Univ Rey Juan Carlos - Evolucion Redes 3g_v2

Evolución de redes 3G

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¿Por qué aparece HSDPA (3.5G)? 3GPP inició el concepto de “all IP” mejorando la red core y introduciendo nuevos bloques como IMS. Pero para mejorar la capacidad general de la red, el esfuerzo de desarrollo también debe estar focalizado en mejorar el acceso y el interfaz aire => “evolución UTRAN” – Las mejoras de UTRAN y su interfaz aire comenzaron en Release 4. – En Release 5, 3GPP especificó HSDPA, para gestionar los picos de alto tráfico de los usuarios (mayor throughput, reducción de los retardos, absorber picos). No tiene impactos en CORE, salvo los cambios para absorber las tasas mayores de datos. – Permite tasas de hasta 3.6 Mbps (Móviles de categoría 6) y hasta 14.4 Mbps de pico (móviles categoría 10) y mejora la cobertura de UMTS R’99.

Ventaja HSDPA: Fácil y rápida de integrar con WCDMA de R’99. Transmisión de Datos

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Características HSDPA Consigue su mejora usando técnicas similares a las que usa EDGE para mejorar GPRS. Características principales: • • • •

Nuevo canal de transporte compartido HS-DSCH. Fast Scheduling (despacho rápido) AMC (Modulación y codificación adaptativa) Retransmisión híbrida HARQ (Hybrid Automatic ReQuest): Mecanismo de retransmisión de mensajes en caso de error.

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Canales compartidos HS-DSCH (I) HSDPA utiliza un nuevo canal de transporte denominado HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channels). Este canal es semejante al canal DSCH del WCDMA y permite que los recursos puedan ser compartidos por todos los usuarios de un mismo sector. •

La trama de 10 ms del WCDMA se divide en 5 subframes de 2 ms, también llamadas intervalo de tiempo de transmisión (TTI) => es como si hubiera 5 canales multiplexados en el tiempo, de 2ms cada uno.

•

Los canales HS-DSCH del HSDPA (subframe de 2 ms) se multiplexan por código. – Se puede emplear un máximo de 15 códigos paralelos en el canal HS-DSCH, que pueden ser designados para un usuario durante un intervalo de transmisión de tiempo (TTI), o pueden ser divididos entre varios usuarios. WCDMA: 15 slot x 0.67 ms= 10 ms

HSDPA: 5 TTI x 2 ms = 10 ms Transmisión de Datos

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Canales compartidos HS-DSCH (II)

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Fast Scheduling (“despacho rápido”) En relación con las subtramas (TTI) del HS-DSCH: •Las condiciones radio varían aleatoriamente para los distintos usuarios, el mecanismo de “fast scheduling” permite asignar canales en cada microintervalo TTI a los usuarios que tengan las mejores condiciones radio. •Junto con la siguiente funcionalidad, AMC, se determina además a qué tasa binaria.

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AMC (Modulación y codificación adaptativa) HSDPA usa las 2 modulaciones de WCDMA: QPSK y si las condiciones radio son buenas, 16 QAM. Utiliza un esquema de Modulación y Codificación Adaptativa (AMC) con una idea parecida a la implementada en EDGE. – Dependiendo de las condiciones del radio canal, se usan distintos esquemas de codificación de canal (baja la redundancia conforme mejoran las condiciones radio) y de modulación. – El proceso para seleccionar la modulación óptima y el esquema de codificación se lleva a cabo muy en coordinación con el de “fast scheduling”

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Retransmisión híbrida HARQ 3) Fast Hybrid Automatic Repeat Request (Fast Hybrid ARQ). – “Hybrid”: Combina la repetición de los datos de tx para incrementar la probabilidad de éxito. – “Fast”: Los mecanismos de corrección de errores se implementan en el NodoB (igual que los de scheduling y adaptación del enlace) => en GPRS/EDGE se realizaban en la BSC.

La gestión y respuesta en tiempo real a las variaciones radio en el NodoB reduce los retardos y mejora el througput general.

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Clases de terminales (capacidad HSDPA)

En 2007 estarán disponibles terminales de 7.2 Mbps

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HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) • Vendría a ser el 3.75G • Mejora el funcionamiento del los canales dedicados en el uplink – Permite incrementar la velocidad en el uplink hasta 5.76 Mbps – Con HSDPA, sólo se mejoró el canal downlink (para aumentar la tasa en servicios asimétricos, como la navegación web). – Con HSUPA, se mejora el canal ascendente para la adaptación a los servicios multimedia. • Con la mejora de eficiencia espectral y la reducción de la latencia que dan HSDPA/HSUPA, los operadores son capaces de proporcionar accesos que faciliten servicios tales como VoIP.

• Puede usarse de manera conjunta o aislada de HSDPA.

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Cambios en HSUPA HSUPA consigue la mejora en el uplink gracias a : • Un canal físico dedicado (E-DCH, enhanced dedicated channel) • Intervalo de tiempo de transmisión TTI menor (similar a HSDPA, aunque no es obligatorio que el móvil soporte 2ms). Uso de entre 1 y 4 códigos. • Fast scheduling (reserva más eficiente de los recursos radio). • Fast Hybrid ARQ: Mejora la eficiencia (errores de procesado).

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Comparativa tasas binarias

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Comparativa latencia

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Beyond 3G

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Objetivos en acceso de B3G Hay 2 principales objetivos en las nuevas técnicas de acceso B3G: 1) Conseguir excelentes tasas binarias: •Situación de movilidad: V > 100 Mbps •Situación estacionaria : V > 1 Gbps 2) Favorecer redes donde el mismo terminal pueda engancharse en los distintos accesos con transiciones suaves entre ellos. Hay dos tecnologías que están evolucionando para permitir las altas tasas de acceso y la evolución compatible de redes celulares y wireless: MIMO y OFDM.

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MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)(I) • MIMO aprovecha fenómenos físicos como la propagación multicamino para incrementar la tasa de transmisión y reducir la tasa de error. • MIMO aumenta la eficiencia espectral de un sistema de comunicación inalámbrica por medio de la multiplexación espacial. • No es una tecnología nueva, se desarrollo en los años 90 para los sistemas WLAN.

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MIMO (II) Tener múltiples antenas en emisor y receptor permite llevar a cabo la siguiente idea:

Terminal

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Estación

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OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) • Tecnología de espectro ensanchado que distribuye los datos a lo largo de un número variado de portadoras con una separación adecuada entre ellas => enviar la información modulando en QAM o en PSK un conjunto de portadoras de diferente frecuencia. • Divide el ancho de banda en multitud de canales más estrechos. Las portadoras de cada canal son ortogonales entre sí (el espectro de cada portadora tiene un cero en el centro de la frecuencia correspondiente al resto de las portadoras) => no interferencia entre las portadoras.

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OFDM (II) • No es una tecnología nueva (usado Wifi, Wimax, ADSL). • Mejoras: – Modulación muy robusta frente al multitrayecto, los desvanecimientos selectivos en frecuencia y frente a las interferencias de RF (funciona mejor que QPSK y n-QAM en entornos multitrayecto). – Las distintas señales con distintos retardos y amplitudes que llegan al receptor contribuyen positivamente a la recepción.

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Tecnologías de acceso: Tasa binaria vs movilidad

Las comunicaciones celulares futuras podrán estar basadas en: •Combinación de OFDM y MIMO •Combinación de MIMO y CDMA •Combinación de OFDM y CDMA (ejemplo: A cada portadora se le asigna un dato y todos los datos del mismo usuario se multiplican por el mismo código, diferente para cada usuario). Transmisión de Datos

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IMS

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Expectativas inclumplidas de UMTS Además de • Inmadurez tecnológica (inconsistencias en las especificaciones del 3GPP) =>Presión creada por las expectativas económicas de UMTS que forzó el desarrollo acelerado de los estándares. • Crisis en el sector => imposibilidad de amortizar las inversiones en licencias por no disponibilidad de las tecnología. Existe otro factor clave para entender porqué las expectativas no se han cumplido: • Falta de demanda por parte de los usuarios. – En R99, la novedad era la conexión de alta velocidad (hasta 384kbps), videoconferencia por CS y mayor capacidad para mensajería multimedia. Sin embargo, los servicios más usados por los usuarios continuaban siendo los tradicionales (voz y SMS) Surge la necesidad de crear un elemento impulsor de UMTS para atraer a millones de usuarios potenciales Transmisión de Datos

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IMS: IP Multimedia Subsystem •

El dominio PS visto hasta ahora proporcionaba acceso a Internet, e incluso servicios avanzados (Ej: se puede instalar un cliente de VoIP sobre un terminal 3G para establecer llamadas)

•

IMS (IP Multimedia subsystem) es la pieza clave de la arquitectura 3G. Es un sistema de control de sesión que puede proporcionar acceso celular ubicuo sobre conmutación de paquetes (CP) para todos los servicios que proporciona Internet. – Permite usar las tecnologías celulares para proporcionar ubicuidad en el acceso y tecnologías de internet para ofrecer servicios más atractivos. – Facilita todos los servicios sólo empleando conmutación de paquetes (no CS) Las tecnologías IP sobre las que se basa IMS (SIP para el control de sesiones e IPv6 para el transporte de red) hacen posible el desarrollo rápido de servicios y la reducción de costes de operación e infraestructura (cualidades del mundo Internet)

•

El acceso a usuarios de Internet ofrece millones de posibles destinatarios IMS Transmisión de Datos

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¿Por qué necesitamos IMS? IMS facilita: • Sesiones IP multimedia compuestas por flujos y contenidos multimedia diversos, con un nivel adecuado de QoS para cada contenido. • Tarificación: Conseguir tarificar de forma apropiada. Una videoconferencia puede ser interesante que se tarifique por tiempo en vez de por bytes. IMS permite ofrecer información del servicio que usa el usuario para que el operador tarifique en consecuencia. • Servicios integrados: – Usar servicios desarrollados por terceras partes que se integren con otros ya existentes (Ej: Sobre los sms, integrar un servicio text-tospeech para invidentes). – Define interfaces estándar para ser usados por los desarrolladores de servicios. – Comunicación orientada a sesión de un usuario a otro/s usuario/s o de un usuario a 1 servicio. (Ej: Un usuario IMS - Un usuario de Internet) • Identificador de usuarios con “nombres”, no con números de teléfono.

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Requerimientos IMS • Soportar el establecimiento de sesiones multimedia IP • Mecanismo para negociar la QoS, que hace uso de la arquitectura de QoS de UMTS. • Interworking con Internet y las redes de conmutación de circuitos (CS) • Soporte de roaming • Soporte de creación rápida de servicios sin estandarización. – La estandarización en las redes 3G ha supuesto una ralentización en la introducción de servicios. – Incompatibilidades con las soluciones propietarias.

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Evolución en el modelo de ingresos

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Evolución del modelo de red (I)

IMS <> All-IP: All-IP se refiere a un completo set de tecnologías (IP en core, red de transporte, RAN). IMS es una solución en sí misma que supone sólo paso hacia la arquitectura all-IP. Transmisión de Datos

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Evolución del modelo de red (II)

Arquitectura de red basada en un modelo de capas (horizontal), que permite una orientación a los servicios. Transmisión de Datos

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Posibilidad de de nuevos servicios (I) 





Servicios de valor añadido  Video bajo demanda  PoC (PTT over Cellular)  Mensajería instantánea y presencia  Mensajería multimedia  Juegos (multiusuario)  Grupos  Vídeo y texto en tiempo real Soluciones de empresa  IP Centrex  Video conferencia  VPMN  Pizarras electrónicas, compartición de archivos... Convergencia de servicios con redes tradicionales  VCC  SCI  M-BOX… Transmisión de Datos

PoC

SMS & Chat

Juegos

Video conferencia

Trabajo on-line (datos)

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Posibilidad de nuevos servicios (II)

•Soporte conferences •Soporte streaming •Soporte Presence •Soporte PoC •Soporte chat (multimedia) • (...)

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Independiente del acceso (en teoría) LTE HSPA+ HSPA

Accesos radio para TDpaquetes SCDMA definidos en WCDMA 3GPP

3GPP2 MDN 802.11 802.x

IMS DSL

EDGE

Cable

GPRS

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Accesos radio no-3GPP

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Accesos fijos

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Organizaciones involucradas en IMS CSI

VCC

Presence

GLMS

PoC

Messaging

Multimedia Telephony

Multimedia Telephony

Multimedia Telephony

3GPP trabaja muy en línea con IETF en el uso de SIP Acceso celular a IMS

IP

Acceso cable a IMS

Acceso WLAN a IMS

Mobile Transmisión de Datos

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Qué permite y qué no, IMS • IMS no define las aplicaciones o servicios que se pueden ofrecer al usuario final. • IMS define la infraestructura y capacidades del servicio que operadores o proveedores de servicio pueden emplear para construir sus aplicaciones y ofertas de servicios. – IMS implementará el plano de control de los servicios IP multimedia, mientras que 3G GPRS proporciona las funciones del plano de transporte o usuario y la conectividad IP.

Grupos de servicios finales: • Los heredados: Llamadas básicas, sms, mensajería multimedia, e-mail... • Los multimedia avanzados: Videoconferencia, audioconferencia, videoconferencia para personas sordas, vídeo y texto en tiempo real, difusión de TV o radio, vídeo bajo demanda, chat multimedia y mensajería instantánea, videojuegos multiusuario, servicio push-to-talk...

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Evolución de R4 a R5

•Evolución R4 a R5: El interfaz entre IMS y la red CS se controla con la MGW. •El UE se comunica directamente con el subsistema IMS usando GPRS (conectado directamente al GGSN). •El flujo de datos correspondiente a la señalización se envía de forma separada al flujo de datos. •El flujo de señalización será transferido vía IMS y los datos de usuario se enviarán sin atravesar el subsistema IMS.

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Conexión a otras redes

Cada operador IMS se conecta con otros para permitir servicios multimedia entre usuarios de distintas redes. Las conexiones a Internet permitien MMS, VoIP, video telephony entre móviles y usuarios fijos. Transmisión de Datos

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Ej: Sesiones multimedia peer-to-peer

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Tecnologías principales para IMS • Control de sesión realizado por el protocolo de control de llamada IMS basado en SIP (Sesion Initiation Protocol) y SDP. – Se han añadido al protocolo extensiones para adaptarlo al entorno móvil y a las redes de pago 3G. – SIP aporta las funciones para registro, establecimiento, liberación y mantenimiento de las sesiones IMS. – Los mensajes de SDP (Session Description Protocol) se transfieren en los mensajes SIP. Al describir la sesión, los usuarios origen/final pueden indicar sus capacidades multimedia y definir el tipo de sesión que quieren mantener. – Se negocia la QoS.

• Transporte de red con IPv6: QoS y seguridad, mayor espacio de direccionamiento, transmisión peer-to-peer.

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Control de la llamada en VoIP. Alternativas En una red telefónica convencional, se usa SS7 para el control de las llamadas (se establece un circuito para el flujo de datos) En un dominio IP, cambia el concepto. Dos aproximaciones para el control de la voz sobre IP: – Usar SS7 sin modificar, pero transportarlos sobre la red IP de forma transparente. En este caso aparece un nuevo protocolo de transporte SCTP (stream control transmission protocol) en vez de TCP/UDP. Esta configuración se denomina sigtran y la ventaja es que permite usar el software SS7 con ligeras modificaciones. – Reemplazar los protocolos de control de llamada totalmente, con protocolos optimizados para el entorno IP. Distintas propuestas: H.323, SIP (session initiation protocol) o BICC.

Como algunas redes usaran SS7, otras sigtran y otras H.323, SIP o BICC, es necesario que estos protocolos interfuncionen entre sí. Transmisión de Datos

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Arquitectura IMS Media Resorce Function: Sólo necesario para conferences

Entrada de señalización de llamadas de otras redes

Conexión a redes CS

Proxy de entrada de cualquier conexión IMS Servicios de valor añadido IMS (ej: vídeo on demand). No obligatorio Transmisión de Datos

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Nodo principal :CSCF La transferencia de datos entre usuarios IMS se organiza en sesiones. El CSCF (call state control function) es responsable del control de la sesión (usando SIP) y de las siguientes funciones: •Autenticación del usuario •Enrutamiento de la llamada Establecimiento de QoS en la red IP • Control y generación de los registros de tarificación CDRs (call detail records) Se definen tres tipos de nodos CSCF, y cada red tendrá múltiples CSCFs de cada tipo (control de carga, fiabilidad): • P-CSCF / S-CSCF / I-CSCF.

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Tipos de nodos CSCF (I) El nodo CSCF (Call State Control Function) es un servidor SIP con funciones de proxy con 3 roles principales en IMS: • El proxy CSCF (P-CSCF), punto de contacto con el sistema IMS y que recibe la señalización desde el terminal. Siempre en la red donde está el móvil (home o visitada) •El interrogating CSCF (I-CSCF), se encuentra en la frontera del sistema IMS. Es punto de entrada de señalización externa y ayuda a otros nodos a determinar el siguiente salto de los mensajes SIP : camino para la señalización. •El serving CSCF (S-CSCF). Proxy y servidor registrar. Cada usuario registrado en IMS tiene asignado un S-CSCF, que enruta sus sesiones, registra/autentica al abonado y proporciona los servicios. Genera registros de tarificación. •Si el usuario marca un n úmero de teléfono en vez de un SIP URI (Uniform Resource Identifier), el S-CSCF hace el servicio de “traducción”.

En el registro, el P-CSCF se ayuda del I-CSCF para determinar el SCSCF que sirve a cada usuario. Transmisión de Datos

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Ubicación de los nodos CSCF P-CSCF en la red home o visitada, el I-CSCF y el S-CSCF siempre en la red home... ¿por qué? El tráfico generado por un usuario de Francia que esté haciendo roaming en India y quiera llamar a Indonesia, se enrutará así: • La señalización a través del I-CSCF y del S-CSCF de Francia. El P-CSCF sí estará en la red visitada de India. •El tráfico de usuario se transmitirá entre los GGSNs de India e Indonesia.

Poco óptimo para el enrutamiento, pero facilita la tarificación del tráfico originado por los propios usuarios cuando están en roaming.

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Funciones de registro y proxy Con SIP, el usuario Epi • puede tener varios user agent, puede estar alcanzable en su teléfono IP y en otra aplicación wireless •puede tener configurado el servicio para recibir mensajes SIP en el teléfono de 8:00h a 15:00h y en la aplicación por la tarde.

Si el registrar actúa también como proxy y recibe un mensaje SIP para el AoR de Epi, decidirá hacia dónde es mejor encaminarlo. • AoR en IMS sería como MSISDN (Mobile Subscriber ISDN Number) en GSM.

En IMS, el S-CSCF es la entidad que tiene las funciones de proxy y de registrar. Las identidades se registran de forma conjunta en el registro inicial. Transmisión de Datos

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Conexión IMS redes externas CS (I) MGCF y MGW proporcionan una conexión entre IMS y las redes externas CS (ISDN, GSM). •MGCF (Media Gateway Control Function) controla la MGW y hace de interfaz con SSCSF usando SIP. El control de la señalización de la llamada (SS7/ISUP) se redirige desde la gateway de señalización de la red CS a la MGCF usando sigtran. La MGCF transladará los mensajes entre SIP e ISUP para dar interworking. •IM-MGW (IP Multimedia Media Gateway) implementa el plano de usuario para el interfuncionamiento de IMS con la redes de circuitos (ej: transcodifica flujos IMS sobre IP a datos de usuario).

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Conexión IMS redes externas CS (II) Sip gateway

R4

R99

R4

MSC server

MSC

CS-MGW Sip gateway

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MSC

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Conexión IMS redes externas CS (III) •BGCF (Breakout gateway control function). Funcionalidad de enrutamiento basada en números de teléfono para PSTN o PLMN (CS breakout point). •El S-CSCF redirige a la BGCF las llamadas con destino CS, y desde aquí se canalizan a la MGCF apropiada, para: • Seleccionar la red adecuada con la que interfuncionar en el dominio CS. •Seleccionar la gateway PSTN/CS apropiada para interfuncionar si está en la misma red donde se encuentra la BGCF.

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Otros nodos en la arquitectura Otros nodos de relevancia: 1) El Home Subscriber Server (HSS), hereda las funciones del HLR+AUC. Almacena y gestiona el perfil del servicio IMS del abonado, claves de seguridad y vectores de autenticación, registra el estado de los abonados, el nodo S-CSCF con el que el abonado se registra... 2)Application Server (AS): Proporciona servicios de valor añadido a un usuario. Ej: Servicio de video streaming (video on demand), servicios de correo ... 3) MRF (Multimedia Resource Function). Se separa en 2 componentes al igual que la MSC en R4: MRF control (MRFC) y MRF processor (MRFP). •Conferencias de vídeo/voz (conferencing bridge), anuncios multimedia, procesa streams (ej: transcodificación audio)... Transmisión de Datos

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Prerequisitos servicio IMS 1) Tener contratado el servicio IMS. 2) Que el terminal consiga una IP: GPRS (PDP context), ADSL, WLAN... 3)Descubrir la dirección IP del P-CSCF que actuara de proxy de entrada. Será el nodo por el que pasará toda la señalización IMS del terminal. 4) Registro SIP del terminal IMS. •El procedimiento de registro permite a la red IMS localizar al usuario. Durante el proceso también se autentica al usuario y se autoriza el establecimiento de sesiones. •En los ejemplos siguientes asumimos que IMS está implementado sobre una estructura GPRS. Transmisión de Datos

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Procedimiento de registro (I) 1) Antes de establecer el contexto PDP, UE y la red establecen una conexión radio RRC. El SGSN averiguará la dirección del GGSN en la red (DNS).

1) 2)

Si el subscriptor está autorizado en el servicio IMS, en el establecimiento del contexto aparecen nuevos parámetros: El UE pide la dirección P-CSCF (si no está preconfigurada en la ISIM)

3)

4)

2) Cuando el UE conoce la dirección del PCSCF, envía un mensaje SIP REGISTER al PCSCF (identidad privada, identidades públicas a registrar para uso posterior) 3) El P-CSCF necesita averiguar la mejor ruta para alcanzar al S-CSCF. El I-CSCF pregunta al HSS (en el ejemplo, se supone que están en la misma entidad física). 4) Conseguida la dirección del S-CSCF, se enrutará el mensaje REGISTER al S-CSCF

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Procedimiento de registro (II) 5) Basándose en la identidad del mensaje REGISTER, el S-CSCF puede obtener los datos de autenticación del HSS (hasta ahora, el S-CSCF sólo sabe que “alguien” se ha conectado con una IP válida): “vectores de autenticación” (*).

5)

6) El S-CSCF propone un desafío al UE, enviado en un mensaje 401 UNAUTHORIZED (números aleatorios, claves para el cifrado..)

6) 8)

(*): Algoritmo de autorización/autenticación por desafío: IMS AKA (IMS Authentication and Key Agreement)

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7)

7) El UE calcula la respuesta y el S-CSCF la compara con la que esperaba. 8) Si coinciden, el usuario es autenticado (se envía un SIP 200 OK)

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Procedimiento de registro (III) 9) Se ejecuta el proceso “suscripción IMS”. Se establece cuanto tiempo va a durar el registro (por defecto, 600.000 seg => 7 días). 10) Se hace entre UE y S-CSCF. El S-CSCF indica al HSS que el registro ha tenido éxito y descarga la suscripción IMS del usuario. •Perfil de servicio asociado a la identidad. • Puede provocar que los mensajes SIP se enruten a servidores de aplicación

9)

• Se indica al HSS que éste será el S-CSCF que sirva al UE. 11 y 12) Se informa la UE y al PCSCF de las identidades que se han registrado (¿fallo de red?)

11)

10)

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Procedimiento de registro (VI) Además del P-CSCF o del UE, otro nodo que podría querer una suscripción del estado de registro de un usuario podría ser un servidor de aplicación. •Ejemplo: Un servidor de aplicación que ofrezca un mensaje de bienvenida al usuario cuando encienda el terminal IMS. Cuando el usuario se conecte a la red IMS el servidor de aplicación será informado y enviará un mensaje instantáneo al usuario.

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Establecimiento de sesión • Una vez que el usuario se ha registrado en IMS, puede acceder a los servicios IP multimedia. •Para establecer una videoconferencia con otro usuario IMS, se intercambia info de señalización con SIP y SDP para establecer la sesión. • Se contactará con el nodo destino •Se negociarán los parámetros de sesión. •Se activarán los recursos GPRS necesarios para soportar la sesión multimedia.

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Establecimiento de sesión (I) Uea y Ueb ya han llevado a cabo el registro y están disponibles el uno hacia el otro. Uea contacta a Ueb (para videoconferencia) 1) Se inicia la sesión con petición SIP INVITE. La cabecera indica 2 identidades públicas (A y B). En el mensaje se añade el mensaje SDP que describe las características de la sesión multimedia (medios, tasa binaria de cada medio, protocolos a usar, codecs...): “first SDP offer”

2) 1)

3)

3)

2) El I-CSCF contacta con el HSS para averiguar dónde se registró la identidad pública del Ueb (en qué S-CSCF) 3) Una vez localizado, se envía el INVITE al S-CSCF del Ueb que a su vez lo envía al P-CSCF del Ueb.

El P-CSCF envía el mensaje al SCSCF del Uea.

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Establecimiento de sesión (II) 4) El terminal destino envía mensaje de progreso de sesión (183 Session Progress) => añade mensaje SDP con la respuesta del nodo destino al ofrecimiento de los parámetros del nodo origen (pueden haber sido modificados según las características del terminal/usuario): “first SDP answer”.

4) 5)

Se recibe la dirección Ipb y la secuencia de enrutamiento.

6)

5) Terminal origen envía PRACK como respuesta al “progreso de sesión”, con la oferta SDP final (“second SDP offer”), definiendo codecs para cada medio aceptado. 6) Ueb reconoce el PRACK con SIP 200 OK, asintiendo así al acuerdo de medios y codificaciones (“second SDP answer”).

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Establecimiento de sesión (III) Cuando ambas partes conocen y han acordado medios y codecs, se reservan los recursos. 7) Se establece un PDP context para datos: definiciones de QoS en el plano de usuario (también se puede ampliar el usado para la señalización). 8) Uea envía SIP UPDATE para indicar si éxito de la reserva de recursos y si se han cumplido los requerimientos (“third SDP offer”)

7) 7) 8)

9)

9) Ueb envía 200OK si su reserva de recursos también fue exitosa (“third SDP answer”). 10) Ueb indica a Uea de que está avisando a su usuario sobre una sesión multimedia entrante. 11) Cuando el usuario B descuelga, Ueb envía 200OK para indicar que el plano de usuario se ha abierto. Transmisión de Datos

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10) 11) 56

Establecimiento de sesión (IV)

- El S-CSCF es responsable de las decisiones de enrutamiento para sesiones que empiezan y acaban en el móvil. Cuando le llega una petición desde el PCSCF, decide: •Contactar con un AS/ Seguir sesión IMS/ Romper con otros dominios CS o IP. Transmisión de Datos

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Mapeo de los atributos de QoS Las políticas de QoS en IMS se centralizan en una entidad que está en el P-CSCF (PDF: policy decision function). La QoS no se basa sólo en los recursos disponibles, también en si nos interesa o no reservar ese BW para un usuario en concreto. • En la red CORE de la QoS se encargará el SGSN. •En la red RAN, la RNC.

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Sesión y liberación de conexión Ejemplo de cómo se establece la sesión en el plano de usuario a través de distintos equipos.

Liberación de la conexión por Ueb. Al enviarse SIP BYE, se cierra el plano de usuario y se liberan los PDP context. Al asentir con 200OK, los CSCF limpian la tablas de direcciones de la sesión multimedia.

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IMS interworking con CS •Cuando el S-CSCF analiza que el destino de SIP INVITE está en la red CS, dirige el mensaje a la BGCF. •La BGCF decide donde se produce la ruptura a la red CS (cuál es la MGCF a la que redirigir el mensaje). • La MGCF redirige el mensaje a la red CS a través de la SGW y ambas hacen la conversión de protocolos necesaria entre SIP y SS7. También controla la IMS-MGW para el establecimiento de la sesión en el plano de usuario. •Cuando los datos se transfieren, la IMS-MGW convierte la voz CS en un stream RTP y viceversa.

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Ejemplo de sesión con RTP

Streaming (sin SIP): RTSP para la señalización inicial, RTP/RTCP para el flujo de datos y su control

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Sesión multimedia (con SIP): SDP en la señalización inicial, RTP/RTCP para el flujo de datos y su control

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Servidores de aplicación En estas redes habrá varios servidores de aplicaciones (AS), especializados en proporcionar servicios e implementados sobre distintas tecnologías (Java, SIP servlets, SIP CGI...). Desde el punto de vista de SIP, un AS puede actuar como un user agent (originante/terminante), un servidor proxy, un redirect server (por ejemplo, para los redireccionamientos de llamadas), o un SIP B2BUA (Back-to-Back User Agent). •Un AS a veces actúa como SIP proxy server y otras como SIP User Agent, dependiendo del servicio que proporcione. •Si el AS decide no proporcinar un servicio, actúa como SIP proxy server. El S-CSCF recibe el SIP request y continua con el proceso. •Si el AS no va a proporcionar un servicio, no registra la ruta y se queda fuera del camino de señalización una vez que la transacción SIP se completa.

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SA como user agente (terminante)

Ej: Presencia

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SA como user agente (originante)

Ej: Servicio despertador

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SA como back-to-back user agent (B2BUA)

Servidores B2BUA: 2 user agent conectados con por una lógica específica del servicio. Ej: Servicio de prepago: El servidor de prepago primero verifica que el usuario tiene suficiente crédito para pagar la sesión (si no, rechaza la llamada). Si tiene crédito, procede con la llamada. Una vez que se establece la sesión,si el usuario agota el crédito, el B2BUA enviará un “BYE request” a cada una de las partes involucradas para tirar la llamada. Transmisión de Datos

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Mensajería instantánea • Muy ligada al servicio de presencia (saber cuando un usuario está conectado) • Hay de 2 tipos: • Pager-mode: Modelo parecido al de los SMS. Se usa el cuerpo del mensaje del método MESSAGE. Tiene el problema de que puede congestionar los proxis (=> restricciones en los tamaños de paquetes)

•Session-based: Se envía el mensaje como parte de una sesión (establecida en general con petición SIP INVITE). En vez de usarse el protocolo RTP, se usa el protocolo MSRP (Message Session Relay Protocol). Este protocolo no usa UDP como capa de transporte al no tener control de congestión.

Mensaje instantáneo sobre TCP Transmisión de Datos

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Estado actual IMS IMS definido en R5 y R6 del 3GPP. •R5: arquitectura y entidades funcionales (y operativa básica) •R6: Completa y amplía el concepto de servicios IP multimedia •Interfuncionamiento con CS y con las redes IP multimedia. •Servicio de conferencias con múltiples participantes. •Especificación del servicio de mensajería IMS •Especificación del servicio de presencia de IMS. •Optimización del acceso (interdependencia, altas tasas binarias... Aspectos vistos en temas anteriores). Líneas de trabajo: •CSI (Combinational Services): Complementar los servicios CS con IMS •VCC (Voice Call Continuity): Handovers de voz entre IMS y las CS bearers. •Definición de servicios multimedia •Mejora de la calidad IMS :Establecimientos de sesión más rápidos, mejorar la calidad de voz y performance en general.

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Evolución de futuro

VCC: Voice call continuity CSI: CS bearer & IMS sesion Transmisión de Datos

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FMC: Convergencia Fijo-móvil •La estandarización de la actividad VCC (Voice Call Continuity) define cómo soporta la tecnología IMS la voz sobre IP y sobre móvil de manera unificada. •Las mejoras de IMS para soportar accesos fijos se incluyen en R7 del 3GPP •A la espera de móviles e infraestructura, algunos operadores pueden elegir soluciones intermedias como UMA (UMA – Unlicensed Mobile Access, tecnología de acceso móvil sin licencia), que se centran en la convergencia fijo-móvil más que en la evolución all-ip. •Las operadoras pueden dar servicios rentables mediante la explotación de recursos Wi-Fi y GSM a la vez que proporcionan cobertura en el interior de edificios y hogares

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UMA •UMA facilita la integración de redes móviles y wifi (soportado en R6 según 3GPP). •La solución añade un controlador (UNC, UMA Network Controller), que conecta con los equipos GSM/GPRS a través de los interfaces Gb y A. De esta forma se integra GSM/GPRS con redes wireless de área local. • Gestiona pagings, handovers... Cellular Access Network Private Network

UMA enabled dual mode handset

BSC Mobile Core Network

IP Access Network

GANC

Generic Access Network

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UMA. Ventajas y desventajas UMA, ¿solución a medio plazo? •Ventajas • Capacidades del sistema GSM se mejoran por la desaparición de la carga de la red móvil (reducir congestión) •Mejora cobertura indoor. • La tecnología proporciona un puente a los servicios de transmisión de datos fijo-móvil, (aunque más para SOHO que para grandes empresas). •Desventajas •No asegura QoS • Solución de tarificación poco madura. •Handover entre UMTS y WiFi no soportado todavía. •No adopta SIP

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VCC 3GPP define la importancia de VCC en R6-R7 para completar los requerimientos de continuidad de servicio entre distintos accesos. •Se añade un servidor de aplicación VCC a la red IMS (handover bidireccional GSM-Wifi) •Permite roaming y handover entre IMS y dominio CS y el terminal puede acceder a servicios de voz o servicios IMS con distintos accesos. • Inicialmente sólo HO a CS 2G, y conmutación entre distintos tipos de redes de acceso, CDMA, wimax...) Transmisión de Datos

Access controller

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¿UMA o VCC? UMA si… •Se busca usar VoIP sobre WiFi •Los clientes son particulares, no business •Tarifas suficientemente atractivas para los usuarios para invertir e instalar los nuevos equipos. •Solución vertical. VCC si… •No es crítico dar el servicio en 2007 (no disponible) •Usuario objetivos: Business & particulares •Se planea usar IMS en el futuro. •Solución horizontal. Transmisión de Datos

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Servicios, aplicaciones, plataformas

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Portales móviles El continuo cambio en la tecnología móvil no ha permitido disponer de un marco de estandarización cerrado => se ha forzado el ofertar contenidos y servicios que había que rehacer según la tecnología y dispositivo de acceso. • Se busca disponer de portales que reduzcan la duplicidad: • Contenidos multimedia de distintas versiones para adaptarse a los diferentes dispositivos de acceso. •Identificar de forma centralizada al usuario y dispositivo para el filtrado de contenidos, servicios y la adaptación. • Separar la lógica de estructura de la lógica de presentación. • En la lógica de estructura se puede proporcionar la información a la capa de presentación en XML, y el nivel de presentación puede generar el lenguaje de marcado correspondiente en función del dispositivo de acceso.

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Entornos de presentación de aplicaciones inalámbricas • Wireless Application Protocol o WAP (protocolo de aplicaciones inalámbricas) especifica un entorno de aplicación y de un conjunto de protocolos de comunicaciones para normalizar el modo en que los dispositivos inalámbricos acceden a servicios de internet por un móvil (para su presentación en el mismo). • Versión 1 de WAP (1999): Lenguaje de presentación de contenidos, WML. Pila de protocolos no compatible con la de Internet. •WAP 2.0 está presente en los teléfonos móviles de nueva generación (a partir de 2004). Usa HTTP y TCP. •i-mode: Surge en 1999. Entorno de aplicaciones con objetivos similares a WAP (éxito inicial en Japón). Optimiza la gestión del correo, presentación multimedia...

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Lenguajes de marcado • Los terminales móviles disponen de un micronavegador para la solicitud de páginas. •Las peticiones en las distintas tecnologías de acceso móvil (WAP/ i-mode) se realizan bajo el protocolo HTTP. • En el caso de WAP las páginas se descargan codificadas y el navegador del móvil las interpreta -> la gateway de WAP es el equipo que actúa de traductor WAP <-> HTTP. • Lenguajes de marcado: • WML (Wireless Markup Language): Basado en XML. No hay un estándar definido para los navegadores. Obsoleto. •CHTML (Compact HTML): HTML simplificado (poca memoria, poca capacidad de proceso, display pequeño, colores reducidos...), diseñado según las recomendaciones del W3C. •I-HTML: Usado en i-mode (DoCoMo), ampliación de CHTML para facilitar las imágenes en color, animaciones, texto con efectos.. •XHTML Mobile Profile: Extensión de XHTML adaptado a terminales wap 2.0. Soporta CSS. Transmisión de Datos

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Adaptación de contenidos al terminal • Cualquier contenido debería verse óptimamente con independencia del dispositivo/terminal o acceso utilizado. • Un sistema de “transcoding” permite adaptar o recodificar el contenido al formato correcto antes de que sea servido al terminal destino. •La diversidad de formatos y contenidos (texto, audio, imagen, vídeo) implica: • Identificar el dispositivo • Características del terminal destino (información asociada a los dispositivos). •Aplicar la conversión y servir el contenido.

Políticas de gestión de contenidos para evitar la carga de los sistemas (reducir el número de transformaciones en tiempo real...)

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Diferencias respecto portales web • Reducido tamaño de las pantallas => necesaria estructura de árbol por áreas temáticas y control sobre la vuelta atrás. • Facilitar la usabilidad: Servicio de “favoritos”, buscador accesible, historial de navegación... • Presentación ajustada a cada tipo de terminal. •No se soportan todos los formatos multimedia => conversión de formatos. •Resultados obtenidos ante una consulta, paginados. •Los servicios que se deseen tener disponibles para todos los terminales probablemente requerirán distintos lenguajes de marcado.

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Plataformas para terminales móviles Aumentar capacidad de proceso, incorporación de nuevos dispositivos en terminales, nuevas aplicaciones y servicios => nuevos sistemas operativos y/o plataformas de ejecución. Sistemas operativos: • SO Symbian (propiedad consorcio de fabricantes). •Windows Mobile (de Microsoft). Se usa en PDAs (pocket PCs) y en los teléfonos (Smartphones). •SO PalmOS (propiedad de Palm). Usado en las PDAs y en algunos modelos de teléfonos. •Linux. Creciente importancia en PDAs y sistemas empotrados. Plataformas: •J2ME (Java 2 Micro Edition). No es SO, es plataforma de ejecución sobre <> SO para ejecutar aplicaciones escritas en Java. •JavaCard. Similar a J2ME, se ejecuta en la SIM. Transmisión de Datos

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Conclusiones •En la red CORE, IMS aparece para proporcionar servicios multimedia extremo a extremo, con gestión de la QoS y la tarifación y permitiendo una fácil integración de servicios. • Se basa en el uso de SIP • En las redes de acceso, se busca el interfuncionamiento entre accesos fijos y móviles. • También se busca mejorar la calidad de servicio (tasas y retardos) : HSDPA, HSUPA y tecnologías próximas en redes móviles como MIMO o OFDM. • Toma relevancia el desarrollo de aplicaciones móviles y contenidos, además del desarrollo de servicios en red. • Convergencia de los intereses Telco tradicionales con el área lT. Transmisión de Datos

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