REDES SEM FIOS

REDES SEM FIOSProf. Amine Berqia

Email : [email protected] : http://w3.ualg.pt/~bamine

mailto:[email protected]




Componentes das redes de móvel &

as redes sem fios

UIM MT RAN CN CN

UIM : User Identity Module MT : Mobile TerminalRAN : Radio Access Network CN : Core Network

Interface UIM-MT

UIM MT

UIM-MT ’’Interface ’’ situa-se entre o cartão SIM e o terminal móvel que pode corresponder a diferentes tipos de redes: GSM,

GPRS, UMTS, IEEE802.11

Interface MT-RAN

MT RAN

Interface MT-RAN ligar o terminal móvel

à antena e define como o terminal acede

à antena e reciprocamente.

Interface RAN-CN

RAN CN

Interface RAN-CR refere-se à transmissão da antena

ao primeiro comutador da rede.

Interface CN-CN

CN CN

Interface CN- CN define a tecnologia rede utilizada

para encaminhar as informações.

Redes De Móvel &

Redes Sem Fios

RDM RSF

Um utilizador é definido como utilizador móvel se

o mesmo é capaz de comunicar fora da sua rede de assinatura conservando ao mesmo tempo o mesmo

endereço.

Um sistema chama-se sem fios se o mesmo propõe um

serviço de comunicação totalmente independente das

tomadas murais.

Exemplos de Redes Móveis e/ou Sem fios

Sistema Sem Fios Movel

GSM

UMTS

TCP/IP x x

IP Mobile x

ATM x x

DECT x

Os Sistemas Celulares

GSM : Global System for Mobile communications

GPRS : General Packet Radio Service

EDGE : Enhanced Data for GSM Evolution

UMTS : Universal Mobile Telecommunications System

GSM 1979: reserva da banda do 900 MHz para as comunicaçoes móveis na Europa por IUT 1980: criação de grupo de trabalho GSM (Groupe

Spécial Mobile) 1992: comercialização real dos primeiros sistemas

GSM

Desde o GSM deixou a sua sigla francesa para a de Global System for Mobile communications e suplantou os sistemas analógicos.

Arquitectura Geral

BSS : Base Station Subsystem MS (Mobile Station) : parte visível do sistema rádio móvel e miniaturisés cada vez mais.

BTS (Base Transceiver Station) : estações básicas, pontos de acesso a rede GSM. Os BTS materializa-se sob a forma de antenas sobre os tectos dos edifícios na cidade ou sobre o bordo da estrada.

BSC (Base Station Controller) : controlador BTS, um BSC gere os canais rádios e BTS aplica as decisões tomadas pelos BSC como o controlo de admissão das chamadas e a gestão dos handovers.

NSS : Network SubSystem MSC (Mobile-services Switching Center) : O MSC é um comutador numérico em modo circuito, que gere todas as comunicações com os móvel sob a sua cobertura.

HLR (Home Location Register) : base de dados de localização nominal na qual são armazenadas todas as informações relativas aos assinantes de uma rede móvel.

VLR (Visitor Location Register) : base de dados de localização Local na qual são armazenadas todas as informações relativas aos utilizadores de uma região específica.

Interface rádio:

Subsídio de frequência: - banda 890-915 Mhz para a direcção ascendente (MT para BTS) -banda 935-960 Mhz para a direcção descendente

(BTS para MT)

Métodos de acesso: FDMA, TDMA, CDMA, F-TDMA…..

FDMAO FDMA é o método de acesso

múltiplo mais utilizado. Esta técnica é mais antiga,

e permite diferenciar os utilizadores por simples uma diferenciação frequencial. Com efeito, para ouvir o

utilizador N, o receptor considera apenas a frequência

fN associado. A aplicação desta tecnologia é bastante simples.

Frequência

Tempo

B

A

C

Ocupado pelo utilizador 2


Livre

Frequency Division Multiple Access

Can

al físico

TDMA

Frequência

Tempo



Livre

Time Division Multiple Access

Canal físico

1 2 3 4 1 2 3 4

O TDMA é um método de acesso que baseia-se na distribuição de

recursos no tempo.

Cada utilizador emite ou transmite num intervalo de tempos concreto

cuja periodicidade é definida pela duração da trama.

Neste caso, para ouvir o utilizador N,

o receptor tem apenas a considerar o intervalo de tempos N associado à

este utilizador.

1, 2, 3,4 Slots

F-TDMAFrequência

Tempo

Frequency Time Division Multiple Access

1 2 3 4 1 2 3 4

B

A

COcupado pelo utilizador 2


Livre

1, 2, 3,4 Slots

CDMA

Tempo

Code Division Multiple Access

LivreCodigo

Frequência



Canal físico

O CDMA é baseado na distribuição por códigos. Com efeito, cada

utilizador é diferenciado do resto dos utilizadores por um código N que lhe foi atribuído no

início da sua comunicação e que é ortogonal ao resto de códigos ligados à outros

utilizadores.Neste caso, para ouvir o utilizador

N, o receptor tem apenas a multiplicar o sinal

recebido pelo código N associado à este utilizador.

Allocação de recursos

Conjunto dos recursos disponíveis = bandwith; Divisão da bandwith em vários conjunto de canais; Multiplexing de várias comunicações sobre a mesma bandwith à ajuda dos métodos de acesso; Vários esquemas de subsídios de recursos:

FCA, DCA, HCA.

FCA

FCA : Fixed Channel Assignment

+ simples e rápido; + atribuição fixa de recursos todas as às estações básicas; -- não permite de gerir a variação brutal e

instantânea do tráfego.

DCA

DCA : Dynamic Channel Assignment

+ concentração dos recursos num grupo comum; + aumentar a capacidade do sistema; -- requer uma importante carga de sinalização.

HCA

HCA : HybridChannel Assignment

+ mistura de FCA e de DCA; -- mistura dos inconvenientes;

Handover

Permite de passar de uma célula ao outro sem corte de comunicação;

É um mecanismo revolucionário responsável do sucesso da telefonia móvel.

Tecnologias 2,5G

HSCSD

GPRS

EDGE Web site Ericsson

HSCSD e GPRS

HSCSD - High Speed Circuit Switched Data GPRS - General Packet Radio Service

Estas novas tecnologias oferecem soluções para aumentar as taxas de dados com relação às redes GSM existentes.

As operadoras de rede querem promover serviços de dados para aumentar as receitas.

HSCSD

O HSCSD é uma tecnologia de comutação de circuitos

Um canal físico é atribuído por toda a duração da chamada

A conexão do canal físico é mantida mesmo se não houver dados sendo transferidos

GPRS

É muito diferente das arquiteturas de redes celulares atuais

Somente é atribuído um canal físico quando for necessário transmitir ou receber dados

Os canais físicos podem ser compartilhados entre diferentes usuários móveis

O GPRS é uma tecnologia de comutação de pacotes

Comutação de circuitos vs pacotes Circuitos

•Cada canal físico é atribuído

•Adequado a..

Aplicações em que o

tempo é crítico

p.ex. videofone

•Complementa..

PSTN e ISDN

•Cobrado por …

O minuto

Pacotes

•Cada canal físico é compartilhado

•Adequado a..

Web browsing

E-mail

Valores de ações, etc

•. Complementa..

TCP/IP, X25

•Cobrado por ..

O BIT (e QoS)

HSCSD e GPRS vs GSM

Multislot

As unidades móveis GSM convencionais usam umúnico timeslot no

uplink e no downlink para transportar um canal de

tráfego (TCH).

As unidades móveis HSCSD e GPRS podem

transmitir e receber em diversos timeslotsGSM por quadro.

Unico timeslot

GSM + GPRS

PSTN

BSC

GSMBTS

GSMBTS

MSC

PCU

Other nets

GGSN

SGSN

Como promover uma rededa GSM a GPRS?1. For the BSS software upgrade

hardware upgrade

2. New GPRS support nodes (SGSN – GGSN)

Esquemas de Coding de GPRS (1)Coding

SchemeCoded

bitsPunctured

bitsDataRate

(kbps)

Multiple SlotMax.DataRate

(kbps)

CS-1 456 0 9,05 72,4

CS-2 588 132 13,4 107,2

CS-3 676 220 15,6 124,8

CS-4 456 0 21,4 171,2

Max. Per TS Data rate (kbps)

0

5

10

15

20

25

CS-1 CS-2 CS-3 CS-4

KB

its

pe

r S

ec

on

d

GPRS using same physical RF layer as GSM speech

Data is coded into normal bursts (456 bits / 20ms)

Higher data rates per timeslot achieved by removing error protection

Timeslot sharing

BTS

BCCH GPRS GPRS GPRSTCHTCH TCH User rate atCS2 = 40.2 kbps

TCH

A Voice call require the GPRS TS

Timeslot sharing

BTS

BCCH GPRS GPRSTCH TCH TCHTCH User rate atCS2 = 40.2 kbps

TCH

A Voice call takes the GPRS TS

User rate atCS2 = 26.8 kbps

EDGE EDGE = Enhanced Data rates for GSM Evolution

EDGE é uma extensão do HSCSD e GPRS

EDGE define um novo formato de modulação (8PSK) que permite que serviço como o HSCSD e GPRS sejam mais rápidos

Downlink

Uplink

Classe Downlink Uplink

A 8PSK GMSK

B 8PSK 8PSK

BTS MS

Classes do EDGE

Esquemas de Coding da EDGE

Impacto da EDGE em redes existentes de GSM/GPRS

Hardware upgrade to the BSS (new transceiver in each cell) Software upgrade to the BS and BSC No change in the core networks New terminals - Terminal which provides 8PSK in the uplink and the downlink - Terminal which provides GMSK in the uplink and 8PSK in the downlink

SGSNSGSN

GGSNGGSN

GbGb

GnGn

GcGc

GiGi

GsGs

GnGn

HLRHLR

BSCBSC

MSCMSC

PSTN

BTSBTS

BTSBTS

AbisAbis AA

DD

AbisAbis

AA

PDN

NEW

NEWNEW

NEW

NEW

NEW

NEW

NEW

NEW

NEWNEW

NEW

GSM + GPRS + EDGE

Tecnologias 3G

UMTS : Universal Mo Mobile Telecommunications Service

IMT 2000 : International Mobile Telecommunication system

CDMA 2000 : Code Division Multiple Access

W-CDMA : Wideband-Code Division Multiple Access

UMTS

Circuito e Pacote,

Voice : 144kb/s

low-rate data : 384kb/s,

high-rate data : 2Mb/s.

As classes de serviços do UMTS (1)

Classe A (conversational): serviços bidirectivos implicando 2 interlocutores (ou um grupo de pessoa), como a telefonia, visiophonie ou os jogos interactivos...;

TelefoniaVisiophonie …


Classe B (streaming) : serviços implicando um utilizador e um servidor de dados, como vídeo ao pedido e aplicações de transferência de imagens

Ser

v id o

r

Imagens, Vidéo …


Classe C (interactivo): serviços nos quais o utilizador mantem um diálogo interactivo com um servidor de aplicações ou de dados, como navegação sobre Internet, transferência de ficheiros por ftp...

Ser

vido

r

Response

Request


Classes D (background): parentes da classe C à diferença que as informações transmitidas são de prioridades inferiores, como a transferência de telefax ou o serviço de mensagens de tipo SMS...

Ser

vido

r

Dados

Dados

Frequências da 3G

Para os sistemas terrestres (230 MHz) :

1885 – 2025 MHz para a primeira banda 2110 – 2200 MHz para a segunda

Para os sistemas MSS (Mobile Satellite Service) (150MHz) :

1980 – 2100 MHz2170-2200 MHz

Rede UMTS

CN

BRAN UTRANSRAN

AN

CN :Core Network, AN : Access Network, BRAN : Broadband Radio Access Network, SRAN : Satellite RAN, UTRAN : UMTS Terrestrial RAN

CN : noção de domínio

CS domain PS domain

AuC

GMSC HLR GGSN

VLR

MSC

EIR

SGSN

Rede de acesso UTRAN

RNC

Node BNode B

RNC

Node BNode B

RNC

Node BNode B

MH

lub

CS PS Core Network

Rede de acesso

RNC : Radio Network Controller, MH : Mobile Host

Técnicas do Multiplexing : FDD et TDD

tf1

movél rede

tf2

rede movél t

fi

movél rede

rede movél

Multiplex FDD Multiplex TDD

• FDD e TDD estão disponíveis em UMTS

• TDD foram projetados para o uso em áreas elevadas da densidade;

• a taxa a mais elevada :

•TDD-2.048Mb/s

•FDD-384kb/s

Redes Celulares: Sumário

GSM890-915MHz935-960MHz

TDMAGMSK

~ 24kbps

UMTS1885-2025MHz2110-2200MHz

~ 2Mbps

HSCSD<57kpsGPRS~171kbps

EDGEGMSK8PSK<

2G 2,5G 3G

Protocolos UMTS

Arquitectura do Protocolo UMTS internetworking

Protocolos UMTS (Radio Interface)

Arquitectura do Protocolo Radio Interface

Protocolos UMTS (Control Plane)

Pilha do Protocolo control plane da UMTS

Protocolos UMTS (User Plane)

Pilha do Protcolo user plane da UMTS

Serviços UMTS

UMTS Vendedores

Bibliografia (1)

• 3GPP: <http://www.3gpp.org>

• 3GPP: 3GPP Specifications - Release contents and functionality, 2002-10-01 <http://www.3gpp.org/specs/releasescontents.

htm>

• 3GPP: TS 23.002 Network Architecture, Release 1999, V3.6.0 2002-09



• 3GPP: TS 23.228 IP Multimedia Subsystem (IMS), Stage 2, Release 5, V5.7.0, 2002-12

Bibliografia (2)

• Holma Harri, Toskala Antti: WCDMA for UMTs: Radio Access for Third Generation Mobile Communications, 07 March,

2001, ISBN: 0471486876

• Halonen Timo, etc.: GSM, GPRS and EDGE Performance, John Wiley & Sons, Ltd, England, 2002, ISBN 0470 84457 4

• Kaaranen Heikki, etc.: UMTS Networks Architecture, Mobility and Services, John Wiley & Sons, Ltd, England, 2001,

ISBN 0471 48654 X

• UMTS Forum: <http://www.umts-forum.org/servlet/dycon/ztumts/umts/Live/en/umts/Home>

• UMTS World: <http://www.umtsworld.com/>

Documents

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