir que los usuarios de voz accedan a la red, que siguen siendo los mayores contribuyentes al crecimiento de los ingresos de los operadores. Congestión de la red va a empeorar en los próximos años y afecta negativamente al crecimiento de los ingresos de los operadores. Por lo tanto, congestión de la red se está convirtiendo en un problema importante para los operadores, que necesita una atención inmediata. En la parte superior de este, debido a la congestión de la red del usuario final también experimentaría una dura caída de la tasa de rendimiento efectivo en la red.
1.6 El Papel de la Red de Área Local Inalámbrica (WLAN).
acceso a las redes inalámbrica se está convirtiendo en una realidad, esa también es otra razón de su popularidad, también les da flexibilidad y la posibilidad de desplazarse a dentro de un área de cobertura local sin perder su conexión a la red. Ambas redes WLAN y 4G son capaces de proporcionar conexiones inalámbricas de mayor velocidad que no pueden ser ofrecidos por las tecnologías anteriores, como fue 2G. Las WLAN pueden cubrir sólo un área pequeña y permitir que la movilidad sea limitada, pero pueden proporcionar tasas de transferencia de datos más altas. Por lo tanto, las WLAN son muy adecuadas para la cobertura de punto donde hay una alta densidad de usuarios que demandan servicios inalámbricos de alta velocidad que requieren movilidad reducida. WLAN también tiene una serie de dispositivos 3G/4G (es decir, teléfonos inteligentes, portátiles y Tabletas) que consumen por lo general una gran parte de los recursos, un mecanismo que descarga el tráfico de datos de 3G/4G a Wi-Fi es muy interesante para los operadores de redes móviles que quiere equilibrar el costo de datos y hacer un mejor uso de la red. La idea básica detrás de la descarga de Wi -Fi es siempre un punto de acceso Wi-Fi, una parte o todo el tráfico se enruta a través del punto de acceso WLAN, descargando así la red de acceso móvil. La descarga debe ser controlada, es decir, los operadores de redes móviles deben ser capaces de controlar el tráfico se enruta a través de WLAN y cual se mantiene en redes 3G/4G puras. Por ejemplo, algunos flujos IP (por ejemplo, relacionados con la VoIP o servicios de otros operadores) se pueden mantener más de 3G/4G para apalancar sus requisitos de calidad de servicio, mientras que los flujos IP relacionada con el protocolo de mejor esfuerzo tráfico de Internet puede ser descargado a WLAN.
1.7 Marco Conceptual
conexiones VPN se pueden hacer independientes del acceso a la tecnología ya sea inalámbrica o fija.
Figura 1-10: Marco Conceptual
1.8 Wi-Fi offload se muestra como una técnica para la liberar las redes
móviles
En este trabajo se aborda la tecnología Wi-Fi como una solución a la explosión de tráfico de datos de banda ancha móvil en las redes 3G/4G desplegadas, por lo tanto la utilización Wi-Fi como una tecnología de red de acceso alternativa. La razón para descargar el tráfico a través de Wi-Fi (802.11 WLAN) se considera que es una solución viable de la explosión del tráfico de datos móviles y además por qué es el foco de este trabajo, adicionalmente se hace uso de la gran cantidad de espectro sin licencia Wi-Fi ya existentes con gran número dispositivos compatibles en la que los operadores pueden hacer uso de esto. Esto ayuda, para simplificar la complejidad, así como el costo de la gestión y la implementación de una red Wi-Fi. En este caso, los operadores de redes pueden ofrecer servicios que tienen la ventaja de Wi-Fi tanto en interiores como al aire libre y de manera que incremente los ingresos y de la capacidad a través de la retención de abonados y el aumento de cuota de mercado.
Como se muestra en las secciones anteriores, el consumo de tráfico de datos móviles está creciendo de manera exponencial y el Internet está rompiendo su camino natural hacia las redes móviles. Desde que WLAN está ampliamente disponible en el hogar y a través de varios puntos de acceso, y que también se encuentra en una serie de dispositivos 3G/4G, que ofrece el potencial para convertirse en una perfecta extensión de 3G/4G. La solución 3G/4G Wi-Fi offload, es la tecnología que se basa en Doble Pila Móvil IP (DSMIP) como se explicará brevemente en los próximos capítulos, permite una transición continuada entre 3G, 4G y Wi-Fi, y que también ofrece la posibilidad de moverse mientras selecciona el tráfico IP para apoyar el acceso 3G/4G y Wi-Fi simultánea.
Capítulo 2: Movilidad y Selección de Acceso a
Redes Multi-modo
2.1 Introducción
Una de las evoluciones prometedoras de tecnologías móviles es la combinación de diferentes tecnologías de acceso inalámbrico existentes con el fin de ofrecer el acceso a los servicios mientras está en movimiento, en cualquier lugar o en cualquier momento que es una de las motivaciones de redes de próxima generación. Como resultado de esto, los últimos dispositivos móviles están integrados con varias interfaces de red y los usuarios quieren estar conectados a la red en cualquier momento y en cualquier lugar. El EPC proporciona funcionalidad 3GPP además de interoperabilidad entre 3GPP y no-3GPP, las tecnologías de acceso de acuerdo con las especificaciones 3GPP da nuevas opciones de movilidad a través del uso de la inter-tecnología de traspaso sobre varias tecnologías de redes de acceso. Las funcionalidades incluyen el descubrimiento de inter funcionamiento de acceso a la red, la autenticación de la terminal, la consistencia y la calidad de servicio de traspaso sin interferencias.
acceso a la detección de red y selección de funciones de la terminal móvil. Tal y como se especifica en la recomendación TS 23.402 [7], sistema de Paquetes Evolucionado (EPS) introdujo una sistema heterogéneo de 3GPP, donde las tecnologías de acceso múltiple están conectados a un núcleo de red común, llamado EPC. Una diferencia fundamental entre la red 3G y el EPC es la capacidad de integrar las tecnologías de acceso que no son 3GPP como WLAN y WiMAX en el núcleo de red EPC definida por el 3GPP y proporcionar acceso a las redes de datos por paquetes (PDN) de este modo. A pesar de que el despliegue inicial EPS sería con la introducción de LTE para proporcionar mayor velocidad de datos, una mayor flexibilidad para redes de acceso múltiples y arquitecturas de red plana, de inter funcionamiento de redes de acceso existentes de soporte de conectividad IP, por lo tanto, se vuelve importante y para el operador móvil seguiría siendo necesario introducir tecnologías de acceso no-3GPP (por ejemplo Wi-Fi, WiMAX, etc.) en EPS por muchas razones, Como:
Para descargar la red de acceso 3GPP
Para complementar los accesos 3GPP y apoyo mayor cobertura. Para lograr convergencia móvil fija (FMC).
La introducción de accesos en las redes no-3GPP en EPS, los operadores de red para hacer frente a al incremento de tráfico de datos móviles y reducir el costo por bit en la red, los operadores necesitan bajar los gastos operacionales y de capital (CAPEX y OPEX) sobre el incremento del tráfico de datos móviles y también el modelo de pago. De hecho, se espera que los ingresos puedan aumentar lentamente en comparación con el aumento del tráfico dirigido por los planes de tarifa fijas y de que los Smartphones con planes ilimitados consuman gran cantidad de tráfico como los iPhone de Apple, Android de google, etc.
Estas políticas permiten que el operador pueda influir en la selección de acceso a la red. Por ejemplo, estas políticas se podrían utilizar para descargar el tráfico de datos 3GPP dirigiendo a la terminal para la selección de acceso no-3GPP para los servicios que no requieren QoS garantizada, por ejemplo, navegación web.
Figura 2-1 Arquitectura de No-itinerantica dentro del EPS
programa de movilidad basado en el host no se utiliza en el 3GPP accede y se supone que el acceso 3GPP es el hogar de enlace, y sólo los protocolos de movilidad basados en la red, ya sea de GTP o PMIPv6 se utilizan más de accesos 3GPP [14]. En este caso, el operador proporciona al cliente un medio de selección de un protocolo de movilidad adecuado. Una comparación entre el host y los protocolos de movilidad basados en la red se ha previsto en el apartado 2.5.3.
La gran ventaja con el esquema basado en host es que puede trabajar a través de cualquier red de acceso, siempre y cuando no es un soporte adecuado en el propio terminal y también puede ser utilizado totalmente transparente a la funcionalidad en la red de acceso. Mientras que la ventaja con el sistema basado en la red es que simplifica la aplicación cliente de terminal, sino que requiere que haya soporte de IP móvil en la propia red. La interoperabilidad de Wi-Fi como un acceso no-3GPP en EPS podría ser una migración de una arquitectura movilidad IWLAN [15] [16] o el operador puede introducir directamente en el EPS para ampliar los servicios y la funcionalidad 3GPP para el entorno de acceso WLAN.
2.2 Las motivaciones y fuerzas impulsoras para el inter funcionamiento
de acceso 3GPP y tecnologías de acceso no-3GPP.
2.2.1 La descarga de la red 3GPP para reducir la carga en la red de acceso 3GPP.
2.2.2 Complementar la cobertura de tecnología de acceso 3GPP.
Las tecnologías de Wi-Fi con acceso no-3GPP integrados con la arquitectura EPC puede proporcionar una cobertura extendida en la parte superior de la cobertura de acceso 3GPP, especialmente en situaciones de interior donde la cobertura 3GPP es buena, pero es fácil de añadir más capacidad a las tecnologías de acceso interior. Además de esto, debido al extenso despliegue y la demanda de tecnologías de acceso no-3GPP como Wi-Fi, por ejemplo en puntos de acceso Wi-Fi pública, en casa, etc., tecnologías de acceso no-3GPP pueden ser una alternativa popular de acceso a las tecnologías de acceso 3GPP. Aparte de esto, las tecnologías de acceso no-3GPP también complementan el acceso no-3GPP además de proporcionar gran ancho de banda y el nivel suficiente de calidad de servicio. En casa o en una zona de punto de acceso público, la terminal se puede conectar directamente al acceso no-3GPP e iniciar una sesión de comunicación en el lugar de acceso a la red de acceso 3GPP siempre disponible.
2.2.3 Núcleo de Paquetes Evolucionado como una red básica para la FMC
2.3 Acceso y Selección de Red.
Figure 2-2 Arquitectura de itinerancia para funcionalidades de Soporte y descubrimiento a la red.
Figure 2-3 - Arquitectura de itinerancia para funcionalidades de Soporte y descubrimiento a la red.
(ISMP) Políticas de Movilidad entre Sistemas: La información facilitada por ANDSF contiene las políticas de movilidad entre sistemas y los datos de acceso específicos de la red para ayudar al nodo móvil con la decisión y ejecución del traspaso entre sistemas. El ISMP es un conjunto de reglas definidos por el operador para una terminal con no más de una conexión de acceso activo a la red (por ejemplo, ya sea LTE o Wi-Fi). Esto significa que, la terminal utiliza la política de movilidad entre sistemas cuando se puede enrutar tráfico IP sólo a través de una única interfaz de acceso de radio en un momento dado. En este caso, la ANDSF es capaz de transmitir indicaciones de traspaso para preparar la ejecución del traspaso que den lugar a la entrega inmediata de activación. Además de esto, la ANDSF también puede proporcionar la optimización de traspaso para la que tiene conocimiento previo de la fuente y las redes de acceso de destino para la terminal. Esta optimización de traspaso reducirá el tiempo que se tarda en completar l a operación crítica de traspaso. Proporciona política de movilidad entre sistemas de la terminal que afectan a las decisiones de movilidad entre sistemas, por ejemplo, una política de movilidad entre sistemas puede indicar que Wi-Fi es preferible sobre 3G mientras se accede a las EPS o en su caso el acceso WiMAX es preferible sobre Wi-Fi.
(ISRP) Políticas de enrutamiento entre Sistemas: En este caso, el ANDSF proporciona una
lista de políticas de enrutamiento entre sistemas a la terminal que son capaces de enrutar el tráfico IP de forma simultánea a través de múltiples interfaces de acceso a radio (por ejemplo, Wi-Fi y LTE). La terminal utiliza las políticas de enrutamiento entre sistemas cuando puede enrutar el tráfico IP de forma simultánea en más de una conexión de red de acceso activo. Tanto la terminal puede emplear Movilidad de flujo IP (IFOM) [20], Conectividad Acceso Múltiple PDN (MAPCON) con el fin de satisfacer las preferencias de enrutamiento y descargar del tráfico de datos del operador a través de:
Decidir cuándo una red por tipo de tecnología o acceso está restringido para un flujo específico de tráfico IP y/o un APN específico.
específico, o todo el tráfico que pertenece a un flujo IP específica, o todo el tráfico de una aplicación específica, etc.)
Tabla 2-1 Organización de la Base de Datos ANDSF
Como podemos ver en la Tabla 2-1, para la red de acceso WiMAX la base de datos proporciona información sobre WiMAX NSP y NAP que ofrece cobertura en células 3GPP respectivamente. Por ejemplo en el 3GPP Cell_1, Proveedor de servicios WiMAX NSP_1 da servicio a los proveedores de acceso de radio WiMAX NAP_1 y NAP_2. Del mismo modo el Proveedor Servicio WiMAX NSP_2 da servicio a los proveedores de acceso de red NAP_2 y NAP_3 también. Del mismo modo en proveedor de servicios de red WiMAX Cell_2 3GPP NSP_2 proporciona servicio a la red NAP_3 Proveedor de Acceso. Además se puede ver que no hay cobertura WiMAX está di sponible en Cell_3 celular 3GPP.
La terminal puede descubrir ANDSF por cualquiera de los tres modos de configuraci ón estática, consulta DNS o por configuración dinámica de DHCP. En caso de consulta DNS, un FQDN específico se utiliza para definirlo por 3GPP, que se da como: "Andsf.mnc <MNC> <MCC> MCC pub.3gppnetwork.org." [22]. Dónde MNC sinónimo de código de red móvil y MCC significa Código Móvil de País de HPLMN de la terminal.
una terminal ubicada en una PLMN casa o un equivalente HPLMN, el nombre de dominio o la dirección IP de la H-ANDSF puede ser descubierto por la terminal mediante una consulta DHCP. El QNAME se debe establecer en el ANDSF-SN FQDN, como se define en la recomendación 3GPP TS 23.003 [24]. Aquí debajo están algunas de las observaciones generales que se pueden hacer en ANDSF:
• E primer lugar, como se define para la I-WLAN (por ejemplo, lista de WLANs preferidas)
que contiene las listas existentes para las preferencias del usuario y del operador con respecto a diferentes redes de acceso múltiple, la ANDSF puede ser visto como "dinámica".
• E segu do lugar, se utiliza para referirse al tipo de equipo de usuario que está siendo
controlado por la red, y también da la posibilidad de la gama completa de centrado totalmente a la red centrada en la terminal.
• E te e luga , de hecho, el acuerdo en 3GPP no era autorizar una estrecha conexión
entre la comunicación entre el ANDSF y la terminal con respecto a los eventos de traspaso. No se puede excluir de este tipo de comunicación que generalmente ocurre cerca de proceso de traspaso.
• E ua to lugar, se definió claramente que la selección de acceso para múltiples redes de
acceso de los sistemas no-3GPP no debe interferir con los procedimientos del 3GPP definidas de acceso de red PLMN de selección [25].
La Figura 2-4 Procedimiento de traspaso entre sistemas 3GPP y no-3GPP utilizando ANDSF
Como se muestra en la Figura 2-4 los pasos descritos se pueden resumir de la siguiente manera:
1. Conectividad inicial: La terminal se conecta inicialmente a la red 3GPP. El procedimiento sigue siendo el mismo si la terminal se conecta inicialmente a la red de acceso no-3GPP y quiere cambiar a la red de acceso de 3GPP.
diferentes redes no-3GPP como WLAN y WiMAX. La terminal puede seleccionar estas redes de acceso cuando estén disponibles.
3. Descubrimiento ANDSF: De acuerdo con el descubrimiento ANDSF, la terminal puede descubrir ANDSF utilizando DHCP o las opciones de consulta DNS.
4. Actualización de directiva basada en disparadores de red: Sobre la base de red la ANDSF envía una política de movilidad entre sistemas actualizados a la terminal. Como se describió anteriormente, la política de movilidad entre sistemas incluye las condiciones de validez, es decir, condiciones que indican cuando la política es válida. Por ejemplo, la duración de tiempo, área de ubicación, etc.
5. Evaluación de acceso a redes no-3GPP por descubrir: La siguiente es una evaluación de las redes no-3GPP como serán descubiertas. Esto significa que, las políticas de movilidad entre sistemas especifican las redes de acceso que la terminal puede seleccionar y conectarse, la terminal tiene tantos radios WLAN y WiMAX. En este caso, la política de movilidad entre sistemas proporcionados por el operador permite que el equipo de usuario pueda seleccionar las redes WiMAX o Wi-Fi en todas las condiciones. La terminal, teniendo en cuenta la política local de la terminal, por ejemplo, la configuración de las preferencias del usuario, historial de acceso, obtiene información acerca de la disponibilidad tanto de Wi-Fi y redes de acceso WiMAX en sus proximidades.
6. Solicitud de Acceso a la Información de Red: La terminal envía una petición a ANDSF para obtener información acerca de las redes de acceso disponibles. La terminal también incluye su información de ubicación en la solicitud. ANDSF puede limitar la información que se envíe a la terminal sobre la base de los ajustes internos.
7. Respuesta de acceso a la información de Red: El ANDSF envía una respuesta a la terminal que incluye la lista de tipos de redes de acceso disponibles (en orden de preferencias del operador), identificador de red de acceso y el identificador de PLMN. En este caso, el ANDSF responde con disponibilidad tanto de WLAN y la red WiMAX en la vecindad de la terminal.
descendente) de difusión y determina la presencia de la red WiMAX. Dado que la red WiMAX es la red preferida y desde la terminal se ha verificado la presencia de la red WiMAX, la terminal no comprueba la presencia de la red WLAN.
9. Selección de Red no-3GPP: La terminal selecciona la red de acceso disponible preferida para la movilidad entre sistemas. En este caso, la terminal selecciona la red de acceso WiMAX.
10. Procedimientos de cambio entre sistemas
La terminal inicia el procedimiento de cambio entre sistemas a la red de acceso no-3GPP seleccionado.
2.3.1 Descubrimiento de ANDSF
Como se describió anteriormente, el ANDSF proporciona políticas de movilidad entre sistemas e información específica de acceso a la red para las terminales y ayudar a realizar el traspaso entre sistemas. Este conjunto de información se puede proporcionar a las terminales por el operador de origen o proporcionarlo dinámicamente por el ANDSF través de la interfaz S14 tal como se define en la recomendación TS23.402 y TS24.302. Según en el escenario sin itinerancia, el H-ANDSF se descubre a través de la interacción con el servidor de nombres de dominio o la función del servidor DHCP. La dirección H-ANDSF también puede ser proporcionado al equipo de usuario. Nuevas opciones DHCPv4 y DHCPv6 se habilitan en las terminales para descubrir entidades ANDSF en una red IP que se definen en IETF RFC 6153 [26]. La ANDSF responde a las solicitudes de información de descubrimiento de la red de acceso que se llama la operación en modo de tracción y también es capaz de iniciar la transferencia de datos a las terminales que se llama el funcionamiento en modo de empuje, basado en red o desencadena como resultado de la comunicación anterior con la terminal.
En segundo lugar, un acceso adecuado se debe seleccionar para las terminales que proporciona un buen rendimiento del servicio. Es deseable que la selección de red de acceso se produzca de una manera sencilla sin la necesidad de que el usuario final esté involucrado, por lo tanto, la selección de red de acceso se realiza automáticamente y debe ser adecuado para el servicio utilizado. Un operador de red deberá ser capaz de proporcionar reglas y restricciones que se pueden enlazar a la suscripción del usuario o el tipo de dispositivo que se utiliza para el acceso (por ejemplo, el tipo de terminal). También debería ser posible para un operador para gestionar la carga de diferentes redes de acceso. Desde la perspectiva del usuario, el usuario puede influir en la selección de red de acceso mediante la configuración de las preferencias en consecuencia.
2.4 Beneficio de ANDSF
Cuando una terminal móvil se mueve a través de una red heterogénea, en donde tiene que descubrir otras tecnologías de radio disponibles en su proximidad, y que potencialmente podría ser preferible a la tecnología de radio utilizada actualmente. Por ejemplo, una terminal móvil que utiliza la tecnología de acceso de radio 3GPP como 2G, 3G o 4G necesita descubrir cuando el acceso Wi-Fi móvil esté disponible y posiblemente desencadenar un traspaso a Wi-Fi móvil si este es preferible para el usuario o sobre la base de políticas de los operadores predefinidos, o si la señal de radio de su celular 3GPP no es la óptima y comienza a empeorar significativamente. Cuando un usuario cambia de conexión de una red a otra o al salir de la zona de cobertura, se necesita hacer un traspaso sin problemas de tal manera que las sesiones de servicio en curso no se interrumpan. La operación de traspaso requiere conmutación de las interfaces dentro de un dispositivo y también implica la reconfiguración sin fisuras de las redes de apoyo después del descubrimiento de la célula.
Aunque esto es muy simple y no requiere ninguna modificación en la red, algunos de los problemas son que:
El consumo de batería puede aumentar considerablemente, sobre todo cuando exigimos descubrimiento rápido.
La información para descubrir las células vecinas está limitada.
Las terminales deben de tener dos receptores que trabajan en paralelo una dedicada a la exploración y otra para las comunicaciones en curso.
Largo retardo desde que un terminal entra en una región en la que el traspaso sería beneficioso hasta que el escaneo ciego descubre el acceso disponible.
Esto conduce la necesidad del descubrimiento de red de acceso asistido por red y esta es la razón principal por qué ANDSF es un algoritmo evaluado.
Además de los beneficios anteriormente indicados, ANDSF ofrece las siguientes ventajas:
Descubrir la información sobre las redes contiguas.
Construcción dinámica de la función del repositorio de la base de datos de la información. Determinar qué información es útil para proporcionar a los móviles.
Incluye condiciones de validez de la información proporcionada, es decir, indicar si las políticas de información proporcionados son válidos o no.
El ANDSF/MO se utiliza para gestionar las políticas de movilidad entre sistemas, así como para descubrir la información a las redes de acceso almacenada en las terminales. La información de ISRP consiste en un conjunto de una o más políticas de enrutamiento entre sistemas. Cada regla contiene indicaciones sobre la distribución del tráfico para los equipos de usuario que están configuradas para IFOM (Movilidad IP) [20], MAPCON (Conectividad Multi-Accesso PDN) o no integrada para desembocar en la WLAN. ANDSF es un servidor que proporciona los parámetros relevantes que permite al equipo de usuario utilizar las políticas de la movilidad entre sistemas además del descubrimiento de la red de acceso. Como podemos ver desde en la Figura 2-3, la interacción UE-ANDSF se hace uso de la interfaz S14, que utiliza OMA DM.
dispositivos (DM) especificaciones del protocolo, la versión 1.2 o superior, y se define utilizando la OMA DM Marco de Descripción de Dispositivo (DDF) [21]. El modus operandi consiste en los parámetros relevantes para la información de descubrimiento de movilidad entre sistemas de formulación de políticas y el acceso a la red que pueden ser manejados por el ANDSF. Estos requisitos de servicio y funcionales para el descubrimiento de la red de acceso y la selección se describen respectivamente. Los siguientes nodos y objetos hoja son posibles bajo el nodo ANDSF como se especifica en la actual norma de 3GPP.
Figura 2-7: El ANDSF MO (parte 3 de 3)
2.4.1 Descubrimiento de Red de Acceso Asistido por una Red
Como es sabido, el descubrimiento de red de acceso asistida es típico por la solución de red comúnmente usada en redes celulares en la que debe tener en cada célula, en la que transmiten una lista de células vecinas que generalmente de la misma tecnología de radio o tecnología de radio diferente que puede servir como candidatos de traspaso. La misma idea puede ser aplicada para el descubrimiento de redes 3GPP o no-3GPP, a condición de que toda la herencia de redes 2G, 3G o 4G sea mejorada a fin de transmitir la información sobre células de vecino Wi -Fi y viceversa.
está equipado con un receptor único, hay que asegurarse de que la señal de radio recibida de células vecinas se mide sin perder ningún dato de la celda de servicio. Para asegurar esto, la estación base de servicio tiene que programar las oportunidades de medición a un dispositivo móvil, es decir, las ventanas de tiempo corto en el que el dispositivo puede dejar de forma segura su celda en servicio, digamos 3GPP, y medir las frecuencias de radio Wi-Fi contiguas. Esta solución para el descubrimiento de células contiguas crea la necesidad de interoperabilidad de tecnologías de la programación de la medición y la coordinación.
Como alternativa a esta solución, si es necesario para reducir al mínimo las modificaciones de los sistemas de radio heredados, la información sobre células adyacentes puede no ser transmitida en canales de radio, sino más bien ser recuperada por el terminal móvil a partir de una entidad funcional especial en la red. Esta entidad ya ha sido estandarizada por el 3GPP con el fin de facilitar el descubrimiento de las células de red de acceso no-3GPP (puntos de acceso), y es llamado el descubrimiento de red de acceso y la función de selección (ANDSF). Esta función puede ser considerada como una base de datos dinámica de los controles del operador y que se consulta por los móviles (por ejemplo, con un protocolo específico sobre IP) cada vez que necesitan para descubrir células vecinas de la tecnología de radio de cualquier tipo o algunas muy específicas. Es fácil de reconocer que una solución de ese descubrimiento evita cualquier impacto en los sistemas de radio y el costo asociado de la actualización. El ANDSF también se puede utilizar para proporcionar políticas de operador dinámicos para los dispositivos móviles, que pueden afectar el comportamiento de los dispositivos sobre la base de algunas preferencias y reglas del operador dinámico. Además, el ANDSF puede proporcionar información adicional sobre las células vecinas, tales como capacidades de calidad de servicio, la capacidad de servicio, velocidad de carga, y una serie de otros atributos que no se pueden emitir de forma continua en los canales de radio, debido a la alta demanda de capacidad de radio. El marco ANDSF también proporciona mecanismos adicionales que también pueden ser utilizados para mitigar los ataques anteriores y para proteger a los intercambios de mensajes entre el cliente y el servi dor ANDSF en la capa superior.
2.4.2 La movilidad basada en cliente
En el desarrollado 3GPP que conecta a la red EPS, el apoyo de movilidad basada en el cliente (DSMIPv6) es proporcionado vía el interfaz S2c tanto para tecnologías de acceso redes seguras 3GPP como para redes no seguras de no-3GPP.
En ambos casos, la puerta de acceso para los paquetes de datos actúa como el HA (Acceso Local). En el IETF RFC 4877 [27] es usado a fin de asegurar la señalización de DSMIPv6 y los detalles de los aspectos de seguridad son especificados en la recomendación 3GPP TS 33.402 [17]. El primer procedimiento que la terminal tiene que realizar para la inicialización de DSMIPv6 es el descubrimiento del nodo que interpreta como él HA. La terminal puede descubrir las direcciones IP del AH en una en una de las cuatro formas siguientes [28]:
A través de DNS;
A través de adjuntar procedimiento de acceso 3GPP o no-3GPP de confianza (si es compatible) con base en las opciones de configuración del protocolo;
A través del protocolo IKEv2 durante la configuración de túnel para ePDG para accesos en los que no se confía no-3GPP;
A través de DHCPv6
Por esta razón, la terminal realiza un intercambio de IKEv2 con él HA antes de establecer el túnel de la movilidad como se ha descrito anteriormente.
2.4.3 La movilidad basada en red
Como sabemos, la introducción del EPC permite a los operadores de red implementar y operar el núcleo de paquetes común para las tecnologías de acceso de radio 3GPP (E-UTRAN, UTRAN, y GERAN), así como otras redes de acceso alámbricas o inalámbricas (por ejemplo, eHRPD, WLAN, WiMAX, xDSL y Cable), proporcionando al operador con un conjunto común de servicios y capacidades a través de las redes.
mecanismo de la movilidad basada en red permite la movilidad de IP para máquinas individuales sin necesidad de su participación en cualquier señalización relacionada con la movilidad. La red es responsable de la gestión de la movilidad IP en nombre del anfitrión. Esto significa que las entidades de movilidad en la red son responsables para el seguimiento de los movimientos del usuario e iniciar la señalización de la movilidad requerida en nombre del mismo. En la evolución del núcleo de paquetes en redes 3GPP, el mecanismo de movilidad de apoyo basada en la red (basada en PMIPv6) se proporciona a través de la interfaz S2 para las tecnologías de acceso 3GPP y confianza a través de la interfaz de S2b para las tecnologías no confiables de acceso no-3GPP.
En ambos casos, la PDN GW actúa como la movilidad de anclaje local (LMA). En el caso de la tecnología de acceso no confiables no-3GPP, el router de acceso (AGW) dentro de la red de acceso no-3GPP actúa como el router de acceso a la movilidad (MAG), mientras que en caso de que no se confía no-3GPP acceder a la puerta de enlace de datos de paquetes evolucionado ( ePDG) actúa como el MAG. El soporte de movilidad basada en la red se proporciona con túneles PMIPv6 cuando se trata de la arquitectura de itinerancia con interfaces basadas en PMIPv6 como S8, S2a/b y encadenado S2a/b. En este caso, el GW actúa como una ML o PMIPv6 de señalización hacia la función de MAG de las tecnologías de acceso no-3GPP de confianza o el ePDG y en este caso el GW porción también actúa como un MAG hacia la PDN GW. Un mensaje de actualización de (PBU) se envía a la PDN GW (LMA) desde la terminal hacia el GW. Al recibir el mensaje, el server GW envía otro mensaje PBU hacia la LMA.
Del mismo modo, al recibir el mensaje de unión (PBA) de la LMA, el server GW envía otro mensaje PBA hacia el MAG. En este caso, existen dos túneles PMIPv6 en lugar del habitual un túnel que es uno entre el MAG y el server GW y la otra entre el GW sirviendo y la LMA. Por último, el server GW mantiene sus propias tablas de cachés vinculantes para el túnel PMIPv6 hacia el MAG y el LMA también mantiene sus propias tablas cachés vinculantes para el túnel PMIPv6 hacia el server GW.
2.5 Modo de Selección en la Movilidad IP
de cuál de los dos métodos se utilizara para desplegar en sus redes. Esto significa que, los planes de movilidad apoyados entre las tecnologías de acceso 3GPP y no-3GPP dentro de un operador de red y de su socio de itinirencia dependerán de la elección del operador. Y en este caso, el operador también puede optar por implementar estos dos mecanismos de movilidad. Para las redes de apoyo de múltiples mecanismos de movilidad, de modo Movilidad IP es seleccionado por el HSS/AAA basado en la información que tiene con respecto al equipo de usuario, la capacidad local de la red doméstica y las políticas de red local hacia el usuario. Para llevar a cabo el mecanismo de movilidad inter tecnología en la EPS integrados, una nueva característica llamada el modo Selección de Movilidad IP (IPMS) que se ha definido. En las tecnologías de acceso 3GPP, sólo podemos elegir entre dos protocolos basados en la red de movilidad (PMIPv6 o GTP y la selección de un protocolo de movilidad sobre el otro no tiene impacto en el terminal ya que la elección de la red de protocolo es transparente para el equipo del usuario. Pero, hay que señalar que aunque diversos protocolos de movilidad se admiten en un despliegue de red, sólo un único protocol o se utiliza a la vez para un equipo de usuario y acceso a determinado tipos. EPS ha definido diferentes medios para la forma en que el mecanismo de selección del modo de movilidad IP puede apoyarse entre 3GPP y tecnologías de acceso no-3GPP en un operador y la red de su socio de itinerancia mediante uno de los siguientes mecanismos de movilidad interregional de acceso:
los mecanismos del modo de movilidad IP, la red no podrá ser capaz de proporcionar continuidad de la sesión para el equipo del usuario.
Configuración dinámica: el segundo mecanismo es tener una selección más dinámica en el que la decisión de utilizar movilidad basa en la red o movilidad base en el cliente se hace como parte de los procedimientos de adjuntar HO. Este mecanismo consiste en la selección del protocolo de gestión de movilidad IP y la decisión sobre la conservación de direcciones IP. Como se dijo anteriormente, hay que señalar que las tecnologías de acceso 3GPP sólo son compatible con las basadas en red mediante uno de los dos protocolos de movilidad (PMIPv6 o GTP) y por lo tanto, la selección del modo de movilidad sólo es necesaria cuando el terminal está utilizando tecnología de acceso no-3GPP. Tras la unión inicial a un acceso no-3GPP, el equipo del usuario realiza IPMS proporcionando una indicación durante la autenticación de acceso de red para la EPC. Para la red de acceso de confianza, se proporciona la indicación antes de que una dirección IP se asigna a la terminal, mientras que en la red de acceso no es de confianza, se proporciona la indicación de señalización durante IKEv2 para establecimiento de túneles IPSec con el ePDG. Cuando el equipo de usuario proporciona una indicación explícita para IPMS, a continuación, la red debe proporcionar la indicación a la terminal y la identificación del mecanismo de gestión de movilidad seleccionado.
