wcdma

2 Arquitetura do UMTS Este captulo apresenta a arquitetura fsica do UMTS, com a descrio de todos os seus componentes. Em seguida analisada a arquitetura de protocolos,

com a apresentao das principais mensagens que so trocadas entre o terminal

mvel e a estao base, durante a operao do sistema.

2.1 Componentes Funcionais

A Figura 1 ilustra os principais componentes fsicos de um sistema

UMTS[4]. A metade superior da figura representa os blocos funcionais

relacionados ao modo IMS enquanto que a metade inferior considera os blocos

referentes ao modo de Comutao de Circuitos (CS - Circuit Switching). So

tambm mostrados os principais Pontos de Referncia.

Figura 1- Componentes do UMTS.

Os componentes so os seguintes:

USIM

UE

TE ME UTRAN

Uu

MGW

MSC Server

MGW

GMSC Server

Iu

Mc Nb

HSS

ServiosIN

PSTN

Mc

SGSNIu Gn

GGSN

Rede IP

Gi

CSCF

MGW

MGCF

MRF

SS#7

SS#7

IuCS (control)

PDF

GqGo

Sinalizao Informao

Nc

DBDPUC-Rio - Certificao Digital N 0321242/CA

29

UE (User Equipment) Compreende: TE (Terminal Equipment) + ME (Mobile Equipment) + USIM (Universal Subscriber Identity Module),

que corresponde a funcionalidade contida em um carto (com as

caractersticas do usurio) localizado no ME;

UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) Faz a mediao entre a interface area e a rede fixa. A Figura 2 descreve, com mais

detalhes, este componente;

HSS (Home Subscriber Service) Possui a base de dados dos usurios. Prov suporte a outros servidores para as funes de: Autenticao,

Autorizao e Localizao de usurios;

Componentes CS:

MGW (Media Gateway) Possui as funes de um gateway H.248[3], sendo controlado por um GMSC server;

MSC Server (Mobile Switching Center Server) - Opera como um Media Gateway Controller[3], controlando todos os MGWs associados;

GMSC Server (GPRS MSC Server) Tambm constitui-se de um Media Gateway Controller, porm interfaceia com a RTPC (Rede de Telefonia

Pblica Comutada);

Componentes IMS:

SGSN (Serving GPRS Support Node) um roteador com funes adicionais de Autenticao (atravs de consulta ao HSS), Autorizao e

Bilhetagem de usurios;

GGSN (Gateway GPRS Support Node) tambm um roteador, interfaceando redes IP de dados e coletando informao de bilhetagem

dos SGSN(s) associado(s);

MRF (Media Resource Functions) Prov funes relacionadas realizao de Conferncias Multimdia;

MGCF (Media Gateway Control Function) Possui a funo de um Media Gateway Controller H.248, fazendo a interface entre o modo PS e

a RTPC;


30

CSCF (Call State Control Function) Funciona como um Proxy Server, em uma configurao SIP (Session Initiation Protocol)[2]. Existem trs

tipos de CSCFs:

o P-CSCF (Proxy CSCF) Envia e recebe sinalizao SIP ao UE ao qual est conectado;

o I-CSCF (Interrogation CSCF) Fica localizado na rede originria (home network) do UE. o elemento de conexo entre o P-CSCF

e o S-CSCF;

o S-CSCF (Server CSCF) Tambm fica localizado na rede originria do UE. capaz de fornecer informaes sobre o UE

em questo, quando solicitado;

PDF (Policy Decision Function) Controla os recursos da Rede; A Figura 2 fornece uma viso detalhada da UTRAN. Ela composta de vrios

componentes denominados Nodes B, que possuem os equipamentos rdio

associados, conectados aos RNCs (Radio Network Control) respectivos, os quais

so responsveis pelas conexes fsicas e lgicas entre os UEs e o CN (Core

Network).

Figura 2 - Vista Detalhada da UTRAN.

USIM

UE

TE ME Uu

Node B

Node B

Node B

Node B

RNC

RNC MGW

MSC

MGW

SGSN GGSN

Iub

Iur

Iu

GMS

UTRAN CN

HSS


31

2.2 Arquitetura de Protocolos As Figuras 3 e 4 mostram a arquitetura de protocolos para os modos CS e

IMS, respectivamente[5]. So detalhados os trs nveis inferiores e as camadas

superiores da pilha de protocolos.

Figura 3 - Arquitetura de Protocolos (Modo CS). Sin.: Sinalizao

Figura 4: Arquitetura de Protocolos (Modo IMS). Sin.: Sinalizao

CN (MGW)

Transport Chs.

Logical Chs.

Radio Bearers

Physical Chs.

User Data

PHY

MAC

RLC

RRC

BMC

N1

N2

N3

N. Superiores &

Aplicao

Sin.

PHY

MAC

RLC

RRC

BMC

Sin.

L4

L3

L2

L1

RelayIu UP

L4

L3

L2

L1

Iu UP

UE UTRAN (RNC) CN(MGW)

Relay

NbRTPUDP

IP

L2

L1

Transport Chs.

Logical Chs.

Radio Bearers

Physical Chs.

User Data

PHY

MAC

RLC

RRC

BMC

N1

N2

N3

Aplicao

Sin.

PHY

MAC

RLC

RRC

BMC

Sin.

L4

L3

L2

L1

RelayIu UP

L4

L3

L2

L1

Iu UP

UE UTRAN (RNC)

Relay

GnRTPUDP

IP

L2

L1

RTP

UDP

RTCP

IP

PDCP PDCP


32

A Camada Fsica possui os atributos normais comuns s redes de dados,

incluindo o transporte de medidas efetuadas nos canais ativos para o RRC

(Radio Resource Control). O Nvel 2 composto pelos sub-nveis MAC

(Medium Access Control) e RLC (Radio Link Control). Ainda nas figuras 3 e 4

pode-se ver a parte inferior do Nvel 3, com o RRC e o BMC

(Broadcast/Multicast Control). Tambm, no caso do Modo IMS, tem-se o PDCP

(Packet Data Convergence Protocol), responsvel pela tarefa de

compresso/descompresso de cabealhos dos pacotes. O RRC executa o

controle da interface area sendo que o BMC o responsvel pelo

broadcast/multicast de mensagens para os UEs. A conexo entre o UTRAN e o

CN efetuada atravs da Interface Iu. As funes de sinalizao so efetuadas

pelas interfaces Iu-PS (para o modo IMS) e Iu-CS (para o modo CS), enquanto

que as funes de trfego so executadas pela Iu-UP (Iu - User Part), para

ambos os modos. No caso do modo PS, tanto o Iu-PS como o Iu-UP tm o

mesmo suporte (UTRAN SGSN).

A Figura 5 detalha o Nvel 3, com todos os seus sub-nveis. A parte

inferior (RR Radio Resource) corresponde aqueles elementos vistos

anteriormente nas figuras 3 e 4. Este constitui o chamado AS (Access Stratum)

que tambm inclui a funcionalidade do Nvel Fsico. No NAS (Non Access

Stratum) tem-se duas sub-camadas: a MM (Mobility Management), com as

funes associadas mobilidade dos usurios e a CM (Connection

Management), responsvel basicamente pelas funes de Controle de Chamada

(CC) do modo CS e sinalizao de gerncia de sesso (SM Session

Management) para o modo IMS. O GMM (GPRS Mobility Management)

dedicado ao modo IMS e o MM o elemento correspondente para o modo CS. O

GSMS (GPRS Short Message Service) e o SS (Suplementary Service) atendem

aos dois modos (CS e IMS). O RABM (Radio Access Bearer Manager) gerencia

os diversos RABs (Radio Access Bearers) alocados ao usurio, no caso de

operao no modo IMS.


33

Figura 5 - Sub-Camadas do Nvel 3. A estrutura de protocolos[6] para a interface Iu mostrada na Figura 6. O

Plano de Controle, comum aos modos IMS e CS, possui o mdulo RANAP

(Radio Access Network Application Protocol) no topo das camadas inferiores de

suporte. O Broadcast Plane compreende o SABP (Service Area Broadcast

Protocol) no topo das camadas inferiores. importante ressaltar que aqui est

sendo representado o caso da transmisso em uma estrutura baseada no IP. As

normas do 3GPP tambm especificam o suporte via ATM (Asynchronous

Transfer Mode), muito embora acredita-se que este no encontrar uma

aplicao significativa no futuro.

Figura 6 - Protocolos da Interface Iu (IMS/CS).

PDCP BMC RRC

GMM MM

SM GSMS CC SS

CM

MM

RR

RAB #1

RAB#n

RAB Con trol

RABM

RAB #2 NAS

AS

RANAP

SCCPM3UASCTP

IP

PPP

Iu-UP

RTP/RTPCUDP

IP

PPP

Control Plane User Plane

SABP

TCP IP

PPP

Broadcast Plane

CAMADA FSICA


34

2.2.1

Descrio das Mensagens dos Protocolos

Uma vez tendo sido analisados os princpios da estrutura de protocolos,

torna-se importante conhecer a descrio das mensagens mais relevantes dos

protocolos envolvidos na realizao de chamadas nos modos IMS e CS. Este

procedimento contribui para um melhor entendimento das etapas seguintes.

Nvel RRC [7] :

System Information (UTRAN UE) Esta mensagem transporta informaes de carter geral da PLMN (Public Land Mobile Network)

para todas as clulas agregadas. uma mensagem do tipo broadcast;

Paging Type 1 (UTRAN UE) Transmitida para UEs selecionados, com o principal objetivo de iniciar uma sesso. Tambm utilizada para

indicar uma mudana de parmetros de sistema;

RRC Connection Request (UE UTRAN) Utilizada quando o UE necessita estabelecer um primeiro canal de sinalizao com a UTRAN;

Uplink Direct Transfer (UE UTRAN) Para iniciar o envio de mensagens NAS;

Downlink Direct Transfer (UTRAN UE) O mesmo caso anterior, porm na direo oposta;

Security Mode Command (UTRAN UE) Comanda o UE para iniciar os procedimentos de cifragem;

Radio Bearer Setup (UTRAN UE) Para o estabelecimento de Radio Bearers;

Nvel MM (CS) [8] :

TMSI ( Temporary Mobile Subscriber Identity) Reallocation Command (UTRAN UE) Tem o objetivo de prover confidencialidade

identidade do usurio, isto , proteger o usurio contra a possibilidade de

deteco de sua identidade e localizao por terceiros;


35

Authentication Request (UTRAN UE) Para a finalidade de autenticao do usurio;

CM Service Request (UE UTRAN) Proporciona o estabelecimento de uma conexo MM, como resultado de um comando CM anterior;

Nvel GMM (PS) [8] :

Service Request (UTRAN UE) - Proporciona o estabelecimento de uma conexo MM, como resultado de um comando CM anterior;

Authentication and Ciphering Request (UTRAN UE) A rede envia ao UE, nesta mensagem, as chaves de integridade e cifragem;

Attach Request (UE UTRAN) Para a transferncia de informaes de carter geral entre o UE e a rede;

Nvel CC (CS) [8] :

Aqu so transferidas aquelas mensagens comuns da telefonia convencional. As mais utilizadas so: SETUP, CALL PROCEEDING,

CALL CONFIRMED, ALERTING, CONNECT, RELEASE e

DISCONNECT;

Nvel SM (PS)[8]:

Activate PDP Context Request (UE UTRAN) O UE solicita o estabelecimento de um Radio Bearer (RB) para a transmisso de

informao de sinalizao a nvel de aplicao (sinalizao SIP, p.e.).

Ento, a rede pode vir a aceitar a requisio e, neste caso, enviar o

comando Activate PDP Context Accept. Caso a rede no possa atender

solicitao do UE, dever enviar o comando Activate PDP Context

Reject.

Activate Secondary PDP Context (UE UTRAN) Mensagem enviada quando o UE requer o estabelecimento de RBs adicionais para trfego ( o

UE solicita um RB para cada tipo de mdia a ser cursada);


36

Essas so as mensagens mais comuns para os protocolos da interface

area. Em geral, todos os comandos aqu mostrados geram as respectivas

respostas, que podero ser no sentido de aceitao ou rejeio do comando

considerado.

Como visto, a interface Iu possui alguns protocolos associados. Em geral,

para o estabelecimento de um canal de controle, envia-se o seguinte comando:

SCCP Connection Request (UE UTRAN) Este comando cria um suporte (bearer) para as mensagens RANAP, descritas em seguida;

Nvel RANAP [9] : O protocolo RANAP comum para os modos CS e IMS. Tem-se as

seguintes principais mensagens:

RAB Assignment Request (CN RNC) Sempre o CN que solicita a designao de um suporte, capaz de conduzir o trfego desejado;

RAB Modification Request (CN RNC) A qualquer momento o CN pode vir a requisitar a modificao de um RAB, como resultado de uma

mudana nas caractersticas do canal de trfego;

Relativamente ao Iu-UP, existem dois modos de operao: o modo

denominado Transparente, utilizado pelo modo IMS e caracterizado pela

transmisso da informao sem qualquer modificao, e o denominado

Supported Mode for Predefined PDU Size, usado pelo modo CS. Este ltimo

possui as seguintes principais mensagens:

Initialization (CN RNC) Permite a configurao de ambos os terminais;

Rate Control (CN RNC) Permite que se estabelea uma limitao na velocidade de trfego do canal;

Aps a descrio destas mensagens, o prximo captulo apresenta a sequncia

para a realizao de chamadas nos modos IMS e CS.


wcdma

Documents

Transcript of wcdma