Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)

1. UniversalMobile Telecommunication System(UMTS)

2. Περιεχόμενα • 1. Εισαγωγή • 2. UTRAN • 3. Mobility • 4. QoS • 5. IMS • 6. OSA • 7. MEXE

3. Εισαγωγή στο UMTS

4. Εισαγωγή στο UMTS

5. Χαρακτηριστικά του UMTS • Κοινή παγκόσμια χρήση • Υποστήριξη όλων των εφαρμογών • Υποστήριξη PS (Packet Switched) & CS (Circuit Switch) • Ρυθμοί μετάδοσης μέχρι 2Mbps (κινητικότητα - ταχύτητα) • WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) • 384 Kbps wide area coverage • 2 Mbps local area coverage • 10 ms frame length • Chip rate = 3.84 Mchips/s • FDD (Frequency Division Duplex) • Uplink 1920-1980MHz;Downlink 2110-2170MHz • Uplink 1850-1910MHz;Downlink 1930-1990MHz • TDD (Time Division Duplex)

6. Διαδικασίες προτυποποίησης UMTS IMT 2000 (ITU): International Mobile Telecommunications 2000: initial trial systems & 2000MHz • 17 διαφορετικές προτάσεις κατατέθηκαν στην ITU το 1998 • 11 terrestrial & 6 Mobile satellite systems • Αξιολόγηση των προτάσεων (τέλος του 1998) • Διαπραγματεύσεις για συνένωση τους (6/1999) • Προδιαγραφές για την ραδιο-τεχνολογία μετάδοσης (τέλος του 1999) • Πιο σημαντικές προτάσεις: • UMTS (W-CDMA): μετεξέλιξη του GSM • CDMA2000: Ενδιάμεσο πρότυπο για το IS-95 • TD-CDMA (Time Division synchronous CDMA): UWC-136/EDGEγια την επαύξηση • των δυνατοτήτων των D-AMPS και GSM

7. 3GPPThird Generation Partnership Project • ETSI (Ευρώπη), • Association of Radio Industries and Business Telecommunication Technology Committee (ARIB/TTC - Ιαπωνία), • American National Standards Institute (ANSI - Αμερική), Telecommunication Technology Association (Ν. Κορέα), • Chinese Wireless Telecommunication Standard (CWTS). Εκδόσεις: Release 99 (12/1999):Μετεξέλιξη του GSM δικτύου Release 2000:Μετεξελίξεις για το IS-95 και το EDGE; δυνατότητα σύνδεσης με άλλα δίκτυα πρόσβασης (WLAN,BRAN)

8. Release 99 • UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network • W-CDMA Ραδιοεπαφή • Υποστήριξη Time Division Duplex & Frequency Division Duplex • TDD: Micro & Pico κυψέλες καθώς και ασύρματες εφαρμογές • FDD: Wide-area coverage (public & macro κυψέλες) • MC (Multicarrier) mode: εγκαθίδρυση συμβατότητας ανάμεσα σε UMTS • και CDMA 2000

9. Λογική αρχιτεκτονική UMTS Packet Switched domain Circuit Switched domain UMTS Access Network GSM Access Network

10. UTRAN (TS 25.401) RNC- BSC Node B - BTS Iu, Iub, Iur:ATM transmission principles

11. Γενική αρχιτεκτονική πρωτοκόλλων User Plane The radio access bearer service is offered from SAP to SAP by the Access Stratum. Uu and Iu interfaces linked together provide this radio access bearer service.

12. Γενική αρχιτεκτονική πρωτοκόλλων Control Plane Note: CM, MM, GMM and SM exemplifies a set of NAS control protocols between UE and CN. There may be different NAS protocol stacks in parallel.

13. Serving & Drift RNC • SRNC: • Admission • RR Allocation • Congestion Control • Handover • Macro-diversity • DRNC: • RR Allocation • RNC: • Αυτόνομη διαχείριση των ράδιο πόρων του UTRAN • O&M Διεπαφή • ATM switching & multiplexing • Συνολικός ελεγχος του RNS

14. Node B • Η φυσική μονάδα για μεταδόσεις δεδομένων στη ραδιο-επαφή • Ελέγχει μία ή περισσότερες κυψέλες • Μπορεί να υποστηρίζει FDD & TDD • Αποτελεί σημείο τερματισμού του ΑΤΜ • Εκτελεί: • Rate adaptation • Forward Error Correction (FEC) • Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) • Μετρήσεις στην ισχύ και την ποιότητα της σύνδεσης (Μεταφορά στοιχείων στο RNC για εκτέλεση handover/macro-diversity) • Power Control • W-CDMA spreading/despreading

15. UMTS User Equipment UMTS UE = Mobile Equipment & UMTS SIM - USIM UMTS UE - Node B: FEC Power Control Radio Measurements Modulation - Demodulation W-CDMA Spreading/Despreading UMTS UE - RNC: Radio Resource Control Handover (CS) & Cell Selection (PS) Ciphering/De-ciphering UMTS UE - Core Network: Mobility Management(Location Registration/update, Attach-Detach) Session Management (PDP Context De/Activation) Service Request

16. Γενικό Μοντέλο General protocol model for UTRAN Interfaces. The structure is based on the principle that the layers and planes are logically independent of each other.

17. Application Protocols

18. Radio Access Network Application Part - RANAPTS 25.413 • Radio Access Bearer Management (setup, maintenance, release) • Management of the Iu connections • Transport of non-access stratum info between UE-CN • (mobility management signaling, broadcast information) • Exchange UE location information between RNC and CN • Paging requests from CN to UE • Overload and general error situation handling

19. Radio Network Sublayer Application Part - RNSAP TS 25.423 • Management of Radio Links • Paging • SRNC relocation • Measurements of dedicated resources

20. Node B Application Part - NBAPTS 25.433 • Management of common channels, radio resources and radio links • Configuration management • Measurement handling and control • Synchronization (TDD) • Reporting of Error situations

21. Radio Resource Control - RRCTS 25.331 • Broadcasting Information • Management of connections between UE and UTRAN • Management of radio bearers • Ciphering Control • Power Control • Message Integrity protection • Paging and notifying

22. Transport Network Layer - Layer 3 • Iu, Iur: Signaling Connection Protocol Part (SCCP) [Q.711, Q.716] • Provides connectionless and connection oriented services • Iu-CS, Iur, Iub: ALCAP [Q.2630.1, Q.2150.1, Q.2150.2] • Signaling needed to setup bearers to transmit data via the user plane.

23. PS domain με UTRAN δίκτυο πρόσβασης GMM/SM GMM/SM RRC RRC RANAP RANAP GTP-C RLC RLC SCCP SCCP TCP/UDP MAC MAC SIGNAL SIGNAL IP AAL5 AAL5 L2 RF RF ATM ATM L1 MS RNS SGSN GGSN HOST Control Plane APPL TCP/UDP APPL IP TCP/UDP Relay Function IP IP Relay Function Relay Function IP PDCP PDCP GTP-U GTP-U GTP-U GTP-U L2 RLC RLC TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP GTP-C IP IP L1 IP IP IP IP TCP/UDP MAC MAC AAL5 AAL5 L2 L2 L2 IP RF RF ATM ATM L1 L1 L1 L2 L2 L2 MS RNS SGSN GGSN HOST L1 L1 L1 User Plane

24. Στοίβα πρωτοκόλλων με UTRAN δίκτυο πρόσβασης Application Application PDCP PDCP GTP-U GTP-U GTP-U GTP-U IP RLC RLC TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP TCP TCP UDP UDP TCP UDP IP IP IP IP Other Network UMTS Link IP IP IP MAC MAC AAL5 AAL5 L2 L2 L2 RF RF ATM ATM L1 L1 L1 MS RNS SGSN GGSN GPRS Link UMTS Radio Link GPRS Core Network Link

25. Ενθυλάκωση Το τμήμα μεταγωγής πακέτου μεταφέρει PDP Protocol Data Units (PDU) ανάμεσα σε εξωτερικά δίκτυα και ένα MS με διαφανή τρόπο Όλα τα PDP Protocol Data Units ενθυλακώνονται και αποθυλακώνονται για την περαιτέρω δρομολόγησή τους Δικτυακά στοιχεία ενθυλάκωσης MS RNC SGSN GGSN Λειτουργίες ενθυλάκωσης Στο δίκτυο κορμού ανάμεσα σε δύο κόμβους GSN ή ανάμεσα σε ένα SGSN και ένα RNC Μια ανάμεσα στο MS και το SGSN στην περίπτωση GSM δικτύου πρόσβασης Μια ανάμεσα στο MS και το RNC στην περίπτωση UMTSδικτύου πρόσβασης Δρομολόγηση και μεταφορά πακέτων: Ενθυλάκωση

26. Δρομολόγηση και μεταφορά πακέτων στο UMTS APPL TCP/UDP APPL IP TCP/UDP Relay Function IP IP Relay Function Relay Function IP PDCP PDCP GTP-U GTP-U GTP-U GTP-U L2 RLC RLC TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP TCP/UDP L1 IP IP IP IP MAC MAC AAL5 AAL5 L2 L2 L2 RF RF ATM ATM L1 L1 L1 MS RNS SGSN GGSN HOST User Plane • Ανάμεσα στο MS και το SGSN • Με το πρωτόκολλο PDCP • Ανάμεσα στο SGSN και το GGSN • Με το πρωτόκολλο GTP χρησιμοποιώντας UDP/IP • Το GTP tunnel αναγνωρίζεται μοναδικά από ένα Tunnel ID (TEID) και την διεύθυνση του GSN (SGSN or GGSN)

27. Υποστήριξη ποιότητας υπηρεσιών στο UMTS

28. Μηχανισμοί υποστήριξης ποιότητας υπηρεσίας • Admission Control: • Περιέχει πληροφορίες για τους υπάρχοντες καιπαραχωρηθέντες • πόρους του δικτύου, και αποφασίζει αν υπάρχουν αρκετοί πόροι ώστε • να υποστηριχθεί μια καινούργια αίτηση. • Βασικός έλεγχος για ένα PDP Context στο SGSN, ενώ στα GGSN & UTRAN επιβεβαίωσηδυνατότητας υποστήριξης του QoS για το • PDP Context. • Bearer Service Manager • Συντονισμός σηματοδοσίας για την εγκαθίδρυση, μετατροπή και διατήρηση • Ενός bearer service. Επικοινωνία με τις οντότητες admission & subscription control. • BS-MT:Αιτήσεις για εγκαθίδρυση local bearer service; Μετάφραση UMTS QoS • Χαρακτηριστικών σε αυτά του local bearer service. • BS-SGSN: Αντίστοιχες λειτουργίες για την εγκαθίδρυση RAB,Iu, CN bearers. Συνεργασία με τις οντότητεςστο UTRAN και το GGSN. • BS-GGSN: Αντίστοιχες λειτουργίες για την εγκαθίδρυση CN bearers και τη διαλειτουργικότητα με τα εξωτερικά δίκτυα

29. Μηχανισμοί υποστήριξης ποιότητας υπηρεσίας • Resource Manager: • Διαχείριση δικτυακών πόρων βάση των χαρακτηριστικών του bearer. Υποστήριξη • QoS με μηχανισμούς scheduling, bandwidth management, power control. • Traffic Conditioner: • Πιστοποίηση των χαρακτηριστικών μετάδοσης στις προδιαγραφές που έχουν οριστεί. Εκτέλεση traffic shaping & traffic policing. • TC-MT: uplink • TN-UTRAN & GGSN: downlink • Packet Classifier: • PC-MT: Εκχώρηση πακέτων από το local BS manager στο κατάλληλο UMTS bearer (DSCP, Transport layer Port number, security parameter index) • PC-GGSN: Εκχώρηση πακέτων από εξωτερικό BS manager στο κατάλληλο UMTS bearer.

30. Κλάσεις και παράμετροι QoS Ορισμός κλάσεων βάσει: delay, bit rate, bit error rate, traffic handling priority requirements Conversational Class: Fixed resource allocation (like CBR in ATM) Παράδειγμα:Video telephony Streaming Class: Tolerance to a certain amount of delay variation (like VBR in ATM) Παράδειγμα:Video Downloading Interactive Class: Services requiring assured response times (scheduling priority) Παράδειγμα:E-commerce, Web Background Class: Best effort services (lowest priority) Παράδειγμα:file transfer, E-mail

31. Κλάσεις και παράμετροι QoS

32. PDP Context activation • Ενεργοποίηση PDP Context με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά QoS: (traffic class, transfer delay, traffic handling priority) • Πολλαπλά PDP Context μπορούν να μοιράζονται την ίδια IP διεύθυνση • Παροχή φίλτρου από το MS για κάθε PDP Context • GGSN: χρήση φίλτρου για την απο-πολύπλεξη εισερχόμενων • πακέτων στο σωστό PDP Context • Χαρακτηριστικά φίλτρου:IP source, IP Dest, Port number, DSCP • Ύπαρξη φίλτρου: MS & GGSN (unidirectional flows)

33. PDP Context Activation 1 . Ενεργοποίηση εφαρμογής 2. Έλεγχος ύπαρξης PDP Context με παρόμοια χαρακτηριστικά QoS 3. I) Πολύπλεξη πακέτων στο υπάρχον PDP Context II) Εναλλακτικά τροποποίηση υπάρχοντος PDP Context III) Εναλλακτικά ενεργοποίηση “Secondary PDP Context” Secondary PDP Context:Κληρονομεί τα περισσότερα χαρακτηριστικά του “Primary PDP Context”. Εγκαθίδρυση νέου bearer (GTP Tunnel). Default PDP Context:Δεν σχετίζεται με συγκεκριμένη ροή πακέτων, και επιτρέπει τη μεταφορά πακέτων που δεν «ταιριάζουν» σε κάποιο από τα υπάρχοντα PDP Context να φτάσουν στο MS

34. Core Network QoS UMTS Packet Core Network = IP Network Δυνατότητες υποστήριξης QoS: 1) Χωρίς κάποια επιπλέον υποστήριξη (το δίκτυο κορμού δεν αποτελεί bottleneck) 2) ΑΤΜ based transport (εμπεριέχει μηχανισμούς υποστήριξης QoS) 3) Differentiated Services (marking points: RNC uplink & GGSN downlink)

35. Χρέωση - Ορισμοί

36. Χρέωση - Λογική Αρχιτεκτονική CGF: Distributed functionality in SGSN & GGSN or Centralized Network Element

37. Αρχές διαδικασιών χρέωσης • Σε κάθε PDP Context εκχωρείται ένας μοναδικός προσδιοριστής για τη λειτουργία των διαδικασιών χρέωσης (charging ID) • Οι μετρήσεις του όγκου δεδομένων που ανταλλάσσονται γίνονταιξεχωριστά για το uplink και το downlink • Οι μηχανισμοί χρέωσης θα παρέχουν τη διάρκεια ενός PDP Context με πληροφορίες όπως ημέρα και ώρα • Τα GSNs θα μπορούν να χειρίζονται χαρακτηριστικά χρέωσης που θα προμηθεύονται από τις πληροφορίες συνδρομής που βρίσκονται αποθηκευμένες στην HLR • Τα SGSNs θα υποστηρίζουν τη χρέωση υπηρεσιών CAMEL

38. Συλλογή πληροφοριών χρέωσης • Χρήση πόρων στη ραδιο-επαφή: amount of data uplink, downlink, QoS • Διάρκεια χρήσης: Activation - Deactivation of PDP Context • Χρήση γενικών πόρων του δικτύου GPRS & διαδικασιών διαχείρισης (π.χ., mobility management) • Προορισμός και πηγή: Ο προορισμός καθορίζεται με την ακρίβεια του APN • Χρήση εξωτερικών δικτύων: Δεδομένα που ανταλλάσσονται με εξωτερικά δίκτυα • Τοποθεσία του κινητού: HPLMN, VPLMN, πληροφορίες τοποθεσίας μεγαλύτερης ακρίβειας (από τις διευθύνσεις SGSN, GGSN) • SGSN: Συγκεντρώνει πληροφορίες για τη χρήση των ράδιο-πόρων • GGSN: Συγκεντρώνει πληροφορίες για την επικοινωνία με εξωτερικά δίκτυα

39. Αρχές συλλογής δεδομένων χρέωσης • Κάθε PDP Context δημιουργεί τα δικά του records • (S-CDR <--> SGSN, G-CDR <--> GGSN • Ένα SGSN μπορεί να στείλει προαιρετικά records σχετικά με τη διαχείριση κινητικότητας (M-CDR) • To MS δημιουργεί records για το SMS • Η αποστολή των records στο CGF εξαρτάται από διάφορες παραμέτρους (timer expiration, transferred data volume limit, routing area update, intra-inter handover) • Η συσχέτιση των records από το SGSN και το GGSN για το ίδιο PDP Context γίνεται από το Charging ID • Το RNC είναι υπεύθυνο να μετράει τον αριθμό δεδομένων που δεν στάλθηκαν στο κινητό (λόγω προβλήματος στη μετάδοση ή λόγω εκτέλεσης μεταπομπής)

40. S-CDR

41. G-CDR

42. The IP-Multimedia Subsystem (IMS) Rel 98 Rel 99 Rel 4 Phase 1 Phase 2 Rel 96 Rel 97 Rel 5 UTRA GPRS IMS 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 GSM UMTS

43. Basic Architecture (Phases 1 and 2) Circuit domain GSM Radio HOME

44. Εισαγωγή του GPRS Packet domain HOME GSM Radio Circuit domain

45. Εισαγωγή του UMTS UMTS Radio HOME Packet domain GSM Radio Circuit domain

46. Εισαγωγή του IMS IMS IMS Packet domain UMTS Radio HOME GSM Radio Circuit domain

47. Στοιχεία του IMS Home HSS I-CSCF S-CSCF Other IP/IMS network MRF IMS P-CSCF SGSN GGSN Serving PS domain Supports and controls the multimedia sessions, providing the flexibility to add, modify or delete bearers used by the user’s services Call Session Control Function Home Subscriber Server Multimedia Resource Function UTRAN

48. Details of IMS Details of IMS Serving-CSCF: Performs the Session Control: handles the SIP requests and forwards them to the S-CSCF /external IP network of other end user. The S-CSCF might be specialized for the provisioning of a (set of) service(s). HSS I-CSCF S-CSCF Interrogating-CSCF: “main entrance” of the home network: Selects (with the help of HSS) the appropriate S-CSCF. Other IP/IMS network MRF Multimedia Resource Function: Handles multiparty calls and conferences P-CSCF SGSN GGSN UTRAN Proxy-Call Session Control Function: “first contact point” of IMS: located in the visited network, selects the I-CSCF of the Home Network of the user. Performs some local analysis (e.g. number translation, QoS policing,..)

49. Details of IMS Legacy mobile signalling network R-SGW BGCF T-SGW MGCF Many interworking functions and entities defined for interconnection with legacy networks (PSTN, GSM, GSM+GPRS, UMTS, etc.) Transport IM-MGW Signalling Legacy, PSTN HSS I-CSCF S-CSCF Other IP/IMS network MRF P-CSCF SGSN GGSN UTRAN

50. Details of IMS Cx Cx HSS Mw I-CSCF S-CSCF Mm Mh Other IP/IMS network Mc Legacy mobile signalling network Ms MRF R-SGW Mw Mi Gi Mk Mg Gi+Go Mj P-CSCF SGSN GGSN UTRAN BGCF T-SGW MGCF Mc Gi Transport IM-MGW Signalling Legacy, PSTN