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REDES SEM FIOS. Prof. Amine Berqia Email : bamine@ualg.pt Web : http://w3.ualg.pt/~bamine. Componentes das redes de móvel & as redes sem fios. RAN. CN. CN. UIM. MT. UIM : User Identity ModuleMT : Mobile Terminal RAN : Radio Access NetworkCN : Core Network. Interface UIM-MT. - PowerPoint PPT Presentation
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REDES SEM FIOSProf. Amine Berqia
Email : bamine@ualg.ptWeb : http://w3.ualg.pt/~bamine
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
Ocupado pelo utilizador 1
Livre
Frequency Division Multiple Access
Can
al físico
TDMA
Frequência
Tempo
Ocupado pelo utilizador 2
Ocupado pelo utilizador 1
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
Ocupado pelo utilizador 1
Livre
1, 2, 3,4 Slots
CDMA
Tempo
Code Division Multiple Access
LivreCodigo
Frequência
Ocupado pelo utilizador 2
Ocupado pelo utilizador 1
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
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 …
As classes de serviços do UMTS (2)
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 …
As classes de serviços do UMTS (3)
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
As classes de serviços do UMTS (4)
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 23.002 Network Architecture, Release 4, V4.6.0 2002-12
• 3GPP: TS 23.002 Network Architecture, Release 5, V5.6.0 2002-12
• 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/>
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