Procedimientos para el cálculo de la capacidad de transmisión en sistemas GPRS

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA “Procedimientos para el cálculo de la capacidad de transmisión en sistemas GPRS”. Autora: Irina Benignovna Siles Siles. Tutor: MSc, Héctor Cruz Enríquez. Santa Clara 2007 "Año 49 de la Revolución”.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA “Procedimientos para el cálculo de capacidad de transmisión en sistemas GPRS” Autora: Irina Benignovna Siles Siles [email protected]. Tutor: MSc, Héctor Cruz Enríquez [email protected]. Santa Clara 2007 "Año 49 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. “Educar es depositar en cada hombre toda la obra humana que le ha antecedido: es hacer a cada hombre resumen del mundo viviente, hasta el día en que viva; es ponerlo al nivel de su tiempo, para que flote sobre él, y no dejarlo debajo de su tiempo, con lo que no podrá salir a flote; es preparar al hombre para la vida” José Martí..

(5) ii. DEDICATORIA. ….A la memoria de mi abuelo..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A mis padres y mi hermana por estar siempre a mi lado. A mi abuela y mi tía por sostenerme cuando me flaquearon las fuerzas. A Héctor por su apoyo incondicional. A todo el colectivo de profesores por contribuir en mi formación como profesional. A todos aquellos que de una forma u otra me brindaron su ayuda. Gracias.

(7) iv. TAREA TÉCNICA. 1. Búsqueda bibliográfica y estudio de trabajos relacionados con el tema. 2. Estudio del Sistema General de Paquetes de Radio (por sus siglas del Inglés GPRS). 3. Estudio de la topología empleada en la red GPRS. 4. Análisis y desarrollo de un algoritmo para el cálculo de la capacidad de transmisión de los usuarios de la red GPRS. 5. Análisis del dimensionamiento y estadísticas de tráfico del sistema GSM en la provincia de Villa Clara para determinar la capacidad de transmisión de los usuarios GPRS. 6. Confección de un informe.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. El presente trabajo propone un algoritmo para el cálculo de la capacidad de transmisión de los usuarios GSM utilizando el servicio GPRS para la provincia de Villa Clara. Para esto se hace uso de tres capítulos los cuales se describen a continuación. En el capítulo I se brinda una breve introducción al sistema GPRS. De manera general, se muestra la arquitectura de red del sistema, los elementos en común con el ya existente sistema GSM, así como las funciones más representativas de cada uno de los subsistemas. Por otro lado se describen los componentes de red, las diferentes interfaces, los canales físicos y lógicos que intervienen. El capítulo II aborda las características generales de la interfaz de radio haciendo énfasis en la transferencia de datos entre una estación móvil y una red de datos, así como en el proceso de reselección celular. El capitulo III describe el algoritmo propuesto en este trabajo para el cálculo de la capacidad de transmisión de los usuarios GPRS. El procedimiento ha sido implementado sobre la infraestructura de red GSM de ETECSA en la provincia de Villa Clara..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA................................................................................................................iv RESUMEN .............................................................................................................................v INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................1 Organización del informe ...................................................................................................3 CAPÍTULO 1.. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS.........................................4. 1.1. Evolución hacia el sistema GPRS................................................................................4 1.2 Arquitectura de red de GPRS........................................................................................5 1.3 Estaciones Móviles en GPRS .......................................................................................7 1.4 Funciones de red en los sistemas GPRS .....................................................................10 1.5 Interfaces de GPRS y puntos de referencia ................................................................16 1.6 Arquitectura de protocolos de GPRS..........................................................................19 1.7 Canales lógicos de paquetes de datos de GPRS .........................................................24 1.7.1 Mapeo de canales lógicos de paquetes de datos dentro de los canales físicos ....26 1.8 Interfaz de Radio (Um) ...............................................................................................28 1.8.1 Principios de la gestión de recursos de radio.......................................................28.

(10) vii 1.8.2 Estructura de multitrama PDCH ..........................................................................29 1.8.3 Modos de operación de los recursos de radio ......................................................31 1.8.4 Capa de enlace físico ...........................................................................................32 1.8.5 Codificación de canal...........................................................................................33 1.9 Reselección de la célula..............................................................................................34 1.10 Control del acceso al medio y control del enlace de radio ......................................37 CAPÍTULO 2.. PROCEDIMIENTO Y FUNCIONES DE SEÑALIZACION EN EL. SISTEMA GPRS 41 2.1 Canales Físicos en GPRS............................................................................................41 2.2 Característica de los recursos de radio en los sentidos ascendente/descendente ........43 2.3. Asignación de recursos de radio y transferencia en sentido descendente.............44. 2.4 Asignación de recursos de radio y transferencia en sentido ascendente.....................47 2.5 Cambio de célula en GPRS.........................................................................................49 2.6 Funciones implicadas en la gestión de tráfico ............................................................52 CAPÍTULO 3.. ALGORITMO PARA EL CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE. TRANSMISIÓN EN LOS SISTEMAS GPRS.....................................................................53 3.1 Procedimiento general ................................................................................................53 3.2 Objetivos de calidad para el dimensionamiento .........................................................54 3.3 Procedimiento de dimensionamiento..........................................................................55 3.4 Diagrama de flujo .......................................................................................................56 3.5 Descripción de los pasos del dimensionamiento ........................................................57 3.6 Implementación del algoritmo en el sistema GSM de la provincia de Villa Clara ....65 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................68 Conclusiones.....................................................................................................................68 Recomendaciones .............................................................................................................68.

(11) viii REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................70 GLOSARIO DE ACRÓNIMOS...........................................................................................72.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. La idea de sistemas de radio celulares se originó en los laboratorios Bell (en E.U) a principios de los años 70, pero fue en los 80 que se introdujo el sistema móvil celular para uso comercial. Durante la década de los 80 los sistemas telefónicos celulares analógicos experimentaron un crecimiento muy rápido en Europa, pero inicialmente cada país desarrolló su propio sistema, por lo que en 1982 la Conferencia Europea de Correo y Telecomunicaciones (del inglés Conference of European Posts and Telecommunications, CEPT) formó el Grupo Especial de Móviles (del inglés Groupe Special Mobile, GSM) con el objetivo de desarrollar un sistema de radio celular móvil pan-Europeo (El acrónimo GSM se convirtió luego en “Global System for Mobile communications”). El sistema GSM fue desarrollado empleando la tecnología digital desde su comienzo y su uso comercial comenzó a mediados de 1991. A finales de los 90’ Internet se hacía cada vez más dominante y la industria inalámbrica vio la comunicación de datos móviles como una oportunidad de crecimiento, así que se dio a la tarea de definir nuevos sistemas inalámbricos: los sistemas de 3ra Generación (3G) basados en la transmisión de paquetes de datos. De manera que surgieron tres nuevos estándares; CDMA2000 (evolución de IS-95), EDGE (evolución de GSM para el espectro existente) y W-CDMA (evolución de GSM para un nuevo espectro empleando una portadora WCDMA de 5 MHz) La evolución de GSM a 3G se basa en añadir gradualmente más funcionalidad, posibilidades y valor a la red GSM existente. El comienzo está marcado por una mejora de la red GSM introduciendo la tecnología del Sistema General de Paquetes de Radio (del inglés General Packet Radio System, GPRS)..

(13) INTRODUCCIÓN. 2. Como en el estándar GSM, el GPRS se introdujo en varias fases. En 1997 se especificó la fase I de GPRS para implementar la conmutación de paquetes en la red GSM. El estándar define los requerimientos esenciales como la transferencia de datos punto-a-punto, el uso eficiente de los escasos recursos de radio, los esquemas de codificación, un servicio flexible con esquemas de cobros basados en el volumen de datos transmitidos, las características de seguridad y las capacidades TCP/IP y X.25. En 1999 se publicó la especificación de la fase II de GPRS introduciendo soporte para servicios de punto-a-multipunto y otros servicios adicionales. GPRS provee a GSM de una interfaz de aire para paquetes de datos y de una “red central o núcleo” basada en IP. La implementación relativamente reciente de la tecnología GSM en nuestro país, cuenta con la experiencia adquirida en varios años por los especialistas encargados de su desarrollo. Actualmente solo se encuentra en la etapa inicial en el camino hacia la tecnología de 3G y se está comenzando a trabajar en la implementación de servicios de transmisión de datos sobre la red. De manera que existen pocos estudios anteriores con el objetivo de obtener variantes concretas para el diseño de la red GPRS en las condiciones reales de la red GSM de Cuba. El móvil de investigación del presente trabajo consiste en hacer un análisis exhaustivo de todos los elementos de la red GPRS que puedan ser objeto de diseño o que deban tenerse en cuenta en la evolución de la red GSM hacia una red GSM-GPRS. A partir de esta idea se diseña un procedimiento para el cálculo de la capacidad de transmisión de una red GPRS que se ajuste a las condiciones actuales de la red GSM en la provincia de Villa Clara. Objetivo general: Diseñar un algoritmo para el cálculo de la capacidad de transmisión de la red GPRS que permita optimizar la infraestructura de la red GSM para la transmisión de datos sin afectar el desempeño de dicha red al brindar los servicios convencionales para los que fue implementada. Objetivos específicos: 1. Realizar un análisis detallado de la estructura de red y funcionalidades del sistema GPRS..

(14) INTRODUCCIÓN. 3. 2. Caracterizar los elementos que intervienen en la capacidad de transmisión para el servicio GPRS. 3. Elaborar una documentación técnica para la capacitación del personal que opera sobre sistemas GSM-GPRS. 4. Proponer un procedimiento para el cálculo de la capacidad de transmisión del sistema GPRS. Organización del informe El informe ha sido organizado en tres capítulos: “Funcionalidades del sistema GPRS”, “Procedimiento y funciones de señalización en el sistema GPRS” y “Algoritmo para el cálculo de la capacidad de transmisión para el sistema GPRS”. En el primer capítulo se proveen una serie de conceptos teóricos relacionados con la arquitectura y funciones del sistema GPRS que preparan al lector para la comprensión general del sistema. En el segundo capítulo se presentan las características generales de la interfaz de radio y además se describe la transferencia de datos entre una estación móvil y una red de datos. El tercer y último capítulo describe el algoritmo para el cálculo de la capacidad de transmisión del sistema GPRS sobre una infraestructura de red GSM. Además, el mismo se aplica sobre una estructura de red GSM en localidades de la provincia de Villa Clara. ..

(15) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 4. CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. En este capítulo se da una breve introducción sobre algunos tópicos que se han considerado importantes para la comprensión de la temática abordada en este trabajo relacionada con el dimensionamiento del sistema GPRS. El mismo se ha organizado en 10 epígrafes y algunos subepígrafes correspondientes donde se recogen una serie de aspectos teóricos relacionados con la arquitectura y funciones del sistema. Se asume que el lector está ya al corriente del funcionamiento de los sistemas móviles de conmutación de circuito como es el caso de GSM. 1.1. Evolución hacia el sistema GPRS Poco después de que las primeras redes GSM llegaron a ser operacionales y que el uso de los servicios de datos de GSM comenzaba, se tornó evidente que los servicios portadores de conmutación de circuitos no se adecuaban para algunos tipos de aplicaciones de datos. Las conexiones de conmutación de circuitos presentan un tiempo de acceso a la red bastante extenso y la facturación de las llamadas se basa en el tiempo de conexión. En las redes con conmutación de paquetes, las conexiones no reservan recursos permanentemente, pero hacen uso de un conjunto común (enlaces troncales), lo cual resulta muy eficiente en este tipo de aplicaciones. El sistema GPRS, podría tener un tiempo de acceso a la red muy corto y el cobro de la llamada podría estar únicamente basado en la cantidad de datos transmitidos, además de que introduciría servicios portadores de conmutación de paquetes al sistema GSM ya existente. En el sistema GPRS un usuario puede acceder a la red de datos pública usando protocolos de direccionamiento estándares (IP, X.25), los cuales pueden ser activados.

(16) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 5. cuando la estación móvil (del inglés Mobile Station, MS) se encuentre conectada a la red GPRS. Las MSs de GPRS pueden utilizar entre uno y ocho canales sobre la interfaz de radio dependiendo de las capacidades de la misma, y estos canales serán dinámicamente asignados a una MS cuando necesite transmitir o recibir paquetes. En la red de GPRS, los canales ascendentes y descendentes son reservados de forma independiente permitiendo tener estaciones móviles multirranura con varias capacidades ascendentes y descendentes. La asignación de recursos en la red GPRS es dinámica y depende de la demanda y los recursos disponibles. Los paquetes también pueden ser enviados en tiempos libres entre llamadas de voz. Con el sistema GPRS es posible la comunicación punto-a-punto y puntomultipunto, este también soporta servicios de mensajes cortos (del inglés Short Message Service, SMS) y accesos anónimos a la red. La máxima capacidad teórica de tráfico en los sistemas GPRS es de 160kbps por MS usando los 8 canales sin corrección de errores. 1.2 Arquitectura de red de GPRS En la figura 1.2.1 se observa una arquitectura funcional de la red GPRS. El sistema GPRS adiciona algunos elementos de red a la ya existente red de GSM [1]. Dentro de ellos los más importantes de todos son el nodo de soporte para el servicio GPRS (del inglés Serving GPRS Support Node, SGSN) y el nodo de soporte de pasarela GPRS (del inglés Gateway GPRS Support Node, GGSN). Otro elemento de red importante que se adiciona es el Centro de servicios punto-multipunto (del inglés Point –to- Multipoint Service Center, PTM-SC), el cual se dedica a los servicios multipuntos en la red GPRS. También aparece la pasarela de frontera (del inglés Border Gateway, BG), la cual es necesaria principalmente por razones de seguridad y se sitúa en las conexiones con el backbone inter-PLMN (del inglés Public Land Mobile Network, PLMN) de la red. Los backbones inter-PLMN e intraPLMN de la red han sido considerados también como nuevos elementos, ambos utilizan protocolos de red basados en IP..

(17) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 6. Figura 1.2.1 Arquitectura funcional de GPRS Mientras que los sistemas GSM convencionales son originalmente diseñados con énfasis en las conexiones de voz, el objetivo principal de GPRS es ofrecer un acceso a las redes estándares de datos como TCP/IP y X.25. Otras redes consideran a GPRS como una subred tradicional, ver figura 1.2.2. Un GGSN en la red GPRS se comporta como un enrutador y oculta las características específicas de GPRS de las redes de datos externas.. Figura1.2.2 La red GPRS vista por otra red de datos.

(18) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 7. El usuario móvil puede tener una dirección de red estática o dinámica y el tráfico de datos podrá siempre utilizar la pasarela indicada en la figura 1.2.2. Sin embargo el operador de red local puede obligar a todo el tráfico generado a usar el GGSN por razones de seguridad. La figura 1.2.3 ilustra como un usuario en su red local (caso 1) y otro en una red visitada (caso 2) se comunican con el exterior a través de su GGSN local.. Figura 1.2.3 Transferencia de datos. Cada red puede tener un rango de direcciones disponibles que pueden ser asignadas de forma dinámica a los usuarios por el GGSN. Las direcciones dinámicas se asignan a los usuarios solamente durante el tiempo de conexión. Para evitar el enrutamiento de paquetes a través de la red local, estas direcciones pueden ser asignadas por el GGSN de la red visitada (caso 3). Las direcciones dinámicas podrían ser asignadas por el GGSN de la red local por razones de seguridad (caso 2). Los tráficos de entrada y salida podrán ser facturados de acuerdo a la cantidad de datos transmitidos, el protocolo utilizado, el tiempo de conexión, etc. 1.3 Estaciones Móviles en GPRS El Equipo Terminal (del inglés Terminal Equipment, TE) es el terminal de cómputo en el cual el usuario final trabaja. Éste es el componente utilizado por el sistema GPRS para.

(19) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 8. transmitir y recibir paquetes de datos desde/hasta el usuario final. Por ejemplo, el TE puede ser una computadora portátil. El Terminal móvil (del inglés Mobile Terminal, TM) realiza funcionalidades de GPRS. El TM establece un enlace lógico con un SGSN, lleva a cabo la actualización de la posición, así como la transferencia de datos del usuario en la interfaz de aire. La red de GPRS proporciona conectividad IP entre el TE y la red corporativa o Internet. Desde el punto de vista de un TE, se puede comparar el terminal móvil a un módem y conectar el TE con una red de datos. Como ilustra la figura 1.3.1 la combinación de un TE y un TM forman la Estación móvil (del inglés Mobile Station, MS), aunque también los componentes de un TM y de un TE se pueden ubicar en el mismo equipo.. Figura 1.3.1 Estación Móvil de GPRS Las estaciones móviles de GPRS pueden funcionar en tres modos diferentes: − La clase A, soporta simultáneamente tráfico de conmutación de circuitos y de conmutación de paquetes. − La clase B, soporta el tráfico de conmutación de circuitos y el tráfico de conmutación de paquetes, pero no mantiene ambas clases de tráfico simultáneamente..

(20) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 9. − La clase C, solo puede trabajar con uno de los dos conmutadores, ya sea como un terminal de conmutación de circuitos o de paquetes. Algunas características que pueden distinguir a las estaciones móviles son: -Capacidad de la energía de RF (energía máxima en la transmisión). -Capacidad de enviar mensajes cortos (SMS). -Gamas de frecuencia (900/1800 o/y 1900). -Capacidad Multirranura descendente + ascendente (por ejemplo, una MS 3+1 puede manejar un máximo de 3 ranuras de tiempo en sentido descendente y 1 ranura de tiempo en sentido ascendente). Cuando una MS soporta el empleo de múltiples ranuras de tiempo, será clasificada en correspondencia con una clase de multirranura [2]. La clase de multirranura se define como una combinación de varios parámetros: − El número máximo de ranuras de tiempo recibidas que la MS puede utilizar por trama TDMA (del inglés Time Division Multiplex Access). − El número máximo de ranuras de tiempo transmitidas que la MS puede utilizar por trama TDMA. − El número total de ranuras de tiempo ascendentes y descendentes que pueden ser utilizadas por la MS por trama TDMA. − El tiempo necesitado por la MS para realizar la medición del nivel de señal de las células adyacentes y estar lista para transmitir. − El tiempo necesitado por la MS para estar lista para trasmitir. − El tiempo necesitado por la MS para realizar la medición del nivel de señal de las células adyacentes y estar listo para recibir. − El tiempo necesitado por la MS para estar lista para recibir. − Capacidad de transmitir y recibir al mismo tiempo. Tipo 1: la MS no requiere trasmitir y recibir al mismo tiempo..

(21) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 10. Tipo 2: la MS requiere trasmitir y recibir al mismo tiempo. Una combinación de estos factores conlleva a definir 29 clases de MS. 1.4 Funciones de red en los sistemas GPRS Las partes del sistema GPRS que realizan la conmutación de los paquetes de datos son llamadas nodos de soporte para el servicio GPRS (SGSN) y nodos de soporte pasarelas para el servicio GPRS (GGSN). Los SGSN y los GGSN de forma general son separados físicamente de la parte de conmutación de circuitos. Las otras partes de la arquitectura GPRS utiliza elementos comunes de la red GSM. El Subsistema de la estación base (del inglés Base Station Subsystem, BSS) consiste en una Estación Base Controladora o Controlador de Estación Base (del inglés Base Station Controller, BSC) y una Estación Base transmisora-receptora (Base Transceiver Station, BTS). Para la implementación del BSS en el sistema GPRS, se requiere un nuevo software en el BSS y un nuevo hardware para implementar la Unidad de Control de Paquetes (del inglés Packet Control Unit, PCU) como muestra la figura 1.4.1. La PCU consta de un software central y tableros adicionales equipados con software específicos. El principal tablero adicional es conocido como RPP. La función del RPP es distribuir los paquetes de datos entre la nueva interfaz Gb (implementada entre la BSC y el SGSN) y la A-bis (implementada entre el BTS y la BSC). La capacidad por RPP se estima como 150 canales físicos de GPRS.. Figura 1.4.1 Estructura del BSS. La BTS es el equipo de radio que transmite y recibe la información sobre la interfaz de aire para permitirle a la BSC la conmutación con las MSs en el área de servicio de la BSC. Un grupo de BTSs son controladas por una BSC. La BTS debe contener un software específico.

(22) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 11. de GPRS. La BTS implementa una nueva función, el soporte de los nuevos esquemas de codificación y la separación de las llamadas de conmutación de circuitos originadas por la MS de las correspondientes a la comunicación de paquetes de datos, antes de que la BSC dé curso a las llamadas de conmutación de circuitos hacia el Centro de conmutación de servicios móviles (del inglés Mobile Services Switching, MSC), y a los datos de la conmutación de paquetes hacia el SGSN.. La BSC proporciona todas las funciones de radio conocidas: puede instalar, supervisar, y desconectar llamadas de conmutación de circuitos y/o paquetes. Además, se le agrega capacidad para el soporte de los canales lógicos de GPRS, la asignación de recursos de radio en células, distribución de los paquetes a la BTS y al SGSN, distribución de los avisos y difusión de la información de GPRS. El BSC se debe equipar con hardware y software de GPRS cuando se está utilizando para este servicio. Uno o varios BSCs son atendidos por un MSC de igual forma un SGSN atiende un determinado número de MSCs. Los protocolos estándares de GSM se utilizan en la BSC para alcanzar la compatibilidad deseada.. El Centro de conmutación de servicios móviles (MSC) realiza las funciones de conmutación telefónica en los conmutadores de circuitos del sistema GSM, del mismo modo que el SGSN conmuta el tráfico de conmutación de paquetes de la red GPRS. Además controla llamadas a y desde otros sistemas de telefonía y de datos, tales como la Red Telefónica Pública (del inglés Public – Switched Telephone Network, PSTN), la Red Digital de Servicios Integrados (del inglés Integrated Services Digital Network, ISDN), la Red Móvil Terrestre Pública (del inglés Public Land Movil Network, PLMN), las Redes de Datos Públicas (del inglés Public Data Networks, PDN) y, en ocasiones, algunas redes privadas. Es común integrar en el mismo nodo el MSC y el Registro de la localización del visitante (del inglés Visitor Local Register, VLR) (MSC/VLR).. El área de encaminamiento (del inglés Routing Area, RA) del SGSN es un subconjunto de áreas de localización (del inglés Localization Area, LA) del MSC. Un área de localización del MSC es un grupo de células del BSS. El sistema utiliza las LAs para buscar a.

(23) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 12. suscriptores en estado activo. Un LA es el área en la red donde una MS puede moverse sin divulgar su identificador en la red, ni efectuar procedimientos de actualización de posición. Un área de servicio (del inglés Service Area, SA) del MSC abarca un número de LAs. El SA es la parte de la red que es cubierta por un MSC. Pueden haber varios MSCs que correspondan a un SGSN, de la misma forma que un MSC se puede también conectar con varios SGSNs. La configuración es una cuestión del dimensionamiento para el tráfico real. El Centro de conmutación de servicios móviles pasarela (del inglés Gateway MSC, GMSC) conmuta e interconecta las llamadas de conmutación de circuitos entre la red GSM y la red PSTN, la cuál es una red de telefonía fija, y por lo tanto, apoya la función de encaminamiento de las llamadas entrantes al MSC donde el suscriptor móvil se encuentra registrado actualmente. El GMSC continúa teniendo las mismas funciones en el sistema GPRS. La base de datos del Registro de la localización del visitante (VLR) contiene información sobre todas las MSs que están situadas actualmente en el área de servicio del MSC o en el área de encaminamiento del SGSN respectivamente. El SGSN realmente contiene las funcionalidades del VLR para la comunicación de conmutación de paquetes. De igual forma, el VLR para la conmutación de circuitos constituye un componente integrado al MSC. El VLR contiene la información temporal del suscriptor necesaria para el MSC o el SGSN, quienes proporcionan los servicios para los suscriptores que visitan el área atendida por ellos. Cuando una MS transita por una nueva área de localización de un MSC o un área de encaminamiento de un SGSN, el VLR de ese MSC o SGSN almacena y solicita datos sobre la MS al registro de localización base (del inglés Home Local Register, HLR). Si la MS hace una llamada posteriormente, la información necesaria para la disposición de esa llamada estará disponible inmediatamente. Para los teléfonos móviles que soportan GPRS y GSM, tanto el SGSN como el MSC obtendrán la información de la localización del HLR cuando la MS utiliza ambas conexiones, es decir, conexiones GPRS-e IMSI/CS (del inglés Internacional Movil.

(24) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 13. Suscriber Identity/ Circuit Switchet). El SGSN puede recibir y ejecutar las peticiones de llamada del sistema de conmutación de circuitos del MSC/VLR. El VLR de GPRS es un software que contiene el SGSN y a su vez contiene información sobre el SGSN que es utilizada. El registro de localización base (HLR) es la base de datos que contiene toda la información para cada persona que se ha suscrito a los operadores de GSM/GPRS. El HLR almacena la información para la comunicación de conmutación de circuitos y de paquetes. La información que se encuentra en el HLR incluye, los servicios suplementarios, parámetros de la autentificación, Nombre del Punto de Acceso (del inglés Access Point Name, APN) como es el Proveedor de Servicios de Internet de los suscriptores, y si alguna dirección IP estática es asignada a la MS. Además, el HLR provee información sobre la localización de la MS. Para GPRS, se intercambia información del suscriptor entre el HLR y el SGSN. Es importante observar como las tripletas para la autentificación de GPRS se entregan directamente por el HLR al SGSN, sin pasar por MSC/VLR como sucede en la conmutación de circuitos de GSM. La información que va del HLR al SGSN ha sido establecida para el suscriptor por el operador, o se ha recibido previamente por medio de un SGSN (ej. Posicionamiento). Esta transferencia de información se realiza cuando el operador cambia la información del suscriptor, o cuando un SGSN nuevo necesita tener datos de un suscriptor después de conectarse o realizar un proceso de itinerancia. El viejo SGSN también es informado sobre el proceso de itinerancia. La información que va del SGSN al HLR es la información de encaminamiento que se transfiere de acuerdo a la acción de la MS, como pueden ser, procesos de conexión o itinerancia. Para una MS en itinerancia, el HLR puede estar en una PLMN diferente a la del SGSN que sirve a la MS. El Registro de la identidad del equipo (del inglés Equipment Identity Register, EIR) es una base de datos que contiene la información de la identidad del equipo móvil y que ayuda a bloquear llamadas si la MS ha sido robada, desautorizada, o defectuosa. El Centro de la autentificación (del inglés Authentication Center, AuC) es una entidad específica de GSM que proporciona los tríos para el proceso de autentificación y cifrado utilizados por GSM. La autentificación para GPRS y para los suscriptores de GSM es la.

(25) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 14. misma. El cambio en la seguridad para GPRS se relaciona solamente con el cifrado. Este cambio no requiere una actualización para el AuC. El Servicio de Mensajes cortos inter-MSC (del inglés Short Message Service inter-Working MSC, SMS-IW-MSC) permite que una MS de GPRS envíe SMS sobre los canales de radio de GPRS. El MSC Pasarela para el servicio de mensajes cortos (Short Message Service Gateway MSC, SMS-GMSC) permite a una MS de GPRS recibir SMS sobre los canales de radio GPRS. Cuando el SMS-GMSC se utiliza para entregar un mensaje corto a la MS, este recibe la localización de la MS del HLR. El Nodo de Soporte para el servicio GPRS (SGSN) es un componente primario en las redes GPRS, y es un componente nuevo para GSM. El SGSN encamina los paquetes IP de entrada y salida hacia/desde una MS. El SGSN proporciona el encaminamiento y la transferencia del paquete hacia y desde el área de servicio del SGSN, además de servir a todos los suscriptores de GPRS que se establezcan físicamente dentro del área de servicio geográfica de SGSN. Un suscriptor de GPRS puede ser atendido por cualquier SGSN en la red, solo dependiendo de su localización. El tráfico se encamina entre SGSN y la MS por medio del BSS (BSC/BTS). El SGSN también proporciona: − Cifrado y autentificación. − Gestión de sesión. − Gestión de la movilidad. − Gestión de enlace lógico hacia la MS. − Conexión con el HLR, MSC, BSC, GGSN, y a otros nodos. − Salida de los datos de facturación. El SGSN recoge la información de la facturación para cada MS relacionada con el uso de la red de radio. El SGSN maneja la conversión del protocolo IP, utilizado en el backbone de la red, hacia el protocolo de convergencia dependiente de la subred (del inglés Sub Network Dependent Protocol, SNDCP) y los protocolos de control de enlace lógico (del inglés Logical Link Control, LLC) ubicados entre el SGSN y la MS. Estos protocolos.

(26) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 15. manejan funciones de compresión, cifrado y autentificación para las MSs de GPRS. Cuando la MS quiere enviar o recibir datos hacia o desde una red externa, el SGSN retransmite los datos hacia el GGSN pertinente o viceversa. Al igual que el SGSN, el Nodo Soporte para el Servicio GPRS Pasarela (GGSN) es un componente primario en la red GPRS, y es un nuevo componente para GSM. El GGSN proporciona: − El interfaz hacia las redes de paquetes IP externas. El GGSN contiene la funcionalidad de acceso que se interconecta con las funciones externas del Proveedor de Servicios de Internet (del inglés Internet Service Provide, ISP), tales como servidores de enrutamiento y RADIUS (del inglés Remote Access Dial-In User), que se utilizan para propósitos de seguridad en la asignación de direcciones IP. Desde el punto de vista de la red IP externa, el GGSN actúa como un enrutador para las direcciones IP de todos los suscriptores que son atendidos por la red GPRS. Los GGSN intercambian información de enrutamiento con las redes externas. − Gestión de sesión GPRS, establecimiento de comunicaciones hacia redes externas. − Funcionalidad para asociar a los suscriptores al SGSN adecuado. − Salida de los datos de facturación. El GGSN recoge la información de facturación para cada MS, relacionada con el uso de la red de datos externa. De forma general el GGSN se comporta como un enrutador de la subred, ocultando la infraestructura GPRS de las redes de datos externas. Cuando el GGSN recibe datos direccionados a un usuario especifico, él chequea si la dirección esta activa. De ser así, se enrutan los datos a través del GGSN hasta el SGSN que atiende a la MS. Si la dirección se encuentra inactiva, los datos son descartados. Los paquetes originados por los móviles son enrutados hasta la red deseada por el GGSN. El GGSN mantiene una pista de las MS gracias a la precisión del SGSN. El Gestor de intercambio de paquete (del inglés Packet Exchange Management, PXM) se implementa en un nodo GSN. Esto significa que las páginas HTML leídas con este buscador de páginas web, serán almacenadas en el nodo. Las páginas serán transferidas.

(27) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 16. sobre TCP/IP en el backbone IP. Todas las actividades de operación y mantenimiento (del inglés Operation and Maintenance, O&M) sobre un GSN se manejan a través de interfaces de usuarios gráficas en Java (Interfaz de Usuario Gráfica). El Servidor de Nombre de Dominio (del inglés Domain Name Server, DNS) maneja una base de datos. La base de datos contiene un mapeo entre el nombre de las redes de datos externas y las direcciones IP del GGSN permitiendo el acceso a esas redes. La Pasarela de frontera (del inglés Border Gateway, BGw) facilita la introducción de servicios de GPRS en la red móvil, ofreciendo funciones que simplifican el manejo de la carga GPRS en los sistemas de facturación. La nueva información de carga es recogida por los nodos de GPRS y se transforma para ser interpretada más fácilmente por los sistemas de facturación. El Sistema Soporte de Operación (del inglés Operation Support System, OSS) se utiliza para el manejo de las redes de radio. El OSS presenta aplicaciones para la gestión de la supervisión, la configuración y el funcionamiento de una red celular. Además de las prestaciones que brinda para el manejo de una red celular, el OSS también proporciona funciones básicas, como son la activación de alarmas y transferencia de archivos. A diferencia de la interfaz de usuario PXM, el OSS permite supervisar simultáneamente todos los GSN de una red GPRS. 1.5 Interfaces de GPRS y puntos de referencia El sistema GPRS introduce un nuevo tipo de interfaz identificado por la sigla Gx en la arquitectura de red GSM. El conocimiento de las funciones de cada interfaz así como de los puntos de referencia, permitirá entender con mayor grado de detalle las características del sistema de GPRS y su consecuente evolución. La figura 1.5.1 brinda una descripción de la arquitectura lógica de red para las interfaces y los puntos de referencia de la red de GSM con GPRS. Las conexiones del sistema GPRS en la red (Gc, Gd, Gf, Gr, Gs) y las partes de los subsistemas de conmutación de la red GSM son implementadas a través del sistemas de señalización No. 7 (del inglés Signalling System number 7, SS7), mientras que otras.

(28) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 17. interfaces y puntos de referencia son implementados a través del backbone de la red intraPLMN (Gn), el backbone de red inter -PLMN (Gp) u otras redes externas (Gi).. Figura 1.5.1 Arquitectura lógica. Las diferentes interfaces que utiliza el sistema de GPRS son: − Gb: Implementada entre el SGSN y el BSS. La interfaz Gb es la portadora de la información de tráfico y señalización GPRS entre la red de radio GSM y parte correspondiente a GPRS. Utiliza una arquitectura de red Frame Relay proporcionando servicios de control de flujo para esta interfaz. − Gc: Implementada entre el GGSN y el HLR. El GGSN puede solicitar información de localización solo a través de esta interfaz opcional. El estándar define solo el uso de un proxy GSN, el cual es utilizado como protocolo de túnel en GPRS (del inglés GPRS Tunneling Protocol, GTP) para la parte de aplicación móvil (del inglés Mobile Aplication Part, MAP), así se evita la implementación de MAP en el GGSN. − Gd: Implementada entre el SMS-GMSC y el SGSN, y entre el SMS-IWMSC y un SGSN. La interfaz Gd permite el uso más eficiente de los servicios de SMS..

(29) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 18. − Gf: Implementada entre un SGSN y el EIR. La Gf da al SGSN acceso a la información de equipamiento. En el EIR los móviles se encuentran divididos en tres listas: la lista negra para móviles robados, la lista gris para los móviles bajo observación y la lista blanca para los restantes. − Gn: Implementada entre dos GSNs en la misma PLMN. La interfaz Gn provee la interfaz de datos y señalización en el backbone intra – PLMN. El Protocolo túnel de GPRS es usado en la interfaz Gn (y Gp) sobre el backbone de red basado en IP. − Gp: Implementada entre dos GSNs en diferentes PLMNs. La interfaz Gp provee las mismas funcionalidades que Gn, pero esta también provee, con el BG y el Cortafuegos, todas las funciones necesarias en la red inter-PLMN, es decir, seguridad, enrutamiento, etc. − Gr: Implementada entre un SGSN y el HLR. La interfaz Gr da al SGSN acceso a la información del suscriptor, el cual puede estar localizado en una PLMN diferente a la perteneciente al SGSN. − Gs: Implementada entre un SGSN y un MSC/VLR. El SGSN puede enviar datos de localización al MSC/VLR o recibir solicitudes de llamada desde el MSC/VLR a través de esta interfaz opcional. La interfaz Gs podrá mejorar en gran medida el uso efectivo de los recursos de radio y de red en las redes combinadas GSM/GPRS. Esta interfaz usa BSSAP (del inglés BSS Application Part). − Um: Implementada entre el móvil y una parte de la red de GPRS dada. Um es la interfaz de acceso para el móvil a la red de GPRS. El móvil tiene una interfaz de radio con la BTS la cual, es la misma interfaz existente en la red de GSM pero con algunos cambios específicos. Existen dos puntos de referencia diferentes en la red GPRS. El Gi que es específico de GPRS, y el R que es común a la red de conmutación de circuitos GSM. Los dos puntos de referencia de GPRS son: − Gi: Implementado entre un GGSN y una red externa. La red de GPRS se conecta a la red de datos externa a través de esta interfaz. El sistema GPRS soportará variedades de.

(30) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 19. redes de datos y esto se debe a que Gi no es una interfaz estándar, sino un punto de referencia. − R: Implementado entre el equipo terminal y el terminal móvil. Este punto de referencia conecta al equipo terminal con el terminal móvil, así permite, por ejemplo, emplear una PC-laptop para transmitir datos sobre un teléfono GSM. La interfaz física R sigue los estándares ITU-T V.24/V.28 o el PCMCIA PC-Card. 1.6 Arquitectura de protocolos de GPRS El sistema GPRS introduce nuevos protocolos con relación a GSM. La interconexión con los nuevos elementos de red se realiza con nuevos protocolos específicos de GPRS. La figura 1.6.1 muestra la arquitectura de protocolos empleada por el sistema GPRS. La primera capa se implementa en la BTS. La unidad de control del paquete (PCU), maneja las otras capas de protocolos en el BSS.. Figura 1.6.1 Arquitectura de protocolos del sistema GPRS El nivel físico se divide en dos sub-niveles: subnivel de RF y subnivel de enlace físico. El subnivel de RF aplica los esquemas de modulación/demodulación sobre la información recibida/transmitida hacia / desde la capa de enlace. Este a su vez define:.

(31) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 20. − Las características de la frecuencia portadora y la estructura de los canales de radio GSM [2]. − La técnica de modulación empleada y la razón de transmisión de los canales GSM [3]. − Características de transmisión - recepción y los requerimientos de funcionamiento [4]. El subnivel de enlace físico provee servicios para la transferencia de información sobre los canales físicos entre el móvil y la red. Estas funciones incluyen el entramado de los datos, la codificación datos, y la detección y corrección de errores en la transmisión por el medio físico. El subnivel de enlace físico opera por encima del subnivel de RF para proporcionar canales físicos entre el móvil y la red. El propósito del subnivel de enlace físico es el intercambio de información a través de la interfaz de radio de GSM, incluyendo información del Control del Enlace Lógico/Control del Acceso al medio (del inglés Radio Link Control/Mediun Access Control, RLC/MAC). Además soporta múltiples móviles compartiendo un simple canal físico y provee la intercomunicación entre los móviles y la red. También brinda los servicios necesarios para mantener la comunicación sobre un canal físico de radio entre la red y los móviles [5]. La capa de enlace físico es responsable de: − El empleo de códigos para la detección y corrección de errores. − Entrelazado de un bloque de radio sobre cuatro ráfagas en tramas TDMA consecutivas [6]. − Procedimientos para la detección de congestión en el enlace físico. La capa de enlace físico incluye funciones de control como: − Procedimientos de sincronización, incluyendo principios para la determinación y el ajuste de avance de tiempo del móvil para la corrección de variaciones en los retardos de propagación [7]. − Monitoreo y procedimientos de evaluación para la calidad de la señal del enlace de radio. − Selección de la célula y procedimientos de reselección..

(32) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 21. − Procedimientos para el control de la potencia transmitida. − Procedimientos para el ahorro de la batería del móvil, por ejemplo, procedimientos de recepción discontinua (del inglés Dicontinuous Recepcion, DRX). La capa RLC/MAC provee servicios para la transferencia de información sobre la capa física de la interfaz de radio de GPRS. Estas funciones incluyen habilitar los procedimientos de detección y corrección de errores por la retransmisión selectiva de bloques erróneos. La función de la capa RLC es ofrecer un enlace de radio fiable a las capas superiores. La función de la capa MAC es manejar la asignación de canales y la multiplexación, es decir, el uso de las funciones de la capa física. La capa RLC/MAC en su conjunto representa el nivel 2 del modelo de Interconexión de Sistemas Abierto (del inglés Open System Interconnection, OSI) para la interfaz Um. La capa de control de enlace lógico (del inglés Logical Link Control, LLC) ofrece un enlace lógico entre el móvil y el SGSN seguro y fiable para capas superiores. Es independiente de los niveles inferiores. El nivel LLC utiliza dos modos de transferencia, con reconocimiento y sin reconocimiento. LLC transporta paquetes de señalización, SMS y SNDCP [8]. El protocolo convergente dependiente de la sub-red (del inglés Sub Network Dependent Protocol, SNDCP) representa una función de formato y compresión entre la capa de red y las capas inferiores. Además realiza funciones de segmentación, reensamblado y la multiplexación [9]. La señalización presenta una amplia gama de protocolos, los cuales son utilizados por los elementos de red existentes en GSM. La señalización interna en el sistema GPRS es manejada por protocolos que soportan tanto la transferencia de datos como de paquetes de señalización, por ejemplo LLC, GTP y BSSGP (del inglés Base Station Subsystem GPRS protocol). El plano de control de GPRS se muestra en la figura 1.6.2..

(33) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 22. Figura 1.6.2 Plano de control para el sistema GPRS La función primaria del protocolo GPRS para el subsistema de la estación base (del inglés Base Station Subsystem GPRS protocol, BSSGP) ofrece: en el sentido descendente, provisto a través de un SGSN, al BSS, la información de radio relacionada con el uso de las funciones de RLC/MAC; en el sentido ascendente, provee a través del BSS, al SGSN, la información de radio relacionada que se deriva de las funciones RLC/MAC; y la funcionalidad para habilitar dos nodos físicos diferentes, un SGSN y el BSS. El servicio de red (del inglés Network Service, NS) implícito es el responsable de transportar las Unidades de Paquetes de Datos (del inglés Packet Data Units, PDUs) BSSGP entre el BSS y un SGSN [10]. El protocolo de túnel de GPRS (GTP) es usado como un túnel de datos y de señalización entre GSNs. Proporciona los mecanismos para el control de flujo entre GSNs, si es requerido. La función de retransmisión consiste precisamente en la retransmisión PDUs PDP entre la interfaz Gb y la Gn [11]. El protocolo de Datagrama de usuario, (del inglés User Datagram Protocol, UDP) lleva PDUs para los protocolos que no necesitan una transmisión de datos confiable, por ejemplo, IP..

(34) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 23. El protocolo de control de la transmisión, (del inglés Transmission Control Protocol, TCP) lleva PDUs en el backbone de la red de GPRS/EGPRS para los protocolos que necesitan una transmisión de datos confiable, por ejemplo, X.25. IP es el protocolo del backbone de la red de GPRS/EGPRS usado para enrutar los datos del usuario y de señalización. La figura 1.6.3 describe como los protocolos de red son multiplexados. El identificador del punto de acceso al servicio a la capa de red (del inglés Network layer Service Access Point, NSAPI) es usado para identificar el contexto PDP (Protocolo de datos de paquetes) en el nivel SNDCP. El identificador del punto de acceso al servicio (del inglés Service Access Point Identity, SAPI) es usado para identificar los puntos donde LLC provee los servicios a los niveles superiores. SAPIs tiene diferentes prioridades. El identificador temporal del enlace lógico (del inglés Temporal Logical Link Identity, TLLI) identifica inequívocamente el enlace lógico entre el móvil y el SGSN. El protocolo IP o X.25 son paquetes de protocolos ofrecidos al suscriptor por el sistema GPRS.. Figura 1.6.3 Multiplexación de los protocolos de red.

(35) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 24. 1.7 Canales lógicos de paquetes de datos de GPRS Esta sección describe los canales lógicos de la interfaz de radio de GPRS. La razón que condujo a la definición de nuevos canales de control para los paquetes de datos en GPRS, de forma paralela a los canales de control para conmutación de circuitos, es la flexibilidad de asignar más capacidad de señalización para el tráfico de datos sin necesitar sacrificar la calidad del tráfico de voz. Los canales lógicos de paquetes de datos se ubican encima de los canales físicos. Los canales físicos que se dedican al tráfico de datos son llamados canales de paquetes de datos (del inglés Packet Data Channel, PDCH) [12]. Los canales lógicos pueden ser agrupados en diferentes categorías como muestra la figura 1.7.1.. Figura 1.7.1 Canales lógicos para el sistema GPRS Canales de Control Común de Paquetes (del inglés Packet Common Control Channels, PCCCH). El PCCCH incluye canales lógicos para el control común de la señalización usada para paquetes de datos. − Canal de Acceso Aleatorio de Paquetes (del inglés Packet Random Access CHannel, PRACH) –sentido ascendente solamente. PRACH es usado por el móvil para iniciar una transferencia ascendente para enviar datos o información de señalización..

(36) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 25. − Canal de llamada o aviso de Paquetes (del inglés Packet Paging Channel, PPCH) – sentido descendente. PPCH es usado para llamar o avisar a un móvil sobre una transferencia de paquetes descendente. − Canal de Acceso Concedido de Paquetes (del inglés Packet Access Grant Channel, PAGCH) –sentido descendente. PAGCH es usado en la fase de establecimiento de una transferencia de paquetes para enviar la asignación de recursos al móvil para la transferencia de paquetes. − Canal de Notificación de Paquete (del inglés Packet Notification Channel, PNCH) – sentido descendente solamente. PNCH es usado para enviar una notificación multicast (del inglés point to multipoint-multicast, PTM-M) a un grupo de móviles antes de transferir un paquete PTM-M Canales de Control de la Difusión de Paquetes (del inglés Packet Broadcast Control Channels, PBCCH) – sentido descendente solamente. PBCCH transmite información específica de sistemas de paquetes de datos. Si un PBCCH no esta asignado, la información específica del sistema de paquetes de datos es trasmitida sobre BCCH. Canales de Tráfico de Paquetes (del inglés Packet Traffic Channels) −. Canal de Tráfico de Paquetes de Datos (del inglés Packet Data Traffic Channel, PDTCH) sentido ascendente/descendente. PDTCH es un canal asignado para la transferencia de datos. Es dedicado de forma temporal a un móvil. En una operación multirranura, un móvil puede utilizar múltiples PDTCHs en paralelo para una transferencia de paquetes individual. Todos los canales que soportan tráfico de paquetes de datos son unidireccionales, en sentido ascendente (PDTCH/A) para los móviles que originan la transferencia del paquetes o en sentido descendente (PDTCH/D) para la transferencia de paquetes hacia el Terminal móvil.. Canales de Control Dedicados de paquetes (del inglés Packt dedicted control channels) − Canal de Control Asociado de Paquetes (del inglés Packet Associated Control Channel, PACCH) – sentidos ascendente /descendente. PACCH es usado para transmitir la información de señalización relacionada con un móvil específico. La información de señalización incluye por ejemplo, reconocimiento e información de control de potencia..

(37) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 26. PACCH lleva también la asignación de recursos y reasignación de mensajes, capacidad para los PDTCHs asignados a un móvil. Además, un móvil que está involucrado en la transferencia de paquetes puede ser llamado por los servicios de conmutación de circuitos sobre PACCH. − Canal de Control del Avance de Tiempo de Paquete (del inglés Packet timing advance control channel, PTCCH/U) –sentido ascendente. PTCCH/A es usado para transmitir ráfagas de acceso aleatorio que permitan la estimación del avance de tiempo para un móvil en el modo de la transferencia del paquete. −. Canal de Control del Avance de Tiempo de Paquete (del inglés Packet timing advance control channel, PTCCH/D) –sentido descendente. PTCCH/D es usado para transmitir la información exacta del avance de tiempo de varios móviles. Un PDCCH/D es pareja con varios PDCCH/A.. 1.7.1 Mapeo de canales lógicos de paquetes de datos dentro de los canales físicos Diferentes canales lógicos de paquetes de datos pueden encontrarse en el mismo canal físico, es decir un PDCH. El compartimiento del canal físico se basa en bloques de cuatro ráfagas consecutivas excepto para PTCCH. La siguiente lista muestra en detalle como los canales lógicos de paquetes de datos son ubicados sobre los canales físicos. Canal de control común de paquetes (PCCCH): En un momento determinado, los canales lógicos correspondientes a PCCCH son mapeados en diferentes recursos físicos en comparación con los canales lógicos de CCCH. El canal PCCCH no tiene que ser necesariamente asignado de forma permanente a una célula. Cuando no se utilizan PCCCH, los CCCH deben ser utilizados para iniciar las transferencias de paquetes, en caso de existir este es mapeado en uno o varios canales físicos de acuerdo a la estructura de multitrama de 52 ráfagas. En tal caso, PCCCH, PBCCH y PDTCH compartirán los mismos canales físicos (PDCHs). La existencia y la localización del PCCCH serán difundidas sobre la célula. − Canal de Acceso Aleatorio de Paquetes (PRACH). El PRACH se sitúa en uno o en varios canales físicos. Los canales físicos sobre los cuales el PRACH es situado son derivados por un móvil a partir de información transmitida sobre el PBCCH o BCCH..

(38) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 27. El PRACH es determinado por la bandera de estado ascendente (del inglés Uplink State Flag, USF) estando marcada como libre, la cual es transmitida continuamente sobre el enlace descendente correspondiente. Adicionalmente, es parte fija y predefinida de la estructura de multitrama para el PDCH que puede ser usada como PRACH solamente y la información acerca de la estructura de los canales físicos es transmitida en el PBCCH. Durante este período de tiempo el móvil no realiza el monitoreo de la USF que es transmitido simultáneamente en sentido descendente. − Canal de llamada o aviso de Paquetes (PPCH). El PPCH es situado en uno o varios canales físicos. La localización exacta sobre cada canal físico sigue una regla predefinida. El canal físico en el cual el PPCH se sitúa, así como las reglas a seguir en los canales físicos, son obtenidos por el móvil de la información de transmisión en el PBCCH. − Canal de Acceso Concedido de Paquetes (PAGCH). El PAGCH es situado en uno o varios canales físicos. La localización exacta sobre cada canal fisco sigue una regla predefinida. El canal físico en el cual el PAGCH se sitúa, así como las reglas a seguir en los canales físicos, son obtenidos por el móvil de la información de transmisión en el PBCCH. − Canal de Notificación de Paquete (PNCH). El PNCH es situado en uno o varios canales físicos. La localización exacta sobre cada canal físico sigue una regla predefinida. La localización es obtenida por el móvil de la información de transmisión en el PBCCH. Canal de Control de la Difusión de Paquetes (PBCCH). El PBCCH tiene que ser situado en uno o varios canales físicos. La localización exacta en cada canal físico sigue una regla predefinida, determinada por el BCCH. La existencia del PCCCH, y consecuentemente la del PBCCH, es indicaba por el BCCH. Canal de Control del Avance de Tiempo de Paquetes (PTCCH). Dos tramas definidas de la multitrama son usadas para portar el PTCCH. El mapeo exacto de subcanales PTCCH/A y PTCCH/D se define de forma exacta en [2] El PTCCH/A utiliza ráfagas de acceso. En el PTCCH/D, se utilizan cuatro ráfagas convencionales comprendidas en un bloque de radio..

(39) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 28. Canal de Tráfico de Paquetes (PDTCH) − Canal de Tráfico de Paquetes (PDTCH). Un PDTCH es situado en un canal físico. Hasta ocho PDTCHs, con diferentes ranuras de tiempo pero con los mismos parámetros de frecuencia, pueden ser asignados a un móvil al mismo tiempo. − Canales de Control Asociado de Paquetes (PACCH). PACCH son asignados dinámicamente en un bloque basado en el mismo canal físico que porta PDTCHs. Sin embargo la asignación de un bloque PACCH es usada en el canal físico que porta solamente el PCCCH cuando la MS es encuestada para reconocer los mensajes de asignación inicial. PACCH es de naturaleza bi-direccional, es decir el puede estar asignando dinámicamente en sentido ascendente y descendente a pesar del sentido de sus mensajes correspondientes al PDTCH. Diferentes canales lógicos de paquetes de datos pueden ser multiplexados en una dirección (ascendente y descendente) en el mismo canal físico (es decir PDCH) [2]. El tipo de mensaje indicado en la cabecera del bloque de radio permite diferenciar entre canales lógicos. Además, la identidad del móvil permite diferenciar entre PDTCHs y PACCHs asignados a diferentes móviles. 1.8 Interfaz de Radio (Um) 1.8.1 Principios de la gestión de recursos de radio Una célula que soporta GPRS puede asignar recursos en uno o en varios canales físicos en aras de soportar el tráfico GPRS. Estos canales físicos, compartidos por las MSs de GPRS, son tomados del grupo común de canales físicos disponibles en la célula [12]. La asignación de los canales físicos para los servicios de conmutación de circuitos y GPRS puede variar dinámicamente. La señalización de control común requerida por GPRS en la fase inicial de la transferencia de paquetes es transmitida sobre canales PCCCH (una vez asignados) o sobre canales CCCH. Esto brinda la posibilidad de asignar el servicio de GPRS en una célula solamente cuando un paquete a de ser trasferido. Como mínimo un canal PDCH, actuando como PDCH primario, acomoda paquetes de canales de control común que portan toda la señalización de control necesaria para la.

(40) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 29. inicialización de la transferencia de paquetes (PCCCH), siempre que esta señalización no sea portada por los canales CCCH, así como datos de usuario y señalización dedicada (PDTCH y PACCH). Otros PDCHs, que actúan como PDCHs secundarios, son usados para la transferencia de datos del usuario y para la señalización dedicada. GPRS no requiere la asignación de PDCHs de forma permanente. La asignación de la capacidad para GPRS puede estar basada en la necesidad para la actual transferencia de paquetes (principio de capacidad por demanda). El operador puede decidir si se dedican algunos recursos físicos de forma permanente o temporal para el tráfico de GPRS. Cuando los PDCHs están congestionados debido a la carga de tráfico de GPRS y otros recursos se encuentran disponibles en la célula, la red puede asignar más canales físicos. Sin embargo la existencia de PDCHs no implica la existencia de PCCCH. Cuando no hay PCCCH asignados a la célula, todos los móviles con servicios GPRS utilizan los canales CCCH. En respuesta a una petición de un canal de paquetes enviada sobre CCCH desde el móvil que quiere transmitir paquetes GPRS, la red puede asignar recursos sobre PDCHs para la transferencia ascendente. Cuando el PCCCH es asignado en una célula, todos los móviles con servicio GPRS se establecen sobre él. El PCCCH puede ser asignado, ya sea como el resultado del incremento de la demanda de la transferencia de los paquetes de datos o como la existencia de suficientes canales físicos disponibles en una célula (para incrementar la QoS). La información del PCCCH es difundida sobre el BCCH. Cuando la capacidad de PCCCH es inadecuada, es posible asignar recursos adicionales de PCCCH en uno o varios PDCHs. Si la red libera el último PCCCH, el móvil ejecuta la reselección de la célula. El número de los PDCHs asignados a una célula puede ser incrementado o decrementado de acuerdo a la demanda. 1.8.2 Estructura de multitrama PDCH El mapeo en tiempo de los canales lógicos esta definido por una estructura de multitrama. La estructura de multitrama en PDCHs consiste en 52 tramas TDMA, divididas en 12 bloques (de 4 tramas), 2 tramas vacías y 2 tramas usadas para PTCCH de acuerdo a la figura 1.8.2.1..

(41) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 30. Figura 1.8.2.1 Estructura de multitrama para PDCH El PDCH que contenga PCCCH (si hay alguno) es indicado por el BCCH. Ese PDCH es el único que contiene bloques PBCCH. En el sentido descendente de este canal PDCH, el primer bloque (B0) de la lista ordenada es usado como PBCCH. Si se requiere, hasta tres bloques más en el mismo canal PDCH pueden ser usados como PBCCH adicional. Cualquier PDCH adicional conteniendo PCCCH es indicado por el PBCCH. En cualquier PDCH con PCCCH (con o sin PBCCH), los siguientes 12 bloques en la lista ordenada de bloques son usados para PAGCH, PNCH, PDTCH o PACCH en el sentido descendente. Los bloques restantes de la lista ordenada son usados para PPCH, PAGCH, PNCH, PDTCH o PACCH en sentido descendente. En todos los casos, el uso real de los bloques es indicado por el tipo de mensaje. En un PDCH ascendente que contenga PCCCH, todos los bloques en la multirranura pueden ser usados como PRACH, PDTCH o PACCH. Opcionalmente, el primer bloque en la lista ordenada de bloques puede solo ser utilizado como PRACH. El móvil tiene la posibilidad de escoger entre ignorar la USF (considerando estado libre) o usar la USF para determinar el PRACH en la misma forma como para los otros bloques. El mapeo de los canales en las multitramas es controlado por varios parámetros de transmisión sobre PBCCH. En un PDCH que no contenga PCCCH, todos los bloques pueden ser usados como PDTCH o PACCH. El uso real es indicado por el tipo de mensaje. Dos tramas son usadas para PTCCH [2] y tanto estas como las dos tramas vacías pueden ser utilizadas por el móvil para mediciones de señal y para la identificación del código de identificación de la estación base (del inglés Base Station Identity Code, BSIC)..

(42) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 31. Un móvil con servicio GPRS no debe ser requerido para monitorear canales BCCH si un PBCCH ya existe. Toda la información relevante del sistema para GPRS, así como para los servicios de conmutación de circuitos (por ejemplo, las clases de acceso) deben ser, en este caso, difundidas por el PBCCH. Con el objetivo de facilitar la operación del móvil, la red transmite cierto tipo de mensajes de información del sistema de paquetes (del inglés Packet System Information, PSI) en multitramas específicas y en bloques de PBCCH específicos dentro de las multitramas [2]. Si no hay un PCCCH asignado, el móvil utiliza el CCCH y recibe toda la información del sistema desde el BCCH. En este caso, cualquier información específica del sistema GPRS que se necesite, será difundida por el BCCH. 1.8.3 Modos de operación de los recursos de radio Los procedimientos de gestión de los recursos de radio (del inglés Radio Resourse, RR) son caracterizados por dos modos diferentes de operación, modo libre de paquetes y modo de transferencia de paquetes [12]. En el modo libre de paquetes no existen flujos de bloques temporales (del inglés Temporary Flow Block, TFB). Los niveles superiores pueden requerir una transferencia de un LLC PDU, lo cual implica, poder desencadenar el establecimiento de TBF y la transición al modo de transferencia de paquetes. En este modo, el móvil escucha al PBCCH y al subcanal de aviso de llamada dentro del grupo al cual el móvil pertenece. Si no hay canales PCCCH en la célula, el móvil escucha al BCCH y a los subcanales PCH correspondientes. En el modo de transferencia de paquetes, a la estación móvil le es asignada recursos de radio proporcionando un TFB en uno o más canales físicos. La transferencia continúa en uno o más LLC PDUs si es posible. Los TBFs concurrentes pueden ser establecidos en direcciones opuestas. La transferencia de LLC PDUs en los modos de RLC reconocido o RLC no reconocido es provista. Cuando se selecciona una nueva célula, el móvil inhibe el modo de transferencia de paquetes, pasa al modo libre de paquetes cuando conmuta a una nueva célula, lee la información del sistema y puede reanudar el modo de transferencia de paquetes en la nueva célula. Cada estado es protegido por un contador [13]. Los contadores corren en el móvil y en la red. El modo de transferencia de paquetes es prevenido por los contadores del protocolo.

(43) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 32. LLC. Los procedimientos y los modos de operación de los recursos de radio del sistema GPRS son definidos en detalle en [14]. 1.8.4 Capa de enlace físico Diferentes estructuras de bloques de radio son definidas para la transferencia de datos y para la transferencia de mensajes de control [15]. Los bloques de radio consisten en una cabecera MAC, una cabecera RLC con el bloque de datos RLC o un bloque de mensajes de control RLC/MAC (ver figura 1.8.4.1). Esta información es conducida por cuatro ráfagas. La cabecera MAC (8 bits) contiene campos de control, los cuales son diferentes en dependencia de si se trata de transmisiones descendentes o ascendentes. La cabecera RLC es de longitud variable y contiene campos de control, los cuales también difieren para los sentidos de transmisión descendente y ascendente. El campo de datos RLC contiene octetos de una o más unidades de paquetes de datos (PDUs) LLC. La secuencia de comprobación de bloques (del inglés Block Check Secuence, BCS) se utiliza para la detección de errores. El campo de control de mensaje RLC/MAC contiene un mensaje de control RLC/MAC.. Figura 1.8.4.1 Estructura del bloque de radio [12].

(44) CAPÍTULO 1. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA GPRS. 33. 1.8.5 Codificación de canal Los bloques de radio se transmiten sobre la interfaz de aire por lo que se ven degradados debido a la atenuación de la señal y la interferencia. La información redundante se agrega a la información a transmitir para detectar y corregir los errores eventuales que aparecen durante la transmisión de radio. Los bits de información redundante se llaman bits de codificación. El tamaño del bloque de radio es siempre de 456 bits, ver figura 1.8.5.1. Por lo tanto, al aumentar el número de bits de codificación el número de bits de información debe disminuir.. Cuatro esquemas de codificación, CS-1 a CS-4, son definidos para los canales de tráfico de paquetes de datos en correspondencia a diferentes razones de bits de codificación e información. Si se agregan más bits de codificación se asegura más la transmisión, pero la razón de información disminuye. El CS-1 es el esquema de codificación más seguro pero proporciona la tasa más baja de información (9.04 kbps) mientras que el CS-4 es el esquema de codificación menos confiable, pero tiene el índice más alto de bits de información (21.4 kbps).. Figura 1.8.5.1 Estructura y esquema de codificación de los bloques de radio.