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CENTRO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DE EDUCACIÓN SUPERIOR DE ENSENADA
DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
Tarea 8. LAPDm y Q.391.
Comunicaciones móviles celulares Responsable: Dr. Jaime Sánchez García
14243663
Casarrubias Garín Jesús Ismael
Fecha de entrega: Martes 17 de Marzo, 2015.
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Tabla de Contenido
Tabla de figuras ............................................................................................................................. 1
1. Introducción. ......................................................................................................................... 2
2. Antecedentes. ....................................................................................................................... 2
3. Marco teórico. ....................................................................................................................... 3
3.1. Protocolo SDLC y HDLC ...................................................................................................... 5
3.2. LAPD .................................................................................................................................. 7
3.3. LAPDm ............................................................................................................................... 8
3.4. Q.931 ................................................................................................................................. 9
4. Bibliografía. ......................................................................................................................... 12
Tabla de figuras
Figura 1. Arquitectura de protocolos de red en GSM. .................................................................. 3
Figura 2. Formato de la trama SDLC. ............................................................................................. 6
Figura 3. Modos de transferencia en HDLC. .................................................................................. 7
Figura 4. Trama de LAPD. .............................................................................................................. 8
Figura 5. Formato del campo de dirección en LAPDm. ................................................................. 9
Figura 6. Formato de los mensajes de señalización del protocolo Q.931. .................................. 10
Figura 7. Tipos de mensajes. ....................................................................................................... 10
Figura 8. Otros elementos de información requeridos. .............................................................. 10
Figura 9. Correspondencia entre los mensajes de señalización de red ISUP y los mensajes de
señalización usuario-red Q.931 en la RDSI. ................................................................................. 11
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1. Introducción.
El desarrollo de las telecomunicaciones ha ido en paralelo con el desarrollo
de las redes de transmisión, el creciente número de usuarios y la evolución de
los requerimientos de estos; sin embargo la idea principal sigue siendo el
transmitir datos de un punto (cliente) hacia otro sin errares. Para lograr esto se
establecen canales de comunicación entre estos, donde en el esquema del
sistema de comunicación una parte importante es el protocolo de comunicación.
Un protocolo es en sí el conjunto de reglas utilizadas para la transmisión de
información entre dos puntos. Un protocolo de red de comunicación de datos es
un conjunto de reglas que gobierna el intercambio ordenado de datos dentro de
la red.
LAPDm es un protocolo de la capa de enlace de datos que es utilizado en redes
celulares GSM, se encuentra basado en LAPD, el cuál es el procedimiento de
acceso al canal D y protocolo que se abordará a lo largo de este trabajo.
2. Antecedentes.
El modelo de referencia OSI es un modelo de red con capas que fue desarrollado
por la ISO con el objetivo de estandarizar internacionalmente los protocolos
utilizados en varias capas. Los protocolos que establece este modelo no son
usados actualmente, pero como modelo de referencia es usado debido a que
define las funciones que se deben realizar en cada capa.
Modelo OSI
7 Aplicación
6 Presentación
5 Sesión
4 Transporte
3 Red
2 Enlace de datos
1 Física
Conceptos de funcionamiento de las capas: servicios, interfaces y protocolos.
Por servicio se refiere a que es lo que hace la capa, la interfaz indica los procesos
para comunicarse entre capas (acceso a una capa) y los protocolos que usará
para esto.
El modelo OSI no está diseñado primariamente para un conjunto de protocolos
específicos, sino que está diseñado de manera general, y conforme cambian las
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tecnologías en las comunicaciones estos se pueden ir adaptando o
reemplazando, es decir es un modelo más universal, pero que no encaja o no
describe adecuadamente algunos protocolos.
ITU define la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI, en inglés: ISDN) como:
red que procede por evolución de la Red Digital Integrada (RDI) y que facilita
conexiones digitales extremo a extremo para proporcionar una amplia gama de
servicios, tanto de voz como de otros tipos, y a la que los usuarios acceden a
través de un conjunto de interfaces normalizados.
Antes de la RDSI, el sistema telefónico era visto como una forma de transporte
de voz, con algunos servicios especiales disponibles para los datos. La
característica clave de la RDSI es que integra voz y datos en la misma línea,
añadiendo características que no estaban disponibles en el sistema de teléfono
clásico.
Se puede decir entonces que la RDSI es una red que procede por evolución de
la red telefónica existente, que al ofrecer conexiones digitales de extremo a
extremo permite la integración de multitud de servicios en un único acceso,
independientemente de la naturaleza de la información a transmitir y del equipo
terminal que la genere. [1] Wikipedia.com
3. Marco teórico.
La arquitectura de la estructura de los protocolos GSM está dividida en tres
capas principales que utilizan ciertos protocolos dependiendo de la interfaz.
Figura 1. Arquitectura de protocolos de red en GSM.
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1. La capa física, utiliza en la interfaz de aire la estructura, mientras que en
la interfaz “A” recurre a MTP (Message Transfer Part), el cual trabaja
sobre las tres capas (MTP 1, MTP 2, MTP 3) y en general es el encargado
de transportar y direccionar bits entre dos nodos, suministrando los
medios eléctricos y físicos para la transmisión (MTP 1) y definiendo la
estructura de la trama de los diferentes mensajes (MTP 2).
2. La capa de enlace, en la interfaz de aire usa el protocolo LAPDm (Link
Access Protocol for Dchannel modified), que es una versión modificada
del LAPD, pues se dejan de utilizar algunos campos de la estructura del
mensaje tal como el FCS (Frame Check Sequence) porque la detección y
corrección de errores ahora es desarrollada por la codificación y
decodificación de canal. LAPDm provee las bases de la señalización en
la interfaz de aire, incluyendo funciones para el control de flujo, el control
de secuencia y la detección de errores. En la interfaz “A”, la capa de
enlace utiliza MTP 2, que incluye además de las funciones previamente
descritas el transporte confiable de los mensajes de señalización.
3. La capa de mensaje es llamada de ésta forma para que no se presenten
confusiones con la capa 3 del modelo OSI. Esta capa se divide en tres
subcapas:
a. RR (Radio Resource Management): supervisa el establecimiento
de canales lógicos y físicos en la interfaz de aire y es el encargado
de transmitir información de señalización relacionada con las
llamadas. RR es implementado sobre el enlace entre el MS y el
BTS, por lo que solo es utilizado en la interfaz de aire. En la interfaz
A, esta subcapa recurre al protocolo BSSAP (Base station
subsystem application part), el cual es soportado por SCCP y a su
vez necesita de los servicios prestados por MTP 3, ya que SCCP
permite el direccionamiento inclusive a través de muchos nodos y
ciudades. BSSAP está compuesto por: BSSMAP y DTAP. La
primera incluye a los mensajes que fueron RR y los que se usan
para tareas de control de intercambiados entre el BSC y el MSC;
los segundos comprenden los mensajes intercambiados por el MS
y el MSC.
b. MM (Mobility Management): Utiliza el canal proporcionado por RR
para intercambiar datos de forma transparente entre el MS y el
NSS. Entre sus tareas se encuentra el mantener a la red informada
acerca de la movilidad de los subscriptores, así como aspectos
relacionados con la autenticación y la seguridad.
c. CM (Connection Management): Provee comunicación entre el MS
y el NSS. Es responsable de servicios suplementarios como SMS
y de un control general de llamadas, lo cual incluye funciones como
establecimiento de la llamada y selección del tipo de servicio.
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La capa de enlace desempeña dos funciones fundamentales en la arquitectura
de la red. Estos enlaces son los que se presentan en la interfaz aérea y en la
interfaz A.
3.1. Protocolo SDLC y HDLC
SDLC es un protocolo de control de enlace de datos síncrono desarrollado por
IBM para su uso en arquitecturas de redes de sistemas. Fue el primer protocolo
de la capa de enlace de datos que se basó en una operación síncrona orientada
a bits.
La ISO modifico este protocolo para crear el HDLC (control de enlace de datos
de alto nivel).
El protocolo SDLC soporta una gran variedad de tipos de enlace y topologías.
Puede utilizarse con enlaces punto a punto y enlaces multipunto, con medios de
transmisión por cable o por el espacio libre, semidúplex o dúplex total y redes de
conmutación de circuitos y paquetes.
Este protocolo identifica dos tipos de nodos de res: principal y secundario. Los
nodos principales controlan la operación de otras estaciones llamadas
secundarias. Los nodos principales sondean a los secundarios en un orden
predeterminado y las estaciones secundarias, posteriormente, pueden transmitir
si tienen datos para su envío. El nodo principal también se encarga de establecer
y eliminar enlaces, y administrar el enlace mientras se encuentra en operación.
Los nodos secundarios se controlan a través de los nodos principales, lo que
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significa que los secundarios solamente pueden mandar información a los
principales, si estos últimos otorgan el permiso para hacerlo.
Los nodos principales y secundarios pueden estar conectados en cuatro
diferentes configuraciones básicas:
Punto a punto
Multipunto
Ciclo
Concentrador ve adelante
Figura 2. Formato de la trama SDLC.
Apuntador: comienza y finaliza la verificación de los errores.
Dirección: contiene la dirección SDLC de la estación secundaria, que
indica si la trama viene de una estación principal o de una secundaria.
Esta dirección puede contener una dirección específica, un grupo de
direcciones o una dirección de difusión. Un nodo principal es una fuente
de comunicación o un destino que elimina la necesidad de incluir la
dirección del nodo principal.
Control: emplea tres diferentes formatos, en función del tipo de trama
SDLC utilizada:
o Trama de información
o Trama de supervisión
o Trama no numerada
Datos: contiene una unidad de información de trayectoria o una
información de identificación del intercambio.
FCS (Secuencia de verificación de la trama): precede al delimitador de la
bandera final, y en general, es el residuo que resulta del cálculo de la
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CRC. El cálculo de la CRC se efectúa de nuevo en el receptor. Si el
resultado difiere del valor contenido en la trama original, se da por hecho
de que habido un error.
HDLC es un protocolo que comparte el formato de la trama SDLC, y los campos
de HDLC brindan la misma funcionalidad que los de SDLC. HDLC soporta
operación síncrona dúplex total.
Las diferencias entre SDLC y HDLC residen en que la primera solo soporta un
modo de transferencia, en tanto que HDLC soporta los tres mostrados a
continuación:
Figura 3. Modos de transferencia en HDLC.
3.2. LAPD
El protocolo LAPD es el protocolo de enlace de datos utilizado para señalización
y para configuración de llamada del canal D de ISDN.
La capa 2 del protocolo de señalización de ISDN es LAPD (Protocolo de acceso
al enlace, canal D), el cual es parecido a HDLC (Control de enlace de datos de
alto nivel) y a la LAPB (Protocolo de acceso al enlace, balanceado). LAPD, esta
capa se utiliza a través del canal D para asegurar que la información de control
y señalización fluya y sea recibida adecuadamente. El formato de trama de
LAPD, como se mencionó anteriormente es muy similar al de HDLC, así mismo
utiliza tramas de supervisión, de información y no numeradas. El protocolo LAPD
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se especifica formalmente en las recomendaciones realizadas por la ITU-T:
Q.920 y Q.921.
Figura 4. Trama de LAPD.
Los campos indicadores y de control de LAPD son idénticos a los de HDLC. El
campo direcciones de LAPD puede tener una longitud de 1 o 2 bytes. Si el bit de
dirección extendida del primer byte se fija, la dirección es de 1 byte; si no se fija,
la dirección es de 2 bytes. El primer byte del campo de dirección contiene el SAPI
que identifica el puerto en que los servicios de LAPD se ofrecen en la capa 3. El
bit C/R indica si la trama contiene un comando o una respuesta. El campo TEI
(identificador del extremo terminal) identifica a una sola terminal o as terminales
múltiples. Un campo TEI en todos los nodos indica un envío a todos los nodos
de la red.
3.3. LAPDm
La capa LAPDm (Link Access protocol on Dm channel, Capa de enlace sobre la
interfaz radio) se basa en un protocolo parecido al LAPD, mismo que se ha
modificado para operar dentro de las limitaciones establecidas por el canal radio.
LAPDm no utiliza banderas para delimitación de tramas, pues la capa física se
encarga de este detalle. LAPDm utiliza un campo indicador de longitud para
distinguir el campo que lleva la información de los bits que se utilizan como
relleno. Y utiliza un campo de dirección para llevar el identificador del punto de
acceso de servicio (SAPI, 3 bits), que también se utiliza para identificar al usuario
del servicio que se otorga por este protocolo. Cuando se emplea tramas de
comando/control, el SAPI identifica al usuario al cuál se envía el comando, así
como la trama de respuesta del mismo. El formato del campo de la dirección se
muestra en la figura x.x. El discriminador del protocolo de enlace (LPD) de 2 bits
se emplea para especificar una recomendación particular del uso de LAPD: El
C/R es un solo bit que especifica una trama de respuesta o de comando. Se
emplea un campo de un bit (EA) para extender la dirección a más de un octeto.
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LAPDm utiliza un campo de control como el empleado en LAPD para llevar
números secuenciales y para especificar el tipo de trama. LAPDm utiliza tres
tipos de tramas para efectuar funciones de supervisión y de control y
transferencia de información no numeradas (modo sin acuse de recibo) como en
LAPd. LADm no emplea bits de verificación de redundancia cíclica para
detección de errores, pues en su lugar se emplea una combinación de
codificación convolucional y de bloque (que se complementa con el entrelazado
a nivel bit) en la capa física.
Figura 5. Formato del campo de dirección en LAPDm.
Los mensajes de las subcapas de administración de conexión (CM) y de
administración de movilidad (MM) no los interpreta la estación base ni el BSC.
Estos se transfieren sobre la interfaz aérea utilizando la parte de aplicación de
transferencia directa (DTAP).
Por su parte, los mensajes de administración de recursos de radio (RR) se
mapean a la parte de aplicación de la BSS en el BSC (BSSAP). En la estación
base, la mayoría de ellos se tratan como mensajes transparentes; sin embargo,
algunos de ellos tienen que ser interpretados; tal es el caso del acceso aleatorio,
voceo, etcétera.
3.4. Q.931
Q.931 es una recomendación por parte de la ITU-T para la especificación de la capa 3 de la interfaz usuario-red de la red digital de servicios integrados para el control de la llamada básica.
Esta recomendación especifica los procedimientos para el establecimiento,
mantenimiento y liberación de conexiones de red en la interfaz usuario-red de la
RDSI. Estos procedimientos se definen en términos de mensajes intercambiados
por el canal D de las estructuras de interfaz a velocidad básica y primaria.
En sí esta recomendación está orientada al control de conexiones con
conmutación de circuitos, conexiones de señalización de usuario a usuario y
conexiones con conmutación de paquetes.
Q.931 es el protocolo de señalización utilizado en la capa 3, entre la red y el
terminal de usuario. Se basa en el intercambio de mensajes con el siguiente
formato.
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Discriminador de protocolo: este campo normalmente tiene un valor fijo,
aunque en algunos países se ha utilizado para distinguir entre versiones
del protocolo Q.931.
Valor de referencia de la llamada: identifica la llamada a que se refiere el
mensaje, desde el punto de vista de un usuario-canal específico. Sólo
tiene significado local y permite multiplexar varias llamadas en un mismo
terminal.
Tipo de mensaje: informa sobre el tipo de mensaje que se está enviando.
Otros elementos de información requeridos: la inclusión de alguno de
estos campos depende del tipo de mensaje concreto.
Figura 6. Formato de los mensajes de señalización del protocolo Q.931.
Figura 7. Tipos de mensajes.
Figura 8. Otros elementos de información requeridos.
Proceso:
A. Establecimiento de la llamada:
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a. Desde el usuario se envía a la central SETUP
b. Desde la central se devuelve un mensaje de indicación de que se
está avisando al usuario llamado, ALERTING
c. Cuando el usuario llamado descuelga, la red envía un mensaje de
llamada completada CONNECT
B. Fase activa de la llamada: Si se ha establecido un canal B, la
comunicación entre los usuarios tiene lugar a través de él.
C. Liberación de la llamada:
a. El extremo que decide terminar la comunicación envía a la central
DISCONNECT
b. Localmente se devuelve RELEAS desde la red
c. El usuario responde localmente RELEASE COMPLETE
Figura 9. Correspondencia entre los mensajes de señalización de red ISUP y los mensajes de señalización usuario-red Q.931 en la RDSI.
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4. Bibliografía.
[1]
Sistemas inalámbricos de comunicación personal, David Muñoz Rodríguez
[2]
Cellular and mobile communications, V. Jeyasri Arokiamary
[3]
Especificación de la capa 3 de la interfaz usuario-red de la red digital de servicios integrados
para el control de la llamada básica, Recomendación UIT-T Q.931.
[4]
Servicios avanzados de telecomunicación, María Carmén España Loquera.
