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Integración de Redes WLAN y Celulares

Ismael Castell

Antonio Godoy

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Motivación

Redes independientesRedes celulares:

• Cobertura a grandes áreas• Ancho de banda muy limitado

Redes WLAN:• Cobertura muy limitada• Ancho de banda aceptable

Mejor redes complementarias

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Índice

Conceptos previosArquitectura UMTS y WLANGestión de la movilidad

Propuestas del 3GPP/ETSIEscenarios en la integración de redesSoluciones para la gestión del

handover Comparativa

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Conceptos previos

SGSN: localización de las MS, y funciones de seguridad y control de acceso. Establece contextos PDP (Packet Data Protocol) activos usados para encaminamiento con el GGSN. Almacena información de subscripciones y datos de ubicación de los abonados registrados en el SGSN. [5]

GGSN: proporciona interconexión con redes externas con conmutación de paquetes. Almacena información de subscripciones y datos de encaminamiento (e.g. la dirección del SGSN donde esta registrado) para establecer un túnel de tráfico de datos con los que tengan PDP abierto. [5]

El SGSN y el GGSN contienen funcionalidad de encaminamiento IP y pueden estar interconectados por routers IP.

Arquitectura UMTS

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Conceptos previos Arquitectura WLAN

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Conceptos previos

Gestión de la movilidadLocation: mecanismo localización de

terminal “inactivo”.

Handover: mecanismo para la movilidad de terminal “activo” sin perder la conexión.

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Conceptos previos

Handover3 fases: iniciación, decisión, ejecución2 tipos:

• Horizontal: cambio en la misma red (Nodo B a Nodo B o AP a AP)

• Vertical: cambio entre subredes distintas (Nodo B a AP o AP a Nodo B)

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Conceptos previos

HandoverClasificación según número de

conexiones activas:• Hard Handover: 1 única conexión• Soft Handover: varias conexiones con

distintos AP• Softer Handover: varias conexiones con

el mismo AP (sólo UMTS)

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Conceptos previos

HandoverControl de la fase de decisión:

• Network Controlled• Mobile Assisted• Mobile Controlled

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Propuestas del 3GPP/ETSI

6 Escenarios posibles según el 3GPP Common Billing and Customer Care 3GPP system based Access Control and

Charging Access to 3GPP system PS based services Service Continuity Seamless services Access to 3GPP CS Services

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Propuestas del 3GPP/ETSI

Soluciones para la gestión del handover según el ETSI:Loose CouplingTight CouplingVery Tight Coupling

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Loose Coupling

Punto de interconexión entre las redes a través de internet

Usa Mobile IP para la gestión de la movilidad

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Loose Coupling

Mobile IP: Entidades de red HA y

FA Uso de direcciones

COA a través de tunneling

Pérdida de paquetes en el cambio de red

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Loose Coupling

Aplicar MIP como si cada red fuera una subred distinta

Varias propuestas. Ejemplo:Dotar al GGSN de funcionalidad HADotar al SGSN de funcionalidad FA

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Loose Coupling

Características:Muy sencilloTiempo de handover muy alto al usar

internet como interconexiónIndependencia de las 2 redes

Es el preferido por los WISPs

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Loose Coupling

3 formas de abordar el problema de loose coupling:Acelerar los procedimientos de MIP

• Manteniendo información de movilidad en varios puntos de la red

Algoritmos avanzados para la fase de decisión del handover

• Teniendo en cuenta parámetros externos a la red como tipo de servicio, coste, preferencias del usuario…

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Loose Coupling

Usar arquitecturas basadas en políticas

• Uso de muchos parámetros (como en la solución anterior) a través de nuevas unidades funcionales capaces de interactuar entre sí

• Framework estándar del IETF• Multitud de soluciones propietarias

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Tight Coupling

Punto de interconexión entre las redes situado en el CN UMTS.GGSN.SGSN.

Usa protocolos de UMTS para la gestión de la movilidad. También puede usar MIP.

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Tight Coupling

Mayor complejidad técnica.Requiere modificaciones en el CN.Terminales duales complejos.

Soft handovers.Sólo si está basada en los protocolos

de UMTS.

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Tight Coupling

Internetworking point at GGSN.La opción menos compleja.Punto de interconexión más arriba en

la arquitectura UMTS. Internetworking point at SGSN.

Realiza mejores handovers.Punto de interconexión más abajo en

la arquitectura UMTS.

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Tight Coupling

WLANInternetworking at SGSN

WLAN

Internetworking at GGSN

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Tight Coupling

Un ejemplo:“VGSN: a gateway approach to

interconnect UMTS/WLAN networks.” [4]Autores: Shiao-Li Tsao & Chia-Ching Lin.Internetworking at GGSN.Seamless Services (Escenario 5 3GPP)No usa MIP¡Redes con operadores independientes!

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Tight Coupling

El Virtual GPRS Support Node (VGSN).Es un ente virtual.La WLAN lo percibe como un GatewayUMTS lo percibe como GGSN/SGSNPuede implementarse en la WLAN o en

UMTS.

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Tight Coupling

Usuario de WLAN utiliza UMTS.

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Tight Coupling

Usuario de UMTS utiliza WLAN.

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Tight Coupling

Roaming de UMTS a WLAN.

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Tight Coupling

Caracterísitcas de Tight Coupling:Punto de interconexión en el CN UMTS.Pueden realizar soft handover.Escenarios 4 y 5 de 3GPP.Implementación más compleja que loose

coupling.Preferidas por operadores de redes

celulares.

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Very Tight Coupling

Punto de interconexión entre las redes situado en la AN UMTS.RNC.

Usa protocolos de UMTS para la gestión de la movilidad. También puede usar MIP.

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Very Tight Coupling

WLAN

Internetworking at RNC

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Very Tight Coupling

La solución de mayor complejidad técnica.Requiere modificaciones en el AN.Terminales duales complejos.

Soft handovers.Sólo si está basada en los protocolos

de UMTS.

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Comparativa

Loose Coupling:La solución dominante.Menor coste.Escenario 4 de 3GPP (Service

continuity).Utiliza MIP.Preferido por los WISPs.

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Comparativa

Tight y Very Tight Coupling:Permiten soft handover.Mayor coste conforme el

internetworking point desciende en la arquitectura UMTS.

Escenario 5 de 3GPP (Seamless Services).

Pueden utilizar MIP.Preferido por los Operadores celulares.

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Comparativa

Tabla extraída de [2].

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Referencias

[1] http://www.3gpp.org/ftp/specs/html-info/22934.htm , 2007, por Mark Younge.

[2]http://cgi.di.uoa.gr/~passas/HO_mgnt_architectures_in_WLAN_Cellular_revised.pdf , por George Lampropoulos*, Alexandros Kaloxylos^, Nikos Passas*, Lazaros Merakos

[3]http://coblitz.codeen.org:3125/citeseer.ist.psu.edu/cache/papers/cs/26843/http:zSzzSzwww.ctr.kcl.ac.ukzSzPrivatezSzMischazSzPIMRC2002zSzsupportzSz..zSzpaperszSzcr1002.pdf/the-mobile-ip-handoff.pdf, 2002, por YE Min-hua, LIU Yu, ZHANG Hui-min.

[4] VGSN : A GATEWAY APPROACH TO INTERCONNECT UMTS/WLAN NETWORKS, por Shiao-Li Tsao y Chia-Ching Lin, 2002

[5] Visión Arquitectural de la Tercera Generación de Móviles UMTS. por Javier Huélamo Platas. (Artículo publicado en la Revista Española de Electrónica en Octubre de 2000 )